CN101187502B - 气固化学反应储热利用的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种能源领域的气固化学反应储热利用的方法和装置,该方法包括储热阶段、热量储存阶段、热量再利用阶段,该装置包括:换热流体流动通道、气体扩散通道、进口管、出口管、金属容器、反应材料、保温材料、连接管道、连接阀门、冷凝蒸发器、外箱体,气体扩散通道通过连接管道与冷凝蒸发器相连,连接管道上设有连接阀门,金属容器外壁面设置保温材料,反应材料置于金属容器内,反应材料设有通孔,气体扩散通道置于通孔中,换热流体流动通道设置在金属容器的夹层空间,换热流体流动通道一端与进口管相通,换热流体流动通道的另一端与出口管相通。本发明提高了能量的利用效率,且无污染、设备结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种能源技术领域的方法和装置,具体地说,是一种气固化学反应储热利用的方法及装置。
背景技术
自从石油危机爆发以来,能源问题越来越受到世界的关注。由于能源的供给和利用在数量、时间、空间上并不总是一致的,因此如何将富余的能源储存起来并在恰当的时间、地点重新释放利用成为能源的研究问题之一。举例来说,在发电厂、化工厂等大型工厂中会产生大量的废热,包括废气和废水;锅炉、引擎等装置也会产生废热。如果将这些废热加以储存,然后在合适的时间、地点输出,将大大提高能量的利用效率。目前所采用的储热方法主要是显热储热和相变储热。这两种方法的实施是十分简单的,但是其储热密度,即单位体积或单位质量材料上可储存的热量还不够高。
经对现有技术的文献检索发现,中国专利公开号CN1529095,公开日为2004.09.15,专利名称为:吸附式储热电取暖方法及其装置,该专利采用吸附剂和吸附质的吸附过程的吸附热进行吸附储热,利用电网的峰谷差价,在夜晚利用低谷时期电加热使吸附剂解吸吸附质,并将电能以热能的形式存储下来,在白天打开阀门,使吸附质以液态形式喷洒到吸附床上,利用吸附过程将晚上所蓄的能量释放到房间中,实现晚上蓄热、白天供暖的工作过程。此装置将储存能量的种类局限在电能上,而且只能将反应热直接放给环境,其使用对象受到限制。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足,提供了一种气固化学反应储热利用的方法及装置,使其高效的将工厂等产生的废热热量储存起来,并在合适的时间、地点再利用。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明气固化学反应储热利用的方法,包括如下具体步骤:
第一步,储热:利用废热对可逆气固化学反应的固体材料加热,使其分解为反应固体和反应气体,将反应气体冷凝;
所述固体材料,为卤化物(如CaCl2、MnCl2、SrCl2等)和氨组合物、氧化物(如CaO、MgO等)和水组合物、氧化物(如CaO、BaO等)和二氧化碳组合物。
第二步,热量储存:将分解出的反应固体、反应气体分别储存,使两者隔离即实现热量的储存;
第三步,热量再利用:需要利用热量时,将凝结后的反应气体蒸发并与反应固体接触产生放热化学反应,利用换热流体将放出的热量收集利用。
本发明气固化学反应储热利用的装置,包括:换热流体流动通道、气体扩散通道、进口管、出口管、金属容器、反应材料、保温材料、连接管道、连接阀门、冷凝蒸发器、外箱体,连接关系为:气体扩散通道通过连接管道与冷凝蒸发器相连,连接管道上设有连接阀门,金属容器外壁面设置保温材料,反应材料置于金属容器内,气体扩散通道置于反应材料中,换热流体流动通道设置在金属容器的夹层空间,进口管、出口管设置在外箱体侧壁上,换热流体流动通道一端与进口管相通,换热流体流动通道的另一端与出口管相通,其他部件均置于外箱体内部。
所述换热流体流动通道、气体扩散通道、进口管、出口管、套筒形金属容器、圆柱形反应材料、保温材料组成本装置的反应器。
所述金属容器,为套筒形状。
所述的金属容器一端留有与连接管道连接的接口,侧面留有与进口管、出口管连接的接口。
所述反应材料中设有通孔,气体扩散通道置于反应材料的通孔中。
所述的反应材料,采用可发生可逆气固化学反应的材料。
所述保温材料,采用橡塑海绵、玻璃棉等材料。
本发明工作时,将高温废气或废水以较低的流速通过换热流体流动通道,打开连接阀门,储热阶段开始。反应材料分解为反应固体和反应气体,反应气体通过气体扩散通道、连接管道流至冷凝蒸发器,冷凝蒸发器中的高温气体与环境(或根据需要给定热源)换热,凝结成液体,反应消耗大量热量,因此废热被吸收储存起来,反应结束后关闭连接阀门,此时的反应分解出的反应固体、反应气体被隔离开来,热量处于储存阶段。当需要利用所储存的热量时,换热流体(根据蒸发压力选择合适的温度)由进口管流进换热流体流动通道,冷凝蒸发器由环境(或根据需要给定热源)吸热,凝结的液体吸热蒸发为气体,打开连接阀门,蒸发的气体经连接管道流至反应器,经气体扩散通道与反应材料结合,发生放热反应。此时,换热流体流动通道中的换热流体吸收放热反应放出的热量,温度得到升高,由出口管流出。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明将废热以较高的储热密度(根据反应材料的种类而定)储存起来,提高了热量的再利用效率约60%-80%,本发明无污染、设备结构简单。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图;
图2是本发明所述装置的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例气固化学反应储热利用的方法,包括如下具体步骤:
第一步,储热:利用工厂处产生的废水(温度在90℃-100℃)对固体材料(成分为CaCl2.8NH3和膨胀石墨)加热,使其分解为反应固体(成分为CaCl2.2NH3和膨胀石墨)和氨气,将氨气冷凝;
第二步,热量储存:将分解出的反应固体、氨气分别储存,使两者隔离即实现热量的储存;
第三步,热量再利用:需要利用热量时,将凝结后的氨气蒸发并与反应固体接触产生放热化学反应,利用水将放出的热量收集利用。
如图1和图2所示,本实施例气固化学反应储热利用的装置,包括:连接阀门2、连接管道3、冷凝蒸发器4、外箱体5、换热流体流动通道6、气体扩散通道7、进口管8、出口管9、金属容器10、反应材料11、保温材料12,连接关系为:气体扩散通道7通过连接管道3与冷凝蒸发器4相连,连接管道3上设有连接阀门2,金属容器10外壁面设置保温材料12,反应材料11置于金属容器10内,反应材料11中设有通孔,气体扩散通道7置于反应材料11的通孔中,换热流体流动通道6设置在金属容器10的夹层空间,进口管8、出口管9设置在外箱体5侧壁上,换热流体流动通道6一端与进口管8相通,换热流体流动通道6的另一端与出口管9相通,其他部件均置于外箱体5内部。
所述换热流体流动通道6、气体扩散通道7、进口管8、出口管9、金属容器10、反应材料11、保温材料12组成本装置的反应器1。
所述金属容器10,为套筒形状。
所述金属容器10一端留有与连接管道3连接的接口,侧面留有与进口管8、出口管9连接的接口。
所述反应材料11中设有通孔,气体扩散通道7置于反应材料11的通孔中。
所述的反应材料11,采用CaCl2和膨胀石墨混合压制而成的材料。
所述保温材料12,采用橡塑海绵、玻璃棉等材料。
所述整个装置的尺寸由所要储存的热量的多少和反应材料11的储热密度决定。
本实施例工作时,将工厂处产生的废水(温度在90℃-100℃)以较低的流速流经换热流体流动通道6,打开连接阀门2,储热阶段开始。氨气从反应材料11中分离出来(在准备工作中应将冷凝蒸发器4中的氨气蒸发与反应材料11反应,与其中的CaCl2反应合成为CaCl2.8NH3),氨气通过气体扩散通道7、连接管道3流至冷凝蒸发器4。冷凝蒸发器4中的高温氨气与环境换热,凝结成液氨,反应消耗大量热量,因此废热被吸收储存起来。反应结束后关闭连接阀门2,此时的反应分解出的固体、气体被隔离开来,热量处于储存阶段。当需要利用所储存的热量时,常温下的水由进口管8流进换热流体流动通道6,冷凝蒸发器4由环境吸热,液氨蒸发为氨气,打开连接阀门2,氨气经连接管道3流至反应器1,经气体扩散通道7与反应材料11结合,发生放热反应。此时,换热流体流动通道6中的水吸收放热反应放出的热量,温度得到升高,由出口管9流出。
本实施例将废水以较高的储热密度(约500kJ/kg-700kJ/kg)储存起来,提高了热量的再利用效率约60%-80%,本发明无污染、设备结构简单。
Claims (6)
1.一种气固化学反应储热利用的装置,其特征在于,包括:换热流体流动通道、气体扩散通道、进口管、出口管、金属容器、反应材料、保温材料、连接管道、连接阀门、冷凝蒸发器、外箱体,气体扩散通道通过连接管道与冷凝蒸发器相连,连接管道上设有连接阀门,金属容器外壁面设置保温材料,反应材料置于金属容器内,气体扩散通道置于反应材料中,换热流体流动通道设置在金属容器的夹层空间,进口管、出口管设置在外箱体侧壁上,换热流体流动通道一端与进口管相通,换热流体流动通道的另一端与出口管相通,换热流体流动通道、气体扩散通道、进口管、出口管、金属容器、反应材料、保温材料、连接管道、连接阀门、冷凝蒸发器均置于外箱体内部。
2.根据权利要求1所述的气固化学反应储热利用的装置,其特征是,所述的金属容器一端留有与连接管道连接的接口,侧面留有与进口管、出口管连接的接口。
3.根据权利要求1或2所述的气固化学反应储热利用的装置,其特征是,所述金属容器,为套筒形状。
4.根据权利要求1所述的气固化学反应储热利用的装置,其特征是,所述的反应材料,采用CaCl2和膨胀石墨混合压制而成的材料。
5.根据权利要求1所述的气固化学反应储热利用的装置,其特征是,所述反应材料中设有通孔,气体扩散通道置于反应材料的通孔中。
6.根据权利要求1所述的气固化学反应储热利用的装置,其特征是,所述保温材料,采用橡塑海绵、玻璃棉材料。
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