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

气固化学反应储热利用的方法及装置
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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