CN104650821A - 一种用于化学蓄热的固体粒块 - Google Patents

一种用于化学蓄热的固体粒块 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于化学蓄热的固体粒块，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，本发明可以采用尾矿及窑炉排出物，并将其用于蓄热材料的加工，将由金属或非金属或其混合物组成的固体颗粒，将多种固体颗粒进行混合后，将其成形为固体粒块，每个固体粒块上设置有进口以及出口，或者设置有凹凸结构，一个固体粒块的进口与另外一个的出口可以进行连接后形成通道，或者一个固体粒块的凹结构与另外一个的凸或凹结构连接后形成通道，连接后的通道具备有密闭性，可以使流体在通道内流通不泄露，固体粒块适用于10-1500度的热能的传热、换热、蓄热。

Description

一种用于化学蓄热的固体粒块
技术领域
本发明涉及热能利用，特别是利用可逆的化学反应实现热能的储存的固体粒块。 
背景技术
蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器； 
在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；
在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。
在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。 
蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。 
工业窑炉的排出物钢渣等，以及各种矿山开发所形成的尾矿，已经堆积如上，并且存在危险隐患，如何有效经济利用，将是一个非常的需要解决的问题。 
利用可逆的化学反应进行蓄热，已经成为一种可行的技术，但是仍没有用于工业生产，主要原因在于化学物质的组分以及传热的矛盾，很多可逆反应的传热性能差，无法解决传热与化学反应之间的矛盾，使得虽然原则可以，但是无法实际的应用。 
发明内容
本发明的目的是提供一种用于化学蓄热的固体粒块，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，本发明可以采用尾矿及窑炉排出物，并将其用于蓄热材料的加工，将由金属或非金属或其混合物组成的固体颗粒，将多种固体颗粒进行混合后，将其成形为固体粒块，每个固体粒块上设置有进口以及出口，或者设置有凹凸结构，一个固体粒块的进口与另外一个的出口可以进行连接后形成通道，或者一个固体粒块的凹结构与另外一个的凸或凹结构连接后形成通道，连接后的通道具备有密闭性，可以使流体在通道内流通不泄露，固体粒块适用于10-1500度的热能的传热、换热、蓄热。 
本发明可以采用尾矿及窑炉排出物实现固体颗粒的生产制造，使得资源可以被充分的利用。 
  
具体发明内容如下：
    一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组由含有微孔的材料组成的微孔颗粒，按照重量比化学物质占50%-90%，微孔材料占3%-60%，将其进行混合后成为化学蓄热材料,将其成形为固体粒块，每个固体粒块上设置有进口以及出口，或者设置有凹凸结构，一个固体粒块的进口与另外一个的出口可以进行连接后形成通道，或者一个固体粒块的凹结构与另外一个的凸或凹结构连接后形成通道，连接后的通道具备有密闭性，可以使流体在通道内流通不泄露，固体粒块适用于10-1500度的热能的传热、换热、蓄热。
将化学蓄热材料成形为下列一种结构： 
A、 多层固体粒块：至少由二层的固体粒块组成，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内；
B、  多部固体粒块：固体粒块分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同；
C、 多部多层固体粒块：至少由二层的固体粒块组成，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内，每一层固体粒块分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同;
在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置。
    在固体粒块内设置有空腔；在空腔内设置有蓄热材料，蓄热材料为相变材料。 
     固体粒块的外部形状、内部空腔形状、多层形状、多部分的每个部分的形状，选择下列一种或其组合：圆形、多边形、菱形、扇形、三角形、弧形。 
    在固体粒块中至少包含有一个磁性材料，可以用于颗粒之间进行连接、筛选、运输；在固体粒块的外部加工有太阳能吸热涂层或者吸收辐射涂层。 
可逆化学反应及化学物质选自下列一种： 
     A、结晶水合物反应：X.nH2O=X+nH2O,或者X.nH2O=X.mH2O+(n-m)H2O其中X.nH2O 选自：FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O，ZnSO4·7H2O，CuSO4·5H2O，Ba(OH)2·10H2O，Na 2SO4·10H2O，CaCl2.6H2O，HPO4.12H2O，Ca(NO3).4H2O，Na2S2O3.5H2O；
     B、无机氢氧化物热分解：X（OH）N=XO+H2O，其中X为至少包括氢氧化钡（Ba(OH)2）、氢氧化镁（Mg(OH)2、氢氧化钴、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锶、氢氧化亚铁、氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧化铍中的一种；
     C、碳酸化合物分解：XCO3=XO+CO2，其中X选自：CaCO3，MgCO3，K2CO3，SrCO3，Li2CO3，NaCO3
     D、有机物的氢化和脱水反应：CxHy=CxHy-2x+xH2,其中CxHy选自C2H6，C6H12;
E、金属氢化物的热分解：XHn=X+n/2H2。
     所述的微孔材料选择自下列一种：沸石、氧化铝、硅胶、活性炭、聚丙烯酰胺、碳分子筛、新型材料NSUL-1、新型材料NSUL-2。 
    在化学蓄热材料中，再加入下列非金属物，非金属物选择下了一种或多种： 
A、水、花岗岩、石墨粉、硅微粉、大理石、沙子、水泥；
C、类金属包括砷，锑，硅，锗；
D、非金属元素：硼、碳、硅、溴、碲、碘。
    还在化学蓄热材料中另外加入金属及金属氧化物，占化学物质以及多孔材料总重量的5%-70%，选自下列一种或者多种： 
A、金属氧化物：至少包括：氧化铁，氧化铝，三氧化二铁；
B、金属：至少包括锌、铁、铝、锡、铜、镁、钾、钠、钡；
C、尾矿粉：包括各种矿选矿后形成的尾矿物；
D、窑炉的排出物：至少包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰。
所述的ABCD的重量比例为：A占30%-70%，B占10-50%，C占10%-50%，D占10-60%。 
  
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、 本发明采用化学蓄热的固体粒块，可以实现10-1500度的热能储存，安全可靠；
2、 本发明可以有效的利用尾矿及钢渣实现蓄热材料的生产，使得资源可以被有效的利用。
3、本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。 
附图说明
图1是矩形固体粒块图示意图。 
图2是为带有凹结构的半圆形固体粒块示意图。 
图3是带有凹凸结构组成的通道示意图。 
图4是带有凹凸结构的固体粒块示意图。 
  
图中标号含义：
1：固体粒块，2：内部槽道，3：外部凹结构，4：外部凸结构，5：固体粒块所形成的通道 。
具体实施方式
实施例1、矩形固体粒块 
图1所示的矩形固体粒块，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质Ba(OH)2·10H2O占80%，以及一组微孔颗粒沸石占20%，将其混合后成型，矩形粒块内设置有9个槽道，槽道之间可以组成成为一个通道，流体可以在槽道内流通。
实施例2、半圆形固体粒块 
图2、4是半圆形的固体粒块，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质Ba(OH)2·10H2O占40%以及Na 2SO4·10H2O30%，以及一组微孔颗粒硅胶占10%以及氧化铝10%，石墨3%，氧化铁7%，并对其进行180度的加热后成型，两个半圆形的固体粒块可以组合成为一个圆柱管道。
实施例3、矩形固体粒块 
图3、4所示的带有凹凸结构的固体粒块，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质CaCO3以及MgCO3各占40%，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质沸石10%，钢渣10%，将其成型为带有凹结构和带有凸结构的固体粒块，两个固体粒块可以组成成为一个流动的管道5，流体可以在管道内流动。
  
    根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。

Claims (10)

1.一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组由含有微孔的材料组成的微孔颗粒，按照重量比化学物质占50%-90%，微孔材料占3%-60%，将其进行混合后成为化学蓄热材料,将其成形为固体粒块，每个固体粒块上设置有进口以及出口，或者设置有凹凸结构，一个固体粒块的进口与另外一个的出口可以进行连接后形成通道，或者一个固体粒块的凹结构与另外一个的凸或凹结构连接后形成通道，连接后的通道具备有密闭性，可以使流体在通道内流通不泄露，固体粒块适用于10-1500度的热能的传热、换热、蓄热。
2.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：将化学蓄热材料成形为下列一种结构：
多层固体粒块：至少由二层的固体粒块组成，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内；
多部固体粒块：固体粒块分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同；
多部多层固体粒块：至少由二层的固体粒块组成，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内，每一层固体粒块分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置。
4.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：在固体粒块内设置有空腔；在空腔内设置有蓄热材料，蓄热材料为相变材料。
5.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：固体粒块的外部形状、内部空腔形状、多层形状、多部分的每个部分的形状，选择下列一种或其组合：圆形、多边形、菱形、扇形、三角形、弧形。
6.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：在固体粒块中至少包含有一个磁性材料，可以用于颗粒之间进行连接、筛选、运输；在固体粒块的外部加工有太阳能吸热涂层或者吸收辐射涂层。
7.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：可逆化学反应及化学物质选自下列一种：
A、结晶水合物反应：X.nH2O=X+nH2O,或者X.nH2O=X.mH2O+(n-m)H2O其中X.nH2O 选自：FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O，ZnSO4·7H2O，CuSO4·5H2O，Ba(OH)2·10H2O，Na 2SO4·10H2O，CaCl2.6H2O，HPO4.12H2O，Ca(NO3).4H2O，Na2S2O3.5H2O；
B、无机氢氧化物热分解：X（OH）N=XO+H2O，其中X为至少包括氢氧化钡（Ba(OH)2）、氢氧化镁（Mg(OH)2、氢氧化钴、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锶、氢氧化亚铁、氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧化铍中的一种；
C、碳酸化合物分解：XCO3=XO+CO2，其中X选自：CaCO3，MgCO3，K2CO3，SrCO3，Li2CO3，NaCO3；
D、有机物的氢化和脱水反应：CxHy=CxHy-2x+xH2,其中CxHy选自C2H6，C6H12；
E、金属氢化物的热分解：XHn=X+n/2H2。
8.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：所述的微孔材料选择自下列一种：沸石、氧化铝、硅胶、活性炭、聚丙烯酰胺、碳分子筛、新型材料NSUL-1、新型材料NSUL-2。
9.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：在化学蓄热材料中，再加入下列非金属物，非金属物选择下了一种或多种：
A、水、花岗岩、石墨粉、硅微粉、大理石、沙子、水泥；
C、类金属包括砷，锑，硅，锗；
D、非金属元素：硼、碳、硅、溴、碲、碘。
10.根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的固体粒块，其特征是：还在化学蓄热材料中另外加入金属及金属氧化物，占化学物质以及多孔材料总重量的5%-70%，选自下列一种或者多种：
A、金属氧化物：至少包括：氧化铁，氧化铝，三氧化二铁；
B、金属：至少包括锌、铁、铝、锡、铜、镁、钾、钠、钡；
C、尾矿粉：包括各种矿选矿后形成的尾矿物；
D、窑炉的排出物：至少包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰；
所述的ABCD的重量比例为：A占30%-70%，B占10-50%，C占10%-50%，D占10-60%。
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