CN105423791A - 可调控化学蓄热系统 - Google Patents

可调控化学蓄热系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105423791A
CN105423791A CN201510765795.XA CN201510765795A CN105423791A CN 105423791 A CN105423791 A CN 105423791A CN 201510765795 A CN201510765795 A CN 201510765795A CN 105423791 A CN105423791 A CN 105423791A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
heat storage
storing material
steam generator
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510765795.XA
Other languages
English (en)
Inventor
赵长颖
闫君
潘智豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201510765795.XA priority Critical patent/CN105423791A/zh
Publication of CN105423791A publication Critical patent/CN105423791A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

一种蓄热技术领域的可调控化学蓄热系统，包括：水蒸汽发生器、水蒸汽质量流量计、反应釜、换热器、真空泵和蓄热材料，其中：水蒸汽发生器、反应釜和真空泵依次相连，水蒸汽质量流量计设置于水蒸汽发生器和反应釜之间，蓄热材料设置于反应釜内，换热器与蓄热材料接触；所述的蓄热材料，通过将Ca(OH)2和含Li化合物混合掺杂得到。本发明蓄热密度大，稳定性好，价格低廉，能够较好的满足化学蓄能的需求，可以应用于太阳能热量储热再应用以及工业废热再利用。

Description

可调控化学蓄热系统
技术领域
本发明涉及的是蓄热领域的技术，具体是一种可调控化学蓄热系统。
背景技术
蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在电力“移峰填谷”、太阳能利用、废热和余热的回收利用等领域具有广泛的应用前景。化学蓄热在诸多蓄热方式中具有储能密度大、可工作温度范围广的优点，但是蓄热、放热的操控调节性差。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101644548A，公开(公告)日2010.02.10，公开了一种高温化学蓄热元件及基于高温化学蓄热元件的蓄热器，该蓄热器以CaO/Ca(OH)2作为蓄热材料填充在螺旋形翅片间实现化学蓄热，但是该发明既未提供具体的蓄热性能，也未充分说明采用螺旋形翅片结构的目的，更没有控制蓄放热的具体手段。
中国专利文献号CN203940765U，公开(公告)日2014.11.12，公开了一种太阳能化学蓄热装置，该蓄热装置以CaO/Ca(OH)2作为蓄热材料，通过聚合太阳能分解Ca(OH)2以及CaO的水化反应实现蓄放热，但是该实用新型适用范围较小、吸热阶段不可控且持续作业的可行性不高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种可调控化学蓄热系统，能够解决显热蓄热或相变蓄热存在的储能密度低、热量不易保存的问题，并实现蓄热过程的参数控制和调节，使其与热源或用户端得到有效匹配。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明涉及一种可调控化学蓄热系统，包括：水蒸汽发生器、水蒸汽质量流量计、反应釜、换热器、真空泵和蓄热材料，其中：水蒸汽发生器、反应釜和真空泵依次相连，水蒸汽质量流量计设置于水蒸汽发生器和反应釜之间，蓄热材料设置于反应釜内，换热器与蓄热材料接触。
所述的蓄热材料，通过将Ca(OH)2和含Li化合物混合掺杂得到。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1)、通过控制水蒸汽流量调控蓄热材料的反应程度，进而控制系统蓄放热；
2)、与CaO/Ca(OH)2蓄热材料相比，改进的蓄热材料在相同的蓄热温度下，蓄热效率可以提高30％；而在相同的蓄热效率下，可以降低蓄热温度20℃以上；
3)、适用范围广，通过改变水蒸汽压力，蓄热阶段可以在450℃到600℃范围内进行调节，放热阶段可以在20℃到500℃范围内进行。
附图说明
图1为本发明中蓄热系统结构示意图；
图2为本发明中相同蓄热能量下蓄热材料掺杂不同摩尔分数的LiOH·H2O蓄热耗时对比图，相同蓄热能量下掺杂摩尔分数0％、2％、5％和10％的LiOH·H2O需要的时间分别为476s、440s、432s、408s和370s；
图3为本发明中(a)改进前CaO/Ca(OH)2蓄热材料与(b)改进后掺杂5％摩尔分数LiOH·H2O的蓄热材料化学反应焓对比图；
图4为本发明中(a)改进前CaO/Ca(OH)2蓄热材料与(b)改进后掺杂5％摩尔分数LiOH·H2O的蓄热材料的比热容对比图；
图5为本发明中改进前CaO/Ca(OH)2蓄热材料与改进后掺杂5％摩尔分数LiOH·H2O的蓄热材料的蓄热速率、热重对比图；
图6为本发明中蓄热系统在相同条件下，采用改进前CaO/Ca(OH)2蓄热材料与改进后掺杂5％摩尔分数LiOH·H2O的蓄热材料的蓄热对比图；
图7为本发明蓄热系统不同条件参数变化对蓄放热过程和效率的影响：(a)为不同蓄热温度对蓄热过程的影响，(b)为不同放热温度对放热过程的影响，(c)为不同水蒸气压力对放热过程的影响；
图中：水蒸汽发生器1、水蒸汽质量流量计2、反应釜3、换热器4、真空泵5、蓄热材料6。
具体实施方式
下面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。
实施例1
以下实施例中使用的：Ca(OH)2为国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯Ca(OH)2，含Li化合物为国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯LiOH·H2O，球磨机为南京南大仪器生产的QM—3S92型行星式高能球磨机，球磨罐和磨球材质为玛瑙，球磨罐采用真空不锈钢套，同步热分析仪为美国PerkinElmer公司生产的STA8000，差示扫描量热仪为美国PerkinElmer公司生产的DSC8000。
如图1所示，本实施例涉及一种可调控化学蓄热系统，包括：水蒸汽发生器1、水蒸汽质量流量计2、反应釜3、换热器4、真空泵5和蓄热材料6，其中：水蒸汽发生器1、反应釜3和真空泵5依次相连，水蒸汽质量流量计2设置于水蒸汽发生器1和反应釜3之间，蓄热材料6设置于反应釜3内，换热器4与蓄热材料6接触。
所述的水蒸汽质量流量计2用来检测蓄放热的反应程度，以此调节水蒸汽流量，实现蓄放热调控。
所述的真空泵5用于放热阶段抽真空，保证闭口蓄热系统放热过程的顺利进行，提高放热效率。
所述的水蒸汽发生器1和反应釜3设计耐压为3MPa，通过电加热加热水蒸汽发生器1控制水蒸汽压力调节蓄放热量和放热功率。
所述的换热器4包括：外部换热管道和外部换热盘管。
本实施例涉及上述系统的蓄热材料6，通过将Ca(OH)2和含Li化合物混合后球磨掺杂得到。
所述的含Li化合物为LiOH·H2O和/或Li2O，本实施例优选LiOH·H2O。
如图2所示，本实施例中所述的蓄热材料6中Ca(OH)2摩尔分数为70～100％，LiOH·H2O摩尔分数为0～30％，但是添加过多LiOH·H2O会让Ca(OH)2占比减少使得总蓄热量下降，故Ca(OH)2摩尔分数优选为90～95％，LiOH·H2O摩尔分数优选为5～10％。
本实施例涉及上述蓄热材料6的制备工艺：将摩尔分数为95％的Ca(OH)2与5％的LiOH·H2O混合后倒入高能球磨机球磨掺杂处理，磨球级配为280个直径6cm的磨球以及40个直径10cm的磨球；球磨罐内加入的物料和磨球总量不超过容积四分之三，球磨罐抽真空并注入氩气作为保护气，防止原料在球磨过程中与空气反应出现污染；球磨30min，然后停止10min，如此循环球磨20次；
本实施例涉及的蓄热系统其工作原理包括：
1)、蓄热：封闭系统排气管路以及抽真空管路，换热器4将外部热量输送到反应釜3，当内部加热温度升高到相应的分解温度时，Ca(OH)2分解并将热量储存在生成的CaO与水蒸汽中，反应釜3中的水蒸汽可以进入水蒸汽发生器1进行储存；
2)、放热：封闭系统排气管路以及抽真空管路，通过水蒸汽质量流量计2控制水蒸气进入反应釜3的流量，水蒸汽与CaO接触，化合反应放出热量，再次生成Ca(OH)2，放出的热量通过换热器4导出供给给用户端。
如图3所示，本实施例利用同步热分析仪STA8000测得改进后的蓄热材料6的化学反应焓为106.5KJ/mol，与改进前CaO/Ca(OH)2材料的106.4KJ/mol相比，并无太大变化，可见蓄热材料6本身对蓄热能量没有造成影响；
如图4所示，本实施例利用差示扫描量热仪DSC8000测得60～300℃时CaO和Ca(OH)2的比热容，排除了蓄热材料6的显热蓄热对蓄热能量的影响；
如图5所示，本实施例利用同步热分析仪STA8000测得改进的蓄热材料6与CaO/Ca(OH)2材料的蓄热效率，发现达到相同的蓄热温度，蓄热材料6所需时间较短。

Claims (6)

1.一种可调控化学蓄热系统，其特征在于，包括：水蒸汽发生器、水蒸汽质量流量计、反应釜、换热器、真空泵和蓄热材料，其中：水蒸汽发生器、反应釜和真空泵依次相连，水蒸汽质量流量计设置于水蒸汽发生器和反应釜之间，蓄热材料设置于反应釜内，换热器与蓄热材料接触。
2.根据权利要求1所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的水蒸汽发生器和反应釜耐压3MPa。
3.根据权利要求1所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的换热器包括：外部换热管道和外部换热盘管。
4.根据权利要求1所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的蓄热材料通过将Ca(OH)2和含Li化合物混合掺杂得到。
5.根据权利要求4所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的蓄热材料中Ca(OH)2的摩尔分数为90～95％，含Li化合物的摩尔分数为5～10％。
6.根据权利要求4所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的蓄热材料中含Li化合物为LiOH·H2O和/或Li2O。
CN201510765795.XA 2015-11-11 2015-11-11 可调控化学蓄热系统 Pending CN105423791A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510765795.XA CN105423791A (zh) 2015-11-11 2015-11-11 可调控化学蓄热系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510765795.XA CN105423791A (zh) 2015-11-11 2015-11-11 可调控化学蓄热系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105423791A true CN105423791A (zh) 2016-03-23

Family

ID=55502176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510765795.XA Pending CN105423791A (zh) 2015-11-11 2015-11-11 可调控化学蓄热系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105423791A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106323804A (zh) * 2016-08-30 2017-01-11 上海交通大学 化学储热循环稳定性测试系统
CN108106475A (zh) * 2017-12-22 2018-06-01 西北大学 一种控温式化学放热器及其系统
WO2018103210A1 (zh) * 2016-12-09 2018-06-14 南京工业大学 高温钙循环热化学储能方法及系统
CN108387128A (zh) * 2018-03-26 2018-08-10 青岛海尔智能技术研发有限公司 一种化学储能放热装置及燃气热水器
CN109777373A (zh) * 2019-03-06 2019-05-21 北京理工大学 中温跨季储热材料
CN110114630A (zh) * 2016-12-28 2019-08-09 日本涂料控股有限公司 蓄放热装置
EP3673220B1 (en) * 2017-08-22 2023-06-28 Technische Universiteit Eindhoven Closed cycle thermal energy storage system using thermochemical material
WO2023149361A1 (ja) * 2022-02-01 2023-08-10 株式会社白石中央研究所 化学蓄熱材用水酸化カルシウムスラリー、化学蓄熱材用水酸化カルシウムスラリーの製造方法、化学蓄熱材、化学蓄熱材の製造方法および化学蓄熱を行う方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4319626A (en) * 1976-07-06 1982-03-16 Martin Marietta Corp. Chemical storage of energy
US4566281A (en) * 1979-02-12 1986-01-28 Ergenics, Inc. Reaction heat storage method for hydride tanks
CN1049409A (zh) * 1989-08-11 1991-02-20 株式会社日立制作所 热回收设备及操作该设备的方法
CN101855508A (zh) * 2007-11-13 2010-10-06 松下电器产业株式会社 化学储热装置
CN103911121A (zh) * 2013-12-26 2014-07-09 深圳市爱能森科技有限公司 二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4319626A (en) * 1976-07-06 1982-03-16 Martin Marietta Corp. Chemical storage of energy
US4566281A (en) * 1979-02-12 1986-01-28 Ergenics, Inc. Reaction heat storage method for hydride tanks
CN1049409A (zh) * 1989-08-11 1991-02-20 株式会社日立制作所 热回收设备及操作该设备的方法
CN101855508A (zh) * 2007-11-13 2010-10-06 松下电器产业株式会社 化学储热装置
CN103911121A (zh) * 2013-12-26 2014-07-09 深圳市爱能森科技有限公司 二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闫君等: "《2013中国化工学会年会论文集》", 23 September 2013 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106323804A (zh) * 2016-08-30 2017-01-11 上海交通大学 化学储热循环稳定性测试系统
GB2573423A (en) * 2016-12-09 2019-11-06 Nanjing University Of Technology Thermochemical energy storage method and system with high-temperature calcium circulation
WO2018103210A1 (zh) * 2016-12-09 2018-06-14 南京工业大学 高温钙循环热化学储能方法及系统
GB2573423B (en) * 2016-12-09 2021-07-07 Nanjing University Of Technology Method and system of high-temperature calcium looping thermochemical energy storage
US11047601B2 (en) 2016-12-09 2021-06-29 Nanjing Tech University Method and system of high-temperature calcium looping thermochemical energy storage
CN110114630A (zh) * 2016-12-28 2019-08-09 日本涂料控股有限公司 蓄放热装置
EP3673220B1 (en) * 2017-08-22 2023-06-28 Technische Universiteit Eindhoven Closed cycle thermal energy storage system using thermochemical material
US11828540B2 (en) 2017-08-22 2023-11-28 Technische Universiteit Eindhoven Closed cycle thermal energy storage system using thermochemical material
CN108106475A (zh) * 2017-12-22 2018-06-01 西北大学 一种控温式化学放热器及其系统
CN108387128A (zh) * 2018-03-26 2018-08-10 青岛海尔智能技术研发有限公司 一种化学储能放热装置及燃气热水器
CN108387128B (zh) * 2018-03-26 2024-03-26 青岛海尔智能技术研发有限公司 一种化学储能放热装置及燃气热水器
CN109777373A (zh) * 2019-03-06 2019-05-21 北京理工大学 中温跨季储热材料
WO2023149361A1 (ja) * 2022-02-01 2023-08-10 株式会社白石中央研究所 化学蓄熱材用水酸化カルシウムスラリー、化学蓄熱材用水酸化カルシウムスラリーの製造方法、化学蓄熱材、化学蓄熱材の製造方法および化学蓄熱を行う方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105423791A (zh) 可调控化学蓄热系统
Yan et al. Experimental study of CaO/Ca (OH) 2 in a fixed-bed reactor for thermochemical heat storage
Wu et al. Research progress of solar thermochemical energy storage
CN106931657B (zh) 一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统
CN102777874B (zh) 直接产生蒸汽的相变储热系统及其相变储热剂的制备方法
Funayama et al. Thermochemical storage performance of a packed bed of calcium hydroxide composite with a silicon-based ceramic honeycomb support
CN105651091B (zh) 传热增强型化学蓄热装置及应用该蓄热装置的蓄热系统
CN105888995B (zh) 槽式太阳能中高温一体化热发电装置
CN109269129A (zh) 钙循环梯级热化学储能方法及系统
Fellet et al. Research on metal hydrides revived for next-generation solutions to renewable energy storage
CN104806311A (zh) 新型氨基热化学储能系统
CN104653418A (zh) 太阳能采集蓄热系统
CN106595082A (zh) 一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置
CN104194735A (zh) 一种碳基化学蓄热纳米复合材料及其制备方法
CN216054815U (zh) 一种用于固体氧化物燃料电池外部热管理系统的蓄热设备
Prasad et al. Performance and energy efficiency of a solid-state hydrogen storage system: An experimental study on La0. 7Ce0. 1Ca0. 3Ni5
CN104654859A (zh) 一种蓄热式换热器
CN205714614U (zh) 一种基于复合相变储热材料的太阳能热发电储热系统
CN108644880B (zh) 一种基于螺旋板式反应器的太阳能供暖系统及其工作方法
CN207664150U (zh) 基于镁基储氢材料的发电站系统
Lei et al. Redox cycle of calcium manganite for high temperature solar thermochemical storage systems
Malleswararao et al. Experimental studies on LaNi4. 25Al0. 75 alloy for hydrogen and thermal energy storage applications
Bezdudny et al. Single-stage metal hydride-based heat storage system
CN218673287U (zh) 一种基于锌升华和氧化的储能装置
CN203744575U (zh) 单腔蓄热式流体聚焦太阳能光热加热传热蓄热系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160323