CN108165238A - 一种用于传热的化学蓄热材料的配比 - Google Patents

一种用于传热的化学蓄热材料的配比 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于传热的化学蓄热材料的配比，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、传热。采用三种组分组成化学蓄热材料，其一为：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组金属颗粒，由金属或金属氧化物组成，以及一组微孔颗粒，由含有微孔的材料组成，将其进行混合后成为化学蓄热材料。在化学物质中增加金属颗粒实现其有效的传热，解决传热问题，同时增加多空颗粒来实现化学物质之间的反应，实现有效的进行化学反应，使得反应为之间有效地接触反应，因而使得化学蓄热具备实际工业应用价值。

Description

一种用于传热的化学蓄热材料的配比
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材料及配方。
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传热的化学蓄热材料的配比，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、传热。采用三种组分组成化学蓄热材料，其一为：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组金属颗粒，由金属或金属氧化物组成，以及一组微孔颗粒，由含有微孔的材料组成，将其进行混合后成为化学蓄热材料。在化学物质中增加金属颗粒实现其有效的传热，解决传热问题，同时增加多空颗粒来实现化学物质之间的反应，实现有效的进行化学反应，使得反应为之间有效地接触反应，因而使得化学蓄热具备实际工业应用价值。
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：
一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组由金属或金属氧化物组成的金属颗粒，，以及一组由含有微孔的材料组成的微孔材料，，按照重量比化学物质占50％-90％，金属颗粒占5％-50％，以及一组微孔颗粒占3％-60％，将其进行混合后成为化学蓄热材料。
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， Na2SO4·10H2O，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。
金属及金属氧化物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％。
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。
还包括下列非金属物，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。
通过下列方法之一将化学蓄热材料成型为固体粒块：直接机械挤压、加入粘结剂后挤压成型、加入到一个模具后挤压成型。
将上述组分的化学蓄热材料成型为固体粒块之后，将其：加热到30-1500度的温度后冷却固化。
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。
将化学蓄热器材料与导热水泥进行混合后，将浇筑到一个容器内，然后固化后形成蓄热材料。
容器内含有成型物，可以将浇筑的物质进行隔离为多个空间，包括蜂窝状空间。
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、本发明实现化学蓄热，通过在可逆可以实现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是矩形化学蓄热块示意图。
图中标号含义：
1：化学蓄热块，2：内部槽道。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1对本发明作详细说明。
实施例1、矩形化学蓄热块
图1所示的矩形化学蓄热块，由按照重量比化学物质NaSO4.10H2O500克占50％，金属颗粒氧化铁200克占20％，以及微孔颗粒沸石粉300克占30％，将其进行混合后成为化学蓄热材料。将其混合后利用机械压力成型，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；化学蓄热块的可以吸收水分300克，温度为 32.3度，当高于此温度是，采用显热方式进行蓄热，该材料具备很好的导热性能，可以将热能进行有效的传递，同时具备吸附能力，吸收300克的水来实现化学蓄热。
实施例2、矩形化学蓄热球
按照重量比化学物质CaCl2.6H2O 800克占80％，金属颗粒采用钢渣100克10％，以及微孔颗粒氧化铝100克占10％组成，将其混合后制成颗粒球，成为化学蓄热球。
实施例3、蜂窝空化学蓄热快
按照重量比化学物质Mg(NO3)2.6H2O600克占60％，金属颗粒金矿尾矿粉150克15％，以及微孔颗粒氧化铝100克占10％，石墨粉15克15％组成，将其混合,再加入180导热水泥，将其充入到容器内，容器内部设置有蜂窝孔，再填充时将充入的材料依次间隔一个蜂窝孔进行充入，将其固定后成型。
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)

1.一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组由金属或金属氧化物组成的金属颗粒，以及一组由含有微孔的材料组成的微孔材料，按照重量比化学物质占40％-80％，金属颗粒占15％-60％，以及一组微孔颗粒占32％-68％，将其进行混合后成为化学蓄热材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，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.nH 2O＝X+nH 2O,或者X.nH 2O＝X.mH2O+(n-m)H 2O其中X.nH 2O选自：FeSO 4·7H 2O、NiSO 4·7H 2O，ZnSO 4·7H 2O，CuSO4·5H 2O，Ba(OH)2·10H 2O，Na 2SO 4·10H 2O，CaC l2.6H 2O，HPO 4.12H 2O，Ca(NO 3).4H 2O，Na 2S 2O 3.5H 2O；B、无机氢氧化物热分解：X(OH)N＝XO+H 2O，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：XCO 3＝XO+CO 2，其中X选自：CaCO 3，MgCO 3，K 2CO 3，SrCO 3，Li 2CO 3，NaCO 3；D、有机物的氢化和脱水反应：CxHy＝CxHy-2x+xH 2,其中CxHy选自C 2H 6，C 6H 12；E、金属氢化物的热分解：XHn＝X+n/2H 2。
3.根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：金属及金属氧化物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％。
4.根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，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。
5.根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：还包括下列非金属物，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。
6.根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：通过下列方法之一将化学蓄热材料成型为固体粒块：直接机械挤压、加入粘结剂后挤压成型、加入到一个模具后挤压成型。
7.根据权利要求6所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：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。
8.根据权利要求7所述的任意一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：将上述组分的化学蓄热材料成型为固体粒块之后，将其加热到30-1500度的温度后冷却固化。
9.根据权利要求8所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：将化学蓄热器材料与导热水泥进行混合后，将浇筑到一个容器内，然后固化后形成蓄热材料。
10.根据权利要求9所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配比，其特征是：容器内含有成型物，可以将浇筑的物质进行隔离为多个空间，包括蜂窝状空间。
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CN109777373A (zh) * 2019-03-06 2019-05-21 北京理工大学 中温跨季储热材料

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