CN110822743B - 一种基于光热移动床的可连续式储热系统 - Google Patents

Abstract

一种基于光热移动床的可连续式储热系统，属于太阳能热存储领域。自动进料装置的出料端与光热反应器的内管的进料端连接，光热反应器通过支撑架支撑并呈倾斜设置，光热反应器的出料端低于进料端，物料收集装置设置在光热反应器的出料端下方，传动系统中的链条穿入自动进料装置及光热反应器，储热材料加入自动进料装置中，并经传动系统中的链条带动进入光热反应器，再由光热反应器的出料口落入物料收集装置中。本发明无需在光热、热储存过程中设置复杂的传热部件，直接吸收太阳光进行光热转换，并将热量储存在吸附式储热材料中。搭建移动床系统实现水分脱附及储热，通过链条传动有效解决高含水量吸附剂团聚、粘壁问题，使得系统连续运行且可靠性好。

Description

一种基于光热移动床的可连续式储热系统

技术领域

本发明属于太阳能热存储领域，具体涉及一种基于光热移动床的可连续式储热系统。

背景技术

我国的太阳能资源十分丰富，年辐射量超过5000MJ/m²的地区占陆地面积96％以上。太阳能等可再生能源利用的瓶颈在于能量来源的间歇性和不稳定性，这就导致了供热侧与需求侧的不匹配，而储热技术则是解决这一问题的有效方法。由于化学储热具有能量密度高、无需绝热防护、储存周期长等优点，是进行太阳能储热的优选。

水合盐吸附式储热具有储热密度高、反应温度区间(20～150℃)与建筑供暖相匹配、对生态环境和生命健康友好等特点，日益受到研究者关注。水合盐通过水蒸气的吸附/脱附实现热能的存储/释放。储热时，水合盐吸热分解为盐和水蒸气，水蒸气排出体系，此时热能转化为化学能贮存于水合盐中；放热时，盐与水蒸气发生水合反应，将贮存的化学能以热的形式释放。在储/放热过程中水蒸气的顺利扩散与热量的高效传递是保证体系稳定运行的关键。

目前水合盐吸附储热大多利用固定床反应器进行脱附反应，以实现热量的储存。虽然具有结构简单、操作方便等优点，但固定床反应器存在吸附剂团聚、结块等问题，导致吸附质无法及时地与所有吸附剂颗粒有效反应。多次储/放热循环后仅剩少量(15％)吸附剂参与反应，这严重影响了反应器整体热均匀性和运行稳定性。此外，目前的储热反应器无法直接利用太阳能的热量，需要商业光热真空管或集热器，利用传热介质及换热器将热量传递至反应器，进而发生脱附储热。由此可见，现有的储热系统结构复杂，太阳能的利用率不高。

发明内容

本发明的目的是针对传统水合盐吸附式储热反应器存在的材料结块、传质传热性能差、储热系统复杂等问题，提出一种基于光热移动床的可连续式储热系统。

本发明提供了一种基于光热移动床的可连续式储热系统，储热材料可在光热反应器内匀速运动，同时采用太阳能真空管(即相套装在的内管和外管)作为光热反应器，使储热材料在移动过程中利用管壁产生的高温发生脱附，在储热的同时避免储热材料出现团聚结块的现象，从而实现太阳能的原位热转化和连续式热化学存储。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

一种基于光热移动床的可连续式储热系统，包括自动进料装置、光热反应器、传动系统、物料收集装置、支撑架及储热材料，所述自动进料装置包括前导管、料仓和后导管；

所述料仓的前后侧壁的底部均设有通孔，料仓前侧所述通孔与前导管后端连通，料仓后侧壁所述通孔与后导管前端连通，后导管侧壁前部设有多个排气孔，料仓倾斜设置，料仓的倾角与光热反应器相同，料仓的前后侧壁与水平面之间设有的倾角为锐角；后导管的出料端与光热反应器的内管的进料端连接，所述光热反应器通过支撑架支撑并呈倾斜设置，光热反应器的出料端低于进料端，所述物料收集装置设置在光热反应器的出料端下方，传动系统中的链条穿入自动进料装置及光热反应器，所述储热材料由料仓加入，并经传动系统中的链条带动进入光热反应器，再由光热反应器的出料口落入物料收集装置中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本系统无需在光热、热储存过程中设置复杂的传热部件，直接吸收太阳光进行光热转换，并将热量储存在吸附式储热材料中。

(2)搭建移动床系统(链条在光热反应器内缓慢运行)实现水分脱附及储热，通过链条传动有效解决高含水量吸附剂团聚、粘壁问题，使得系统可连续运行且可靠性较好。

附图说明

图1是本发明的一种基于光热移动床的可连续式储热系统的主视图；

图2是图1的A处局部放大图；

图3是图1的B处局部放大图；

图4是图1的C处局部放大图；

图5为电机与脉冲控制器、调速器及电源相连的框图。

上述图中涉及的部件名称及标号如下：

支撑架1、物料收集装置2、内管3、链条4、前导管5、料仓6、后导管7、排气孔8、外管9、电机10、主动链轮11、被动链轮12、电机架13、脉冲控制器14、调速器15、电源16。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1-图4所示，本实施方式记载了一种基于光热移动床的可连续式储热系统，包括自动进料装置、光热反应器、传动系统、物料收集装置2、支撑架1及储热材料，所述自动进料装置的出料端与光热反应器的内管3的进料端连接，所述光热反应器通过支撑架1支撑并呈倾斜设置，光热反应器的出料端低于进料端，所述物料收集装置2设置在光热反应器的出料端下方(用于收集被链条4带动到光热反应器的出料端后自由下落的储热材料)，传动系统中的链条4穿入自动进料装置及光热反应器，所述储热材料加入自动进料装置中，并经传动系统中的链条4带动进入光热反应器，再由光热反应器的出料口落入物料收集装置2中。

具体实施方式二：如图1、图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述自动进料装置包括前导管5、料仓6和后导管7；所述料仓6的前后侧壁的底部均设有通孔，料仓6前侧所述通孔与前导管5后端连通，料仓6后侧壁所述通孔与后导管7前端连通，后导管7侧壁前部设有多个排气孔8，料仓6倾斜设置，料仓6的倾角与光热反应器相同，料仓6的前后侧壁与水平面之间设有的倾角为锐角(便于储热材料下滑至前后导管口处)；所述储热材料由料仓6加入。

前导管5主要为防止料仓6里的储热材料溢出，后导管7与光热反应器的内管3连接，便于储热材料进入光热反应器内。后导管7上设有多个排气孔8，用于光热反应器内的水蒸气扩散，防止被料仓6里的储热材料吸附。

光热反应器的内管3的进料端伸入后导管7内，且二者通过螺钉连接。

具体实施方式三：如图1、图4所示，本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述光热反应器(是储热过程的核心部件)为由内管3和外管9相套在一起的双层管结构，所述外管9为玻璃管(具有高光透过性)，所述内管3外壁设有选择性吸收涂层(具有高效光吸收能力，并将接收的光能高效地转换为热能，同时具有极低的发射率以减少辐射热损耗)，内管3与外管9之间构成一个真空状态的封闭腔(防止内管3壁面向环境散热)，内管3的两端伸出外管9外部；所述链条4携带储热材料进入内管3内(内管3外壁面的高温传递给管内的储热材料，储热材料由于吸收热量温度升高而发生水蒸气脱附，实现热量的储存)。

沿程储热材料不断吸收光热反应器内壁的热量，使得水蒸气不断脱附，逸出的水蒸气在内管3内上方未填满储热材料处向上扩散，直至到达自动进料装置的后导管7上的排气孔8处，扩散至大气中。

所述选择性吸收涂层的材质是SS-AlNx/Cu。

具体实施方式四：如图1、图2、图4及图5所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述传动系统(是储热材料运行的关键)包括电机10、链条4及三个链轮，所述三个链轮包括主动链轮11和两个被动链轮12，所述主动链轮11固定装在电机10的输出轴上，所述电机10设置在光热反应器出料端外侧并通过电机架13固定在地面上，所述两个被动链轮12的轮轴均固定在支撑架1上，两个被动链轮12上下对应设置(两个被动链轮12均通过轴承安装在各自的轮轴上)，主动链轮11和两个被动链轮12通过链条4连接，电机与脉冲控制器14相连，所述脉冲控制器14与调速器15相连，所述调速器15与电源16相连(对链条4的移动起停、速度进行控制，改变储热材料在内管3中的停留时间，进而改变脱附(储热)效率)。

所述链条4为传动链条、输送链条或专用特种链条，配合相应链轮使用。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述支撑架1为高度可调支撑架，所述高度可调支撑架包括两个架体及两组套管；每组套管均包括内套管和外套管，所述两个架体由前至后呈一高一低设置在光热反应器的下方，每组套管中的外套管下端与对应的架体上端固定连接，每组套管中的内套管下端套装在对应的外套管内，每个外套管上均沿径向设有数个螺纹通孔，所述数个螺纹通孔沿外套管的高度方向等间距设置，内套管和外套管通过旋入相应螺纹通孔内的顶丝固定连接。

利用高度可调支撑架调整光热反应器的倾角。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述储热材料为水合盐吸附剂，所述水合盐吸附剂为氯化盐、溴化盐、碘化盐、氢化物、氧化物中的一种或至少两种的组合。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六作出的进一步说明，所述氯化盐为氯化镁、氯化锰、氯化镁、氯化钙、氯化锂、氯化钾或氯化钡；所述溴化盐为溴化镁、溴化钡、溴化钠、溴化锶、溴化锂或溴化锰。

本发明的工作流程：

夏季太阳能热储存阶段，利用太阳光将光热反应器侧壁加热，热量传导给光热反应器内部的储热材料，储热材料发生脱附，高温水蒸气扩散至光热反应器进料端处离开光热反应器，在链条4传动下储热材料从光热反应器进料端向出料端缓慢移动，在光热反应器出料端处得到低含水量储热材料，进行密封储存。脱附过程吸热，因此该过程可将太阳能储存在低含水量储热材料中。

冬季太阳能热能释放供热阶段，将低含水量储热材料置于固定床(是外部构件)中，通入含有水蒸气的冷气流，储热材料吸附水蒸气的同时释放热量，气流被干燥同时温度升高，通入室内起到供暖作用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：包括自动进料装置、光热反应器、传动系统、物料收集装置(2)、支撑架(1)及储热材料，所述自动进料装置包括前导管(5)、料仓(6)和后导管(7)；

所述料仓(6)的前后侧壁的底部均设有通孔，料仓(6)前侧所述通孔与前导管(5)后端连通，料仓(6)后侧壁所述通孔与后导管(7)前端连通，后导管(7)侧壁前部设有多个排气孔(8)，料仓(6)倾斜设置，料仓(6)的倾角与光热反应器相同，料仓(6)的前后侧壁与水平面之间设有的倾角为锐角；后导管(7)的出料端与光热反应器的内管(3)的进料端连接，所述光热反应器通过支撑架(1)支撑并呈倾斜设置，光热反应器的出料端低于进料端，所述物料收集装置(2)设置在光热反应器的出料端下方，传动系统中的链条(4)穿入自动进料装置及光热反应器，所述储热材料由料仓(6)加入，并经传动系统中的链条(4)带动进入光热反应器，再由光热反应器的出料口落入物料收集装置(2)中。

2.根据权利要求1所述的一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：所述光热反应器为由内管(3)和外管(9)相套在一起的双层管结构，所述外管(9)为玻璃管，所述内管(3)外壁设有选择性吸收涂层，内管(3)与外管(9)之间构成一个真空状态的封闭腔，内管(3)的两端伸出外管(9)外部；所述链条(4)携带储热材料进入内管(3)内。

3.根据权利要求2所述的一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：所述选择性吸收涂层的材质是SS-AlNx/Cu。

4.根据权利要求1所述的一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：所述传动系统包括电机(10)、链条(4)及三个链轮，所述三个链轮包括主动链轮(11)和两个被动链轮(12)，所述主动链轮(11)固定装在电机(10)的输出轴上，所述电机(10)设置在光热反应器出料端外侧并通过电机架(13)固定在地面上，所述两个被动链轮(12)的轮轴均固定在支撑架(1)上，两个被动链轮(12)上下对应设置，主动链轮(11)和两个被动链轮(12)通过链条(4)连接，电机(10)与脉冲控制器(14)相连，所述脉冲控制器(14)与调速器(15)相连，所述调速器(15)与电源(16)相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：所述支撑架(1)为高度可调支撑架，所述高度可调支撑架包括两个架体及两组套管；每组套管均包括内套管和外套管，所述两个架体由前至后呈一高一低设置在光热反应器的下方，每组套管中的外套管下端与对应的架体上端固定连接，每组套管中的内套管下端套装在对应的外套管内，每个外套管上均沿径向设有数个螺纹通孔，所述数个螺纹通孔沿外套管的高度方向等间距设置，内套管和外套管通过旋入相应螺纹通孔内的顶丝固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：所述储热材料为水合盐吸附剂，所述水合盐吸附剂为氯化盐、溴化盐、碘化盐、氢化物、氧化物中的一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求6所述的一种基于光热移动床的可连续式储热系统，其特征在于：所述氯化盐为氯化镁、氯化锰、氯化钙、氯化锂、氯化钾或氯化钡；所述溴化盐为溴化镁、溴化钡、溴化钠、溴化锶、溴化锂或溴化锰。

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