CN112344572A - 一种直接光照加热的氢化物储热系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直接光照加热的氢化物储热系统，包括换热罐，换热罐的侧面设置有供太阳光通过的第一透光模块，换热罐分别开设有供换热介质进出的入流口和出流口；换热罐的上下内壁面分别交替设置有若干起到折流作用的储热反应器，若干储热反应器均安装有与外置储氢容器连接的氢气阀，储热反应器(1)的侧面设置有与第一透光模块配合的第二透光模块；当系统安装时，若干储热反应器的内部放置有相互混合设置的金属氢化物和热辐射增强颗粒。通过采用上述技术方案，实现金属氢化物储热系统的高效储热；同时，结构简单，经济实用。

Description

一种直接光照加热的氢化物储热系统以及方法
技术领域
本发明涉及太阳能热能储存的技术领域，具体涉及一种直接光照加热的氢化物储热系统以及方法。
背景技术
进入21世纪以来，世界范围内出现能源危机和环境恶化，迫使人类社会发展各种可再生清洁能源。太阳能是丰富的可再生能源，受到研究者的广泛关注。太阳能光热发电技术是新一代太阳能发电站的发展方向。其中，储热系统是太阳能光热发电中的关键组成部分，其能增强太阳能光热发电站供电的稳定性与持续性。
储热材料是储热系统的关键技术。储热材料的种类主要分为显热储热材料、潜热储热材料和热化学储热材料。热化学储热材料是基于化学可逆反应进行热能的储存/释放，储热密度大，稳定性较好，实现热能的长期储存，是新一代储热材料研究的重点发展方向。其中，金属氢化物储热材料具有反应热值高、分解温度范围大、循环性能好、价格低廉、来源广泛以及安全性高等优点，是储热材料的主流发展方向。
然而金属氢化物储热材料储热密度很高而导热性能较差，阻碍着其在储热系统中的应用。目前，添加高导热碳材料(石墨烯、纳米碳管等)，以及加入散热翅片是提高其导热性能常见方法。然而，石墨烯与纳米碳管等材料价格昂贵，并不适合大规模使用。而加入散热翅片会使得结构变得复杂，制约化学储热装置的实际化应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种直接光照加热的氢化物储热系统以及方法，具有提高系统的换热性能的优点，且结构简单、经济实用。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种直接光照加热的氢化物储热系统，包括换热罐，所述换热罐的侧面设置有供太阳光通过的第一透光模块，所述换热罐分别开设有供换热介质进出的入流口和出流口；所述换热罐的上下内壁面分别交替设置有若干起到折流作用的储热反应器，若干所述储热反应器均安装有与外置储氢容器连接的氢气阀，所述储热反应器的侧面设置有与所述第一透光模块配合的第二透光模块；当系统安装时，若干所述储热反应器的内部放置有相互混合设置的金属氢化物和热辐射增强颗粒。
通过采用上述技术方案，换热罐的上下内壁面分别交替设置有若干平行设置的储热反应器，储热反应器在换热罐起到折流的作用，使得换热介质与储热反应器的接触更为充分，提高系统的换热效率。通过在储热反应器的侧面均设置有第二透光模块，通过直接阳光照射热辐射增强颗粒加热金属氢化物，避免传热介质与储热材料之间传热的能量损耗，实现金属氢化物储热系统的高效储热；同时，系统的结构简单，无需额外安装其他材料或者装置，降低了制造成本。
本发明进一步设置为：所述第一透光模块与所述第二透光模块之间正对设置。
通过采用上述技术方案，便于光热发电站聚焦起来的太阳光进入至储热反应器，提高了太阳光的利用率。
本发明进一步设置为：所述入流口与所述出流口之间通过所述储热反应器连通设置，所述入流口位于所述换热罐的上方，所述出流口位于所述换热罐的下方远离所述入流口的一侧。
通过采用上述技术方案，使得换热介质能够更为充分的与储热反应器接触，提高系统的换热效率。
本发明进一步设置为：所述金属氢化物和所述热辐射增强颗粒之间的质量比例设置为9：1。
通过采用上述技术方案，保障金属氢化物的储热性能同时提高热辐射的传导效率，减少热量的损失。
本发明进一步设置为：所述金属氢化物选自氢化镁、氢化铁镁、氢化钠、氢化钙中一种或多种。
通过采用上述技术方案，金属氢化物起到储热的作用，并且通过热辐射的方式进行传热克服了自身导热性差的缺点，在保证金属氢化物的储热性能同时提高了系统的换热性能。
本发明进一步设置为：所述热辐射增强颗粒选自氧化镧、氧化钙、氧化镍、氧化铁、氧化钴、二氧化锆、氧化铬、二氧化钛中一种或多种，以及碳纳米管、碳化硅或氮化硼中一种或多种。
通过采用上述技术方案，热辐射增强颗粒起到增强热辐射的转换能力，起到增幅系统的换热性能的作用。
一种直接光照加热的氢化物储热系统的方法，
当系统进行储热时，光热发电站聚焦起来的太阳光通过所述第一透光模块以及所述第二透光模块进入储热反应器，太阳光照射在所述热辐射增强颗粒上并通过热辐射方式传递至所述金属氢化物，所述金属氢化物受热释放氢气，氢气通过所述氢气阀排出储热反应器，储存至外置储氢容器中；
当系统进行放热时，外置储氢容器中的氢气经所述氢气阀进入至所述储热反应器的内部，所述金属氢化物吸氢放热并经所述热辐射增强颗粒进行增幅，所述热辐射增强颗粒(7)释放热辐射导致所述储热反应器升温，换热介质经所述入流口流入所述换热罐被所述储热反应器加热。
通过采用上述技术方案，当太阳光透光第一透光模块以及第二透光模块进入至储热反应器，直接阳光照射热辐射增强颗粒加热金属氢化物，避免传热介质与储热材料之间传热的能量损耗，实现金属氢化物储热系统的高效储热。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过换热罐的上下内侧面分别交替设置有若干平行设置的储热反应器，储热反应器在换热罐起到折流的作用，使得换热介质与储热反应器的接触更为充分，提高系统的换热效率；
2.通过在储热反应器正对的侧面均设置有第二透光模块，通过直接阳光照射热辐射增强颗粒加热金属氢化物，避免传热介质与储热材料之间传热的能量损耗，实现金属氢化物储热系统的高效储热；同时，系统的结构简单，无需额外安装其他材料或者装置，降低了制造成本。
附图说明
图1为本实施例的整体结构图；
图2为本实施例的换热罐径向截面的结构示意图。
附图标记：1、储热反应器；2、第二透光模块；3、热辐射增强颗粒；4、金属氢化物；5、氢气阀；6、换热罐；7、入流口；8、第一透光模块；9、出流口。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明为一种直接光照加热的氢化物储热系统，包括换热罐6，换热罐6的两边侧面均安装有供太阳光通过的第一透光模块8，换热罐6分别开设有供换热介质进出的入流口7和出流口9；换热罐6的上下内侧面分别交替固定有若干起到折流作用的储热反应器1，若干储热反应器1之间平行设置，储热反应器1的其中一端伸出换热罐6，储热反应器1伸出换热罐6的一端固定连接有与外置储氢容器连接的氢气阀5，储热反应器1的形状为板状设置，储热反应器1的轴向方向为竖直设置，若干储热反应器1的有与外置储氢容器连接的氢气阀，储热反应器1的两边侧面均安装有与第一透光模块配合的第二透光模块2，第一透光模块8与第二透光模块2两者均采用透光玻璃制成，第一透光模块8与第二透光模块2之间正对设置。
当系统安装时，若干储热反应器1的内部放置有相互混合设置的金属氢化物4和热辐射增强颗粒3，金属氢化物4和热辐射增强颗粒3之间的质量比例设置为9：1。
入流口7与出流口9之间通过储热反应器1连通设置，入流口7位于换热罐6的上方，出流口9位于换热罐6的下方远离入流口7的一侧。
金属氢化物4选自氢化镁、氢化铁镁、氢化钠、氢化钙中一种或多种。
热辐射增强颗粒选自氧化镧、氧化钙、氧化镍、氧化铁、氧化钴、二氧化锆、氧化铬、二氧化钛中一种或多种，以及碳纳米管、碳化硅或氮化硼中一种或多种。
一种直接光照加热的氢化物储热系统的方法，当系统进行储热时，光热发电站聚焦起来的太阳光通过第一透光模块8以及第二透光模块2进入储热反应器1，太阳光照射在热辐射增强颗粒3上并通过热辐射方式传递至金属氢化物4，金属氢化物4受热释放氢气，氢气通过氢气阀5排出储热反应器1，储存至外置储氢容器中；
当系统进行放热时，外置储氢容器中的氢气经氢气阀5进入至储热反应器1的内部，金属氢化物4吸氢放热并经热辐射增强颗粒3进行增幅，热辐射增强颗粒3释放热辐射导致储热反应器1升温，换热介质经入流口7流入换热罐6被储热反应器1加热，换热介质采用冷水，换热介质加热后形成高压水蒸气，并通过出流口9流出换热罐6，进而用于推动涡轮机发电。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于，包括换热罐(6)，所述换热罐(6)的侧面设置有供太阳光通过的第一透光模块(8)，所述换热罐(6)分别开设有供换热介质进出的入流口(7)和出流口(9)；所述换热罐(6)的上下内壁面分别交替设置有若干起到折流作用的储热反应器(1)，若干所述储热反应器(1)均安装有与外置储氢容器连接的氢气阀(5)，所述储热反应器(1)的侧面设置有与所述第一透光模块(8)配合的第二透光模块(2)；当系统安装时，若干所述储热反应器(1)的内部放置有相互混合设置的金属氢化物(4)和热辐射增强颗粒(3)。
2.根据权利要求1所述的直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于，所述第一透光模块(8)与所述第二透光模块(2)之间正对设置。
3.根据权利要求1所述的直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于，所述入流口(7)与所述出流口(9)之间通过所述储热反应器(1)连通设置，所述入流口(7)位于所述换热罐(6)的上方，所述出流口(9)位于所述换热罐(6)的下方远离所述入流口(7)的一侧。
4.根据权利要求1所述的直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于，所述金属氢化物(4)和所述热辐射增强颗粒(3)之间的质量比例设置为9：1。
5.根据权利要求1所述的直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于，所述金属氢化物(4)选自氢化镁、氢化铁镁、氢化钠、氢化钙中一种或多种。
6.根据权利要求1所述的直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于，所述热辐射增强颗粒(3)选自氧化镧、氧化钙、氧化镍、氧化铁、氧化钴、二氧化锆、氧化铬、二氧化钛中一种或多种，以及碳纳米管、碳化硅或氮化硼中一种或多种。
7.一种直接光照加热的氢化物储热系统的方法，所述方法应用于所述权利要求1-6中任一所述的直接光照加热的氢化物储热系统，其特征在于：
当系统进行储热时，光热发电站聚焦起来的太阳光通过所述第一透光模块(8)以及所述第二透光模块(2)进入储热反应器(1)，太阳光照射在所述热辐射增强颗粒(3)上并通过热辐射方式传递至所述金属氢化物(4)，所述金属氢化物(4)受热释放氢气，氢气通过所述氢气阀(5)排出储热反应器(1)，储存至外置储氢容器中；
当系统进行放热时，外置储氢容器中的氢气经所述氢气阀(5)进入至所述储热反应器(1)的内部，所述金属氢化物(4)吸氢放热并经所述热辐射增强颗粒(3)进行增幅，所述热辐射增强颗粒(3)释放热辐射导致所述储热反应器(1)升温，换热介质经所述入流口(7)流入所述换热罐(6)被所述储热反应器(1)加热。
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