CN114111069A - 热化学储/放热装置及其模块化安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种热化学储/放热装置及其模块化安装方法，装置包括：装置主体及设于装置主体内的多组支撑孔板、多组导电储热模组、均流器、过滤器，装置主体具有相对的入口和出口，多组支撑孔板间隔设于入口与出口之间，每组导电储热模组设于每组支撑孔板上，每组导电储热模组包括键槽配合的多个导电储热模块，导电储热模组储存太阳能或外部的电能转化的热能；均流器设于导电储热模组与入口之间，均流器对来自入口的换热流体进行均流；过滤器设于导电储热模组与出口之间。本发明提高了导电储热模组换热的均匀性与换热效率，导电储热模组的模块化安装促进多场景输入能源(热/电能)的热化学储/放热装置的高效规模化应用。

Description

热化学储/放热装置及其模块化安装方法

技术领域

本发明涉及储热技术领域，具体为一种热化学储/放热装置及其模块化安装方法。

背景技术

据预测，太阳能热发电在未来十几年将进入爆发期。预计至2050年，太阳能热发电将占全球总发电量的11％，年发电量将达到4.38万亿kw·h。但由于太阳辐射的间断性和波动性的特点，系统的运行具有强烈的不稳定性，光热储热能够有效解决热能供需双方在时间和空间上不匹配的问题，作为太阳能热发电系统平稳、安全、高效运行的重要保障，具有广阔的前景。

与此同时，由于目前夜间用电量小，导致用电谷峰差加大，造成电力大量损失。有效利用低谷电可以达到削峰填谷的目的。此外，由于风能的波动性和间歇性，导致风能发出的电能会有波动，将其并网会破坏电网稳定性、连续性和可调性，出现了因风能发电量过剩造成的弃风弃电问题。因此将廉价“低谷电”或风能产生的废弃电能转化为化学能或热能进行存储和利用，可促进弃电的消纳，而且提高系统利用率。

目前储热领域可供选择的储热方式主要有三种：显热储热、潜热储热和热化学储热。热化学储热通过可逆的化学反应，将化学能储存在反应物中，具有储热密度高(约为显热储能的10倍，潜热储能的5倍)，反应温度可选范围广，储热时间长，漏热少，适合大规模发电等优势。

热化学储热主要反应体系有金属氧化物体系、氢氧化物体系、氨基体系、甲烷重整体系、碳酸盐体系等。其中金属氧化物体系具有较大的储能密度(>400kJ/kg)和较高的操作温度(>700℃)，空气既作为反应物，也作为传热流体，减少了换热器数量以及储存气体(如二氧化碳和蒸汽)的辅助设备，是热化学储热颇具前景的方式之一。

目前，储热装置的结构可分为固定床式、流化床式和移动床式三种，其中固定床式储热装置由于结构简单，储热材料不易磨损，成本较低等优势得到广泛应用，太阳能热发电领域中比较常见的双罐和单罐熔盐储热就是固定床形式。但固定床储热装置由于自身特性在储/放热过程中存在换热效率不高、循环操作存在热棘轮效应等问题。此外，电能经电加热器加热空气后再将热量传递给储热模块，也会使得储热装置的换热效率较低。

金属氧化物储热系统的应用受到材料反应和循环特性以及对换热设备要求高等限制，尚未大规模应用。提出新型应用形式的系统设计解决金属氧化物储/放热过程中温度分布不均匀、换热效率低和储热模块的规模化安装以及弃风弃电消纳问题是金属氧化物储热装置大规模应用的关键。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种热化学储/放热装置及其模块化安装方法，通过导电储热模组、支撑孔板、过滤器及均流器的设置，解决现有的金属氧化物储热装置在储/放热过程中温度分布不均匀、换热效率低，难以规模化应用的技术问题以及弃风弃电的能源消纳问题。

本发明提供一种热化学储/放热装置，包括：装置主体及设于装置主体内的多组支撑孔板、多组导电储热模组、均流器、过滤器，其中，

装置主体具有相对设置的入口和出口，多组支撑孔板间隔设于入口与出口之间，每组导电储热模组设于每组支撑孔板上，导电储热模组储存太阳能或外部的电能转化的热能，每组导电储热模组包括通过键槽配合的多个导电储热模块；均流器设于导电储热模组与入口之间，均流器对来自入口的换热流体进行均流；过滤器设于导电储热模组与出口之间。

根据该技术方案，换热流体为空气，太阳能通过加热空气得到高温空气，高温空气从入口进入到装置主体内并与多组导电储热模组换热，并以化学能和热能的形式储存，提高了能源的利用率；向入口通入低温空气(换热流体)时，多组导电储热模组发生逆向化学反应放热，实现太阳能的利用。通过对进入导电储热模块之前的空气使用均流器均流，可以提高换热均匀性与换热效率；在热量经出口流出时设置过滤器保证热量流出的同时，减少储热材料的流出，保证后续应用空气的洁净性，支撑孔板用于承载多组导电储热模组，可进一步增加空气在装置主体内流动分布的均匀性，解决导电储热模组在储/放热过程中温度分布不均匀、换热效率低的问题，导电储热模组的键槽结构，使得导电储热模块可以模块化安装，有利于促进热化学储/放热装置的大规模化应用。

本发明的可选技术方案中，还包括太阳能集热装置，太阳能集热装置将太阳能转化为热能后传递至热化学储/放热装置；

热化学储/放热装置还包括与每组导电储热模组的两端分别连接的电能输入端和电能输出端，热化学储/放热装置通过电能输入端储存外部的电能转化的热能，电能输出端输出电能。

根据该技术方案，太阳能转化的热能储存在导电储热单元模组中，实现了太阳能的高效储存。在太阳能不充足时，采用外部的电能作为补充能源，热化学储/放热装置将外部的电能转化为热能储存，提高了热化学储/放热装置的利用率。

本发明的可选技术方案中，电能输入端包括第一电极片及与第一电极片连接的第一线缆，电能输出端包括第二电极片及与第二电极片连接的第二线缆，第一电极片和第二电极片分别与每组导电储热模组的两端连接，多组导电储热模组之间通过第一线缆、第二线缆并联，第一线缆与外部电能的输出端连接，第二线缆输出电能；热化学储/放热装置还包括第三线缆，第三线缆接地。

根据该技术方案，采用电极片连接导电储热模组与外部电能，有利于提高电传导效率，外部电能直接将电流传递至导电储热模组，对导电储热模组进行电加热，使其发生还原/氧化反应，导电储热模组直接将电能转化为热能进行存储，可提高系统储热效率，减少了传热损失。每一层导电储热模组并联在电路中，可以实现低压高电流，不需要额外的升压；第三线缆的设置保证了热化学储/放热装置工作的安全性。

本发明的可选技术方案中，装置主体包括顺序连通的上段罐体、中段罐体及下段罐体，中段罐体与上段罐体、下段罐体通过法兰盘可拆卸固定，入口形成于上段罐体远离中段罐体的一端，出口形成于下段罐体远离中段罐体的一端；入口、出口小于中段罐体的两端的尺寸，中段罐体的内侧壁上间隔设有用于承载多组支撑孔板的多组支撑结构，多组支撑结构高度可调地设置在内侧壁上。

根据该技术方案，中段罐体用于容置支撑孔板及导电储热模组，装置主体采用三段式结构，能够方便、快捷地安装导电储热模组，解决因入口、出口尺寸小于支撑孔板，不便于安装支撑孔板的问题，支撑结构用于承载支撑孔板，提高了支撑孔板的安装牢度，且能够通过调节支撑结构的高度，调节支撑孔板的设置层数及每层支撑孔板之间的高度，进而对导电储热模组的高度和数量进行调节，提高了热化学储/放热装置的灵活性。

本发明的可选技术方案中，导电储热模块呈立方体状，包括相对的两个第一表面、相对的两个第二表面及相对的两个第三表面，两个第一表面上分别开设有气体流通孔道，且两个第一表面上分别设有匹配的第一键结构和第一槽结构，气体流通孔道沿着储/放热装置的入口与出口的延伸方向设置，两个第二表面上分别设有匹配的第二键结构和第二槽结构，两个第三表面上分别设有匹配的第三键结构和第三槽结构。

本发明呈立方体状的导电储热模块可以根据需要叠放不同长、宽、高的导电储热模组，且导电储热模组内的导电储热模块之间通过键槽结构连接紧密，提高了导电储热模块拼接后整体的强度和稳定性，相比较体积较大的一个整体导电储热模组，多个导电储热模块拼接形成的导电储热模组，有利于导电储热模块的安装维护；且气体流通孔道在储/放热装置入口与出口的延伸方向设置，有利于保证进来的高温空气或低温空气能够进入气体流通孔道与导电储热模块充分接触，进一步提高换热效率，本发明热化学储/放热装置热量分布均匀、换热效率高，导电储热模组3的键槽结构，使得导电储热模块可以模块化安装，有利于促进热化学储/放热装置的大规模化应用。

本发明的可选技术方案中，第一键结构具有与气体流通孔道连通的孔结构，第一槽结构与气体流通孔道连通。

根据该技术方案，有利于保证第一键结构、第一槽结构与导电储热模块中的气体流通孔道之间的畅通，增大空气与导电储热模块之间的接触面积，提高换热效率。

本发明的可选技术方案中，第一键结构、第二键结构或第三键结构的横截面呈十字形、圆形、多边形、L形中的一种或多种组合。

本发明的可选技术方案中，所述支撑孔板与所述气体流通孔道连通。

根据该技术方案，有利于提高空气在装置主体内的流动性，提高换热效率和换热均匀性。

本发明的可选技术方案中，导电储热模块是具有良好反应特性、循环性能和导电性能的多孔结构的金属氧化物储热材料。

根据该技术方案，导电储热模块是具有良好反应特性、循环性能和导电性能的多孔结构的金属氧化物储热材料，根据电流的热效应，导电储热模块将电能转化为热能进行储存，可有效减少传热损失；且本发明实施方式中导电储热模块具有较快的储/放热速率，良好的循环稳定性能，高温下导电、导热性能优异，热膨胀系数较小，可以显著提高能源利用率。

本发明另提供一种热化学储/放热装置的模块化安装方法，包括以下步骤：

在中段罐体的底部安装过滤器；

在中段罐体内部安装支撑孔板；

进行导电储热模组的组装，并将组装好的导电储热模组对应放置每一层支撑孔板上；

在中段罐体的顶部安装均流器；

将中段罐体与上段罐体、下段罐体分别连接固定。

根据该技术方案，通过将热化学储/放热装置的组装分成多个模块进行组成，且导电储热模组采用键槽结构拼接形成，并分层放置于支撑孔板上，提高了热化学储/放热装置内部结构的有序性，支撑孔板、均流器及导电储热模组自身的结构特性组合均有利于装置主体内部的空气的流通，进而提高换热均匀性与换热效率，导电储热模组的模块化安装及装置主体的模块化使得热化学储/放热装置适于大规模应用以及弃风弃电的消纳。

附图说明

图1为本发明实施方式中热化学储/放热装置的结构示意图。

图2为本发明实施方式中支撑孔板的结构示意图。

图3为本发明第一实施方式的导电储热模块的第一视角的结构示意图。

图4为本发明第一实施方式的导电储热模块的第二视角的结构示意图。

图5为本发明第二实施方式的导电储热模块的第一视角的结构示意图。

图6为本发明第二实施方式的导电储热模块的第二视角的结构示意图。

图7为本发明热化学储/放热装置的模块化安装方法的流程示意图。

图8为本发明实施方式中装置主体的局部结构示意图。

附图标记：

装置主体1；入口11；出口12；主体外壳13；第一保温层14；第二保温层15；主体内胆16；中段罐体17；法兰盘18；支撑结构19；支撑孔板2；导电储热模组3；导电储热模块31；第一表面311；第二表面312；第三表面313；气体流通孔道314；第一键结构315；第一槽结构316；第二键结构317；第二槽结构318；均流器4；过滤器5；第一电极片61；第一线缆62；第二电极片63；第二线缆64；第三线缆65。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

请参阅图1，本发明提供一种热化学储/放热装置，包括：装置主体1及设于装置主体1内的多组支撑孔板2、多组导电储热模组3、均流器4、过滤器5，其中，装置主体1具有相对设置的入口11和出口12，多组支撑孔板2间隔设于入口11与出口12之间，每组导电储热模组3设于每组支撑孔板2上，每组导电储热模组3包括通过键槽配合的多个导电储热模块31；导电储热模组3储存太阳能或外部的电能转化的热能，均流器4设于导电储热模组3与入口11之间，均流器对来自入口的换热流体进行均流；过滤器5设于导电储热模组3与出口12之间。

本发明实施方式中，换热流体是空气，通过太阳能加热得到高温空气，高温空气从入口11进入到装置主体1内并与多组导电储热模组3换热，并以化学能和热能的形式储存，提高了能源的利用率；向入口11通入低温空气(换热流体)时，多组导电储热模组3发生逆向化学反应放热，实现太阳能的利用。通过对进入导电储热模块31之前的空气使用均流器4均流，可以提高换热均匀性与换热效率；在热量经出口12流出时设置过滤器5保证热量流出的同时，减少储热材料的流出，保证后续应用空气的洁净性，支撑孔板2用于承载多组导电储热模组3，支撑孔板2的孔结构可进一步增加空气在装置主体1内流动分布的均匀性，解决导电储热模组在储/放热过程中温度分布不均匀、换热效率低的问题，导电储热模组3的键槽结构，使得导电储热模块31可以模块化安装，有利于促进热化学储/放热装置的大规模化应用。通过将外部的电能转化为热能进行储存，外部的电能为低谷电能和/或风能发电产生的废弃电力，解决了弃风弃电的消纳问题。

具体来说，装置主体1由外到内包括依次设置的主体外壳13、第一保温层14、第二保温层15及主体内胆16。具体来说，主体外壳13采用普通钢材，起到包裹和约束罐体的作用，第一保温层14具有导热系数低、耐高温、抗蠕变的特点，起到保温和防火作用；较佳地，第一保温层14为保温棉，保温棉使用硅酸铝纤维，起主要保温作用；进一步地，第二保温层15为保温砖，选择的是轻质粘土砖，较佳地，主体内胆16作为储热材料的存放容器，约束了空气流动的空间，使得空气能够更多地与导电储热模块31接触进行换热，主体内胆16所使用的材料具有耐高温耐蠕变的特点，较佳地，主体内胆16为不锈钢材料，如310s或253ma。本发明通过对装置主体1的外壳、中间层(第一保温层、第二保温层)及主体内胆16的选材进行优化设计，能够有效减少热化学储/放热装置中的热量散失，提高热化学储/放热过程中的保温效果，另一方面能够适用高温储热，提高储热密度，应用于高温使用场景。

进一步地，以入口11、出口12分别在装置本体1的顶部和底部为例说明，如图8所示，本发明实施方式的装置主体1包括顺序连通的上段罐体(图中未示出)、中段罐体17及下段罐体(图中未示出)，中段罐体17与上段罐体、下段罐体通过法兰盘18可拆卸固定，入口11形成于上段罐体远离中段罐体17的一端，出口12形成于下段罐体远离中段罐体17的一端；入口、出口小于中段罐体17的两端的尺寸，中段罐体17的内侧壁上间隔设有用于多组承载支撑孔板2的多组支撑结构19，多组支撑结构19高度可调地设置在内侧壁上。

具体地，中段罐体17呈长方体状，中段罐体17的内部形成容置导电储热模组3及支撑孔板2的腔室，中段罐体17的相对两端、上段罐体与中段罐体17固定的一端、下段罐体与中段罐体17固定的一端分别固定有法兰盘18；每组支撑结构19包括四个支撑件，四个支撑件分别可上下移动地设于中段罐体17的四个脚部，以方便调节每层支撑孔板2的高度，进而调节导电储热模组3的叠放层数。本发明对支撑件的结构不做限制，任何能够沿着中段罐体17的高度进行调节并定位以实现承载支撑孔板2的结构均可以适用于本发明。

根据该技术方案，中段罐体17用于容置支撑孔板2及导电储热模组3，装置主体1采用三段式结构，能够利用其内部宽敞的空间方便、快捷地安装导电储热模组3，解决因入口11、出口12尺寸小于支撑孔板2的尺寸，不便于安装支撑孔板2及导电储热模组3的问题，支撑结构19用于承载支撑孔板2，提高了支撑孔板2的安装牢度，且能够通过调节支撑结构19的高度，调节支撑孔板2的设置层数及每层支撑孔板2之间的高度，进而对导电储热模组3的高度和数量进行调节，提高了热化学储/放热装置的灵活性以及安装维护便捷性。

如图2所示，支撑孔板2为多孔板，具有高温下强度高、承压能力强、导热系数低的特点，其将整个储/放热装置沿空气的流动方向分隔成多个区域，用于支撑导电储热模组3，通过改变支撑孔板2的数量可以调节每一层导电储热模块的高度，从而降低了多个导电储热模块31之间的配合难度，通过增加支撑孔板2的数量，还能够减轻单层支撑孔板的承重压力，提高了热化学储/放热装置的结构稳定性。多孔结构的支撑孔板2，可增加空气在装置主体1内流动分布的均匀性；且支撑孔板2的导热系数低，可减小多层导电储热模块直接堆叠的径向导热。

均流器4为多孔均流板，能耐高温，将流体进行均匀分隔，且易于拆换和维修；均流器4设置于导电储热模组3与入口11之间能够将空气均匀分成多股再进入导电储热模块31，使得空气在进入导电储热模组3之前能够均匀分布且缓慢流动，从而与导电储热模组3进行充分换热，储/放热过程中的热量传递更加均匀，提高了导电储热模块反应的转化率，储/放热效率和速度也得到了提升。过滤器5能耐高温，具有良好的过滤效果，且易于拆换和维修，过滤器5的网孔一方面能够保证热量的流出，另一方面，过滤器5安装于出口12之前，能够避免导电储热模块31中的导电储热材料在空气的裹挟下流出，用于过滤空气经过导电储热模块31可能吹下的导电储热材料碎屑，防止碎屑随空气流出储热系统，对其它与储热系统相连的装置造成影响。

本发明的优选实施方式中，高温空气由太阳能集热装置(图中未示出)提供，太阳能集热装置将太阳能转化为热能，进而传递至热化学储/放热装置。热化学储/放热装置中的导电储热模组3吸收热量，当温度升高到发生还原反应的温度时，导电储热模组3开始储热。通过上述方式，太阳能转化的热能储存在导电储热模组3中，实现了太阳能的高效储存，太阳能集热装置的结构为本领域的常见应用形式，在此不再赘述。

本发明中的低温空气可以为常温下的空气，向装置主体1中通入空气，导电储热模块31与空气换热，通过空气将热量提供给需要供热的装置。

本发明的优选实施方式中，热化学储/放热装置还包括与每组导电储热模组的两端分别连接的电能输入端和电能输出端，热化学储/放热装置通过电能输入端储存外部的电能转化的热能，电能输出端输出电能。在太阳能不充足时，可以采用外部的电能作为补充能源，热化学储/放热装置将外部的电能转化为热能储存，提高了热化学储/放热装置的利用率。另一方面，低谷电能提高了能量来源的经济性，风能在时间和地域上和太阳能有较好的衔接性，能够解决弃风的消纳问题。

本发明的优选实施方式中，电能输入端包括第一电极片61及与第一电极片61连接的第一线缆62，电能输出端包括第二电极片63及与第二电极片63连接的第二线缆64，第一电极片61和第二电极片63分别与每组导电储热模组3的两端连接，多组导电储热模组3之间通过第一线缆62、第二线缆64并联，第一线缆62与外部电能的输出端连接，第二线缆64输出电能。进一步地，还包括第三线缆65，第三线缆65接地。

具体来说，第一线缆62为火线，第二线缆64为零线，第三线缆65为地线，第一电极片61为正电极片，第二电极片63为负电极片，每组导电储热模组3的一端可以公用一片电极片，减少电极片的布置数量，提高热化学储/放热装置的安装效率，第一线缆62包括第一主线及从第一主线上分出的多根第一支线，多根第一支线分别对应与多组导电储热模组3的第一端的第一电极片61固定，第二线缆64包括第二主线及从第二主线上分出的多根第二支线，多根第二支线分别对应与多组导电储热模组3的第二端的第二电极片63固定。

本发明实施方式中，通过采用第一电极片61直接连接导电储热模组3与外部电能，有利于提高电传导效率，外部电能直接将电流传递至导电储热模组3，使其发生还原/氧化反应，减少了传热的损失。每一层导电储热模组3并联在电路中，可以实现低压高电流，不需要额外的升压。外部的电能经第一线缆62输入、第二线缆64输出，由于电流的热效应，当导电储热模块31达到可发生化学反应的温度时，导电储热模块31即可进行热量的存储。

本发明的优选实施方式中，导电储热模块31通过在金属氧化物储热材料中掺杂锂/石墨/碳纤维等导电性介质增强导电性，得到具有良好导电性、循环稳定性、导热性以及热膨胀系数较小的金属氧化物导电储热模块31；根据电流的热效应，导电储热模块31依靠自身的导电性能将外部的电能转化为热能进行储存，可有效减少传热损失；且本发明实施方式中导电储热模块31具有较快的储/放热速率，良好的循环稳定性能，高温下导电、导热性能优异，热膨胀系数较小，可以显著提高能源利用率。

请参阅图3、图4所示，本发明的优选实施方式中，导电储热模块31呈立方体状，包括相对的两个第一表面311、相对的两个第二表面312及相对的两个第三表面313，两个第一表面311上分别开设有气体流通孔道314，且两个第一表面311上分别设有匹配的第一键结构315和第一槽结构316，气体流通孔道314沿着入口11与出口12的延伸方向(入口11与出口12的连通方向)设置，两个第二表面312上分别设有匹配的第二键结构317和第二槽结构318，两个第三表面313上分别设有匹配的第三键结构和第三槽结构。

具体来说，本发明的入口11和出口12分别在装置主体1的顶部和底部，第一表面为导电储热模块31的上表面和下表面，气体流通孔道314贯通导电储热模块31的上表面和下表面，气体流通孔道314自顶部向底部延伸或自底部向顶部延伸；在一些实施方式中，当入口11和出口12分别在装置主体1的左端和右端时，第一表面为导电储热模块31的左右两侧表面，气体流通孔道314贯通导电储热模块31的左右两侧表面，即无论装置主体1的入口11、出口12在哪个位置，气体流通孔道314的两端分别向入口11方向、出口12方向延伸，从而使得由入口11进入的空气能够直接进入气体流通孔道时，进而增大空气与导电储热模块31的换热面积，提高换热效率。本发明实施方式中，第一键结构315、第二键结构317、第三键结构均为不与导电储热模块31上的通孔连通的实心结构。

本发明呈立方体状的导电储热模块31可以根据需要叠放不同长、宽、高的导电储热模组3，且导电储热模组3内的导电储热模块31之间通过键槽结构连接紧密，提高了导电储热模块31拼接后整体的强度和稳定性，相比较体积较大的一个整体导电储热模组3，多个导电储热模块31拼接连接形成的导电储热模组3有利于导电储热模块31的安装维护，可以根据需要单独更换部分导电储热模块31；且气体流通孔道在入口11与出口12的延伸方向设置，有利于保证进来的高温空气或低温空气能够进入气体流通孔道与导电储热模块31充分接触，进一步提高换热效率，本发明热化学储/放热装置热量分布均匀、换热效率高并且可以高效地消纳弃风弃电，此外，导电储热模组3适于拼装连接，便于实现导电储热模块31的规模化应用。本发明的优选实施方式中，导电储热模块31为正方体，第二键结构317、第三键结构的尺寸相同，第二槽结构318与第三槽结构的尺寸相同，第二键结构317与第三槽结构或者第二槽结构318与第三键结构也可适配连接，从而使得不同的导电储热模块31之间能够快速配合连接，提高装配效率。

进一步地，第一键结构315和第一槽结构316分别设于导电储热模块31的中心位置，保证了相邻的导电储热模块31的第一表面之间的连接稳定性，且第一键结构315与第一槽结构316的尺寸显著小于第一表面311的面积，使得空气能够在两个导电储热模块31的第一表面311之间的间隙流通，增大空气与第一表面311的接触面积，提高换热效率。

在一些实施方式中，第二槽结构318、第二键结构317的尺寸接近于导电储热模块31的第二表面312的表面积，从而使得相邻的两个导电储热模块31通过键槽结构配合时具有较大的接触面积，提高导电储热模组3的整体结构牢度。在另一些实施例中，第二键结构317、第二键结构317的尺寸小于导电储热模块31的第二表面312的面积，本发明对第二键结构317、第二槽结构318的截面面积不做限定。对第三键结构、第三槽结构的截面面积也不做限定。

在一些实施方式中，导电储热模块31上的气体流通孔道314与支撑孔板2上的通孔连通，有利于空气在储热装置中的流动，增加与导电储热模块31的换热面积，提高换热效率。

本发明的优选实施方式中，第一键结构315凸设于第一表面311，第二键结构317凸设于第二表面312，第三键结构凸设于第三表面313，第一键结构315、第二键结构317或第三键结构的横截面均可以呈十字形、圆形、多边形、L形中的一种或多种组合。本领域技术人员可以根据需要选择合适的形状加工第一键结构315、第二键结构317或第三键结构，本发明对键结构的形状不做限制。

本发明的实施方式中，热能可以通过与空气换热的方式输出，输出的热能可以根据应用场景提供给相应的高温设备等。

本发明的第一实施方式提供的热化学储/放热装置，通过将电能直接传递给导电储热模块31，热化学储/放热装置的结构得到了简化。均流器4的设置、多孔结构的导电储热模块31以及多个支撑隔板2的设计增加了系统储/放热过程中的径向温度均匀性，提高了导电储热模块31的反应转化率。与普通的显热储存方式(比如陶瓷储热)相比，通过高温热化学金属氧化物的还原/氧化反应进行热量的储存/释放具有反应速度快，储/放热量大的优点，储热效率显著提高。

本发明另提供一种热化学储/放热装置的储/放热方法，包括储热步骤和放热步骤，储热步骤进一步包括：太阳能加热得到的高温空气从入口进入到装置主体内；均流器对进入的高温空气进行均流；均流后的高温空气与多组导电储热模组换热，将高温空气的热量以化学能和热能的形式储存；在太阳能不充足时，热化学储/放热装置将外部输入的电能转化为热能进行储存。

放热步骤进一步包括：外部的低温空气从入口进入到装置主体内；均流器对进入的低温空气进行均流；均流后的低温空气与多组导电储热模组换热，多组导电储热模组发生逆向化学反应放热。

请参阅图7所示，本发明提供一种热化学储/放热装置的模块化安装方法，包括以下步骤：

在中段罐体17的底部安装过滤器5；

在中段罐体17内部安装支撑孔板2；

进行导电储热模组3的组装，并将组装好的导电储热模组3对应放置每一层支撑孔板2上；

在中段罐体17的顶部安装均流器4；

将中段罐体17与上段罐体、下段罐体分别连接固定。

进一步地，还包括在每组导电储热模组3组装完成后，安装电能接入端和电能输出端，使得热化学储/放热装置能够储存外部的电能转化的热能，外部的电能主要是低谷电能和/或风能发电产生的废弃电力，提高低谷电能的利用率以及解决废弃电力的消纳问题。

本发明实施方式中，通过将热化学储/放热装置的组装分成多个模块进行组成，且导电储热模组3采用键槽结构拼接形成，并分层放置于支撑孔板2上，提高了热化学储/放热装置内部结构的有序性，支撑孔板2、均流器及导电储热模组3自身的结构特性组合均有利于装置主体1内部的空气的流通，进而提高换热均匀性与换热效率，导电储热模组的模块化安装及装置主体1的模块化使得热化学储/放热装置适于多场景高效地大规模应用。

【第二实施方式】

请参阅图5、图6所示，本发明的第二实施方式提供了一种热化学储/放热装置，其与第一实施方式的结构基本相同，不同之处在于，第二实施方式的键、槽结构借助了导电储热模块31本身的通孔，增大了导电储热模块31的通孔面积，即第一键结构315具有与气体流通孔道314连通的孔结构，第一槽结构316与气体流通孔道314连通。通过上述方式，有利于保证第一键结构315、第一槽结构316与导电储热模块31中的气体流通孔道314的孔隙相对，增大空气与导电储热模块31之间的接触面积，提高换热效率，避免第一槽结构316、第一键结构315堵塞导电储热模块31中的部分气体流通孔道314，进而使得导电储热模块31与空气的换热面积减小，换热效率降低的问题。

本发明的优选实施方式中，第一键结构315包括多个凸出第一表面的柱形凸块，第一槽结构316具有与多个柱形凸块匹配的柱形凹槽，具体地，柱形凸块的数量为5个，柱形凹槽的数量为5个，通过设置多个柱形凸块与柱形凹槽相配合，有利于保证不同导电储热模块31之间组装的对位性。同一表面的柱形凸块、柱形凹槽在加工时更为简单，在同一平面的导电储热模块31进行配合更加方便。即本发明实施方式中，五个小圆柱构成的柱形键结构与柱形槽结构保证上下两层导电储热模块31配合准确性的同时，降低了配合难度。且导电储热模块31中通孔数量的增加，提高了导电储热模块31的孔隙率、内表面积，在与空气换热时有更为优异的换热性能和更低的流动阻力，可有效减少传热损失，提高导电储热模块31的反应转化率，减少能源消耗量和储热时间，从而提高导电储热模块31的能量储存转化率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热化学储/放热装置，其特征在于，包括：装置主体及设于所述装置主体内的多组支撑孔板、多组导电储热模组、均流器、过滤器，所述装置主体具有相对设置的入口和出口，多组所述支撑孔板间隔设于所述入口与所述出口之间，每组所述导电储热模组设于每组所述支撑孔板上，每组所述导电储热模组包括通过键槽配合的多个导电储热模块；所述导电储热模组储存太阳能或外部的电能转化的热能，所述均流器设于所述导电储热模组与所述入口之间，均流器对来自入口的换热流体进行均流；所述过滤器设于所述导电储热模组与所述出口之间。

2.根据权利要求1所述的热化学储/放热装置，其特征在于，还包括太阳能集热装置，所述太阳能集热装置将太阳能转化为热能后传递至所述热化学储/放热装置；

所述热化学储/放热装置还包括与每组所述导电储热模组的两端分别连接的电能输入端和电能输出端，所述热化学储/放热装置通过所述电能输入端储存外部的电能转化的热能，所述电能输出端输出电能。

3.根据权利要求2所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述电能输入端包括第一电极片及与所述第一电极片连接的第一线缆，电能输出端包括第二电极片及与所述第二电极片连接的第二线缆，所述第一电极片、所述第二电极片分别与每组所述导电储热模组的两端连接，多组所述导电储热模组之间通过所述第一线缆、所述第二线缆并联，所述第一线缆与外部电能的连接，所述第二电缆输出电能；所述热化学储/放热装置还包括第三线缆，所述第三线缆接地。

4.根据权利要求2所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述装置主体包括顺序连通的上段罐体、中段罐体及下段罐体，所述中段罐体与所述上段罐体、所述下段罐体通过法兰盘可拆卸固定，所述入口形成于所述上段罐体远离所述中段罐体的一端，所述出口形成于所述下段罐体远离所述中段罐体的一端；所述中段罐体的内侧壁上间隔设有用于承载多组所述支撑孔板的多组支撑结构，多组所述支撑结构高度可调地设置在内侧壁上。

5.根据权利要求4所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述导电储热模块呈立方体状，包括相对的两个第一表面、相对的两个第二表面及相对的两个第三表面，两个所述第一表面上分别开设有气体流通孔道，且两个所述第一表面上分别设有匹配的第一键结构和第一槽结构，所述气体流通孔道沿着所述入口与所述出口的延伸方向设置，两个所述第二表面上分别设有匹配的第二键结构和第二槽结构，两个所述第三表面上分别设有匹配的第三键结构和第三槽结构。

6.根据权利要求5所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述第一键结构具有与所述气体流通孔道连通的孔结构，所述第一槽结构与所述气体流通孔道连通。

7.根据权利要求5所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述第一键结构、所述第二键结构或所述第三键结构的横截面呈十字形、圆形、多边形、L形中的一种或多种组合。

8.根据权利要求4至7中任一权利要求所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述导电储热模块是具有良好反应特性、循环性能和导电性能的多孔结构的金属氧化物储热材料。

9.根据权利要求4至7中任一权利要求所述的热化学储/放热装置，其特征在于，所述支撑孔板与所述气体流通孔道连通。

10.一种利用权利要求4至9中任一权利要求所述的热化学储/放热装置的模块化安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述中段罐体的底部安装所述过滤器；

在所述中段罐体内部安装所述支撑孔板；

进行所述导电储热模组的组装，并将组装好的所述导电储热模组对应放置每一层所述支撑孔板上；

在所述中段罐体的顶部安装所述均流器；

将所述中段罐体与所述上段罐体、所述下段罐体分别连接固定。

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