CN114963825A - 一种高温储热装置、储热方法及放热方法 - Google Patents

一种高温储热装置、储热方法及放热方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114963825A
CN114963825A CN202210445620.0A CN202210445620A CN114963825A CN 114963825 A CN114963825 A CN 114963825A CN 202210445620 A CN202210445620 A CN 202210445620A CN 114963825 A CN114963825 A CN 114963825A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat storage
flow channel
thermochemical
temperature fluid
reactant
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
CN202210445620.0A
Other languages
English (en)
Inventor
陈永平
徐泽
邓梓龙
黄永平
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.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast 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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202210445620.0A priority Critical patent/CN114963825A/zh
Publication of CN114963825A publication Critical patent/CN114963825A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高温储热装置、储热方法及放热方法，高温储热装置包括高温流体流道、低温流体流道、反应物流道及热化学储热芯体，高温流体流道、低温流体流道与反应物流道垂直交错布置在热化学储热芯体内，所述热化学储热芯体内部流道间隙处填充热化学储热材料；其特征在于：在所述反应物流道与热化学储热材料的接触面设置有用于供反应物与热化学储热材料接触反应及反应产物排出的微通道。本发明中高温流体流道、低温流体流道与反应物流道的流道截面积从中间向四周逐渐增大，能够使中间与四周流体分配均匀并且增大换热面积，储热效率高，满足间歇性高温热源余热回收要求。

Description

一种高温储热装置、储热方法及放热方法
技术领域
本发明属于储能，换热器技术领域，涉及一种高温储热装置，尤其涉及一种用于高温间歇性热源余热回收的热化学储热装置。
背景技术
我国余热资源十分丰富，工业生产中存在大量间断，不连续的高温热源，这种热源在间歇工况下无法持续提供热量，相比持续性热源回收难度较大，其次，单点热源由于规模较小，难以回收利用，但工业生产中间歇性高温热源的累计热值远高于持续性易回收热源，因此，对间歇性高温热源的余热回收有利于节能减排，增大经济效益。
热能储存有显热储存、潜热储存、热化学储存三种形式，显热储热最大的缺点是储热密度低，潜热储热是利用材料潜热储存热能，潜热储热过程中温度变化小，可选相变温度区间范围广，但相变材料易发生泄漏，装置体积大，热量传递慢，热化学储热利用可逆反应吸热/放热过程来储存/吸收热能，可逆反应方向取决于温度与压力。热化学储能有着更高的储能密度，反应可逆性好，储/放热速度快，并且在长周期储能过程中能量损失小，反应温度高，能够满足高温热源储热要求。
目前化学储热装置仍存在不少问题，如结构不紧凑、换热面积小、蓄放热效率低、无法实现间歇性热源回收等。针对上述缺点，本发明设计出一种热化学储热装置，能够使中间与四周流体分配均匀并且增大换热面积，增强储热效率；高低温流体流道交错布置，结构紧凑，可以实现高温间歇性热源的回收利用。本发明结构紧凑、流体分布均匀、换热面积大、储放热效率高，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明提供一种用于高温余热回收的化学储热装置、储热方法及放热方法，用于间歇性高温热源回收，本装置具有结构紧凑、流体分布均匀、换热面积大、储放热效率高的特点。
本发明技术方案如下：
一种高温储热装置，包括高温流体流道、低温流体流道、反应物流道及热化学储热芯体，高温流体流道、低温流体流道与反应物流道垂直交错布置在热化学储热芯体内，所述热化学储热芯体内部流道间隙处填充热化学储热材料；其特征在于：在所述反应物流道与热化学储热材料的接触面设置有用于供反应物与热化学储热材料接触反应及反应产物排出的微通道。
高温流体流道，低温流体流道与反应物流道尺寸及排布：热化学储热芯体截面上同一工质流道呈现中心对称分布，且流道截面积从中间向四周逐渐增大。每一行流道等宽，每一列流道等长。流道长度从内向外依次为L1，L2，…，Ln，且满足
Figure BDA0003615474430000021
C1为常数，0＜C1＜1；流道宽度、间隙从内向外依次为W1，W2，…，Wn，且满足
Figure BDA0003615474430000022
C2为常数，0＜C2＜1；除满足以上条件外，还满足
Figure BDA0003615474430000023
L0为热化学储热芯体总长度。采用该种紧凑结构可由外向内增大流体流动阻力，从而使流体分布更均匀，强化换热效果，提高换热效率。
热化学储热芯体内流道间隙处填充热化学储热材料，外部由金属板封装。热化学储热材料选用钙基材料、金属氢化物、金属氧化物、有机物、氨其中的一种或多种。
高温流体流道、低温流体流道与反应物流道，其材料选用抗压性能好，导热性能好且不与热化学储热材料反应的材料。
反应物流道与热化学储热材料接触面开蜂窝孔，供反应物与热化学储热材料接触及反应产物排出。
基于高温储热装置的储热方法，包括：
高温流体从高温流体入口流入高温流体流道，加热热化学储热材料；
热化学储热材料受热分解为固体与气体，气体经微通道排出，完成储热过程。
热化学储热材料选用Ca(OH)2，高温流体流经高温流体流道，加热Ca(OH)2，Ca(OH)2受热分解为CaO与H2O，反应方程式为Ca(OH)2→CaO+H2O。
基于高温储热装置的放热方法，包括：
气体由反应物入口流入反应物流道，通过微通道与热化学储热材料发生放热反应；
低温流体流入低温流体流道，吸收热化学储热材料化学反应放出的热量；
经加热后的流体从低温流体出口流出，完成放热过程。
反应物H2O由反应物入口流入反应物流道，通过蜂窝孔与热化学储热材料CaO发生放热反应，反应方程式为CaO+H2O→Ca(OH)2。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
高低温流体流道与热化学储热材料交错布置，结构紧凑；采用截面积从内到外逐渐增大的流道能够使中间与四周流体分配均匀并且增大换热面积，增强储热效率，可以实现高温间歇性热源的高效回收利用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明高温储热装置的外观示意图；
图2是本发明高温储热装置的半剖示意图；
图3是本发明高温储热装置的流道排布示意图；
图4是本发明高温储热装置的流道尺寸示意图；
图5是本发明储热过程原理图；
图6是本发明放热过程原理图；
图中：1为高温流体入口，2为高温流体出口，3为低温流体入口，4为低温流体出口，5为反应物入口，6为反应物出口，7为储热芯体，8为高温流体流道，9为低温流体流道，10为反应物流道，11为热化学储热材料，12为金属板，13为蜂窝孔，14为储热装置外壳。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1，图2所示，本发明高温储热装置，包括热化学储热芯体7以及位于热化学储热芯体7内的高温流体流道8、低温流体流道9和为反应物流道10。
高温流体流道8的一端为高温流体入口1，另一端为高温流体出口2。
低温流体流道9的一端为低温流体入口3，另一端为低温流体出口4。
反应物流道10的一端为反应物入口5，另一端为反应物出口6。
如图3所示，高温流体流道8、低温流体流道9与反应物流道10垂直交错布置，各不相通，各流道间隙处填充热化学储热材料11。反应物流道10与热化学储热材料11接触面开蜂窝状小孔供反应物与热化学储热材料接触及反应产物排出。所有流道材料选用一定厚度，抗压性能好，导热性能好且不与热化学储热材料反应的材料。具体的，选用铝。
如图4所示，高温流体流道8、低温流体流道9与反应物流道10尺寸及排布满足如下规律：高温流体流道、低温流体流道与反应物流道垂直交错布置在热化学储热芯体内，热化学储热芯体截面上同一工质流道呈现中心对称分布，且流道截面积从中间向四周逐渐增大。每一行流道等宽，每一列流道等长。流道长度从内向外依次为L1，L2，…，Ln，且满足
Figure BDA0003615474430000041
C1为常数，0＜C1＜1；流道宽度、间隙从内向外依次为W1，W2，…，Wn，且满足
Figure BDA0003615474430000042
C2为常数，0＜C2＜1；除满足以上条件外，还满足
Figure BDA0003615474430000043
L0为储热芯体总长度。采用该种紧凑结构可由外向内增大流体流动阻力，从而使流体分布更均匀，强化换热效果，提高换热效率。
具体的，热化学储热材料选用Ca(OH)2，其反应温度为350～900℃。如图5所示，储热时，高温流体从高温流体入口1流入，流经高温流体流道8，加热热化学储热材料11，换热后从高温流体出口2流出，Ca(OH)2受热分解为CaO与H2O，反应方程式为Ca(OH)2→CaO+H2O。反应产物H2O通过蜂窝孔13排出到反应物流道10，干空气由反应物入口5进入，流经反应物流道10带走化学反应产生的H2O，从反应物出口6排出，完成储热过程。
如图6所示，储热装置放热时，H2O由反应物入口5流入，流经反应物流道10，通过蜂窝孔13与热化学储热材料CaO发生放热反应，反应方程式为CaO+H2O→Ca(OH)2。同时，低温流体流入低温流体流道9，吸收热化学储热材料11化学反应放出的大量热量。经加热后的流体从低温流体出口4流出，完成放热过程。

Claims (9)

1.一种高温储热装置，包括高温流体流道、低温流体流道、反应物流道及热化学储热芯体，高温流体流道、低温流体流道与反应物流道垂直交错布置在热化学储热芯体内，所述热化学储热芯体内部流道间隙处填充热化学储热材料；其特征在于：在所述反应物流道与热化学储热材料的接触面设置有用于供反应物与热化学储热材料接触反应及反应产物排出的微通道。
2.根据权利要求1所述的高温储热装置，其特征在于：所述微通道为蜂窝状小孔。
3.根据权利要求1所述的高温储热装置，其特征在于：热化学储热芯体截面上同一工质流道呈现中心对称分布，且流道截面积从中间向四周逐渐增大；每一行流道等宽，每一列流道等长；流道长度从内向外依次为L1，L2，…，Ln，
Figure FDA0003615474420000011
C1为常数，0＜C1＜1；流道宽度、间隙从内向外依次为W1，W2，…，Wn，
Figure FDA0003615474420000012
C2为常数，0＜C2＜1；
Figure FDA0003615474420000013
L0为热化学储热芯体总长度。
4.根据权利要求1所述的高温储热装置，其特征在于：热化学储热材料选用钙基材料、金属氢化物、金属氧化物、有机物、氨其中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的高温储热装置，其特征在于：热化学储热材料为Ca(OH)2，反应物为H2O。
6.基于权利要求1-5任一所述高温储热装置的储热方法，其特征在于，包括：
高温流体从高温流体入口流入高温流体流道，加热热化学储热材料；
热化学储热材料受热分解为固体与气体，气体经微通道排出，完成储热过程。
7.根据权利要求6所述高温储热装置的储热方法，其特征在于：
热化学储热材料选用Ca(OH)2，高温流体流经高温流体流道，加热Ca(OH)2，Ca(OH)2受热分解为CaO与H2O，反应方程式为Ca(OH)2→CaO+H2O。
8.基于权利要求1-5任一所述高温储热装置的放热方法，其特征在于，包括：
气体由反应物入口流入反应物流道，通过微通道与热化学储热材料发生放热反应；
低温流体流入低温流体流道，吸收热化学储热材料化学反应放出的热量；
经加热后的流体从低温流体出口流出，完成放热过程。
9.根据权利要求8所述高温储热装置的放热方法，其特征在于：
反应物H2O由反应物入口流入反应物流道，通过蜂窝孔与热化学储热材料CaO发生放热反应，反应方程式为CaO+H2O→Ca(OH)2。
CN202210445620.0A 2022-04-26 2022-04-26 一种高温储热装置、储热方法及放热方法 Pending CN114963825A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210445620.0A CN114963825A (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种高温储热装置、储热方法及放热方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210445620.0A CN114963825A (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种高温储热装置、储热方法及放热方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114963825A true CN114963825A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82979560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210445620.0A Pending CN114963825A (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种高温储热装置、储热方法及放热方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114963825A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115682798A (zh) * 2023-01-03 2023-02-03 山东省科学院能源研究所 一种错位交叉储热吸附床及海水淡化余热储热系统
US11964229B1 (en) 2023-01-03 2024-04-23 Energy Research Institute Of Shandong Academy Of Sciences Staggered and crossed heat storage adsorption bed and seawater desalination waste heat storage system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115682798A (zh) * 2023-01-03 2023-02-03 山东省科学院能源研究所 一种错位交叉储热吸附床及海水淡化余热储热系统
CN115682798B (zh) * 2023-01-03 2023-04-14 山东省科学院能源研究所 一种错位交叉储热吸附床及海水淡化余热储热系统
US11964229B1 (en) 2023-01-03 2024-04-23 Energy Research Institute Of Shandong Academy Of Sciences Staggered and crossed heat storage adsorption bed and seawater desalination waste heat storage system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Palomba et al. On the impact of different management strategies on the performance of a two-bed activated carbon/ethanol refrigerator: An experimental study
CN105823360B (zh) 含错排热管阵列的板式换热器
CN114963825A (zh) 一种高温储热装置、储热方法及放热方法
Chang et al. Design and optimization of an annular air-hydrogen precooler for advanced space launchers engines
CN102444993A (zh) 一种中低温太阳能热化学蓄能系统
CN102944052A (zh) 板式脉动热管新风回热器
Kang et al. Performance analysis of a metal-hydride heat transformer for waste heat recovery
Wang et al. Numerical simulation of the calcium hydroxide/calcium oxide system dehydration reaction in a shell-tube reactor
CN107289803B (zh) 一种用于水合盐化学储能的反应器
CN204454569U (zh) 一种层叠式双面多蛇形微通道重整制氢反应器
CN110657603A (zh) 一种磁制冷换热器和制冷制热系统及方法
CN110821706B (zh) 斯特林发动机及其热交换方法
CN206222991U (zh) 一种翅片热管式换热器
CN202692542U (zh) 一种利用旋片与多孔表面热管强化的吸收式制冷发生器
Luo et al. Effects evaluation of Fin layouts and configurations on discharging performance of double-pipe thermochemical energy storage reactor
CN206974246U (zh) 一种管式换热装置
CN113694870B (zh) 一种板式换热反应器
CN211234065U (zh) 回风余热回收装置
CN103033080A (zh) 一种换热板
Arsenyev et al. The optimal design of welded plate heat exchanger with intensified heat transfer for ammonia synthesis column
CN218380598U (zh) 高紧原换热器
Nogami et al. Development of heat exchanger with new mechanism of scraping temperature boundary layer
CN111156850B (zh) 一种换热器及其换热方法
TWI731501B (zh) 熱交換裝置
CN103693617B (zh) 带星型微凸台阵列的层叠自热型醇类制氢微反应器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination