CN1303379C - 一种环盘式化学热泵反应器 - Google Patents

一种环盘式化学热泵反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN1303379C
CN1303379C CNB2005100428231A CN200510042823A CN1303379C CN 1303379 C CN1303379 C CN 1303379C CN B2005100428231 A CNB2005100428231 A CN B2005100428231A CN 200510042823 A CN200510042823 A CN 200510042823A CN 1303379 C CN1303379 C CN 1303379C
Authority
CN
China
Prior art keywords
housing
annulus
reactor
heat
heat pump
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100428231A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1724957A (zh
Inventor
张早校
王玉琪
冯霄
杨福胜
郭权发
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.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong 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 Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CNB2005100428231A priority Critical patent/CN1303379C/zh
Publication of CN1724957A publication Critical patent/CN1724957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1303379C publication Critical patent/CN1303379C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种环盘式化学热泵反应器，包括一壳体，立式或卧式放置，在壳体的两端有气体入口和出口的封头管箱，两端的气体入口和出口与壳体连接为一体；在壳体的上下分别设置有换热流体的出口和流体入口，壳体内均匀布置有多根气管，在气管间隔一定距离布置有多组配对圆环与圆盘，用来填充固体反应物。圆环与圆盘与气管轴向的结合部位有多个开孔，孔外有滤网阻止固体粉末渗入氢管内；同时为增强传热传质效果，环盘内设有多组隔板。本发明用环盘式反应器内填充固体反应物，在热泵传热过程中替代传统列管换热器的折流板，反应物装填量大、传热效率高、传热传质效果良好，操作弹性大、结构紧凑、调控方便等特点。

Description

一种环盘式化学热泵反应器
                        技术领域
本发明涉及化学热泵、换热、制冷的一种气固相反应器，属于氢化/脱氢等气固反应的化学热泵用反应器的整体反应与换热方案，特别涉及一种环盘式化学热泵反应器。
                        背景技术
目前用于化学热泵的气固反应器主要有下面几类：
管式反应器——分管内装填与管外装填两种。管外型气固反应器将固体反应物装在换热管壳程，装填量大，但换热效率极低且大尺寸的外滤管现阶段无法加工，目前不能实现化学热泵的规模化应用，如文献1所述；管内型气固反应器将固体反应物装在换热管内，换热效果较管外型好，但滤管价格昂贵且反应物装填量较少，这使设备成本较高，如文献2中所述。
盘式反应器——采用薄金属盘装填固体反应物，换热效果很好，但反应物装填量太少使设备成本很高，且反应体系承压低、拆装复杂、不宜于化学热泵的工业调控，如文献3中所述。
高压釜反应器——耐高压、装填量大、设备成本低，但传热传质速率都很慢、输出功率低、整体用于化学热泵经济性很差，如文献4所述。
其它类气固化学热泵反应器——如叠堆式反应器等，结构紧凑，操作方便，但具有明显反应传热不均等缺陷，现阶段无法工业化应用，如文献5中所述。
以下是发明人给出的参考文献：
1、Z.Dehouche，W.deJong，E.Willers，et al.Modeling and simulation ofheating/air conditioning systems using the multi-hydride thermal waveconcept[J].Applied Thermal Engineering，1998，18：457-480。
2、J.G.Park，K.J.Jang，P.S.Lee，et al.The operating characteristics of thecompressor-driven metal hydride heat pump system[J].Int.J Hydrogen Energy，2001，26：701-706。
3、G.Anevi，L.Jansson，D.Lewis.Dynamics of hydride heat pumps[J].Journal of the Less-Common Metals，1984，104：341-348。
4、X.L.Wang，S.Suda.Reaction kinetics of hydrogen-metal hydridesystems[J].International Journal of Hydrogen Energy，1990，Vol.15，No.8：569-577。
5、D.Shaltiel，N.Kaplan，A.Granyevsky，et al.High temperature hydridetank using MmMg12 compounds[J].Journal of the Less-Common Metals，1984，104：319-327。
                        发明内容
上述现有技术无法兼顾化学热泵用气固反应器对反应与换热的系统性能要求，针对这一现状，本发明的目的在于，提供一种环盘式化学热泵反应器，以解决当前气固反应化学热泵反应器面临的实际难题，其开发和推广将具有重要的工程应用前景。
实现上述目的技术解决方案是，一种环盘式化学热泵反应器，包括一壳体，在壳体的两端有封头管箱，所述封头管箱分别设置有气体入口和气体出口，气体在管内流动，两端的反应气入口和气体出口与壳体连接为一体；其特征在于，壳体内以同心圆方式布置有多根气管，管程作为反应/生成气体的通路；在壳体的两侧分别设置有流体的出口和入口，壳程作为换热流体的通路；气管管程轴向间隔一定距离布置有多组配对圆环与圆盘，圆环与圆盘内部空间用来充填固体反应物，称为环盘式反应器。在这类气固相化学热泵反应器中，管程轴向与环盘板的结合部位气管上有开孔，孔外有滤网防止固相粉末渗入气管内；同时为增强传热传质效果，环盘内设置有多组隔板。
本发明采用改进的化学热泵气固反应器结构的技术构思，采用一种环盘式化学热泵反应器作为系统反应传热的核心。用圆环、圆盘式反应器内填充固体反应物，管程通入反应气体，通过气管轴向在反应器位置的开孔与固体接触并反应。同时在热泵传热过程中，环盘可替代传统管壳式换热器的折流板，针对不同温位的热源可以采用多种流体流动与换热方式。本发明与目前国内外现有的管式反应器、盘式反应器、高压釜式等不同化学热泵用气固反应器相比，具有设备结构紧凑、反应物装填量大、传热效率高、操作弹性大、调控方便等特点。
                        附图说明
图1是本发明的环盘式化学热泵反应器结构示意图；
图2是本发明的环盘式化学热泵反应器圆环轴向剖面图(比例，1∶0.5)；
图3是本发明的环盘式化学热泵反应器圆环径向剖面图(比例，1∶0.5)；
图4是本发明的环盘式化学热泵反应器圆盘轴向剖面图(比例，1∶0.25)；
图5是本发明的环盘式化学热泵反应器圆盘径向剖面图(比例，1∶0.25)；
图6是本发明的环盘式化学热泵反应器的循环流程图。
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
                      具体实施方式
参见图1～5，本发明的环盘式化学热泵反应器，包括一壳体3，在壳体3的底部设有支撑壳体的基座11，在壳体3的两端有反应气体的入口1和气体出口7的封头管箱6，两端的反应气体入口1和气体出口7与壳体3连接为一体，封头管箱用多组螺栓14和螺母15与管板13和端盖16密封；在壳体3的上下方分别设置有换热流体出口2和流体入口8的接管，壳体3内以同心圆方式布置多根反应气管12在管板13上，经壳程10进行换热；在气管12轴向每间隔一定距离布置有多组配对圆环4与圆盘5，用于充填固体反应物9；圆环4或圆盘5的面积可取壳体横截面积的50～80％，厚度取10～50mm，圆环4与圆盘5的间距取壳体公称直径的0.1～0.3倍。管程12与圆环4和圆盘5的结合部位气管上有开孔17，孔径不超过气管12直径的20％，开孔率为10～30％，孔外有滤网18防止固相粉末9渗入气管12内；同时为增强传热传质效果，环盘内设置有4～16组隔板19。反应气体由管壁开孔17通过滤网18流入圆环4、圆盘5内与固体反应物9进行化学反应，所放出/吸收的热量由壳程10的换热流体通过强制对流方式移走，产生的热/冷量可供工业生产使用。对于特殊的氢气与金属氢化物合金固体进行氢化/脱氢的气固相化学热泵反应，产物无生成气体引出，因而反应器设计实施时可省去气体出口7及封头管箱6。
当该环盘式化学热泵反应器立式放置时，壳体的外壁设有悬挂支座替代基座11，其他均同于卧式。
实施例：
采用图6所示流程进行氢化/脱氢的化学热泵循环，用来完成西安某工厂60～100℃的低温工业废热的回收利用。流程使用两组配对的环盘式化学热泵反应器，其中的反应器R-11、R-21里充填金属氢化物(Metal hydride，简称MH)反应物MH1，反应器R-12和R-22里充填MH2。R-11和R-12，R-21和R-22分别用氢气管道连接。TH、TM、TL分别为高温、中温和低温热源，SH、SM、SL分别为高温、中温和低温条件下吸收/放出的热量。
以60～100℃的低温工业废热为热源，热输出功率为10kW的化学热泵为例，若采用配对的环盘式化学热泵反应器来完成该循环，应采用7组配对圆环与圆盘，环盘间距为20mm，氢气管选用Φ25×2.5的钢管9根，反应器壳体的公称直径为1m，长度为3m。圆环与圆盘的面积取壳体公称截面积的65％，环盘厚度取25mm。氢管轴向与环盘结合部位开孔的孔径为4mm，开孔率为10％，滤网采用400目金属丝网，隔板用8块厚度为2mm的铜板；反应器材料选用1Cr18Ni9Ti的不锈钢。该热泵反应器年收入可达9.3万元，正常年利润率达26.2％，在当前银行利率情况下的动态投资回收周期需要4年。

Claims (2)

1.一种环盘式化学热泵反应器，包括一壳体(3)，在壳体(3)的两端有封头管箱(6)，所述封头管箱(6)分别设置有气体入口(1)和气体出口(7)，气体入口(1)和气体出口(7)通过封头管箱(6)与壳体(3)密封连接为一体；其特征在于，在壳体(3)的上下方分别设置有换热流体出口(2)和流体入口(8)的接管，流体经壳程(10)进行换热；壳体(3)内均匀布置有多根反应气管(12)在管板(13)上，在气管(12)轴向间隔一定距离布置有多组配对圆环(4)与圆盘(5)，圆环(4)与圆盘(5)内充填有固体反应物(9)；
所述气管(12)与圆环(4)和圆盘(5)的结合处布置有开孔(17)，开孔(17)外侧包有滤网(18)，圆环(4)和圆盘(5)内设置有均匀分布的隔板(19)。
2.如权利要求1所述的环盘式化学热泵反应器，其特征在于，所述的圆环(4)或圆盘(5)的面积为壳体(3)截面积的50％～80％，厚度为10mm～50mm，圆环(4)与圆盘(5)的间距为壳体(3)公称直径的0.1～0.3倍，气管(12)上的开孔(17)孔径不超过气管(12)直径的20％，开孔率为10％～30％，隔板(19)数目为4～16组。
CNB2005100428231A 2005-06-16 2005-06-16 一种环盘式化学热泵反应器 Expired - Fee Related CN1303379C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100428231A CN1303379C (zh) 2005-06-16 2005-06-16 一种环盘式化学热泵反应器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100428231A CN1303379C (zh) 2005-06-16 2005-06-16 一种环盘式化学热泵反应器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1724957A CN1724957A (zh) 2006-01-25
CN1303379C true CN1303379C (zh) 2007-03-07

Family

ID=35924528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100428231A Expired - Fee Related CN1303379C (zh) 2005-06-16 2005-06-16 一种环盘式化学热泵反应器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1303379C (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103471431A (zh) * 2013-09-26 2013-12-25 上海锅炉厂有限公司 一种具有控温功能固定管板式换热器
CN104949552B (zh) * 2014-03-27 2016-10-19 中山市雅西环保科技有限公司 管壳式换热器
CN106197084A (zh) * 2014-03-27 2016-12-07 丽水市汇金电气有限公司 一种热交换器
CN103968688B (zh) * 2014-05-19 2016-01-13 南京工业大学 一种管壳式换热器及其板孔的加工方法
CN110780483A (zh) * 2019-10-09 2020-02-11 深圳市华星光电技术有限公司 背光源散热装置及显示装置
CN113457342B (zh) * 2021-07-01 2022-09-06 安徽燃博智能科技有限公司 基于热风炉用的废气处理装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05248728A (ja) * 1992-03-06 1993-09-24 Hitachi Ltd 化学蓄熱型ヒートポンプ
US5477705A (en) * 1993-04-27 1995-12-26 Societe Anonyme: Elf Aquitaine Refrigerating and heating apparatus using a solid sorbent
JPH09170848A (ja) * 1995-12-21 1997-06-30 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 固相反応器
US6257322B1 (en) * 1999-08-06 2001-07-10 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Indirect heat exchanger filled with solid-gas reaction powdery particles
CN1334911A (zh) * 1998-12-18 2002-02-06 森库尔有限公司 一种化学热泵

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05248728A (ja) * 1992-03-06 1993-09-24 Hitachi Ltd 化学蓄熱型ヒートポンプ
US5477705A (en) * 1993-04-27 1995-12-26 Societe Anonyme: Elf Aquitaine Refrigerating and heating apparatus using a solid sorbent
JPH09170848A (ja) * 1995-12-21 1997-06-30 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 固相反応器
CN1334911A (zh) * 1998-12-18 2002-02-06 森库尔有限公司 一种化学热泵
US6257322B1 (en) * 1999-08-06 2001-07-10 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Indirect heat exchanger filled with solid-gas reaction powdery particles

Also Published As

Publication number Publication date
CN1724957A (zh) 2006-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1303379C (zh) 一种环盘式化学热泵反应器
CN105289440B (zh) 一种翅片与螺旋盘管式热交换器耦合的储氢反应器及系统
CN108837780B (zh) 一种多层网状交错肋板的储氢反应装置
CN111111565B (zh) 一种翅片与环路式冷却系统耦合的储氢反应器
CN100528320C (zh) 横向管式换热反应设备
CN207153662U (zh) 一种等温变换炉
CN101703910B (zh) 换热器内置冷壁式变换反应器及变换反应器与下游换热设备的直连结构
CN1857766B (zh) 一种换热反应设备
CN101033922B (zh) 管道式微细管换热器
CN103240036A (zh) 一种抗温差应力的换热反应器及其组合装置和应用
CN111076593A (zh) 一种基于金属氢化物的环状翅片式高效蓄热反应器
CN113713721B (zh) 一种复合翅片与金属泡沫的耦合套管储氢反应器
CN103196310A (zh) 微型微通道金属圆管液冷型换热器
CN100509136C (zh) 一种微通道式化学热泵反应器
CN101966440B (zh) 一种弓形板式气-固相反应器
CN202860502U (zh) 立式水冷管反应器
CN208567597U (zh) 一种内外双对流管式换热器
CN2578769Y (zh) 高效t型螺纹管换热器
CN212390861U (zh) 可视化气-液直接接触式冷凝器
CN108387117A (zh) 一种内外双对流管式换热器
CN2817962Y (zh) 一种换热反应设备
CN2578768Y (zh) 高热通量换热器
CN201945229U (zh) 基管表面带有凹槽的固定管板换热器
CN105779012A (zh) 煤气发生炉
CN1023995C (zh) 两段径向并联换热式氨合成塔

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070307

Termination date: 20130616