CN209772073U - 一种氢氧化钙化学储热反应器及反应装置 - Google Patents

一种氢氧化钙化学储热反应器及反应装置 Download PDF

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曹泽瀚
杨蒙
冯建元
李心雨
王梦祎
陈黎
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Abstract

本实用新型公开了一种氢氧化钙化学储热反应器及反应装置，所述的反应器包括筒体和金属泡沫板；所述的筒体为一端敞口一端密闭金属容器，金属泡沫板设置在筒体内将筒体分割成多个用于填充反应物的反应腔；金属泡沫板为泡沫铜板。泡沫铜板结构会将反应器壁面外加热源的热量导入反应器内部，使反应物能均匀获得热量，从而内部的反应物也能达到反应温度，可以加快反应速率。

Description

一种氢氧化钙化学储热反应器及反应装置
技术领域
本实用新型涉及氢氧化钙反应储热技术领域，尤其涉及一种氢氧化钙化学储热反应器及反应装置。
背景技术
近年来太阳能利用技术的发展使得太阳能高效的转化为电力，有效缓解了由于化石燃料燃烧发电造成的环境污染以及温室效应问题。然而，由于太阳能的间歇性及其对于环境条件的敏感性，造成太阳能获取的不稳定，这对于太阳能利用技术的大规模普及造成了困难。为了获取稳定的太阳能来源，可利用显热储热，潜热储热以及化学储热等储热技术对太阳能加以储存以便于在太阳能缺失或者强度不足时形成辅助作用。化学储热由于其较小的热损失以及较高的能量储存密度而受到了广泛关注，其中的Ca(OH)2/CaO热化学储能体系由于其反应动力学速度较快，反应原料安全无毒、价格低廉等特点被加以大量研究。
在现有技术中Ca(OH)2/CaO热化学储能体系同样具有缺点，例如反应物易结块，热释放速率不均匀，储能体系反应速率较慢等。储能体系的低导热率造成该热化学储能体系的Ca(OH)2分解速率较慢并且体系中的温度场分布不均匀，往往使得系统储热过程消耗很长的时间而且部分Ca(OH)2不能够完全分解，大大降低了储热反应进行的速率，增加了储热体系所需要的时间成本以及原料成本。应用一种方便经济的方法来突破系统储热反应速率的屏障已经成为该技术的突破点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能加快Ca(OH)2化学反应储能速率的一种氢氧化钙化学储热反应器及反应装置，以提高化学反应储能的效率和可应用性。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种氢氧化钙化学储热反应器，所述的反应器包括筒体和金属泡沫板；所述的筒体为一端敞口一端密闭金属容器，金属泡沫板设置在筒体内将筒体分割成多个用于填充反应物的反应腔；金属泡沫板为泡沫铜板。
所述的筒体为圆筒形的容器。
所述的金属泡沫板为十字形结构或米字形结构。
十字形金属泡沫板共片长方形板材，每片宽度为容器内半径、长为容器内高度；相邻两板间隔度，长方形板材一长边紧贴容器内壁，另一长边紧密贴在一起位于在容器中心轴线处，整体呈十字形布置。
还包括法兰盘和金属盖，法兰盘与筒体敞口端连接，金属盖与法兰盘连接。
一种氢氧化钙化学储热反应装置，包括反应装置、加热装置、测温装置、控温装置和收集装置，
所述的反应装置为所述的反应器；
所述的加热装置包裹在反应器外侧；
所述的测温装置设置在反应器底部；
所述的控温装置与测温装置连接；
所述的收集装置包括收液管和收集罐，收集罐通过收液管与反应器顶部出口连接。
所述的加热装置为陶瓷加热片，陶瓷加热片的外部设置有保温层。
还包括称量装置，所述的收集罐放置在称量装置上。
所述的测温装置为热电偶。
所述的反应器上还设置有压力表。
与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型氢氧化钙化学储热反应器的金属泡沫板设置在筒体内将筒体分割成多个用于填充反应物的反应腔，其中的泡沫铜板结构会将反应器壁面外加热源的热量导入反应器内部，使反应物能均匀获得热量，从而内部的反应物也能达到反应温度，可以加快反应速率。
本实用新型中的泡沫铜结构拥有的大量内部孔隙能帮助Ca(OH)2反应分解产生的水蒸气导出，从而快速离开反应器，以此避免逆反应发生而降低储热效率。本实用新型的泡沫铜结构占用反应空间较小，相较于膨胀石墨等材料具有更高的体积利用效率，可以保证在加快反应的同时不显著的减少反应物的质量。
进一步，本实用新型中的泡沫铜十字型结构将反应物分成了较小的四个反应单元，可以较好地避免反应物结块影响反应进程。
进一步，本实用新型的十字型泡沫铜结构便于拆卸装配，无需进行额外的加工处理，反应物装料时将十字型泡沫铜提前放入，反应结束时可以手动拆除进行清洁处理，使用方便。
该热化学储热装置温度控制以及温度调节实现自动化准确控制，保证了反应器温度的均匀性以及稳定性。反应器内部温度通过热电偶进行监测，外部控温系统则利用热电偶温度数据进行自动调控，反应器内部温度十分均匀，变化过程也十分平稳。
附图说明
图1是本实用新型的主要结构示意图。
图2是本实用新型的整体结构示意图。
图3是本实用新型的反应器内部布置图。
图4是本实用新型的整体侧视图。
图5是本实用新型的反应装置布置示意图。
图6是十字泡沫铜对氢氧化钙分解速率影响关系图。
图中：1反应器、2反应物、3陶瓷加热片、4保温层、5压力表、6阀门、7控温装置、8收液管、9收集罐、10天平、11筒体、12金属泡沫板、13反应腔、14法兰盘、15支腿、16热电偶。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-4，一种氢氧化钙化学储热反应器，外部筒体11为圆筒形的容器，容器内部放置十字形金属泡沫板12，金属泡沫板12为泡沫铜板结构。其泡沫铜板共4片，每片为宽为容器内半径、长为容器内高度的长方形板材；相邻两板间隔90度，一长边紧贴容器内壁，另一长边紧密贴在一起位于在容器中心轴线位置，整体呈十字形布置。在储热反应发生的过程中，泡沫铜板结构会将反应器壁面外加热源的热量导入反应器内部，使反应物能均匀获得热量从而内部的反应物也能达到反应温度从而加快反应速率；同时，泡沫铜结构拥有的大量内部孔隙能帮助Ca(OH)2反应分解产生的水蒸气导出，从而快速离开反应器，使化学反应平衡不断向分解储热的方向移动，以此避免水蒸气滞留在反应器内与反应生成物再次发生逆反应而降低储热效率。
具体为：反应器1包括筒体11和金属泡沫板12；所述的筒体11为一端敞口一端密闭金属容器，金属泡沫板12设置在筒体11内将筒体11分割成多个用于填充反应物2的反应腔13；金属泡沫板12为泡沫铜板。筒体11为圆筒形的容器。金属泡沫板12为十字形结构或米字形结构。还包括法兰盘14和金属盖，法兰盘14与筒体11敞口端连接，金属盖与法兰盘14连接。
同时该装置上有法兰盘，该法兰盘14可以将另一金属盖与该反应器紧密连接而达到密封的效果，保证反应器内的高温高压环境不受外界的影响。同时该反应器分别在底部中心，底部边缘处以及上部金属盖中心，金属盖边缘布置热电偶16进行反应器温度的监测，温度的监测通过数码热电偶温度显示端实现。该反应器的加热则通过内嵌电热丝的高温陶瓷来实现，内嵌电热丝与外部控温系统相连接，外部控温系统7可以利用热电偶测温数据的反馈进行温度的调节控制。而高温陶瓷则为圆环状包裹在反应器外壁上，可以实现对于反应器的均匀加热。该实验装置为进行反应速度的检验，通过收集蒸馏水并且用电子天平称量示数的变化快慢来反映蒸馏水生成速度，进而来决定氢氧化钙分解速度的快慢，从而实现对实验效果的说明。
本实用新型氢氧化钙化学储热反应器主要结构包括反应器、金属泡沫板、反应物装填处，以及控温装置四部分，这四部分都已在三视图中标注出。此外，反应器外侧还包裹有内嵌加热丝的高温陶瓷片作为整个反应装置的加热装置，反应器底部和中部分别放置有两个和一个热电偶用于实时监测反应物各部分的温度，电子天平用于称量蒸馏水的质量反应蒸馏水质量变化，进而说明反应进行的速度变化。控温装置则基于热电偶温度监测数据的反馈，利用自动控制原理进行温度的自动控制，保证温度的均匀性。
遵从上述技术方案，如图5所示，本实用新型提供了一种能加快Ca(OH)2化学反应储能速率的氢氧化钙化学储热反应装置，以提高化学反应储能的效率和可应用性。主要包括反应装置、加热装置、测温装置、控温装置、称量装置，各结构的结构及功能如下：
反应装置：反应物Ca(OH)2置于反应器和金属泡沫板之间，在外界陶瓷加热板的加热下进行反应。
本实用新型采用加速反应装置：一种内置泡沫铜十字结构的热化学储能装置，外部为圆筒形的容器，容器内部放置米字形泡沫铜板结构。其泡沫铜板共4片，每片为宽为容器内半径、长为容器内高度的长方形板材；相邻两板间隔90度，一长边紧贴容器内壁，另一长边紧密贴在一起位于在容器中心轴线位置，整体呈十字形布置。在储热反应发生的过程中，泡沫铜板结构会将反应器壁面外加热源的热量导入反应器内部，使反应物能均匀获得热量从而内部的反应物也能达到反应温度从而加快反应速率；同时，泡沫铜结构拥有的大量内部孔隙能帮助Ca(OH)2反应分解产生的水蒸气导出，从而快速离开反应器，使化学反应平衡不断向分解储热的方向移动，以此避免水蒸气滞留在反应器内与反应生成物再次发生逆反应而降低储热效率。
加热装置：陶瓷加热片包裹在反应器外侧，对反应器中的反应物Ca(OH)2进行加热。
测温装置：反应器底部和中部分别放置有两个和一个热电偶用于实时监测反应物各部分的温度。
控温装置：接受测温装置的反馈数据进行自动的温度调节控制，例如采用PLC进行控制。
称量装置：称量反应生成的蒸馏水的质量并反映蒸馏水生成质量的变化，进而反应氢氧化钙反应进行的快慢。
具体地，加热装置包裹在反应器1外侧；测温装置设置在反应器1底部；控温装置7与测温装置连接；收集装置包括收液管8和收集罐9，收集罐9通过收液管8与反应器1顶部出口连接。加热装置为陶瓷加热片3，陶瓷加热片3的外部设置有保温层4。收集罐9放置在称量装置上。测温装置为热电偶16。反应器1上还设置有压力表5。
本实用新型利用不加入泡沫铜结构的化学储热装置以及加入该十字型泡沫铜结构化学储热装置进行初步对比试验，并在该过程中对于前15分钟内蒸馏水的生成质量变化情况进行记录，得到的对比图如图6所示。显然，加入十字型泡沫铜结构之后的氢氧化钙分解速率明显加快。
未加入十字型泡沫铜结构的反应装置，经过两个小时反应后，氢氧化钙分解比例仅达到26.08％，加入十字型泡沫金属铜结构后，经过两个小时后氢氧化钙的分解比例达到77.65％，显然加入十字型金属铜结构之后的氢氧化钙分解速率更快。
上述实施例只是对本实用新型的实现做出了说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型，所述说明并非限定。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，凡是根据本实用新型的技术特征所作的增加、等同替换，均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢氧化钙化学储热反应器，其特征在于，所述的反应器(1)包括筒体(11)和金属泡沫板(12)；所述的筒体(11)为一端敞口一端密闭金属容器，金属泡沫板(12)设置在筒体(11)内将筒体(11)分割成多个用于填充反应物(2)的反应腔(13)；金属泡沫板(12)为泡沫铜板。
2.根据权利要求1所述的一种氢氧化钙化学储热反应器，其特征在于，所述的筒体(11)为圆筒形的容器。
3.根据权利要求2所述的一种氢氧化钙化学储热反应器，其特征在于，所述的金属泡沫板(12)为十字形结构或米字形结构。
4.根据权利要求3所述的一种氢氧化钙化学储热反应器，其特征在于，十字形金属泡沫板(12)共四片长方形板材，每片宽度为容器内半径、长为容器内高度；相邻两板间隔(90)度，长方形板材一长边紧贴容器内壁，另一长边紧密贴在一起位于在容器中心轴线处，整体呈十字形布置。
5.根据权利要求1所述的一种氢氧化钙化学储热反应器，其特征在于，还包括法兰盘(14)和金属盖，法兰盘(14)与筒体(11)敞口端连接，金属盖与法兰盘(14)连接。
6.一种氢氧化钙化学储热反应装置，其特征在于，包括反应装置、加热装置、测温装置、控温装置和收集装置，
所述的反应装置为权利要求1至5任意一项所述的反应器(1)；
所述的加热装置包裹在反应器(1)外侧；
所述的测温装置设置在反应器(1)底部；
所述的控温装置(7)与测温装置连接；
所述的收集装置包括收液管(8)和收集罐(9)，收集罐(9)通过收液管(8) 与反应器(1)顶部出口连接。
7.根据权利要求6所述的一种氢氧化钙化学储热反应装置，其特征在于，所述的加热装置为陶瓷加热片(3)，陶瓷加热片(3)的外部设置有保温层(4)。
8.根据权利要求6所述的一种氢氧化钙化学储热反应装置，其特征在于，还包括称量装置，所述的收集罐(9)放置在称量装置上。
9.根据权利要求6所述的一种氢氧化钙化学储热反应装置，其特征在于，所述的测温装置为热电偶(16)。
10.根据权利要求6所述的一种氢氧化钙化学储热反应装置，其特征在于，所述的反应器(1)上还设置有压力表(5)。
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