CN213931513U - 一种基于氨基反应的太阳能利用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于氨基反应的太阳能利用装置，属于太阳能储能及热传递技术领域。包括定日镜场、吸热反应器、第一换热器、用于储存氨基反应生成物和反应物的常温压力储罐、第二换热器、绝热反应器、第三换热器和透平；定日镜场反射太阳光给吸热反应器；吸热反应器、第一换热器和常温压力储罐依次通过第一输入管和第一输出管连接；常温压力储罐、第二换热器、绝热反应器和第三换热器通过第二输入管依次连接；常温压力储罐、第二换热器和第三换热器通过第二输出管依次连接；第三换热器和透平通过管路连接，形成循环回路。本实用新型采用平推流反应器以及换热器，便于装备的选取以及更换。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能储能及热传递技术领域，具体涉及一种基于氨基反应的太阳能利用装置。
背景技术
太阳能作为一种清洁的可再生能源能够减少人类对化石能源的依赖以及碳排放对环境的影响。太阳能发电主要分为太阳能光热发电与太阳能光伏发电两类。相比太阳能光伏发电，太阳能光热发电由于可以结合十分经济的储能系统，不仅具有更高的经济可行性，而且可以克服太阳能间断性的不足，提供持续的能量供应。太阳能储能系统主要分为显热储能、潜热储能与热化学储能三类。目前世界上太阳能光热发电站主要采用显热储能系统，如熔盐储能系统，存在着储能密度低、成本高、低温凝固、高温分解和腐蚀等问题。热化学储能通过可逆的化学反应进行吸热和放热循环过程，由于具有能量密度高、能量损失少且储存温度低等优点已成为当今世界研究的热点。基于氨的热化学储能系统（氨基热化学储能系统）无副反应，可在常温下储存，被认为最具应用前景的系统之一。而s-CO2布雷顿循环因其效率高、成本低、体积小和环境友好等突出优势而被认为是未来新兴能源领域最具应用前景的能量转换系统之一。美国能源部、Sandia国家实验室等部门正大力支持将太阳能热化学储能与s-CO2布雷顿循环相结合的研究，以期使s-CO2布雷顿循环成为太阳能热发电中的首选发电循环系统。
中国专利CN 208720539 U公开了超临界CO2太阳能热发电系统的氨基热化学储能反应器，其采用合成氨放热反应器作为化学能转化为热能的装置，该装置内设有换热循环装置，反应器的结构相对复杂，对尺寸的要求较为严格，需要特别定制，反应和换热器结合在一起不利用工况的调整。
实用新型内容
本实用新型要克服上述技术问题，提供一种基于氨基反应的太阳能利用装置。
一种基于氨基反应的太阳能利用装置，其特征在于，包括定日镜场、吸热反应器、第一换热器、用于储存氨基反应生成物和反应物的常温压力储罐、第二换热器、绝热反应器、第三换热器和透平；定日镜场反射太阳光给吸热反应器；吸热反应器、第一换热器和常温压力储罐依次通过第一输入管和第一输出管连接；常温压力储罐、第二换热器、绝热反应器和第三换热器通过第二输入管依次连接；常温压力储罐、第二换热器和第三换热器通过第二输出管依次连接；第三换热器和透平通过管路连接，形成循环回路。
所述的一种基于氨基反应的太阳能利用装置，其特征在于，所述常温压力储罐中的压力范围为20~35MPa。
在常温、高压条件下常温压力储罐中的NH3、H2、N2进行自动的气液分离，NH3为液态储存在底部，H2、N2为气态储存在顶部。
常温压力储罐在吸热反应进行时NH3进入换热器进行预热后进入吸热反应器进行氨分解反应吸收热量，并将其转化为化学能储存在生成物H2、N2中。
所述的吸热反应器在定日镜场集聚太阳能的作用下为氨分解反应提供反应所需热量。
所述的常温压力储罐在放热过程进行时，H2、N2进入换热器进行预热后进入绝热反应器进行合成氨反应，反应放热用于加热生成气体，使得生成气体温度达到一个较高值。
所述的绝热反应器中被自身合成氨反应加热后的生成气体经过换热器加热超临界CO2（S-CO2），加热S-CO2过后的生成气体经过换热器预热反应气，最终回流回到常温压力储罐。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1）本实用新型使用平推流反应器以及换热器，便于装备的选取以及更换。
2）本实用新型反应器不需定制，利于工况的调整。
附图说明
图1 一种基于氨基反应的太阳能利用装置的系统结构图。
图中：1-定日镜场；2-吸热反应器；3-第一换热器；4-常温压力储罐；5-第二换热器；6-绝热反应器；7-第三换热器；8-透平；9-第一输入管；10-第一输出管；11-第二输入管；12-第二输出管。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本实用新型进行进一步地说明，但本实用新型的保护范围并不仅限于此。
如图1所示，一种基于氨基反应的太阳能利用装置，包括定日镜场1、吸热反应器2、第一换热器3、常温压力储罐4、第二换热器5、绝热反应器6、第三换热器7和透平8；定日镜场1反射太阳光给吸热反应器2；吸热反应器2、第一换热器3和常温压力储罐4依次通过第一输入管9和第一输出管10连接；常温压力储罐4、第二换热器5、绝热反应器6和第三换热器7通过第二输入管11依次连接；
常温压力储罐4、第二换热器5和第三换热器7通过第二输出管12依次连接；第三换热器7和透平8通过管路14连接，形成循环回路。
太阳直接辐射强度取1kW/m2，聚光比取200旨在一个寻常的光照以及聚光条件下检验系统的可行性；通过太阳能集热装置为吸热反应器2中氨分解反应提供反应所需的热量并维持反应的温度确保反应的进行程度，吸热反应器的长为355mm，直径为30mm；生成物自吸热反应器2流进第一换热器3预热自常温压力储罐4流出的反应物，为了保证换热效果第一换热器3的传热系数为0.85kJ/sec·sqm·K，换热面积为0.055m2；反应物（NH3）自常温压力储罐4中以25℃的温度流出至第一换热器3，经预热后达到500℃，再进入吸热反应器2反应。
常温压力储罐4内部的温度为25℃，压力范围为20~35Mpa，在此温度条件下储罐内部NH3、H2、N2会自动进行气液分离，NH3以液态形式储存于储罐下部，H2、N2以气态形式储存于储罐上部。
反应物（H2、N2）自常温压力储罐4以25℃的温度流入第二换热器5中进行预热，预热之后反应物的温度达到610℃，为了满足换热需求第二换热器5的传热系数为0.85kJ/sec·sqm·K，换热面积为2.43m2；经换热后达到610℃的反应物进入绝热反应器6中进行合成氨反应，反应放热用于加热自身，反应过后的生成物温度达703℃代表了其有将sCO2的温度经加热至700℃的潜力，绝热反应器的长为1100mm，直径为17.7mm；生成物自绝热反应器6流入第三换热器7，加热sCO2布雷顿循环工质sCO2；sCO2以350℃的温度进入第三换热器7，被加热至700℃，为了满足换热要求第三换热器7的传热系数为0.85kJ/sec·sqm·K，换热面积为0.0235m2，被加热过后的sCO2进入透平8对外输出功自此完成了太阳能到机械能的转换；经第三换热器7换热过后的生成物温度为621℃，再次经过第二换热器5加热生成物过后温度为26℃，最后生成物流入常温压力储罐4冷却至常温后进行物理分离。
Claims (2)
1.一种基于氨基反应的太阳能利用装置，其特征在于，包括定日镜场（1）、吸热反应器（2）、第一换热器（3）、用于储存氨基反应生成物和反应物的常温压力储罐（4）、第二换热器（5）、绝热反应器（6）、第三换热器（7）和透平（8）；
所述定日镜场（1）反射太阳光给吸热反应器（2）；
所述的吸热反应器（2）、第一换热器（3）和常温压力储罐（4）依次通过第一输入管（9）和第一输出管（10）连接；
所述的常温压力储罐（4）、第二换热器（5）、绝热反应器（6）和第三换热器（7）通过第二输入管（11）依次连接；
所述的常温压力储罐（4）、第二换热器（5）和第三换热器（7）通过第二输出管（12）依次连接；
所述第三换热器（7）和透平（8）通过管路（14）连接，形成循环回路。
2.如权利要求1所述的一种基于氨基反应的太阳能利用装置，其特征在于，所述常温压力储罐（4）中的压力范围为20~35MPa。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114152129A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-03-08 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种集热化学存储与聚光集热一体化的空气储能系统 |
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2020
- 2020-12-24 CN CN202023149576.4U patent/CN213931513U/zh not_active Expired - Fee Related
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