CN217155107U - 一种连续流动化学反应储热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实用新型属于储能技术领域，具体地说是一种连续流动化学反应储热器，包括外壳、反应器部件及流体输送部件；反应器部件包括反应物输入管、反应物输入箱、反应产物输出箱、反应产物输出管及若干个可拆分的管状催化剂容纳组件；流体输送部件包括热流体输入管、热流体输入箱、热流体输出箱、热流体输出管及若干个热量交换管，热流体输入箱及热流体输出箱之间通过各热量交换管连通，各热量交换管的外壁分别与相邻的两个管状催化剂容纳组件的外侧面抵接。本实用新型通过可拆分的管状催化剂容纳组件的设置，可方便地直接取出更换催化剂，而不必完全将装置拆卸，使装置整体维护简单，可有效节约人力，结构简单可靠，拆装容易。

Description

一种连续流动化学反应储热器

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，具体地说是一种连续流动化学反应储热器。

背景技术

储热技术能够解决热能在时间和空间上的不均衡，从而提高热能的整体利用效率。传统的储能方式主要为物理储能机制，包括显热储能和潜热储能。显热储能是利用储热材料在升温过程中吸收热能实现存储。潜热则是利用熔化、汽化等物理相变转化过程吸收热能并存储。物理储热方法简单，设备要求较低，技术方案成熟可靠，是目前储热采用的主要方式。但物理储热技术自身存在一些问题：显热储能性能直接受储热材料自身比热容制约，而目前显热储热材料仅局限于少数几种比热容较高的材料，例如水；潜热材料在相变过程中往往存在过热/过冷现象，造成储热过程的体系温度难以控制，吸热和放热波动过大。当然，物理储热由于与储热材料的温度直接相关，因此需要极高的保温环境才能实现较长时间的热存储，这也导致物理储热技术在长期储热和远距离输运过程热能流失较高。这些问题的存在限制了物理储热技术的进一步发展和应用。

化学储热是利用化学吸热反应将热能吸收并转化为化学能储存。反应储热量主要由化学反应焓值决定。丰富的化学反应使得化学储热可以达到较高的能量密度，能够满足现今绝大多数应用场景需求。由于热能以化学能的形式存储与产物中，而非依赖温度，因此不需要复杂的隔热体系就可以完成长期储能或远距离能量传输。此外，通过流动过程的设计，能够实现连续化储能，从而避免传统储能体系的储能极限，不需要额外的储能体系再生或储能物质更换。因此，连续流动化学反应储热器在科研及生产的多个领域都具有广泛的应用前景。

现有的连续流动化学反应储热器一般通过使反应物通过装置中的催化剂发生反应，以进行吸热/放热，在长时间使用后催化剂可能会流失甚至失效。但目前现有的基于化学吸热反应的连续流动化储热器的结构较为复杂，对催化剂进行更换经常需要完全拆卸整个装置，取出更换催化剂较为困难。

实用新型内容

针对现有的连续流动化学反应储热器取出更换催化剂困难的问题，本实用新型的目的在于提供一种连续流动化学反应储热器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种连续流动化学反应储热器，包括外壳、用于通入反应物进行反应的反应器部件及用于通入热流体的流体输送部件；

所述反应器部件包括反应物输入管、反应物输入箱、反应产物输出箱、反应产物输出管及若干个可拆分的管状催化剂容纳组件，所述反应物输入箱及反应产物输出箱均设置于所述外壳内部，所述反应物输入箱及反应产物输出箱之间通过各管状催化剂容纳组件连通，各所述管状催化剂容纳组件沿水平方向平行设置，所述反应物输入管的一端与所述反应物输入箱连通、另一端连接外接反应物输入源，所述反应产物输出管的一端与反应产物输出箱连通、另一端连接外接反应产物储存装置；

所述流体输送部件包括热流体输入管、热流体输入箱、热流体输出箱、热流体输出管及若干个热量交换管，所述热流体输入箱及热流体输出箱均设置于所述外壳内部，所述热流体输入箱及热流体输出箱之间通过各热量交换管连通，每相邻的两个所述管状催化剂容纳组件之间均设有一个热量交换管，且各所述热量交换管的外壁分别与相邻的两个所述管状催化剂容纳组件的外侧面抵接。

所述外壳的外侧面包覆有保温材料层。

所述外壳的顶端开设有检修口，所述检修口设置有检修封盖，所述反应产物输出管向上穿过所述检修封盖，所述反应物输入管穿过所述外壳。

所述检修封盖的外侧面上设有把手。

所述热流体输入管及热流体输出管分别安装于所述外壳两个相对的侧面上、对流体输送部件整体起到支撑作用，且所述热流体输入管的设置高度低于所述热流体输出管的设置高度。

所述管状催化剂容纳组件中反应物或反应产物的整体流动方向与所述热量交换管中热流体的流动方向相反。

所述外壳的内部设有两个平行设置的固定板，每个所述固定板的两端分别与所述外壳相对的两个内壁通过螺钉A固接，所述反应物输入箱的两端及所述反应产物输出箱的两端分别与两个平行设置的所述固定板卡接。

每个所述管状催化剂容纳组件均包括用于容纳催化剂的催化剂容纳管主体，所述催化剂容纳管主体的两端分别插入至所述反应物输入箱及反应产物输出箱中，靠近所述催化剂容纳管主体两端的催化剂容纳管主体上均设有用于限位的挡沿部，每个所述挡沿部均插设有用于挡住催化剂容纳管主体中催化剂的催化剂挡板，即催化剂容纳于两个所述催化剂挡板之间的催化剂容纳管主体的内腔中，每个位于所述催化剂容纳管主体内腔中的催化剂挡板上均开设有若干个能够使反应物及反应产物通过而挡住催化剂的流体通过孔，两个所述挡沿部之间的所述催化剂容纳管主体上端开口、且设有盖板。

所述催化剂容纳管主体与所述盖板抵接处开设有若干个密封插槽，所述盖板下表面上与各所述密封插槽对应的位置分别设有密封凸沿，各所述密封凸沿分别插入至对应的各所述密封插槽中，各所述密封凸沿插入至对应的所述密封插槽中的下端设有密封条。

本实用新型还设有压板，所述压板通过螺钉B与各所述热量交换管的上表面连接，且所述压板的下表面向下压紧所有所述盖板。

本实用新型的优点与积极效果为：

本实用新型通过可拆分的管状催化剂容纳组件的设置，可方便地直接取出更换催化剂，而不必完全将装置拆卸，使装置整体维护简单，可有效节约人力，结构简单可靠，拆装容易。

附图说明

图1为本实用新型的整体内部结构俯视示意图；

图2为本实用新型拆下管状催化剂容纳组件后的整体内部结构侧视示意图；

图3为本实用新型的管状催化剂容纳组件与热量交换管之间的设置结构示意图；

图4为本实用新型的管状催化剂容纳组件的端部的结构示意图；

图5为本实用新型的管状催化剂容纳组件的轴向截面结构示意图。

图中：1为外壳、2为反应物输入管、3为反应物输入箱、4为反应产物输出箱、5为反应产物输出管、6为热流体输入管、7为热流体输入箱、8为热流体输出箱、9为热流体输出管、10为热量交换管、11为保温材料层、12为检修封盖、13为把手、14为固定板、15为螺钉A、16为催化剂容纳管主体、1601为挡沿部、1602为密封插槽、17为催化剂挡板、1701为流体通过孔、18为盖板、1801为密封凸沿、1802为密封条、19为压板、20为螺钉B、001为催化剂。

具体实施方式

下面结合附图1-5对本实用新型作进一步详述。

一种连续流动化学反应储热器，如图1和图2所示，包括外壳1、用于通入反应物进行反应的反应器部件及用于通入热流体的流体输送部件。

反应器部件包括反应物输入管2、反应物输入箱3、反应产物输出箱4、反应产物输出管5及若干个可拆分的管状催化剂容纳组件，反应物输入箱3及反应产物输出箱4均设置于外壳1内部，反应物输入箱3及反应产物输出箱4之间通过各管状催化剂容纳组件连通，各管状催化剂容纳组件沿水平方向平行设置，反应物输入管2的一端与反应物输入箱3连通、另一端连接外接反应物输入源，反应产物输出管5的一端与反应产物输出箱4连通、另一端连接外接反应产物储存装置。反应物输入管2、反应物输入箱3、反应产物输出箱4、反应产物输出管5、外接反应物输入源及外接反应产物储存装置之间的连接方式均为现有技术，反应物输入管2及反应产物输出管5上可分别设有用于控制开闭的阀门。

流体输送部件包括热流体输入管6、热流体输入箱7、热流体输出箱8、热流体输出管9及若干个热量交换管10，热流体输入箱7及热流体输出箱8均设置于外壳1内部，热流体输入箱7及热流体输出箱8之间通过各热量交换管10连通，每相邻的两个管状催化剂容纳组件之间均设有一个热量交换管10，且各热量交换管10的外壁分别与相邻的两个管状催化剂容纳组件的外侧面抵接。热流体输入管6、热流体输入箱7、热流体输出箱8、热流体输出管9之间的连接方式均为现有技术，热流体输入管6及热流体输出管9上可分别设有用于控制开闭的阀门。

具体而言，如图2所示，本实施例中外壳1的外侧面包覆有保温材料层11，外壳1的顶端开设有检修口，检修口设置有检修封盖12，方便进行检修维护，反应产物输出管5向上穿过检修封盖12，反应物输入管2穿过外壳1，检修封盖12的外侧面上设有把手13，便于打开检修封盖12。保温材料层11采用现有技术的储热装置常用的外保温层材料，例如石棉，外壳1内部可以通过抽真空进一步阻绝外壳1向外的热损失；检修封盖12可与外壳1采用相同的制造材料制成，检修封盖12外侧面上也同样包覆有与保温材料层11相同的保温材料。

具体而言，如图2所示，本实施例中热流体输入管6及热流体输出管9分别安装于外壳1两个相对的侧面上、对流体输送部件整体起到支撑作用，热流体输入箱7与热流体输出箱8还可以通过额外设置的氮化硼材料制成的支架进一步固定在外壳1中。热流体输入管6的设置高度低于热流体输出管9的设置高度，热流体从位于下方的热流体输入管6流向位于上方的热流体输出管9，可充分使热流体充满流体输送部件整体，另外管状催化剂容纳组件中反应物或反应产物的整体流动方向与热量交换管10中热流体的流动方向相反，可有效避免浪费热量。

具体而言，如图1和图2所示，本实施例中外壳1的内部设有两个平行设置的固定板14，每个固定板14的两端分别与外壳1相对的两个内壁通过螺钉A15固接，反应物输入箱3的两端及反应产物输出箱4的两端分别与两个平行设置的固定板14卡接，固定板14均采用氮化硼材料制成，结构简单，拆装容易。

具体而言，如图3-5所示，本实施例中每个管状催化剂容纳组件均包括用于容纳催化剂001的催化剂容纳管主体16，即各热量交换管10的外壁分别与相邻的两个催化剂容纳管主体16的外侧面抵接，催化剂容纳管主体16的两端分别插入至反应物输入箱3及反应产物输出箱4中，靠近催化剂容纳管主体16两端的催化剂容纳管主体16上均设有用于限位的挡沿部1601，可分别抵住反应物输入箱3及反应产物输出箱4进行限位，每个挡沿部16均从上向下插设有用于挡住催化剂容纳管主体16中催化剂001的催化剂挡板17，即催化剂001容纳于两个催化剂挡板17之间的催化剂容纳管主体16的内腔中，每个位于催化剂容纳管主体16内腔中的催化剂挡板17上均开设有若干个能够使反应物及反应产物通过而挡住催化剂001的流体通过孔1701，催化剂挡板17上的流体通过孔1701采用金属蚀刻而成，可形成微小直径的孔道，两个挡沿部1601之间的催化剂容纳管主体16上端开口、且设有盖板18。通过催化剂挡板17的设置，可有效使反应物及反应产物通过与催化剂001反应，并挡住催化剂001，避免催化剂001的流失。通过盖板18的设置，便于取出更换催化剂容纳管主体16中的催化剂。催化剂容纳管主体16与盖板18抵接处开设有若干个密封插槽1602，盖板18下表面上与各密封插槽1602对应的位置分别设有密封凸沿1801，各密封凸沿1801分别插入至对应的各密封插槽1602中，各密封凸沿1801插入至对应的密封插槽1602中的下端设有密封条1802，密封条1802为市购产品，另外还设有压板19，压板19通过螺钉B 20与各热量交换管10的上表面连接，且压板19的下表面向下压紧所有盖板18。通过密封插槽1602、密封凸沿1801及密封条1802的配合设置，可有效起到催化剂容纳管主体16及盖板18之间的密封作用；通过压板19及螺钉B 20的设置，可有效压紧盖板18。

在本实用新型的一个具体实施例中，可将活性炭负载铂的催化剂001填充到催化剂容纳管主体16中；在流体输送部件中连续通入热流体，在温度提升到350℃反应温度后，从反应物输入管2通入环己烷，环己烷在经过催化剂001时吸热发生分解反应，反应产物由反应产物输出管5以气态流出，主要成分为苯、氢气和少量未参与反应的环己烷，进入外接反应产物储存装置，产物混合气作为能源物质可以储存或运输。

工作原理：

储热器在长时间的循环使用后，需要更换催化剂001时，打开外壳1顶端的检修封盖12，拆下压板19后即可依次打开盖板18，并取出换催化剂容纳管主体16中的催化剂001，可方便地直接取出更换催化剂001，而不必完全将装置拆卸。

Claims (10)

1.一种连续流动化学反应储热器，其特征在于：包括外壳(1)、用于通入反应物进行反应的反应器部件及用于通入热流体的流体输送部件；

所述反应器部件包括反应物输入管(2)、反应物输入箱(3)、反应产物输出箱(4)、反应产物输出管(5)及若干个可拆分的管状催化剂容纳组件，所述反应物输入箱(3)及反应产物输出箱(4)均设置于所述外壳(1)内部，所述反应物输入箱(3)及反应产物输出箱(4)之间通过各管状催化剂容纳组件连通，各所述管状催化剂容纳组件沿水平方向平行设置，所述反应物输入管(2)的一端与所述反应物输入箱(3)连通、另一端连接外接反应物输入源，所述反应产物输出管(5)的一端与反应产物输出箱(4)连通、另一端连接外接反应产物储存装置；

所述流体输送部件包括热流体输入管(6)、热流体输入箱(7)、热流体输出箱(8)、热流体输出管(9)及若干个热量交换管(10)，所述热流体输入箱(7)及热流体输出箱(8)均设置于所述外壳(1)内部，所述热流体输入箱(7)及热流体输出箱(8)之间通过各热量交换管(10)连通，每相邻的两个所述管状催化剂容纳组件之间均设有一个热量交换管(10)，且各所述热量交换管(10)的外壁分别与相邻的两个所述管状催化剂容纳组件的外侧面抵接。

2.根据权利要求1所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述外壳(1)的外侧面包覆有保温材料层(11)。

3.根据权利要求1所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述外壳(1)的顶端开设有检修口，所述检修口设置有检修封盖(12)，所述反应产物输出管(5)向上穿过所述检修封盖(12)，所述反应物输入管(2)穿过所述外壳(1)。

4.根据权利要求3所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述检修封盖(12)的外侧面上设有把手(13)。

5.根据权利要求1所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述热流体输入管(6)及热流体输出管(9)分别安装于所述外壳(1)两个相对的侧面上、对流体输送部件整体起到支撑作用，且所述热流体输入管(6)的设置高度低于所述热流体输出管(9)的设置高度。

6.根据权利要求1所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述管状催化剂容纳组件中反应物或反应产物的整体流动方向与所述热量交换管(10)中热流体的流动方向相反。

7.根据权利要求1所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述外壳(1)的内部设有两个平行设置的固定板(14)，每个所述固定板(14)的两端分别与所述外壳(1)相对的两个内壁通过螺钉A(15)固接，所述反应物输入箱(3)的两端及所述反应产物输出箱(4)的两端分别与两个平行设置的所述固定板(14)卡接。

8.根据权利要求1所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：每个所述管状催化剂容纳组件均包括用于容纳催化剂(001)的催化剂容纳管主体(16)，所述催化剂容纳管主体(16)的两端分别插入至所述反应物输入箱(3)及反应产物输出箱(4)中，靠近所述催化剂容纳管主体(16)两端的催化剂容纳管主体(16)上均设有用于限位的挡沿部(1601)，每个所述挡沿部(1601)均插设有用于挡住催化剂容纳管主体(16)中催化剂(001)的催化剂挡板(17)，即催化剂(001)容纳于两个所述催化剂挡板(17)之间的催化剂容纳管主体(16)的内腔中，每个位于所述催化剂容纳管主体(16)内腔中的催化剂挡板(17)上均开设有若干个能够使反应物及反应产物通过而挡住催化剂(001)的流体通过孔(1701)，两个所述挡沿部(1601)之间的所述催化剂容纳管主体(16)上端开口、且设有盖板(18)。

9.根据权利要求8所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：所述催化剂容纳管主体(16)与所述盖板(18)抵接处开设有若干个密封插槽(1602)，所述盖板(18)下表面上与各所述密封插槽(1602)对应的位置分别设有密封凸沿(1801)，各所述密封凸沿(1801)分别插入至对应的各所述密封插槽(1602)中，各所述密封凸沿(1801)插入至对应的所述密封插槽(1602)中的下端设有密封条(1802)。

10.根据权利要求8所述的连续流动化学反应储热器，其特征在于：还设有压板(19)，所述压板(19)通过螺钉B(20)与各所述热量交换管(10)的上表面连接，且所述压板(19)的下表面向下压紧所有所述盖板(18)。

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