[发明专利]基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置的使用方法

说明书

本发明所述基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置，包括装填有蓄热反应物的蓄热反应器、换热流体通道、反应气管道和若干储气罐，每个储气罐通过反应气管道分别与蓄热反应器连通，并且每个储气罐气体进出口处的反应气管道上设置有控制该储气罐气体进出的阀门，所述换热流体通道为蓄热反应器壁面上设置的夹层通道和/或为穿过蓄热反应器内部的换热管道。本发明所述装置能减弱热量利用过程中换热流体出口温度的波动，提高蓄热装置的热效率，并简化装置结构。

技术领域

本发明属于气固化学反应蓄热领域，具体涉及一种基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置及其使用方法。

背景技术

目前主要蓄热方法是显热蓄热，但其能量密度较低。潜热蓄热虽然能量密度较大，但潜热蓄热材料的导热系数较低，致使其在蓄热系统的应用中传热性能差、蓄热效率低。热化学蓄热的能量密度最高，并且不需要保温、热损失小，具有很大的应用前景。其中，碳酸盐分解、金属氧化物分解和金属氢化物分解等气固相化学反应蓄热技术具有反应物分离容易的优点，是较为理想的化学蓄热方法。ZL200710045622.6公开了“气固化学反应储热利用的方法及装置”，该方法中储热过程中释放的反应气体需要冷凝储存，热量释放过程中需要将凝结后的反应气体蒸发后与固体反应物接触发生放热化学反应，需提供额外热量，且装置结构复杂。此外，现有气固化学反应蓄热系统热量输出不平稳，放热过程中换热流体出口温度的波动较大，很难满足用热场合的需求(Paskevicius M,Sheppard DA,Williamson K,Buckley CE.Metal hydride thermal heat storage prototype for concentratingsolar thermal power[J].Energy,2015,88:469-477.)。通过建立金属氢化物蓄热系统的数学模型，模拟结果也发现热量释放过程中换热流体出口温度很不平稳，影响了其商业应用(Bao ZW,Yang FS,Zhang ZX.Theoretical investigation of high temperaturethermal energy storage system using metal hydrides[C].The 5th InternationalConference on Applied Energy,Pretoria,South Africa,Jul 1-4,2013.)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置及其使用方法，以减弱热量利用过程中换热流体出口温度的波动，提高蓄热装置的热效率，并简化装置结构。

本发明所述基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置，包括内装填蓄热反应物的蓄热反应器、换热流体通道、反应气管道和若干储气罐，每个储气罐通过反应气管道分别与蓄热反应器连通，并且每个储气罐气体进出口处的反应气管道上设置有控制该储气罐气体进出的阀门，所述换热流体通道为蓄热反应器壁面上设置的夹层通道和/或为穿过蓄热反应器内部的换热管道。

上述基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置，所述换热流体管道为蛇形结构管、螺旋结构管、螺纹结构管或翅片结构管。

上述基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置，所述储气罐为2～8个大小相同的储气罐。

上述基于分段反应放热模式的气固化学反应蓄热装置，所述蓄热反应物为金属氢化物、金属氧化物、碳酸盐中的一种。所述氢化物可选用MgH₂、Mg₂NiH₄、LaNi_4.7Al_0.3H₆中的一种，所述氧化物可选用PbO₂、Co₃O₄、MnO₂中的一种，所述碳酸盐可选用MgCO₃、CaCO₃、FeCO₃中的一种。由于蓄热反应物蓄热过程中的反应可逆，蓄热反应物有以下两种装填方式：