可调控化学蓄热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是蓄热领域的技术，具体是一种可调控化学蓄热系统。
【背景技术】
[0002]蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在电力“移峰填谷”、太阳能利用、废热和余热的回收利用等领域具有广泛的应用前景。化学蓄热在诸多蓄热方式中具有储能密度大、可工作温度范围广的优点，但是蓄热、放热的操控调节性差。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101644548A，公开(公告)日2010.02.10，公开了一种高温化学蓄热元件及基于高温化学蓄热元件的蓄热器，该蓄热器以Ca0/Ca(0H)2作为蓄热材料填充在螺旋形翅片间实现化学蓄热，但是该发明既未提供具体的蓄热性能，也未充分说明采用螺旋形翅片结构的目的，更没有控制蓄放热的具体手段。
[0004]中国专利文献号0吧039407651]，公开(公告)日2014.11.12，公开了一种太阳能化学蓄热装置，该蓄热装置以Ca0/Ca(0H)2作为蓄热材料，通过聚合太阳能分解Ca(0H)2以及CaO的水化反应实现蓄放热，但是该实用新型适用范围较小、吸热阶段不可控且持续作业的可行性不高。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种可调控化学蓄热系统，能够解决显热蓄热或相变蓄热存在的储能密度低、热量不易保存的问题，并实现蓄热过程的参数控制和调节，使其与热源或用户端得到有效匹配。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的，
[0007]本发明涉及一种可调控化学蓄热系统，包括:水蒸汽发生器、水蒸汽质量流量计、反应釜、换热器、真空栗和蓄热材料，其中:水蒸汽发生器、反应釜和真空栗依次相连，水蒸汽质量流量计设置于水蒸汽发生器和反应釜之间，蓄热材料设置于反应釜内，换热器与蓄热材料接触。
[0008]所述的蓄热材料，通过将Ca(0H)2和含Li化合物混合掺杂得到。
技术效果
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下技术效果:
[0010]1)、通过控制水蒸汽流量调控蓄热材料的反应程度，进而控制系统蓄放热；
[0011]2)、与Ca0/Ca(0H)2蓄热材料相比，改进的蓄热材料在相同的蓄热温度下，蓄热效率可以提高30%;而在相同的蓄热效率下，可以降低蓄热温度20°C以上；
[0012]3)、适用范围广，通过改变水蒸汽压力，蓄热阶段可以在450°C到600°C范围内进行调节，放热阶段可以在20°C到500°C范围内进行。
【附图说明】
[0013]图1为本发明中蓄热系统结构示意图；
[0014]图2为本发明中相同蓄热能量下蓄热材料掺杂不同摩尔分数的L1H.H20蓄热耗时对比图，相同蓄热能量下掺杂摩尔分数0 %、2 %、5%和10 %的L1H.H20需要的时间分别为476s、440s、432s、408s和370s;
[0015]图3为本发明中(a)改进前Ca0/Ca(0H)2蓄热材料与(b)改进后掺杂5%摩尔分数L1H.H20的蓄热材料化学反应焓对比图；
[0016]图4为本发明中(a)改进前Ca0/Ca(0H)2蓄热材料与(b)改进后掺杂5%摩尔分数L1H.H20的蓄热材料的比热容对比图；
[0017]图5为本发明中改进前Ca0/Ca(0H)2蓄热材料与改进后掺杂5%摩尔分数L1H.H20的蓄热材料的蓄热速率、热重对比图；
[0018]图6为本发明中蓄热系统在相同条件下，采用改进前Ca0/Ca(0H)2蓄热材料与改进后掺杂5%摩尔分数L1H.H20的蓄热材料的蓄热对比图；
[0019]图7为本发明蓄热系统不同条件参数变化对蓄放热过程和效率的影响:(a)为不同蓄热温度对蓄热过程的影响，(b)为不同放热温度对放热过程的影响，(c)为不同水蒸气压力对放热过程的影响；
[0020]图中:水蒸汽发生器1、水蒸汽质量流量计2、反应釜3、换热器4、真空栗5、蓄热材料
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【具体实施方式】
[0021]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0022]以下实施例中使用的:Ca(0H)2为国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯Ca(0H)2，含Li化合物为国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯L1H.H20，球磨机为南京南大仪器生产的QM—3S92型行星式高能球磨机，球磨罐和磨球材质为玛瑙，球磨罐采用真空不锈钢套，同步热分析仪为美国PerkinElmer公司生产的STA8000，差示扫描量热仪为美国PerkinElmer 公司生产的 DSC8000。
[0023]如图1所示，本实施例涉及一种可调控化学蓄热系统，包括:水蒸汽发生器1、水蒸汽质量流量计2、反应釜3、换热器4、真空栗5和蓄热材料6，其中:水蒸汽发生器1、反应釜3和真空栗5依次相连，水蒸汽质量流量计2设置于水蒸汽发生器1和反应釜3之间，蓄热材料6设置于反应釜3内，换热器4与蓄热材料6接触。
[0024]所述的水蒸汽质量流量计2用来检测蓄放热的反应程度，以此调节水蒸汽流量，实现蓄放热调控。
[0025]所述的真空栗5用于放热阶段抽真空，保证闭口蓄热系统放热过程的顺利进行，提高放热效率。
[0026]所述的水蒸汽发生器1和反应釜3设计耐压为3MPa，通过电加热加热水蒸汽发生器1控制水蒸汽压力调节蓄放热量和放热功率。
[0027]所述的换热器4包括:外部换热管道和外部换热盘管。
[0028]本实施例涉及上述系统的蓄热材料6，通过将Ca(0H)2和含Li化合物混合后球磨掺杂得到。
[0029]所述的含Li化合物为L1H.H20和/或Li20，本实施例优选L1H.H20。
[0030]如图2所示，本实施例中所述的蓄热材料6中Ca(0H)2摩尔分数为70?100%，L1H.H20摩尔分数为0?30%，但是添加过多L1H.H20会让Ca(0H)2占比减少使得总蓄热量下降，故Ca(0H)2摩尔分数优选为90?95%，L1H.H20摩尔分数优选为5?10%。
[0031]本实施例涉及上述蓄热材料6的制备工艺:将摩尔分数为95%的Ca(0H)2与5%的L1H.H20混合后倒入高能球磨机球磨掺杂处理，磨球级配为280个直径6cm的磨球以及40个直径10cm的磨球;球磨罐内加入的物料和磨球总量不超过容积四分之三，球磨罐抽真空并注入氩气作为保护气，防止原料在球磨过程中与空气反应出现污染;球磨30min，然后停止lOmin，如此循环球磨20次；
[0032]本实施例涉及的蓄热系统其工作原理包括:
[0033]1)、蓄热:封闭系统排气管路以及抽真空管路，换热器4将外部热量输送到反应釜3，当内部加热温度升高到相应的分解温度时，Ca(0H)2分解并将热量储存在生成的CaO与水蒸汽中，反应釜3中的水蒸汽可以进入水蒸汽发生器1进行储存；
[0034]2)、放热:封闭系统排气管路以及抽真空管路，通过水蒸汽质量流量计2控制水蒸气进入反应釜3的流量，水蒸汽与CaO接触，化合反应放出热量，再次生成Ca(0H)2，放出的热量通过换热器4导出供给给用户端。
[0035]如图3所示，本实施例利用同步热分析仪STA8000测得改进后的蓄热材料6的化学反应焓为106.5KJ/mo 1，与改进前Ca0/Ca (0H) 2材料的106.4KJ/mo 1相比，并无太大变化，可见蓄热材料6本身对蓄热能量没有造成影响；
[0036]如图4所示，本实施例利用差示扫描量热仪DSC8000测得60?300°C时CaO和Ca(0H)2的比热容，排除了蓄热材料6的显热蓄热对蓄热能量的影响；
[0037]如图5所示，本实施例利用同步热分析仪STA8000测得改进的蓄热材料6与Ca0/Ca(0H)2材料的蓄热效率，发现达到相同的蓄热温度，蓄热材料6所需时间较短。
【主权项】
1.一种可调控化学蓄热系统，其特征在于，包括:水蒸汽发生器、水蒸汽质量流量计、反应釜、换热器、真空栗和蓄热材料，其中:水蒸汽发生器、反应釜和真空栗依次相连，水蒸汽质量流量计设置于水蒸汽发生器和反应釜之间，蓄热材料设置于反应釜内，换热器与蓄热材料接触。2.根据权利要求1所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的水蒸汽发生器和反应釜耐压3MPa。3.根据权利要求1所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的换热器包括:外部换热管道和外部换热盘管。4.根据权利要求1所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的蓄热材料通过将Ca(0H)2和含Li化合物混合掺杂得到。5.根据权利要求4所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的蓄热材料中Ca(OH)2的摩尔分数为90?95%，含Li化合物的摩尔分数为5?10%。6.根据权利要求4所述的可调控化学蓄热系统，其特征是，所述的蓄热材料中含Li化合物为L1H.H20和/或Li20。
【专利摘要】一种蓄热技术领域的可调控化学蓄热系统，包括：水蒸汽发生器、水蒸汽质量流量计、反应釜、换热器、真空泵和蓄热材料，其中：水蒸汽发生器、反应釜和真空泵依次相连，水蒸汽质量流量计设置于水蒸汽发生器和反应釜之间，蓄热材料设置于反应釜内，换热器与蓄热材料接触；所述的蓄热材料，通过将Ca(OH)2和含Li化合物混合掺杂得到。本发明蓄热密度大，稳定性好，价格低廉，能够较好的满足化学蓄能的需求，可以应用于太阳能热量储热再应用以及工业废热再利用。
【IPC分类】F28D20/00, C09K5/16
【公开号】CN105423791
【申请号】CN201510765795
【发明人】赵长颖, 闫君, 潘智豪
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月11日