一种利用热辐射散热的氢化物储热系统及应用的制作方法

本发明涉及太阳能热能储存的技术领域，具体涉及一种利用热辐射散热的氢化物储热系统及应用。

背景技术：

进入21世纪以来，世界范围内出现能源危机和环境恶化，迫使人类社会发展各种可再生清洁能源。太阳能是丰富的可再生能源，受到研究者的广泛关注。太阳能光热发电技术是新一代太阳能发电站的发展方向。其中，储热系统是太阳能光热发电中的关键组成部分，其能增强太阳能光热发电站供电的稳定性与持续性。

储热材料是储热系统的关键技术。储热材料的种类主要分为显热储热材料、潜热储热材料和热化学储热材料。热化学储热材料是基于化学可逆反应进行热能的储存/释放，储热密度大，稳定性较好，实现热能的长期储存，是新一代储热材料研究的重点发展方向。其中，金属氢化物储热材料具有反应热值高、分解温度范围大、循环性能好、价格低廉、来源广泛以及安全性高等优点，是储热材料的主流发展方向。

然而金属氢化物储热材料储热密度很高而导热性能较差，阻碍着其在储热系统中的应用。目前，添加高导热碳材料(石墨烯、纳米碳管等)，以及加入散热翅片是提高其导热性能常见方法。然而，石墨烯与纳米碳管等材料价格昂贵，并不适合大规模使用。而加入散热翅片会使得结构变得复杂，制约化学储热装置的实际化应用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用热辐射散热的氢化物储热系统及应用，具有提高系统的换热性能的优点，且结构简单、经济实用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种利用热辐射散热的氢化物储热系统，包括有换热罐以及安装于所述换热罐内的储热反应器，所述换热罐分别开设有供换热介质进出的入流口与出流口，所述入流口与所述出流口之间连通设置；所述换热罐与所述储热反应器之间设置有用于供氢气流通的氢气阀，所述储热反应器的内壁设置有热辐射涂层；当系统安装时，所述储热反应器(2)的内部放置有相互混合设置的金属氢化物和热辐射增强颗粒。

通过采用上述技术方案，储热反应器的内部放置有相互混合设置的金属氢化物和热辐射增强颗粒，当换热介质进入至换热罐时，换热介质释放的热量被储热反应器吸收，热辐射涂层和热辐射增强颗粒之间进行热辐射传递，热辐射增强颗粒的热量作用于金属氢化物，金属氢化物吸热产生的氢气通过氢气阀排出储热反应器。由于热辐射的传递不需要介质，这能避免由于氢气的传热性能较差而导致的传热不佳，提高热辐射的传递效率，进而通过热辐射的方式增强了传热能力，无需加入高导热碳材料或散热翅片即可解决了金属氢化物导热性能较差的问题，结构简单、经济实用，提高了系统的换热性能以及储热效率。

本发明进一步设置为：所述入流口位于所述换热罐靠近所述氢气阀的一端，所述出流口位于所述换热罐远离氢气阀的一端。

通过采用上述技术方案，使得换热介质能够更为充分的与储热反应器接触，提高系统的换热效率。

本发明进一步设置为：所述换热罐的上内壁设置有若干竖直设置的第一折流板，所述换热罐的下内壁设置有若干竖直设置的第二折流板，所述第一折流板与所述第二折流板之间交替设置。

通过采用上述技术方案，使得换热介质与储热反应器的接触更为全面，减少热量的损失，提高系统的换热性能。

本发明进一步设置为：所述金属氢化物和所述热辐射增强颗粒之间的质量比例设置为9：1。

通过采用上述技术方案，保障金属氢化物的储热性能同时提高热辐射的传导效率，减少热量的损失。

本发明进一步设置为：所述金属氢化物选自氢化镁、氢化铁镁、氢化钠、氢化钙中一种或多种。

通过采用上述技术方案，金属氢化物起到储热的作用，并且通过热辐射的方式进行传热克服了自身导热性差的缺点，在保证金属氢化物的储热性能同时提高了系统的换热性能。

本发明进一步设置为：所述热辐射增强颗粒选自氧化钪、二氧化钛、五氧化二钒、氧化铬、三氧化二锰、氧化铁、五氧化二铌、三氧化钼、五氧化二钽中一种或多种。

通过采用上述技术方案，热辐射增强颗粒起到增强热辐射的转换能力，起到增幅系统的换热性能的作用。

本发明进一步设置为：所述热辐射涂层包括有金属氧化物、碳纳米管、碳化硅以及碳化硼，所述金属氧化物选自二氧化锰、氧化镍、氧化铁、氧化钴、二氧化锆、氧化铬、二氧化钛中一种或多种。

通过采用上述技术方案，热辐射涂层起到增强热辐射的转换能力，起到增幅系统的换热性能的作用。

当系统进行储热时，换热介质经所述入流口进入至所述换热罐，换热介质经所述第一折流板和所述第二折流板在所述换热罐内做上下折流运动并与所述储热反应器相接触，所述储热反应器受热导致所述热辐射涂层升温，所述热辐射涂层的热量以热辐射方式传递所述热辐射增强颗粒，所述热辐射增强颗粒吸收热辐射后加热所述金属氢化物，所述金属氢化物吸热并释放氢气，氢气通过氢气阀收集至储氢罐，换热介质从所述出流口排出所述换热罐；

当系统进行放热时，将储氢罐的氢气经所述氢气阀进入至所述储热反应器的内部，所述金属氢化物吸氢放热并经所述热辐射增强颗粒进行增幅，所述热辐射增强颗粒释放热辐射至所述热辐射涂层，所述热辐射涂层吸热导致所述储热反应器升温，换热介质被所述储热反应器加热。

通过采用上述技术方案，当换热介质进入至换热罐时，换热介质释放的热量被储热反应器吸收，热辐射涂层和热辐射增强颗粒之间热辐射传递，并通过热辐射将热量储存于金属氢化物，并将金属氢化物吸热产生的氢气通过氢气阀排出储热反应器；热辐射不需要介质，这避免由于氢气的传热性能较差而导致的传热性能不佳，提高热辐射的传递效率，进而通过热辐射的方式增强了传热能力，无需加入高导热碳材料或散热翅片即可解决了金属氢化物导热性能较差的问题，结构简单、经济实用，提高了系统的换热性能以及储热效率。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.当换热介质进入至换热罐时，换热介质释放的热量被储热反应器吸收，热辐射涂层和热辐射增强颗粒之间进行热辐射传递，热辐射增强颗粒吸收热辐射并加热金属氢化物，并将金属氢化物吸热产生的氢气通过氢气阀排出储热反应器。热辐射不需要介质，这避免由于氢气的传热性能较差而导致的传热性能不佳，提高热辐射的传递效率，进而通过热辐射的方式增强了传热能力，无需加入高导热碳材料或散热翅片即可解决了金属氢化物导热性能较差的问题，结构简单、经济实用，提高了系统的换热性能以及储热效率；

2.通过热辐射涂层和热辐射增强颗粒起到增强热辐射传递能力，起到增幅系统的换热性能的作用。

附图说明

图1为本实施例的整体结构图；

图2为本实施例的换热罐径向截面的结构示意图。

附图标记：1、换热罐；2、储热反应器；3、第一折流板；4、第二折流板；5、热辐射涂层；6、金属氢化物；7、热辐射增强颗粒；8、氢气阀；9、入流口；10、出流口。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明为一种利用热辐射散热的氢化物储热系统，包括有换热罐1以及安装于换热罐1内的储热反应器2，换热罐1分别开设有供换热介质进出的入流口9与出流口10，入流口9与出流口10之间连通设置；换热罐1与储热反应器2之间固定连接有用于供氢气流通的氢气阀8，氢气阀8安装有用于储氢吸放热时候排出/吸收的氢气，氢气阀8远离储热反应器2的一端固定连接有储氢罐；储热反应器2的内侧壁涂设有热辐射涂层5；储热反应器2的内部放置有相互混合设置的金属氢化物6和热辐射增强颗粒7，金属氢化物6和热辐射增强颗粒7之间的质量比例设置为9：1。

入流口9位于换热罐1靠近氢气阀8的一端，出流口10位于换热罐1远离氢气阀8的一端。

换热罐1的上内壁固定连接有若干竖直设置的第一折流板3，换热罐1的下内壁固定连接有若干竖直设置的第二折流板4，第一折流板3与第二折流板4之间相互配合直设置，第一折流板3与第二折流板4之间交替设置。

金属氢化物6选自氢化镁(mgh2)、氢化铁镁(mg2feh6)、氢化钠(nah)、氢化钙(cah2)中一种或多种；

热辐射增强颗粒7选自氧化钪(sc2o3)、二氧化钛(tio2)、五氧化二钒(v2o5)、氧化铬(cr2o3)、三氧化二锰(mn2o3)、氧化铁(fe3o4)、五氧化二铌(nb2o5)、三氧化钼(moo3)、五氧化二钽(ta2o5)中一种或多种；

热辐射涂层5包括有金属氧化物、碳纳米管、碳化硅以及碳化硼，金属氧化物选自二氧化锰(mno2)、氧化镍(nio)、氧化铁(fe2o3)、氧化钴(coo)、二氧化锆(zro2)、氧化铬(cr2o3)、二氧化钛(tio2)中一种或多种。

当系统进行储热时，换热介质经入流口9进入至换热罐1，换热介质为高温熔盐，换热介质经第一折流板3和第二折流板4在换热罐1内做上下折流运动并与储热反应器2相接触，储热反应器2受热导致热辐射涂层5升温，热辐射涂层5的热量经热辐射增强颗粒7以热辐射方式传递至金属氢化物6，金属氢化物6吸热并释放氢气，氢气通过氢气阀8收集至储氢罐，换热介质从出流口排出换热罐1；

当系统进行放热时，将储氢罐的氢气经氢气阀8进入至储热反应器2的内部，金属氢化物6吸氢放热并经热辐射增强颗粒7进行增幅，热辐射增强颗粒7释放热辐射至热辐射涂层5，热辐射涂层5吸热导致储热反应器2升温，低温的换热介质被储热反应器2加热。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。