可調控化學蓄熱系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是蓄熱領域的技術，具體是一種可調控化學蓄熱系統。
【背景技術】
[0002]蓄熱技術是提高能源利用效率和保護環境的重要技術，可用于解決熱能供給與需求失配的矛盾，在電力“移峰填谷”、太陽能利用、廢熱和余熱的回收利用等領域具有廣泛的應用前景。化學蓄熱在諸多蓄熱方式中具有儲能密度大、可工作溫度范圍廣的優點，但是蓄熱、放熱的操控調節性差。
[0003]經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN101644548A，公開(公告)日2010.02.10，公開了一種高溫化學蓄熱元件及基于高溫化學蓄熱元件的蓄熱器，該蓄熱器以Ca0/Ca(0H)2作為蓄熱材料填充在螺旋形翅片間實現化學蓄熱，但是該發明既未提供具體的蓄熱性能，也未充分說明采用螺旋形翅片結構的目的，更沒有控制蓄放熱的具體手段。
[0004]中國專利文獻號0吧039407651]，公開(公告)日2014.11.12，公開了一種太陽能化學蓄熱裝置，該蓄熱裝置以Ca0/Ca(0H)2作為蓄熱材料，通過聚合太陽能分解Ca(0H)2以及CaO的水化反應實現蓄放熱，但是該實用新型適用范圍較小、吸熱階段不可控且持續作業的可行性不高。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出了一種可調控化學蓄熱系統，能夠解決顯熱蓄熱或相變蓄熱存在的儲能密度低、熱量不易保存的問題，并實現蓄熱過程的參數控制和調節，使其與熱源或用戶端得到有效匹配。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的，
[0007]本發明涉及一種可調控化學蓄熱系統，包括:水蒸汽發生器、水蒸汽質量流量計、反應釜、換熱器、真空栗和蓄熱材料，其中:水蒸汽發生器、反應釜和真空栗依次相連，水蒸汽質量流量計設置于水蒸汽發生器和反應釜之間，蓄熱材料設置于反應釜內，換熱器與蓄熱材料接觸。
[0008]所述的蓄熱材料，通過將Ca(0H)2和含Li化合物混合摻雜得到。
技術效果
[0009]與現有技術相比，本發明具有如下技術效果:
[0010]1)、通過控制水蒸汽流量調控蓄熱材料的反應程度，進而控制系統蓄放熱；
[0011]2)、與Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料相比，改進的蓄熱材料在相同的蓄熱溫度下，蓄熱效率可以提高30%;而在相同的蓄熱效率下，可以降低蓄熱溫度20°C以上；
[0012]3)、適用范圍廣，通過改變水蒸汽壓力，蓄熱階段可以在450°C到600°C范圍內進行調節，放熱階段可以在20°C到500°C范圍內進行。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明中蓄熱系統結構示意圖；
[0014]圖2為本發明中相同蓄熱能量下蓄熱材料摻雜不同摩爾分數的L1H.H20蓄熱耗時對比圖，相同蓄熱能量下摻雜摩爾分數0 %、2 %、5%和10 %的L1H.H20需要的時間分別為476s、440s、432s、408s和370s;
[0015]圖3為本發明中(a)改進前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與(b)改進后摻雜5%摩爾分數L1H.H20的蓄熱材料化學反應焓對比圖；
[0016]圖4為本發明中(a)改進前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與(b)改進后摻雜5%摩爾分數L1H.H20的蓄熱材料的比熱容對比圖；
[0017]圖5為本發明中改進前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與改進后摻雜5%摩爾分數L1H.H20的蓄熱材料的蓄熱速率、熱重對比圖；
[0018]圖6為本發明中蓄熱系統在相同條件下，采用改進前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與改進后摻雜5%摩爾分數L1H.H20的蓄熱材料的蓄熱對比圖；
[0019]圖7為本發明蓄熱系統不同條件參數變化對蓄放熱過程和效率的影響:(a)為不同蓄熱溫度對蓄熱過程的影響，(b)為不同放熱溫度對放熱過程的影響，(c)為不同水蒸氣壓力對放熱過程的影響；
[0020]圖中:水蒸汽發生器1、水蒸汽質量流量計2、反應釜3、換熱器4、真空栗5、蓄熱材料
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【具體實施方式】
[0021]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0022]以下實施例中使用的:Ca(0H)2為國藥集團化學試劑有限公司生產的分析純Ca(0H)2，含Li化合物為國藥集團化學試劑有限公司生產的分析純L1H.H20，球磨機為南京南大儀器生產的QM—3S92型行星式高能球磨機，球磨罐和磨球材質為瑪瑙，球磨罐采用真空不銹鋼套，同步熱分析儀為美國PerkinElmer公司生產的STA8000，差示掃描量熱儀為美國PerkinElmer 公司生產的 DSC8000。
[0023]如圖1所示，本實施例涉及一種可調控化學蓄熱系統，包括:水蒸汽發生器1、水蒸汽質量流量計2、反應釜3、換熱器4、真空栗5和蓄熱材料6，其中:水蒸汽發生器1、反應釜3和真空栗5依次相連，水蒸汽質量流量計2設置于水蒸汽發生器1和反應釜3之間，蓄熱材料6設置于反應釜3內，換熱器4與蓄熱材料6接觸。
[0024]所述的水蒸汽質量流量計2用來檢測蓄放熱的反應程度，以此調節水蒸汽流量，實現蓄放熱調控。
[0025]所述的真空栗5用于放熱階段抽真空，保證閉口蓄熱系統放熱過程的順利進行，提高放熱效率。
[0026]所述的水蒸汽發生器1和反應釜3設計耐壓為3MPa，通過電加熱加熱水蒸汽發生器1控制水蒸汽壓力調節蓄放熱量和放熱功率。
[0027]所述的換熱器4包括:外部換熱管道和外部換熱盤管。
[0028]本實施例涉及上述系統的蓄熱材料6，通過將Ca(0H)2和含Li化合物混合后球磨摻雜得到。
[0029]所述的含Li化合物為L1H.H20和/或Li20，本實施例優選L1H.H20。
[0030]如圖2所示，本實施例中所述的蓄熱材料6中Ca(0H)2摩爾分數為70?100%，L1H.H20摩爾分數為0?30%，但是添加過多L1H.H20會讓Ca(0H)2占比減少使得總蓄熱量下降，故Ca(0H)2摩爾分數優選為90?95%，L1H.H20摩爾分數優選為5?10%。
[0031]本實施例涉及上述蓄熱材料6的制備工藝:將摩爾分數為95%的Ca(0H)2與5%的L1H.H20混合后倒入高能球磨機球磨摻雜處理，磨球級配為280個直徑6cm的磨球以及40個直徑10cm的磨球;球磨罐內加入的物料和磨球總量不超過容積四分之三，球磨罐抽真空并注入氬氣作為保護氣，防止原料在球磨過程中與空氣反應出現污染;球磨30min，然后停止lOmin，如此循環球磨20次；
[0032]本實施例涉及的蓄熱系統其工作原理包括:
[0033]1)、蓄熱:封閉系統排氣管路以及抽真空管路，換熱器4將外部熱量輸送到反應釜3，當內部加熱溫度升高到相應的分解溫度時，Ca(0H)2分解并將熱量儲存在生成的CaO與水蒸汽中，反應釜3中的水蒸汽可以進入水蒸汽發生器1進行儲存；
[0034]2)、放熱:封閉系統排氣管路以及抽真空管路，通過水蒸汽質量流量計2控制水蒸氣進入反應釜3的流量，水蒸汽與CaO接觸，化合反應放出熱量，再次生成Ca(0H)2，放出的熱量通過換熱器4導出供給給用戶端。
[0035]如圖3所示，本實施例利用同步熱分析儀STA8000測得改進后的蓄熱材料6的化學反應焓為106.5KJ/mo 1，與改進前Ca0/Ca (0H) 2材料的106.4KJ/mo 1相比，并無太大變化，可見蓄熱材料6本身對蓄熱能量沒有造成影響；
[0036]如圖4所示，本實施例利用差示掃描量熱儀DSC8000測得60?300°C時CaO和Ca(0H)2的比熱容，排除了蓄熱材料6的顯熱蓄熱對蓄熱能量的影響；
[0037]如圖5所示，本實施例利用同步熱分析儀STA8000測得改進的蓄熱材料6與Ca0/Ca(0H)2材料的蓄熱效率，發現達到相同的蓄熱溫度，蓄熱材料6所需時間較短。
【主權項】
1.一種可調控化學蓄熱系統，其特征在于，包括:水蒸汽發生器、水蒸汽質量流量計、反應釜、換熱器、真空栗和蓄熱材料，其中:水蒸汽發生器、反應釜和真空栗依次相連，水蒸汽質量流量計設置于水蒸汽發生器和反應釜之間，蓄熱材料設置于反應釜內，換熱器與蓄熱材料接觸。2.根據權利要求1所述的可調控化學蓄熱系統，其特征是，所述的水蒸汽發生器和反應釜耐壓3MPa。3.根據權利要求1所述的可調控化學蓄熱系統，其特征是，所述的換熱器包括:外部換熱管道和外部換熱盤管。4.根據權利要求1所述的可調控化學蓄熱系統，其特征是，所述的蓄熱材料通過將Ca(0H)2和含Li化合物混合摻雜得到。5.根據權利要求4所述的可調控化學蓄熱系統，其特征是，所述的蓄熱材料中Ca(OH)2的摩爾分數為90?95%，含Li化合物的摩爾分數為5?10%。6.根據權利要求4所述的可調控化學蓄熱系統，其特征是，所述的蓄熱材料中含Li化合物為L1H.H20和/或Li20。
【專利摘要】一種蓄熱技術領域的可調控化學蓄熱系統，包括：水蒸汽發生器、水蒸汽質量流量計、反應釜、換熱器、真空泵和蓄熱材料，其中：水蒸汽發生器、反應釜和真空泵依次相連，水蒸汽質量流量計設置于水蒸汽發生器和反應釜之間，蓄熱材料設置于反應釜內，換熱器與蓄熱材料接觸；所述的蓄熱材料，通過將Ca(OH)2和含Li化合物混合摻雜得到。本發明蓄熱密度大，穩定性好，價格低廉，能夠較好的滿足化學蓄能的需求，可以應用于太陽能熱量儲熱再應用以及工業廢熱再利用。
【IPC分類】F28D20/00, C09K5/16
【公開號】CN105423791
【申請號】CN201510765795
【發明人】趙長穎, 閆君, 潘智豪
【申請人】上海交通大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月11日