可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是蓄熱領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，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(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景?；瘜W(xué)蓄熱在諸多蓄熱方式中具有儲(chǔ)能密度大、可工作溫度范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是蓄熱、放熱的操控調(diào)節(jié)性差。
[0003]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN101644548A，公開(公告)日2010.02.10，公開了一種高溫化學(xué)蓄熱元件及基于高溫化學(xué)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(shí)現(xiàn)化學(xué)蓄熱，但是該發(fā)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(jié)構(gòu)的目的，更沒有控制蓄放熱的具體手段。
[0004]中國專利文獻(xiàn)號(hào)0吧039407651]，公開(公告)日2014.11.12，公開了一種太陽能化學(xué)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(yīng)實(shí)現(xiàn)蓄放熱，但是該實(shí)用新型適用范圍較小、吸熱階段不可控且持續(xù)作業(yè)的可行性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，能夠解決顯熱蓄熱或相變蓄熱存在的儲(chǔ)能密度低、熱量不易保存的問題，并實(shí)現(xiàn)蓄熱過程的參數(shù)控制和調(diào)節(jié)，使其與熱源或用戶端得到有效匹配。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，
[0007]本發(fā)明涉及一種可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，包括:水蒸汽發(fā)生器、水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)、反應(yīng)釜、換熱器、真空栗和蓄熱材料，其中:水蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)釜和真空栗依次相連，水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置于水蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)釜之間，蓄熱材料設(shè)置于反應(yīng)釜內(nèi)，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(shù)效果
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0010]1)、通過控制水蒸汽流量調(diào)控蓄熱材料的反應(yīng)程度，進(jìn)而控制系統(tǒng)蓄放熱；
[0011]2)、與Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料相比，改進(jìn)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(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，放熱階段可以在20°C到500°C范圍內(nèi)進(jìn)行。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明中蓄熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明中相同蓄熱能量下蓄熱材料摻雜不同摩爾分?jǐn)?shù)的L1H.H20蓄熱耗時(shí)對(duì)比圖，相同蓄熱能量下?lián)诫s摩爾分?jǐn)?shù)0 %、2 %、5%和10 %的L1H.H20需要的時(shí)間分別為476s、440s、432s、408s和370s;
[0015]圖3為本發(fā)明中(a)改進(jìn)前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與(b)改進(jìn)后摻雜5%摩爾分?jǐn)?shù)L1H.H20的蓄熱材料化學(xué)反應(yīng)焓對(duì)比圖；
[0016]圖4為本發(fā)明中(a)改進(jìn)前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與(b)改進(jìn)后摻雜5%摩爾分?jǐn)?shù)L1H.H20的蓄熱材料的比熱容對(duì)比圖；
[0017]圖5為本發(fā)明中改進(jìn)前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與改進(jìn)后摻雜5%摩爾分?jǐn)?shù)L1H.H20的蓄熱材料的蓄熱速率、熱重對(duì)比圖；
[0018]圖6為本發(fā)明中蓄熱系統(tǒng)在相同條件下，采用改進(jìn)前Ca0/Ca(0H)2蓄熱材料與改進(jìn)后摻雜5%摩爾分?jǐn)?shù)L1H.H20的蓄熱材料的蓄熱對(duì)比圖；
[0019]圖7為本發(fā)明蓄熱系統(tǒng)不同條件參數(shù)變化對(duì)蓄放熱過程和效率的影響:(a)為不同蓄熱溫度對(duì)蓄熱過程的影響，(b)為不同放熱溫度對(duì)放熱過程的影響，(c)為不同水蒸氣壓力對(duì)放熱過程的影響；
[0020]圖中:水蒸汽發(fā)生器1、水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)2、反應(yīng)釜3、換熱器4、真空栗5、蓄熱材料
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【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0022]以下實(shí)施例中使用的:Ca(0H)2為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純Ca(0H)2，含Li化合物為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純L1H.H20，球磨機(jī)為南京南大儀器生產(chǎn)的QM—3S92型行星式高能球磨機(jī)，球磨罐和磨球材質(zhì)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(chǎn)的STA8000，差示掃描量熱儀為美國PerkinElmer 公司生產(chǎn)的 DSC8000。
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例涉及一種可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，包括:水蒸汽發(fā)生器1、水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)2、反應(yīng)釜3、換熱器4、真空栗5和蓄熱材料6，其中:水蒸汽發(fā)生器1、反應(yīng)釜3和真空栗5依次相連，水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)2設(shè)置于水蒸汽發(fā)生器1和反應(yīng)釜3之間，蓄熱材料6設(shè)置于反應(yīng)釜3內(nèi)，換熱器4與蓄熱材料6接觸。
[0024]所述的水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)2用來檢測蓄放熱的反應(yīng)程度，以此調(diào)節(jié)水蒸汽流量，實(shí)現(xiàn)蓄放熱調(diào)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(tǒng)放熱過程的順利進(jìn)行，提高放熱效率。
[0026]所述的水蒸汽發(fā)生器1和反應(yīng)釜3設(shè)計(jì)耐壓為3MPa，通過電加熱加熱水蒸汽發(fā)生器1控制水蒸汽壓力調(diào)節(jié)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(shí)施例涉及上述系統(tǒng)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(shí)施例優(yōu)選L1H.H20。
[0030]如圖2所示，本實(shí)施例中所述的蓄熱材料6中Ca(0H)2摩爾分?jǐn)?shù)為70?100%，L1H.H20摩爾分?jǐn)?shù)為0?30%，但是添加過多L1H.H20會(huì)讓Ca(0H)2占比減少使得總蓄熱量下降，故Ca(0H)2摩爾分?jǐn)?shù)優(yōu)選為90?95%，L1H.H20摩爾分?jǐn)?shù)優(yōu)選為5?10%。
[0031]本實(shí)施例涉及上述蓄熱材料6的制備工藝:將摩爾分?jǐn)?shù)為95%的Ca(0H)2與5%的L1H.H20混合后倒入高能球磨機(jī)球磨摻雜處理，磨球級(jí)配為280個(gè)直徑6cm的磨球以及40個(gè)直徑10cm的磨球;球磨罐內(nèi)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(hù)氣，防止原料在球磨過程中與空氣反應(yīng)出現(xiàn)污染;球磨30min，然后停止lOmin，如此循環(huán)球磨20次；
[0032]本實(shí)施例涉及的蓄熱系統(tǒng)其工作原理包括:
[0033]1)、蓄熱:封閉系統(tǒng)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(yīng)釜3，當(dāng)內(nèi)部加熱溫度升高到相應(yīng)的分解溫度時(shí)，Ca(0H)2分解并將熱量儲(chǔ)存在生成的CaO與水蒸汽中，反應(yīng)釜3中的水蒸汽可以進(jìn)入水蒸汽發(fā)生器1進(jìn)行儲(chǔ)存；
[0034]2)、放熱:封閉系統(tǒng)排氣管路以及抽真空管路，通過水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)2控制水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)釜3的流量，水蒸汽與CaO接觸，化合反應(yīng)放出熱量，再次生成Ca(0H)2，放出的熱量通過換熱器4導(dǎo)出供給給用戶端。
[0035]如圖3所示，本實(shí)施例利用同步熱分析儀STA8000測得改進(jìn)后的蓄熱材料6的化學(xué)反應(yīng)焓為106.5KJ/mo 1，與改進(jìn)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(duì)蓄熱能量沒有造成影響；
[0036]如圖4所示，本實(shí)施例利用差示掃描量熱儀DSC8000測得60?300°C時(shí)CaO和Ca(0H)2的比熱容，排除了蓄熱材料6的顯熱蓄熱對(duì)蓄熱能量的影響；
[0037]如圖5所示，本實(shí)施例利用同步熱分析儀STA8000測得改進(jìn)的蓄熱材料6與Ca0/Ca(0H)2材料的蓄熱效率，發(fā)現(xiàn)達(dá)到相同的蓄熱溫度，蓄熱材料6所需時(shí)間較短。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，其特征在于，包括:水蒸汽發(fā)生器、水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)、反應(yīng)釜、換熱器、真空栗和蓄熱材料，其中:水蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)釜和真空栗依次相連，水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置于水蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)釜之間，蓄熱材料設(shè)置于反應(yīng)釜內(nèi)，換熱器與蓄熱材料接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，其特征是，所述的水蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)釜耐壓3MPa。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，其特征是，所述的蓄熱材料中Ca(OH)2的摩爾分?jǐn)?shù)為90?95%，含Li化合物的摩爾分?jǐn)?shù)為5?10%。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，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(shù)領(lǐng)域的可調(diào)控化學(xué)蓄熱系統(tǒng)，包括：水蒸汽發(fā)生器、水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)、反應(yīng)釜、換熱器、真空泵和蓄熱材料，其中：水蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)釜和真空泵依次相連，水蒸汽質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置于水蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)釜之間，蓄熱材料設(shè)置于反應(yīng)釜內(nèi)，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(fā)明蓄熱密度大，穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，能夠較好的滿足化學(xué)蓄能的需求，可以應(yīng)用于太陽能熱量儲(chǔ)熱再應(yīng)用以及工業(yè)廢熱再利用。
【IPC分類】F28D20/00, C09K5/16
【公開號(hào)】CN105423791
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510765795
【發(fā)明人】趙長穎, 閆君, 潘智豪
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日