一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能熱化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]全球太陽(yáng)能輻射總量約1.7X 117W,其中我國(guó)約占1% (1.8X 115W,相當(dāng)于1.9萬(wàn)億噸標(biāo)煤/年)，是我國(guó)目前年能耗總量的680倍，太陽(yáng)能蘊(yùn)藏著巨大的開發(fā)潛力。但是太陽(yáng)能能流密度比較低，能量波動(dòng)比較大，儲(chǔ)存費(fèi)用高，如采用光伏并網(wǎng)發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)的沖擊又比較大，這些問題一直影響著太陽(yáng)能的進(jìn)一步開發(fā)利用。而太陽(yáng)能熱化學(xué)方法正是通過聚光器聚焦太陽(yáng)光，提高能流密度，通過熱量?jī)?chǔ)存和熱化學(xué)反應(yīng)，減小能量輸出波動(dòng)，同時(shí)將太陽(yáng)能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來。
[0003]正由于太陽(yáng)能熱發(fā)電可以通過大規(guī)模廉價(jià)儲(chǔ)能，因此在未來該方式有巨大的發(fā)展空間。儲(chǔ)能分為顯熱儲(chǔ)能，潛熱儲(chǔ)能和化學(xué)能儲(chǔ)能。顯熱儲(chǔ)能是在不改變物質(zhì)形態(tài)通過溫度提升將熱能存儲(chǔ)起來，儲(chǔ)能密度較低，常見的顯熱儲(chǔ)熱材料有砂石，熔融鹽等。而潛熱儲(chǔ)能通過相比形式將能力存儲(chǔ)起來，一般相變熱所需吸收熱量較大，因此潛熱儲(chǔ)能密度比顯熱儲(chǔ)能高，常見的有相變金屬。而利用化學(xué)能將太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來不僅使得儲(chǔ)能密度高，而且可以常溫長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，便于運(yùn)輸，常見的有將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳等化學(xué)能。由于氣體存儲(chǔ)設(shè)備比較復(fù)雜，因此該種化學(xué)能儲(chǔ)能方式對(duì)于大型的系統(tǒng)比較合適，特別是將氫氣和一氧化碳進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為液體燃料存儲(chǔ)和運(yùn)輸需要更多后續(xù)的設(shè)備。
[0004]太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)高溫強(qiáng)烈吸熱的反應(yīng)，為保證太陽(yáng)光能夠入射到反應(yīng)器中，一般的反應(yīng)器需要有一個(gè)能夠耐高溫能夠其密封作用的石英玻璃窗。然而熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物比較容易污染石英玻璃，因此常規(guī)的化學(xué)反應(yīng)器不僅造價(jià)高，而且存在一定的安全隱串
■/Q1、O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的氣體化學(xué)儲(chǔ)能不易存儲(chǔ)和一般化學(xué)反應(yīng)器采用石英玻璃帶來的高溫密封難，易受污染等問題，提供了一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置方法。
[0006]本實(shí)用新型采用氧化物顆粒進(jìn)行集熱儲(chǔ)能以及雙腔式集熱反應(yīng)器形式避免了石英玻璃的應(yīng)用，并且將太陽(yáng)能以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)在還原金屬氧化物顆粒中，因此存儲(chǔ)密度高，并且顆粒易于存儲(chǔ)和利用。
[0007]本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置包括二次聚光器、吸光腔、反應(yīng)腔、還原顆粒儲(chǔ)箱、氧化顆粒儲(chǔ)箱、氧化換熱器，二次聚光器設(shè)在吸光腔入射光入口處，吸光腔和反應(yīng)腔由分隔盤面分開，并由顆粒下降管連接，反應(yīng)腔氣體出口連接氧化換熱器氣體入口，反應(yīng)腔顆粒出口連接還原顆粒存儲(chǔ)箱的顆粒入口，還原顆粒儲(chǔ)箱出口連接氧化換熱器顆粒進(jìn)口，氧化換熱器顆粒出口連接氧化顆粒存儲(chǔ)箱顆粒入口，氧化顆粒存儲(chǔ)箱顆粒出口通過顆粒輸運(yùn)裝置連接吸光腔顆粒進(jìn)口。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、本實(shí)用新型采用了雙腔式結(jié)構(gòu)，將反應(yīng)腔和吸光腔用分隔盤面隔離，既可以避免玻璃蓋板高溫密封和易受污染等問題，提高系統(tǒng)安全性和可靠性，又可以利用高溫的分隔盤面，將吸收的熱能以輻射形式傳遞給反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)物。
[0011]2、金屬氧化物顆粒在吸光腔內(nèi)流動(dòng)并且吸收熱量，預(yù)熱到一定溫度，再進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，金屬氧化物顆粒逐漸分解釋放氧氣，吸收熱量，所需熱量來自金屬氧化物顆粒自身顯熱以及分隔盤面對(duì)反應(yīng)腔的輻射能，兩種能量傳輸方式提高了熱量傳遞速率，有利于反應(yīng)充分進(jìn)行。
[0012]3、反應(yīng)腔內(nèi)密封作用使得金屬氧化物分解釋放的氧氣可以直接作為氧化換熱器內(nèi)的反應(yīng)物，避免了氣體的浪費(fèi)，減少了排氣損失，提高系統(tǒng)效率。
[0013]4、金屬氧化物化學(xué)儲(chǔ)能比顯熱儲(chǔ)熱密度高，減小了儲(chǔ)罐的體積，而且金屬氧化物化學(xué)儲(chǔ)能比氣體產(chǎn)物化學(xué)儲(chǔ)能更容易儲(chǔ)存，因此降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0014]圖1是太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中:吸光腔1、吸光腔顆粒進(jìn)口 2、分隔盤面3、顆粒下降管4、反應(yīng)腔5、顆粒輸運(yùn)裝置6、還原顆粒存儲(chǔ)箱7、反應(yīng)腔顆粒出口 8、反應(yīng)腔氣體進(jìn)口 9、反應(yīng)腔氣體出口 10、二次聚光器11、氧化換熱器12、氧化換熱器換熱管道13、三通控制閥14、氧化顆粒存儲(chǔ)箱15、回?zé)崞?6。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置，其特征在于包括二次聚光器11、吸光腔1、反應(yīng)腔5、還原顆粒儲(chǔ)箱7、氧化顆粒儲(chǔ)罐15、氧化換熱器12，二次聚光器11設(shè)在吸光腔I入射光入口處，吸光腔I和反應(yīng)腔5由分隔盤面3分開，并由顆粒下降管4連接，反應(yīng)腔氣體出口 10連接氧化換熱器12氣體入口，反應(yīng)腔顆粒出口 8連接還原顆粒存儲(chǔ)箱7的顆粒入口，還原顆粒儲(chǔ)箱7出口連接氧化換熱器12顆粒進(jìn)口，氧化換熱器12顆粒出口連接氧化顆粒存儲(chǔ)箱15顆粒入口，氧化顆粒存儲(chǔ)箱15顆粒出口通過顆粒輸運(yùn)裝置6連接吸光腔顆粒進(jìn)口 2。
[0017]用分隔盤面3將反應(yīng)裝置分為上下兩個(gè)腔，上腔為吸光腔1，下腔為反應(yīng)腔5，經(jīng)過聚焦后的太陽(yáng)光，照射在所述的吸光腔I內(nèi)，金屬氧化物顆粒經(jīng)顆粒進(jìn)口 2進(jìn)入吸光腔1，流經(jīng)分隔盤面3，金屬氧化物顆粒和分隔盤面3同時(shí)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能，金屬氧化物顆粒進(jìn)入吸光腔中央的顆粒下降管4，顆粒下降管4出口和反應(yīng)腔5連通。隨著金屬氧化物顆粒溫度逐漸升高，金屬氧化物發(fā)生分解反應(yīng)被還原，釋放出氧氣，釋放的氧氣從反應(yīng)腔氣體出口 10輸出，進(jìn)入氧化換熱器12的氣體進(jìn)口。還原金屬氧化物顆粒從反應(yīng)腔顆粒出口 8流出，進(jìn)入還原顆粒存儲(chǔ)箱7的顆粒進(jìn)口，從還原顆粒存儲(chǔ)箱7顆粒出口出來的還原氧化物顆粒進(jìn)入氧化換熱器12的顆粒入口，在氧化換熱器12中與從所述的氧化換熱器12氣體進(jìn)口進(jìn)來的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放熱量的熱量通過氧化換熱器換熱管道13傳遞給被加熱的工質(zhì)。從氧化換熱器12的顆粒出口出來的金屬氧化物顆粒進(jìn)入氧化顆粒存儲(chǔ)箱15的顆粒進(jìn)口，從氧化顆粒存儲(chǔ)箱15的顆粒出口出來的金屬氧化物顆粒經(jīng)過顆粒輸運(yùn)裝置6重新進(jìn)入吸光腔顆粒進(jìn)口 2，完成固體顆粒循環(huán)。為了提高進(jìn)入吸光腔I和反應(yīng)腔5內(nèi)的溫度，增加二次聚光器11提高聚光比。
[0018]還原顆粒存儲(chǔ)箱7和氧化顆粒存儲(chǔ)箱15使得氧化換熱器12內(nèi)的氧化放熱反應(yīng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，并且可以將白天的太陽(yáng)能存儲(chǔ)到晚上使用，滿足用戶需求。為了控制反應(yīng)腔5內(nèi)的氣體產(chǎn)物進(jìn)入氧化換熱器12的流速，將外界環(huán)境中的空氣通過反應(yīng)腔氣體進(jìn)口 9輸入反應(yīng)腔5內(nèi)，與金屬氧化物分解釋放的氧氣混合，形成富氧空氣，再進(jìn)入氧化換熱器12的氣體進(jìn)口與還原金屬氧化物反應(yīng)，未反應(yīng)的剩余氣體通過氧化換熱器12氣體出口排出。同樣的為了更好的控制氧化換熱器12內(nèi)放熱速率，特別是針對(duì)沒有太陽(yáng)能的時(shí)段，將外界環(huán)境中的空氣通過氧化換熱器12氣體進(jìn)口輸入，空氣中的氧氣與還原金屬氧化物進(jìn)行反應(yīng)釋放熱量，未反應(yīng)的空氣由氧化換熱器12的氣體出口排出。并且為了降低從氧化換熱器12氣體出口排氣的余熱損失，增加回?zé)崞?6，將從氧化換熱，12氣體出口的出來的氣體的熱量傳遞給即將進(jìn)入反應(yīng)腔氣體進(jìn)口 9和氧化換熱器12的氣體進(jìn)口的空氣，如圖1所示，通過三通控制閥14控制進(jìn)入反應(yīng)腔氣體進(jìn)口 9和氧化換熱器12的氣體進(jìn)口的空氣流量，提尚系統(tǒng)效率。
[0019]所述的金屬氧化物包括鐵、錳、鈷、銅、鋇、銻的氧化物中的一種或多種。
[0020]所述的氧化換熱器換熱管道13內(nèi)的被加熱工質(zhì)包括空氣、水、氫氣、氦氣、氮?dú)?、二氧化碳中的一種或多種。
[0021]所述反應(yīng)腔5還設(shè)有空氣入口，從空氣入口輸入環(huán)境空氣。
[0022]所述的從環(huán)境中輸入的空氣先與所述的從氧化換熱器12氣體出口排出的剩余氣體在回?zé)崞?6進(jìn)行換熱，提高空氣溫度，降低剩余氣體溫度。
[0023]所述氧化換熱器12的氣體進(jìn)口上還設(shè)有空氣入口，從空氣入口輸入環(huán)境空氣。
[0024]所述的從環(huán)境中輸入的空氣先與所述的從氧化換熱器12氣體出口排出剩余氣體在回?zé)崞?6進(jìn)行換熱，提高空氣溫度，降低剩余氣體溫度。
[0025]所述的吸光腔I的太陽(yáng)光入射處增加二次聚光器11。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置，其特征在于包括二次聚光器(11)、吸光腔(I)、反應(yīng)腔(5)、還原顆粒儲(chǔ)箱(7)、氧化顆粒儲(chǔ)箱(15)、氧化換熱器(12)，二次聚光器(11)設(shè)在吸光腔(I)入射光入口處，吸光腔(I)和反應(yīng)腔(5)由分隔盤面(3)分開，并由顆粒下降管(4)連接，反應(yīng)腔氣體出口( 10)連接氧化換熱器(12)氣體入口，反應(yīng)腔顆粒出口( 8 )連接還原顆粒存儲(chǔ)箱(7 )的顆粒入口，還原顆粒儲(chǔ)箱(7 )出口連接氧化換熱器(12)顆粒進(jìn)口，氧化換熱器(12)顆粒出口連接氧化顆粒存儲(chǔ)箱(15)顆粒入口，氧化顆粒存儲(chǔ)箱(15 )顆粒出口通過顆粒輸運(yùn)裝置(6 )連接吸光腔顆粒進(jìn)口( 2 )。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能雙腔式金屬氧化物顆粒集熱儲(chǔ)能裝置。經(jīng)過聚焦的太陽(yáng)光入射到雙腔式集熱反應(yīng)器中的吸光腔內(nèi)，加熱分隔盤面并預(yù)熱金屬氧化物顆粒，預(yù)熱后的金屬氧化物顆粒進(jìn)入反應(yīng)腔，金屬氧化物隨著溫度升高受熱還原釋放氧氣，釋放的氧氣通過反應(yīng)腔氣體出口輸出，還原金屬氧化物顆粒從反應(yīng)腔顆粒出口輸出，進(jìn)入還原顆粒存儲(chǔ)箱，再進(jìn)入氧化換熱器與從反應(yīng)腔氣體出口出來的氧氣反應(yīng)釋放存儲(chǔ)的化學(xué)能，傳遞給被加熱工質(zhì)，被氧化的金屬氧化物顆粒進(jìn)入氧化顆粒存儲(chǔ)箱，經(jīng)過顆粒輸運(yùn)裝置再次進(jìn)入吸光腔顆粒進(jìn)口，此外還從環(huán)境中引入空氣，控制反應(yīng)器氣體流動(dòng)以及氧化換熱器反應(yīng)速率，進(jìn)入的空氣提前與氧化換熱器的剩余氣體進(jìn)行換熱以提高效率。
【IPC分類】F24J1-00, F24J2-04
【公開號(hào)】CN204460759
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420780406
【發(fā)明人】肖剛, 楊天鋒, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢(mèng)祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江, 王濤, 鄭成航
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2014年12月12日