本發(fā)明涉及熱化學(xué)儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的不斷開發(fā)與利用促進了人類文明的發(fā)展。隨著能源危機問題的日愈嚴重，人類逐漸重視節(jié)能減排工作。為了更合理高效地利用能量，需對能量進行存儲。相比于顯熱蓄熱和潛熱蓄熱，化學(xué)蓄熱儲能密度更大，熱損失微乎其微，可實現(xiàn)跨季節(jié)性的使用。較其他類型的化學(xué)蓄熱方式，水合鹽的分解反應(yīng)，操作要求及成本相對更低，原理簡單，運用到實際工程中安全性和可行性高，循環(huán)效果也較好。雖然總體來說，國內(nèi)外關(guān)于熱化學(xué)儲能的研究尚且不多，技術(shù)也不夠成熟，尤其水合鹽的脫水及吸附儲能方面，國內(nèi)幾乎沒有相關(guān)研究，但從長遠來看，利用水合鹽的化學(xué)反應(yīng)進行能量的存儲與供給的方法將憑借其儲能密度大、操作要求較低、綠色無污染等優(yōu)勢逐步投入使用。

水合鹽化學(xué)儲能原理是基于晶體鹽對水蒸氣的吸附與脫附過程伴隨著熱量的釋放或吸收，因此可將此部分能量進行存儲和利用。儲能材料脫附與吸附的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

研究表明，mgso4·7h2o、al2(so4)3·18h2o、mgcl2·6h2o、cacl2·6h2o、lacl3·7h2o以及srbr2·6h2o等水合鹽均具有較高的儲能密度，是極具應(yīng)用前景的儲能材料。然而在水合鹽的使用過程中也存在一些問題，例如在吸熱脫附過程中，由于水合鹽的導(dǎo)熱系數(shù)很小，傳熱效果較差，導(dǎo)致反應(yīng)過程緩慢，溫度分布不均勻。在對水蒸氣的吸附放熱過程中，堆積的晶體鹽使得水蒸氣難以穿透鹽床，導(dǎo)致靠近水蒸氣入口的鹽層過度吸水發(fā)生團聚甚至液化，不僅不利于反應(yīng)的進行，降低了反應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，液化的水合鹽還會對反應(yīng)器產(chǎn)生腐蝕作用。而遠離蒸汽進口的鹽層則難以充分吸附水分，使反應(yīng)的放熱量大大降低。

由此可見，克服上述問題，提高吸附與脫附反應(yīng)過程的傳熱傳質(zhì)效果，充分高效進行能量的存儲和釋放是十分必要的。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻及專利檢索發(fā)現(xiàn)，多數(shù)相關(guān)研究中是利用不同類型的分子篩為基體與水合鹽進行復(fù)合，制備成復(fù)合材料以提高傳熱傳質(zhì)效果。例如在文獻“zondagha,essenvmv,bleijendaallpj,etal.applicationofmgcl2·6h2oforthermochemicalseasonalsolarheatstorage；proceedingsoftheinternationalrenewableenergystorageconference,f,2010[c].”中，研究人員將mgcl2堆積在圓柱容器內(nèi)進行水蒸氣的吸附放熱反應(yīng)實驗，發(fā)現(xiàn)一段時間過后，蒸汽入口處的水合鹽過度吸水發(fā)生團聚現(xiàn)象，阻礙實驗進一步進行。最終只能以沸石分子篩作為基體，將其與mgcl2制備成復(fù)合材料進行實驗，這樣雖改善了傳熱傳質(zhì)的效果，但儲能密度卻大大降低了。發(fā)明專利申請公開號為cn105571208a，名稱為：“吸附床結(jié)構(gòu)”的專利，提出一種用于制冷的吸附床結(jié)構(gòu)，包括套設(shè)在一起的金屬管和金屬網(wǎng)管,二者同軸設(shè)置，其間填充吸附劑，用于吸附在金屬網(wǎng)管中流動的制冷劑。該裝置通過單元管實現(xiàn)外部介質(zhì)和制冷劑之間的換熱，吸附劑填充密度較大。但本質(zhì)上仍是將吸附劑簡單地堆積起來，依舊存在傳熱傳質(zhì)效果不佳、吸附不均勻等問題。專利申請?zhí)枮閏n200310111220.3，專利名稱為“一種改進的固體吸附床”的專利，主要包括外殼,設(shè)置于外殼中的傳熱板,緊貼于傳熱板的吸附劑,與傳熱板相連的冷、熱源通道,經(jīng)過吸附劑并在外殼上具有進、出口的傳質(zhì)通道等。其中的吸附劑為含碳納米管的吸附劑材料,采用這種吸附劑的固體吸附床傳熱傳質(zhì)性能顯著提高，避免使用肋片從而簡化了裝置結(jié)構(gòu)。但該吸附劑價格昂貴，應(yīng)用到實際工程中可行性不高，因而無法大規(guī)模推廣使用。專利申請?zhí)枮閏n103148602a，名稱為“太陽能熱發(fā)電站用固體顆粒堆積床式空氣吸熱器”的專利，在石英玻璃管束內(nèi)填充耐高溫的固體顆粒，并由太陽能加熱管束內(nèi)的顆粒床。環(huán)境中的冷空氣經(jīng)空氣壓縮機壓縮后成為冷壓縮空氣，將其通入石英管束內(nèi)與高溫固體顆粒換熱成為熱壓縮空氣，最后再將熱壓縮空氣送入透平機械做功。該發(fā)明中的石英玻璃管束內(nèi)堆積的為耐高溫的固體顆粒，該模型也是把顆粒堆積在一起，故不適用于水合鹽作為儲能材料進行能量存儲。且該發(fā)明涉及一整套大型設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本極大，難以投入實際運行。專利申請?zhí)枮閏n105241087a，名稱為“分體式單罐固體堆積床儲熱系統(tǒng)”的專利，提出將儲熱罐由上到下分為n個單元(n>3)，每個單元內(nèi)填充不同的儲熱材料。采用分體式設(shè)計,增加了固體材料種類選擇和堆積方式等選擇的靈活性,可充分利用斜溫層儲熱的特性。由于斜溫層區(qū)域內(nèi)部儲熱介質(zhì)和流體的溫度呈階梯分布,使得儲熱材料與換熱流體換熱時的溫度品質(zhì)有較好的匹配，并能較好地避免應(yīng)力問題，且裝置采用了保溫措施，能夠降低熱損失，增大了儲能總量。然而該裝置雖然采用分體式設(shè)計，但每個單元層中儲能材料仍然是簡單地堆積起來，傳熱傳質(zhì)問題依舊未得到很好的改善，且裝置僅適用于顯熱儲能，無法用于水合鹽熱化學(xué)儲能,裝置體積大而儲能密度小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為改善水合鹽熱化學(xué)儲能反應(yīng)過程中的傳熱傳質(zhì)效果，避免水合鹽過度吸水液化以及腐蝕反應(yīng)容器等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器，其特征在于，包括絕熱容器、用于包裹水合鹽的柱體、換熱管、翅片、水合鹽和管道；所述絕熱容器內(nèi)設(shè)置有柱體，柱體的中心處設(shè)置有換熱管；所述換熱管的頂端依次穿過柱體的頂端、絕熱容器的上端蓋，換熱管的底端依次穿過柱體的底端、絕熱容器的下端蓋；在換熱管與柱體之間均勻的設(shè)置有若干個翅片，翅片的一端與換熱管的外壁相連接，翅片的另一端與柱體的內(nèi)壁相連接；在換熱管與柱體之間填充有水合鹽；所述絕熱容器的上端蓋上設(shè)置有兩個管道。

優(yōu)選地，所述絕熱容器的橫截面呈環(huán)形狀，柱體位于絕熱容器的中心處。

優(yōu)選地，所述柱體呈圓柱狀，柱體采用泡沫金屬板制成。

優(yōu)選地，所述翅片呈矩形狀，翅片位于柱體的徑向上。

優(yōu)選地，所述翅片的數(shù)量為8個。

優(yōu)選地，所述絕熱容器的上端蓋和下端蓋呈弧形狀。

優(yōu)選地，所述絕熱容器的上端蓋為可拆卸頂蓋。

優(yōu)選地，所述柱體的頂端為可拆卸頂蓋。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：

(1)本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器將水合鹽隔離成多個反應(yīng)單元，水蒸氣可輕松地滲透進水合鹽床層的各個部分，大大提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，進而可提升裝置的儲能密度。

(2)本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器將水合鹽用翅片分隔為多個獨立的單元，可使每個單元的水合鹽均勻吸熱或放熱，避免了水合鹽局部過度吸水液化或受熱融化，另一部分卻未能進行充分反應(yīng)的現(xiàn)象；也進而提高儲能材料的循環(huán)使用次數(shù)，延長其壽命，并且不會造成液化或融化的水合鹽對反應(yīng)床的腐蝕作用。

(3)本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器反應(yīng)所需或產(chǎn)生的水蒸氣可沿著軸向和徑向同時流進或流出，加快了化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程，強化了傳熱傳質(zhì)效果。

(4)本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器由于該反應(yīng)器特有的結(jié)構(gòu)，單位面積或體積換熱量大，在翅片的作用下，傳熱效果明顯提升，大大提高了吸附和脫附反應(yīng)速率，經(jīng)數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)，在同等規(guī)模情況下，其綜合換熱系數(shù)是一般常用換熱器的2倍以上，大大提高了裝置的性能。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器中絕熱容器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器的爆炸圖。

圖4為本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器的俯視圖。

具體實施方式

實施例1：

如圖1至圖4所示，一種用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器，包括絕熱容器1、用于包裹水合鹽的柱體2、換熱管3、翅片4、水合鹽5和管道6；所述絕熱容器1的橫截面呈環(huán)形狀，絕熱容器1內(nèi)中心處設(shè)置有柱體2；所述柱體2呈圓柱狀，柱體2的中心處設(shè)置有換熱管3，柱體2采用泡沫金屬板制成，金屬泡沫板具有許多細孔結(jié)構(gòu)，既能防止水合鹽5滑落又可使反應(yīng)蒸汽有效傳遞，水蒸氣可同時在徑向和軸向與水合鹽進行傳熱傳質(zhì)反應(yīng)并且可以避免傳統(tǒng)堆積床部分水合鹽過度吸水液化，另一部分卻無法充分吸附蒸汽等一系列問題；所述換熱管3的頂端依次穿過柱體2的頂端、絕熱容器1的上端蓋7，換熱管3的底端依次穿過柱體2的底端、絕熱容器1的下端蓋8；在換熱管3與柱體2之間均勻的設(shè)置有6個或8個翅片4，翅片4的一端與換熱管3的外壁相連接，翅片4的另一端與柱體2的內(nèi)壁相連接；所述翅片4呈矩形狀，翅片4位于柱體2的徑向上；由于換熱管3與柱體2被翅片4均分為六等份或八等份，每個單元內(nèi)水合鹽的堆積量較少，因此可與水蒸氣充分進行吸附和脫附反應(yīng)；另外由于換熱翅片4的作用，水合鹽5與換熱管3之間熱量傳遞將特別充分，大大提高了熱量交換的效率；在換熱管3與柱體2之間填充有水合鹽5，即用翅片4將換熱管3與柱體2之間分隔為多個獨立的單元，每個單元內(nèi)填充有水合鹽5；所述絕熱容器1的上端蓋7上設(shè)置有兩個管道6，用以傳遞反應(yīng)產(chǎn)生或反應(yīng)所需的水蒸氣；所述絕熱容器1的上端蓋7和下端蓋8呈弧形狀；所述絕熱容器1的上端蓋7為可拆卸頂蓋，所述柱體2的頂端為可拆卸頂蓋，以便填充和取出水合鹽5。

本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器的工作原理：

一、儲能過程：經(jīng)工業(yè)廢熱或太陽能加熱的熱流體從換熱管3進口流入，加熱換熱管3周圍的水合鹽5，并且由于翅片4的作用，水合鹽5可快速充分吸收熱量，水合鹽5受熱發(fā)生脫附反應(yīng)，產(chǎn)生的水蒸氣沿著鹽床周圍(徑向)和上下兩端(軸向)穿過多孔的泡沫金屬板2，最終沿著絕熱容器1中上端蓋7上的蒸汽管道6流出；反應(yīng)過程持續(xù)進行直至水合鹽5中的脫附反應(yīng)結(jié)束，以此完成儲能階段，此階段是熱能向化學(xué)勢能轉(zhuǎn)化的過程。

二、釋能過程：由外界蒸發(fā)提供的水蒸氣從絕熱容器1中上端蓋7上的蒸汽管道6流進，蒸汽沿著軸向及徑向迅速穿過泡沫金屬板2與脫附后的顆粒鹽5進行水合反應(yīng)，并且由于翅片4的作用，反應(yīng)熱快速充分地傳遞給了換熱管3，同時低溫流體從換熱管3的一端流進，吸收反應(yīng)鹽水合過程中放出的熱量，被加熱后的流體最后從另一端流出，將熱量提供給用戶。

綜上所述，本發(fā)明用于水合鹽化學(xué)儲能的高效反應(yīng)器可以很好的使反應(yīng)鹽與蒸汽進行反應(yīng)，不僅能夠使反應(yīng)更快、更徹底，顯著提高反應(yīng)過程中的傳熱傳質(zhì)效果，還能有效避免水合鹽過度吸水液化而造成的不可逆損失，從而提高儲能材料的循環(huán)使用次數(shù)，延長其壽命；另外還避免了液化的水合鹽對反應(yīng)器的腐蝕作用。