本發(fā)明屬于儲(chǔ)能設(shè)備，具體涉及一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、目前在儲(chǔ)熱領(lǐng)域，根據(jù)儲(chǔ)熱原理不同，有3種常見技術(shù)路線，分別是顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)儲(chǔ)熱，其中，化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)的理論儲(chǔ)熱密度最大，技術(shù)最為前沿，具有廣闊應(yīng)用前景。儲(chǔ)熱反應(yīng)器是化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)必需的裝置，有流化床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器和移動(dòng)床反應(yīng)器3種形式。其中，移動(dòng)床反應(yīng)器無需像流化床反應(yīng)器用大風(fēng)量將儲(chǔ)能材料(通常為顆粒)吹至懸浮狀態(tài)，便可在保持較低能耗的同時(shí)，避免了固定床反應(yīng)器由于顆粒堆積，換熱不均勻易出現(xiàn)的儲(chǔ)能“死區(qū)”和熱量傳遞緩慢等問題，并可實(shí)現(xiàn)材料的連續(xù)填裝-卸出，確保整個(gè)儲(chǔ)能/釋能過程較平穩(wěn)輸出和輸入功率。因此移動(dòng)床反應(yīng)器兼顧了固定床和流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，是一種新興反應(yīng)器形式。

2、在移動(dòng)床反應(yīng)器領(lǐng)域，如文獻(xiàn)(cosquillo?mejia,a.,afflerbach,s.,linder,m.,schmidt,m.development?of?a?moving?bed?reactor?for?thermochemical?heat?storagebased?on?granulated?ca(oh)2.processes?2022,10,1680)和文獻(xiàn)(wan,q.；zhao,z.；wang,r.；tang,m.；wang,d.；zhang,s.；hu,b.characteristics?of?gas–solid?flow?in?anintermittent?countercurrent?moving?bed.processes?2022,10,2116.)所報(bào)道的這類移動(dòng)床反應(yīng)裝置，床體為垂直直通式結(jié)構(gòu)，氣體從下部向上流動(dòng)，固態(tài)儲(chǔ)能介質(zhì)(如顆粒)在重力作用下從上部快速下落，然后堆積于床體下部，此時(shí)狀態(tài)與固定床無異，顆粒與氣體換熱受阻，傳熱不均勻，熱化學(xué)反應(yīng)和儲(chǔ)/釋熱速率減緩，而對(duì)于此類型反應(yīng)裝置，要實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和儲(chǔ)熱密度，以及較快的熱化學(xué)反應(yīng)速率，一般需大幅增加顆粒反應(yīng)時(shí)間，提升反應(yīng)裝置高度，使顆粒從上到下下落時(shí)的滯空時(shí)間足夠長，以便顆粒充分反應(yīng)，但這樣反應(yīng)器尺寸較大，經(jīng)濟(jì)性較差，且對(duì)空間要求較高。

3、文獻(xiàn)(ac?mejía,afflerbach?s,linder?m,et?al.experimental?analysis?ofencapsulated?cao/ca(oh)2granules?as?thermochemical?storage?in?a?novel?movingbed?reactor[j].applied?thermal?engineering,2020,169:114961.)報(bào)道的管殼式移動(dòng)床反應(yīng)器，床體呈圓柱結(jié)構(gòu)，床體內(nèi)固態(tài)儲(chǔ)能介質(zhì)(如顆粒)在儲(chǔ)/釋熱時(shí)會(huì)在重力作用下快速下落，且采用間接加熱方式，床體內(nèi)固體顆粒未與流體熱媒直接接觸，床體內(nèi)部缺少對(duì)流換熱，主要依靠壁面與加熱流體進(jìn)行熱交換，熱量自外向內(nèi)傳遞，存在熱擴(kuò)散能力弱，換熱不均勻，熱化學(xué)反應(yīng)速度慢，顆粒卸出速度與反應(yīng)轉(zhuǎn)換率匹配難度較大等問題。

4、文獻(xiàn)(schrader?aj,bush?h?e,ranjan?d,loutzenhiser?p?g.aluminum-dopedcalciummanganite?particles?for?solar?thermochemical?energy?storage:reactordesign,particle?characterization,and?heat?and?mass?transfer?modeling[j].international?journal?of?heat?and?mass?transfer,2020,152:119461.)報(bào)道了一種用于化學(xué)儲(chǔ)熱的斜坡式移動(dòng)床反應(yīng)器，相比“垂直直通式結(jié)構(gòu)”移動(dòng)床反應(yīng)器，該反應(yīng)器雖在一定程度上增加了顆粒在反應(yīng)流道中的滯留時(shí)間，提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，但流道未經(jīng)過傳熱強(qiáng)化設(shè)計(jì)，存在顆粒與氣體之間對(duì)流換熱強(qiáng)度有限，反應(yīng)速率較慢等問題。

5、針對(duì)現(xiàn)有化學(xué)儲(chǔ)熱移動(dòng)床反應(yīng)器存在對(duì)流換熱強(qiáng)度弱、反應(yīng)速率偏慢、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)尺寸較大，不夠緊湊等問題，亟需發(fā)展具有新型結(jié)構(gòu)的反應(yīng)裝置，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題：針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)更加緊湊，通過設(shè)計(jì)流道，減少了氣體運(yùn)動(dòng)傳遞的難度，同時(shí)設(shè)計(jì)了上波浪式構(gòu)件，大幅增大了反應(yīng)器流道內(nèi)氣流擾動(dòng)，強(qiáng)化顆粒和氣體熱媒之間的對(duì)流換熱，提高反應(yīng)物反應(yīng)速率，提升移動(dòng)床儲(chǔ)能反應(yīng)器效率和儲(chǔ)能密度。

2、技術(shù)方案：一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，包括填料箱、卸料箱和上波浪式流道，所述上波浪式流道包括若干段反應(yīng)流道，每段反應(yīng)流道兩端開口，內(nèi)部中空，用于容納儲(chǔ)熱介質(zhì)，其上表面呈波浪式，下表面呈平直式，相鄰反應(yīng)流道之間通過變角度波紋補(bǔ)償彎管連接；上波浪式流道的頂部設(shè)有出風(fēng)口和進(jìn)料口，且進(jìn)料口通過填料管連接填料箱的出料口，底部設(shè)有送風(fēng)口和出料口，且出料口通過卸料管連接卸料箱的進(jìn)料口。

3、優(yōu)選的，所述反應(yīng)流道的波浪式上表面由多個(gè)相連的弧度相同的正反圓弧壁構(gòu)成，正反圓弧壁的連接點(diǎn)在同一直線上，且正反圓弧壁的中心點(diǎn)與該直線的垂直距離不小于5mm，反圓弧壁中心點(diǎn)與流道下表面的垂直距離為儲(chǔ)熱介質(zhì)粒徑的10～20倍。

4、優(yōu)選的，所述填料管與上波浪式流道之間的夾角為100°～160°。

5、優(yōu)選的，所述卸料管與上波浪式流道之間夾角大于90°，小于180°。

6、優(yōu)選的，所述變角度波紋補(bǔ)償彎管與水平面的夾角為0～30°。

7、優(yōu)選的，所述卸料箱內(nèi)設(shè)有可抽拉料盒，側(cè)面設(shè)有觀察窗。

8、優(yōu)選的，所述送風(fēng)口和出風(fēng)口均設(shè)有濾網(wǎng)。

9、優(yōu)選的，所述填料管和卸料管上均設(shè)有閥門。

10、優(yōu)選的，所述反應(yīng)器還包括滑軌式支架，用于固定和調(diào)節(jié)反應(yīng)流道的角度。

11、優(yōu)選的，所述反應(yīng)器還包括氣體處理系統(tǒng)，所述氣體處理系統(tǒng)包括送風(fēng)通道、出風(fēng)通道、回風(fēng)通道和組合式氣體處理機(jī)組，其中，組合式氣體處理機(jī)組設(shè)于送風(fēng)通道上；送風(fēng)通道的入口連接儲(chǔ)熱或釋熱所需的氣體或氣態(tài)反應(yīng)物，出口連接上波浪式流道的送風(fēng)口；出風(fēng)通道的入口連接上波浪式流道的出風(fēng)口，出口連接外界或能量需求端；回風(fēng)通道的入口連接上波浪式流道的出風(fēng)口，出口連接組合式氣體處理機(jī)組。

12、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以在相同反應(yīng)器尺寸下，換熱能力更強(qiáng)，反應(yīng)物反應(yīng)速率得到提高，實(shí)現(xiàn)了較大反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，提高儲(chǔ)能功率和儲(chǔ)能密度。

技術(shù)特征：

1.一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，包括填料箱（1）、卸料箱（2）和上波浪式流道（3），所述上波浪式流道（3）包括若干段反應(yīng)流道，每段反應(yīng)流道兩端開口，內(nèi)部中空，用于容納儲(chǔ)熱介質(zhì)，其上表面呈波浪式，下表面呈平直式，相鄰反應(yīng)流道之間通過變角度波紋補(bǔ)償彎管（4）連接；上波浪式流道（3）的頂部設(shè)有出風(fēng)口（5）和進(jìn)料口，且進(jìn)料口通過填料管（6）連接填料箱（1）的出料口，底部設(shè)有送風(fēng)口（7）和出料口，且出料口通過卸料管（8）連接卸料箱（2）的進(jìn)料口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)流道的波浪式上表面由多個(gè)相連的弧度相同的正反圓弧壁構(gòu)成，正反圓弧壁的連接點(diǎn)在同一直線上，且正反圓弧壁的中心點(diǎn)與該直線的垂直距離不小于5?mm，反圓弧壁中心點(diǎn)與流道下表面的垂直距離為儲(chǔ)熱介質(zhì)粒徑的10~20倍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述填料管（6）與上波浪式流道（3）之間的夾角為100°~160°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述卸料管（8）與上波浪式流道（3）之間夾角大于90°，小于180°。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述變角度波紋補(bǔ)償彎管（4）與水平面的夾角為0~30°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述卸料箱（2）內(nèi)設(shè)有可抽拉料盒（22），側(cè)面設(shè)有觀察窗（21）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述送風(fēng)口（7）和出風(fēng)口（5）均設(shè)有濾網(wǎng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述填料管（6）和卸料管（8）上均設(shè)有閥門。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器還包括滑軌式支架（9），用于固定和調(diào)節(jié)反應(yīng)流道的角度。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道（3）化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器還包括氣體處理系統(tǒng)（10），所述氣體處理系統(tǒng)（10）包括送風(fēng)通道（101）、出風(fēng)通道（102）、回風(fēng)通道（103）和組合式氣體處理機(jī)組（104），其中，組合式氣體處理機(jī)組（104）設(shè)于送風(fēng)通道（101）上；送風(fēng)通道（101）的入口連接儲(chǔ)熱或釋熱所需的氣體或氣態(tài)反應(yīng)物，出口連接上波浪式流道（3）的送風(fēng)口（7）；出風(fēng)通道（102）的入口連接上波浪式流道（3）的出風(fēng)口（5），出口連接外界或能量需求端；回風(fēng)通道（103）的入口連接上波浪式流道（3）的出風(fēng)口（5），出口連接組合式氣體處理機(jī)組（104）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種重力驅(qū)動(dòng)的上波浪式流道化學(xué)儲(chǔ)熱反應(yīng)器，包括填料箱、卸料箱和上波浪式流道，所述上波浪式流道包括若干段反應(yīng)流道，每段反應(yīng)流道兩端開口，內(nèi)部中空，用于容納儲(chǔ)熱介質(zhì)，其上表面呈波浪式，下表面呈平直式，相鄰反應(yīng)流道之間通過變角度波紋補(bǔ)償彎管連接；上波浪式流道的頂部設(shè)有出風(fēng)口和進(jìn)料口，且進(jìn)料口通過填料管連接填料箱的出料口，底部設(shè)有送風(fēng)口和出料口，且出料口通過卸料管連接卸料箱的進(jìn)料口。本發(fā)明在相同反應(yīng)器尺寸下，換熱能力更強(qiáng)，反應(yīng)物反應(yīng)速率得到提高，實(shí)現(xiàn)了較大反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，提高了儲(chǔ)能功率和儲(chǔ)能密度。

技術(shù)研發(fā)人員：仝倉,許閩,李勛鋒,淮秀蘭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中科南京未來能源系統(tǒng)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24