化学蓄热装置的制作方法

化学蓄热装置
1.本技术是申请日为2018年2月13日、申请号为201880010269.4、名称为“化学蓄热装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种化学蓄热装置。


背景技术：

3.在工厂或垃圾焚烧厂等中产生大量的废热，因此从节能及未使用能量的有效利用的观点考虑，进行着与将这些废热进行蓄热而进行利用的蓄热系统有关的研发。尤其，已知：与显热蓄热或潜热蓄热相比，利用了物质的化学反应的化学蓄热的蓄热密度非常大，并且，若化学反应前后的物质稳定则散热损耗也几乎没有，在长期的蓄热中不会产生热损耗。
4.例如，在专利文献1中公开了一种化学蓄热反应器，其将废热等热能蓄热于以化学反应的形式存储热能的化学蓄热材料中，并将已进行蓄热的化学蓄热材料保管或移送到需要热能的场所而进行利用。
5.在专利文献1中，作为化学蓄热的具体例，记载了为了有效地蓄热超过400度的高温的废热，作为化学蓄热材料使用了氢氧化钙系蓄热材料的系统。若向氢氧化钙供给高温的废热(作为供热流体)，则通过脱水反应而生成氧化钙，由于该反应为吸热反应，因此显现为蓄热作用。另一方面，若向氧化钙供给水(水蒸气)作为受热流体，则通过水合反应而生成氢氧化钙，由于该反应为发热反应，因此显现为散热作用。
6.并且，在专利文献1中公开了如下装置：在容纳容器内，将多个流体(供热流体/受热流体)流路与多个化学蓄热材料交替配置，并且沿着流体流路配设用于提高化学蓄热材料与流体之间的热交换效率的受热散热板的装置。
7.以往技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2016
‑
118315号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的技术课题
11.在以往的化学蓄热装置中，通过化学蓄热材料的选择及提高化学蓄热材料与流体之间的热交换效率的结构，进行了废热的有效利用。然而，想要蓄热超过400度的高温废热，理所当然要在高温下进行热交换，因此无法忽视来自保持化学蓄热材料的保持部件本身的辐射热损。
12.因此，本发明的课题在于提供一种在化学蓄热的热交换中能够抑制来自保持在容纳容器内的化学蓄热材料的辐射热损从而能够进一步提高蓄热效率的化学蓄热装置。
13.用于解决技术课题的手段
14.对于上述课题进行了深入研究的结果发现，在化学蓄热装置中，若在容纳容器与
化学蓄热材料之间设置抑制辐射的热反射部件即可提高蓄热效率，从而完成了本发明。
15.即，本发明提供如下化学蓄热装置。
16.用于解决上述课题的本发明的化学蓄热装置为在蓄热时对蓄热介质进行加热以使其分离成蓄热产物和生成流体而在散热时使所述蓄热产物与反应流体反应而生成所述蓄热介质的化学蓄热装置，其特征在于，具备：所述蓄热介质；热交换部，供热媒流体通过，并且在所述蓄热介质与所述热媒流体之间进行热交换；及容纳容器，容纳所述蓄热介质和所述热交换部，且其具有从外部向所述热交换部供给热媒流体的供给口及向外部排出与所述蓄热介质进行了热交换后的热媒流体的排出口，在所述蓄热介质与所述容纳容器之间设置有第1热反射部件，所述第1热反射部件与所述容纳容器的内壁分开配设。
17.根据该化学蓄热装置，能够利用第1热反射部件使进行热交换而产生的来自蓄热介质的辐射热返回到蓄热介质侧。并且，通过将第1热反射部件与容纳容器的内壁分开配设，能够抑制辐射热被容纳容器吸收，并且能够在第1热反射部件与容纳容器之间形成空气层，从而能够获得更加优异的绝热效果。
18.而且，作为本发明的化学蓄热装置的一种实施方式，其特征在于，第1热反射部件具有第1通气部。
19.在需要化学蓄热材料与生成/反应流体的结合/脱离的化学蓄热中，优选热屏蔽的同时提高反应后的气体的移动自由度。根据该特征，由于形成有反应后的生成流体的移动路径，因此蓄热介质与生成气体的分离变得可能。
20.而且，作为本发明的化学蓄热装置的一种实施方式，其特征在于，第1热反射部件的第1通气部为形成在所述第1热反射部件的狭缝或孔。
21.根据该特征，能够以简单的结构形成反应后的生成流体的移动路径。
22.而且，作为本发明的化学蓄热装置的一种实施方式，其特征在于，在第1热反射部件与容纳容器之间设置有第2热反射部件，第2热反射部件与所述第1热反射部件及所述容纳容器的内壁均分开配设。
23.根据该特征，能够利用第2热反射部件使从第1热反射部件释放及从第1通气部释放出的辐射热返回到蓄热介质侧，因此能够进一步提高热屏蔽效果。
24.而且，作为本发明的化学蓄热装置的一种实施方式，其特征在于，第2热反射部件具备第2通气部，所述第2通气部配设成不与所述第1热反射部件的第1通气部重叠。
25.根据该特征，从第1通气部释放出的辐射热不会通过第2通气部，而是被第2热反射部件反射而返回到蓄热介质侧，因此能够进一步提高热屏蔽效果。
26.发明效果
27.根据本发明的化学蓄热装置，蓄热时能够抑制由来自保持在容纳容器内的蓄热介质的辐射引起的朝向容纳容器的热释放。由此，能够提高蓄热效率。
附图说明
28.图1是表示本发明的第一实施方式的化学蓄热装置的结构的概略示意图。
29.图2是表示本发明的第二实施方式的化学蓄热装置的结构的概略示意图。
30.图3是表示本发明的第三实施方式的化学蓄热装置的结构的概略示意图。
31.图4是表示本发明的第四实施方式的化学蓄热装置的结构的概略示意图。
具体实施方式
32.下面，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。
33.[化学蓄热装置]
[0034]
本发明的化学蓄热装置为在蓄热时对蓄热介质进行加热以使其分离成蓄热产物和生成流体而在散热时使所述蓄热产物与反应流体反应而生成所述蓄热介质的化学蓄热装置，且其为能够将从工厂或垃圾焚烧厂等中产生的废热储存于蓄热介质并将其输送至需要热量的热需求地的装置。
[0035]
作为本发明的蓄热装置的结构，具备：蓄热介质；热交换部，供热媒流体通过，并且在所述蓄热介质与所述热媒流体之间进行热交换；及容纳容器，容纳所述蓄热介质和所述热交换部，并且所述容纳容器具有从外部向所述热交换部供给热媒流体的供给口及向外部排出与所述蓄热介质进行了热交换后的热媒流体的排出口，并且，在所述蓄热介质与所述容纳容器之间设置有与所述容纳容器的内壁分开配设的第1热反射部件。
[0036]
〔第一实施方式〕
[0037]
图1是表示本发明的第一实施方式的蓄热装置1a的结构的概略示意图。该蓄热装置1a具备蓄热介质4及容纳保持蓄热介质4的保持部件5的容纳容器2，在容纳容器2的内部设置有与蓄热介质4进行热交换且供来自外部的热媒流体通过的热交换部3。并且，在容纳容器2设置有从外部供给热媒流体的流体供给口8及向外部排出热媒流体的流体排出口9。而且，在容纳容器2与保持部件5之间配设有第1热反射部件6，该第1热反射部件6配设成与容纳容器2的内壁分开。
[0038]
以下，对各结构进行详细说明。
[0039]
(蓄热介质)
[0040]
蓄热介质4是加热时分离成蓄热产物和生成流体并且通过与其相反的反应释放出热量的化学物质。例如，作为蓄热产物和生成流体，可举出氧化钙(cao)和水蒸气(h2o)、氯化钙(cacl2)和水蒸气(h2o)、溴化钙(cabr2)和水蒸气(h2o)、碘化钙(cai2)和水蒸气(h2o)、氧化镁(mgo)和水蒸气(h2o)、氯化镁(mgcl2)和水蒸气(h2o)、氯化锌(zncl2)和水蒸气(h2o)、氯化锶(srcl2)和氨(nh3)、溴化锶(srbr2)和氨(nh3)、氧化钙(cao)和二氧化碳(co2)、氧化镁(mgo)和二氧化碳(co2)等。从容易操作使用等观点考虑，蓄热介质4优选使用水蒸气作为生成流体及反应流体。
[0041]
并且，本发明中的化学蓄热装置为在高温下化学蓄热时尤其能够发挥效果的结构，因此作为本发明的蓄热介质4，优选使用氧化钙和水蒸气的组合(400～500度)或氧化镁和水蒸气的组合(300～400度)作为能够在高温下化学蓄热的蓄热产物和生成流体。
[0042]
本发明中的蓄热介质4的结构及形状并不受特别限定，其可以是粉体、将粉体进行成型的成型体，或者将蓄热介质4担载于多孔体的结构。
[0043]
保持蓄热介质4的保持部件5的结构只要是能够在容纳容器2内保持蓄热介质4并且能够在蓄热介质4与热交换部3之间进行热交换的结构即可，其并不受特别限定。在图1中，例示了在一个容器内容纳了蓄热介质4的结构，但并不只限于此，例如，也可以采用将多个容纳了蓄热介质4的箱状容器或托盘状容器层叠的结构。
[0044]
并且，关于保持部件5的材质，只要经得起高温处理均可使用，其并不受特别限定。
[0045]
(容纳容器)
[0046]
容纳容器2为用于容纳蓄热介质4的结构，其由可密闭的结构物构成。容纳容器2具有供用于在容纳于内部的蓄热介质4与外部之间进行热传递的流体通过的热交换部3、用于向该热交换部3供给进行热交换的来自外部的热媒流体的流体供给口8、用于从热交换部3排出该流体的流体排出口9。
[0047]
关于热交换部3，只要能够在容纳于保持部件5内部的蓄热介质4与来自外部的热媒流体之间进行热传递，则可以使用任何形状的热交换部，例如，可以由蜿蜒弯曲设置在保持部件5的内部的热交换管或相对于保持部件5的双重圆筒形的内筒部等构成。
[0048]
流体供给口8和流体排出口9可以分别配置于容纳容器2的不同的面上，也可以配置在同一面上。例如，如图1所示，可以设为如下结构：在沿容纳容器2的中心轴的容纳容器2的下部设置流体供给口8，在容纳容器2的上部设置流体排出口9。并且，若采用在容纳容器2的同一面上设置流体供给口8和流体排出口9的结构而通过一个面进行流体的供给及排出，则蓄热装置1a的整体结构会变得紧凑，因此能够加大蓄热装置1的设置位置的自由度。
[0049]
并且，容纳容器2具备：大气开放口10，用于将蓄热时从蓄热介质4产生的生成流体释放到大气中，及进气口11，用于供给散热时与蓄热产物反应的反应流体。另外，在第一实施方式的蓄热装置1a中，大气开放口10及进气口11使用同一通气口，但也可以将其分别设置在不同的位置。
[0050]
大气开放口10是在蓄热时开放从而向容纳容器2的外部排出从蓄热介质4产生的生成流体的结构，但是，也可以采用设置使生成流体凝聚并进行回收的受液槽的结构。由于具有该大气开放口10，生成流体会被释放到外部，因此无需设置使生成流体凝聚并进行回收的受液槽，并且，也无需将生成流体从供热地输送到热需求地。因此，具有装置紧凑化、输送成本降低等优点。
[0051]
进气口11是在散热时开放从而向容纳容器2供给反应流体的结构，且其在散热时与用于供给反应流体的供给部(未图示)连结。
[0052]
作为热媒流体，只要是能够向蓄热介质4供给热量的温度的流体即可，其优选为气体或液体等流体。从进一步提高操作性的观点考虑，尤其优选使用气体。
[0053]
(第1热反射部件)
[0054]
第1热反射部件6设置在容纳容器2与蓄热介质4之间，并且与容纳容器2的内壁分开配设。
[0055]
第1热反射部件6是用于将蓄热时从保持蓄热介质4的保持部件5释放出来的辐射热再次向蓄热介质4侧反射的结构。通过设置该第1热反射部件6，能够抑制辐射热被容纳容器2吸收，能够提高蓄热效果。并且，通过将第1热反射部件6与容纳容器2的内壁分开配设，在第1热反射部件6与容纳容器2之间形成空气层，能够获得更加优异的绝热效果。
[0056]
关于第1热反射部件6的具体结构，只要是能够将从保持部件5释放出来的辐射热向蓄热介质4侧反射的结构即可，其并不受特别限制，如图1所示，例如可以采用包围整个保持部件5的箱状结构或以包围保持部件5的周围的方式配置的筒形结构。并且，第1热反射部件6也可以采用将包围保持部件5的周围的筒形结构和覆盖保持部件5的上下任一方的结构进行组合的结构。而且，第1热反射部件6还可以采用具有曲面的结构，以使热量有效地集中于蓄热介质4侧。
[0057]
第1热反射部件6由能够反射辐射热的材质构成。关于这种材质，作为金属，可举出
铝、铁、铜、黄铜、银、金、铂、镍、不锈钢、铬、钨等。并且，作为非金属，可举出石英玻璃、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、耐火砖等。
[0058]
并且，作为本发明的第1热反射部件6，优选考虑上述材质的辐射率而进行选择。根据反射率＝1
‑
辐射率的关系可知，辐射率越低，材质的反射率越高。辐射率是由jisz8117中定义的辐射体的辐射度和与该辐射体相同温度的黑体的辐射度之比值，辐射率测定值是利用jisr1801中规定的ftir进行分光辐射率测定等而得到的值。另外，辐射率是依赖于温度的参数。
[0059]
并且，材质的辐射率还依赖于材质的表面状态。表面上的凹凸越少，显示越低的辐射率，因此，尤其对金属材质而言，比起氧化面、粗糙面，更优选具有抛光面。
[0060]
作为本发明的第1热反射部件6，使用蓄热时的温度下的材质的辐射率为0.5以下，更优选0.1以下，进一步优选0.05以下的部件。
[0061]
[蓄热装置的其他实施方式]
[0062]
以下，对蓄热装置的其他实施方式进行例示。
[0063]
〔第二实施方式〕
[0064]
图2是表示本发明的第二实施方式的蓄热装置1b的结构的概略示意图。
[0065]
该蓄热装置1b构成为，在第一实施方式的蓄热装置1a的第1热反射部件6上设置了第1通气部61。在需要化学蓄热材料与生成/反应流体的结合/脱离的化学蓄热中，优选热屏蔽的同时提高气体的移动自由度。根据该蓄热装置1b，由于形成有反应后的生成流体的移动路径，因此有效地进行蓄热介质与生成流体的分离，能够提高热交换效率。
[0066]
作为在第二实施方式的蓄热装置1b中的第1热反射部件6上设置第1通气部61的结构，如图2所示，可以采用将多个板状部件配置成百叶窗状的结构或在板状部件形成狭缝或孔等作为通气口的结构。
[0067]
尤其，作为本发明的第1通气部61，优选采用在板状部件设置通气口的结构。通过采用该结构，能够以简单的结构诱导生成流体从蓄热介质分离。
[0068]
〔第三实施方式〕
[0069]
图3是表示本发明的第三实施方式的蓄热装置1c的结构的概略示意图。
[0070]
该蓄热装置1c构成为，在第二实施方式的蓄热装置1b的第1热反射部件6的外侧设置了第2热反射部件7，第2热反射部件7与容纳容器2的内壁及第1热反射部件6分开配设。根据该蓄热装置1c，对于通过了第1热反射部件6而释放出来的辐射热或从第1通气部61释放出来的辐射热，也能够将其朝向蓄热介质4侧反射，因此能够进一步提高蓄热效果。
[0071]
关于第2热反射部件7的具体结构，与上述第1热反射部件6相同，只要是用于将从保持部件5释放出来的辐射热向蓄热介质4侧反射的结构即可，其并不受特别限制，例如，可以采用包围整个保持部件5的箱状结构或以包围保持部件5的周围的方式配置的筒形结构。并且，第2热反射部件7也可以采用将包围保持部件5的周围的筒形的结构和覆盖保持部件5的上下任一方的结构进行组合的结构。而且，第2热反射部件7还可以采用具有曲面的结构，以使热量有效地集中于蓄热介质4侧。
[0072]
第2热反射部件7由能够反射辐射热的材质构成。关于这种材质，作为金属，可举出铝、铁、铜、黄铜、银、金、铂、镍、不锈钢、铬、钨等。并且，作为非金属，可举出石英玻璃、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、耐火砖等。
[0073]
并且，作为本发明的第2热反射部件7，优选考虑上述材质的辐射率而进行选择。
[0074]
作为本发明的第2热反射部件7，使用蓄热时的温度下的材质的辐射率为0.5以下，更优选0.1以下，进一步优选0.05以下的部件。
[0075]
另外，第2热反射部件7与第1热反射部件6可以使用相同的材质，也可以使用不同的材质。
[0076]
〔第四实施方式〕
[0077]
图4是表示本发明的第四实施方式的蓄热装置1d的结构的概略示意图。
[0078]
该蓄热装置1d构成为，在第三实施方式的蓄热装置1c的第2热反射部件7上设置了第2通气部71。根据该蓄热装置1d，由于在两个热反射部件上均形成有反应后的生成流体的移动路径，因此有效地进行蓄热介质与生成流体的分离，能够提高热交换效率。
[0079]
作为在第四实施方式的蓄热装置1d中的第2热反射部件7上设置第2通气部71的结构，可以采用将多个板状部件配置成百叶窗状的结构或如图4所示在板状部件形成狭缝或孔等作为通气口的结构。
[0080]
并且，作为本发明的第2通气部71的结构，如图4所示，尤其优选采用不与第1通气部61重叠的结构或配置。通过采用该结构，从第1通气部61辐射出来的辐射热不会直接通过第2通气部71而是被第2热反射部件7反射而能够返回到蓄热介质4侧，因此能够进一步提高热屏蔽的效果。
[0081]
产业上的可利用性
[0082]
本发明的化学蓄热装置的用途用于有效利用从工厂或垃圾焚烧厂等中产生的废热的方法。例如，用于使本发明的化学蓄热装置在产生废热的供热地中蓄热，并向需要热的热需求地输送蓄热装置并进行散热的方法。并且，也可以利用于白天蓄热夜间散热那样的在同一设置场所中在产生废热的时间段进行蓄热而在要求热量的时间段进行散热的方法。
[0083]
符号说明
[0084]
1a、1b、1c、1d
‑
化学蓄热装置，2
‑
容纳容器，3
‑
热交换部，4
‑
蓄热介质，5
‑
保持部件，6
‑
第1热反射部件，61
‑
第1通气部，7
‑
第2热反射部件，71
‑
第2通气部，8
‑
流体供给口，9
‑
流体排出口，10
‑
大气开放口，11
‑
进气口。