[发明专利]一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器

权利要求书

1.一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，其特征在于，包括壳体(16)、保温层(3)、反应物颗粒床层(4)、蒸汽分配器(6)、排水口(7)、水蒸汽入口(8)、水蒸汽出口(14)、输水管即W换热管(11)、W换热管入口(10)、传热流体输送管即H换热管(12)、W换热管出口(13)、H换热管入口(1)、H换热管出口(2)；

保温层(3)包覆在壳体(16)外部，壳体(16)内部设置有所述H换热管(12)、W换热管(11)、反应物颗粒床层(4)、蒸汽分配器(6)和水蒸汽压力调节器(9)；H换热管与W换热管的传热段分别分布在反应物颗粒床层(4)的两侧并紧密贴靠着反应物颗粒床层的两个较大侧面，呈H换热管-颗粒床层-W换热管-颗粒床层-H换热管的方式依次排布，反应物颗粒床层(4)可设置多层，相应地形成多层H换热管层和多层W换热管层，H换热管层和W换热管层交错排布，且H换热管层与W换热管层管路方向垂直；H换热管入口(1)、H换热管出口(2)位于壳体(16)的一侧，W换热管入口(10)、W换热管出口(13)位于壳体(16)的另一侧；

蒸汽分配器(6)位于壳体(16)内底部，排水口(7)位于壳体(16)底部下端，水蒸汽入口(8)位于壳体(16)底部侧边且与蒸汽分配器(6)连接；水蒸汽出口(14)位于壳体(16)上部侧面；

储热过程是：反应物颗粒床层(4)中的金属氢氧化物吸收H换热管(12)内传热流体输入的热量发生脱水分解反应，实现热能向化学能的转换，产生的水蒸汽从水蒸汽出口(14)排出；释热过程是：从水蒸汽入口(8)向固定床式储能反应器底部的蒸汽分配器(6)通入水蒸汽，进行蒸汽的分配；反应物颗粒床层(4)中的金属氧化物与水蒸汽发生水合的放热反应，W换热管(11)中的水吸收反应产生的热量汽化为水蒸汽，输出的水蒸汽供蒸汽轮机发电或其他高温场合使用；排水口(7)用于排出反应器内冷凝的液态水；紧靠最底层(D)W传热管段的底部设置有三根方钢(17)，H换热管除最底层外的其它各层传热段两端均有方钢(17)支撑，支撑方钢的楔形支架(18)固定在器壳体(16)内部；所述反应物颗粒床层(4)分别与H换热管(12)、W换热管(11)都是紧密贴连，以减少传热热阻；所述反应物颗粒床层(4)由金属氢氧化物/氧化物颗粒填充，并由不锈钢网包裹，以防止反应物颗粒脱落；该反应器既可用于储热，也可用于释热。

2.根据权利要求1所述的一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，其特征在于，所述W换热管(11)采用当量直径DN为30～50mm，承压能力PN为20～30MPa的不锈钢金属管，位于同一层的W换热管(11)的传热段部分用U形接头连接并呈连续U形排列，相邻两换热管中心间距L1为45～80mm；管间空隙用蜂窝状不锈钢网(5)填充，用于提高反应物颗粒床层(4)和W换热管间的导热性能，并作为水蒸汽的出入通道。

3.根据权利要求1所述的一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，其特征在于，储能反应器内部的反应物颗粒床层(4)为长方体形，反应物颗粒里面掺杂有膨化石墨，还掺有SiO₂或Al₂O₃颗粒；SiO₂或Al₂O₃颗粒用来保证反应物颗粒之间的孔隙率在0.2～0.8，以增加颗粒床层中反应物的反应分数；添加膨化石墨则为增强床层内部的热量传导；反应物颗粒床层(4)的床层厚度L3设定为20～40mm。

4.根据权利要求1、所述的一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，其特征在于，H换热管的当量直径DN为50～70mm，承压能力PN为1.5～2.5MPa的不锈钢金属管，H换热管每层设置4个传热管段，层与层之的传热管段呈S形联接，各层中相邻的传热管段之间保留有间隙且中心间距L2为90～120mm，换热管间隙用蜂窝状不锈钢网(5)填充，作为水蒸汽的进出通道和热量传导的载体。