基于热化学储能的电蓄热锅炉、供能系统及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910125593.7 (22)申请日 2019.02.19 (71)申请人 中国科学院工程热物理研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路11 号 (72)发明人 许闽淮秀兰郭江峰李勋锋 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 李坤 (51)Int.Cl. F24H 7/02(2006.01) F24D 13/04(2006.01) F28D 20/00(2006.01) (54)发明名称 基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及。

2、 方法 (57)摘要 本公开提供一种基于热化学储能的电蓄热 锅炉、 供能系统及方法， 该基于热化学储能的电 蓄热锅炉， 包括： 锅炉罐体、 浸入式电加热器、 进 气口以及排气口； 锅炉罐体内盛放有蓄热介质； 浸入式电加热器伸入蓄热介质中， 用于加热蓄热 介质使其分解将电能转化为化学能； 进气口设置 于锅炉罐体的底部， 用于通入含水气体使分解后 的蓄热介质加水反应将化学能转化为热能； 排气 口设置于锅炉罐体的顶部， 用于排出锅炉罐体内 产生的气体。 本公开提供的基于热化学储能的电 蓄热锅炉、 供能系统及使用方法采用具有超高蓄 热密度的热化学材料代替显热和相变材料， 可以 大幅减小蓄热腔体积和蓄热。

3、材料及电加热原件 的使用量， 降低占地面积和制造成本。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 109855306 A 2019.06.07 CN 109855306 A 1.一种基于热化学储能的电蓄热锅炉， 包括： 锅炉罐体， 其内盛放有蓄热介质； 浸入式电加热器， 其伸入所述锅炉罐体内， 并没入所述蓄热介质中， 用于加热所述蓄热 介质， 使其分解将电能转化为化学能； 进气口， 设置于所述锅炉罐体的底部， 用于通入含水气体使分解后的蓄热介质加水反 应将化学能转化为热能； 以及 排气口， 设置于所述锅炉罐体的顶部， 用于排出锅炉罐体内产生的气体。 2.根据权利要求1所述的基于热化学储能的电。

4、蓄热锅炉， 其中： 所述进气口处设置有加湿器， 用于增加所述进气口的进气湿度； 所述排气口处设置有湿度传感器， 用于监测所述排气口的排气湿度。 3.根据权利要求1所述的基于热化学储能的电蓄热锅炉， 所述锅炉罐体外部设置有保 温层。 4.根据权利要求1所述的基于热化学储能的电蓄热锅炉， 所述蓄热介质包含： 氢氧化钙 粉末、 氢氧化镁粉末或其两者的混合物。 5.根据权利要求1所述的基于热化学储能的电蓄热锅炉， 所述浸入式电加热器为管式 电加热器或平板式电加热器， 该浸入式电加热器均匀分布于蓄热介质中。 6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于热化学储能的电蓄热锅炉， 所述浸入式电加 热器利用低谷电。

5、驱动。 7.一种基于热化学储能的电蓄热供能系统， 包括： 如上述权利要求1至6中任一项所述的基于热化学储能的电蓄热锅炉； 以及 换热器， 其与所述蓄热介质通过换热盘管实现热交换， 将该基于热化学储能的电蓄热 锅炉产生的热能导出， 并利用导热介质将该热能供给至热用户。 8.根据权利要求7所述的基于热化学储能的电蓄热供能系统， 其中： 所述导热介质在所述换热器和所述热用户之间循环流动； 所述基于热化学储能的电蓄热供能系统还包括： 泵， 其用于为所述换热器和所述热用户之间循环的导热介质提供动力； 以及 储水箱， 其沿导热介质的流动方向设置于所述换热器和所述热用户之间， 用于储存导 热介质。 9.根据。

6、权利要求7所述的基于热化学储能的电蓄热供能系统， 所述换热盘管中设置有 导热油。 10.一种基于热化学储能的电蓄热方法， 利用如上述权利要求7至9中任一项所述的基 于热化学储能的电蓄热供能系统实现， 包括循环设置的蓄热过程和供热过程， 其中： 所述蓄热过程包括： 开启浸入式电加热器， 使蓄热介质的温度升高并维持在T0+50， 其中， T0为蓄热介质 的分解温度， 高于此温度时蓄热介质开始分解产生水蒸气； 持续加热蓄热介质直至排气口处的排气湿度与空气湿度的差值在5以下， 关闭浸入 式电加热器， 蓄热过程结束； 所述供热过程包括： 将经过加湿的空气由进气口通入锅炉罐体中， 与分解后的蓄热介质反应产。

7、生热能， 并 权利要求书 1/2 页 2 CN 109855306 A 2 通过换热器和换热盘管将热能导出供给至热用户； 当排气口处的排气湿度与进气口处的进气湿度的差值在5以下时， 进气口处停止供 气， 供热过程结束。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109855306 A 3 基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及方法 技术领域 0001 本公开涉及低谷电蓄热和供能技术领域， 尤其涉及一种基于热化学储能的电蓄热 锅炉、 供能系统及使用方法。 背景技术 0002 随着我国经济的快速发展， 能源短缺及能源利用过程中产生的环境污染问题日益 凸显。 需要淘汰低效高污染排放的小型分散燃煤锅炉， 实。

8、现清洁能源替代； 利用清洁方便的 电能直接产生热能是最简单易行的方式之一， 将夜间低谷电能等廉价电能储存起来， 实现 全天低谷电蓄热供能， 可以显著降低用能成本， 具有广阔应用市场。 0003 目前常规的电蓄热锅炉的蓄热方式主要分为两种： 显热蓄热和相变蓄热。 显热蓄 热系统是利用电加热元件将电能转换成热能直接储存在热水或蓄热镁砖等显热蓄热材料 上， 在需要热量时通过换热管将蓄热材料内的热量输出。 相应地， 相变蓄热材料主要是熔 盐， 通过加热将其液化， 需要热量时熔盐凝固放出潜热。 0004 然而， 在实现本公开的过程中， 本申请发明人发现， 显热蓄热和相变蓄热的储能密 度偏低， 需要较多蓄。

9、热材料和较大的蓄热腔体积， 整个系统体积较大， 成本较高； 并且储存 大量的高温热， 蓄热腔外需要较多较厚的保温层才能避免热量损失， 进一步增加了成本。 0005 公开内容 0006 (一)要解决的技术问题 0007 基于上述技术问题， 本公开提供一种基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及 使用方法， 以缓解现有技术中的电蓄热锅炉整个系统体积较大、 且蓄热腔外需要较多较厚 的保温层才能避免热量损失， 导致成本较高的技术问题。 0008 (二)技术方案 0009 根据本公开的一个方面， 提供一种基于热化学储能的电蓄热锅炉， 包括： 锅炉罐 体， 其内盛放有蓄热介质； 浸入式电加热器， 其伸入所。

10、述锅炉罐体内， 并没入所述蓄热介质 中， 用于加热所述蓄热介质， 使其分解将电能转化为化学能； 进气口， 设置于所述锅炉罐体 的底部， 用于通入含水气体使分解后的蓄热介质加水反应将化学能转化为热能； 以及排气 口， 设置于所述锅炉罐体的顶部， 用于排出锅炉罐体内产生的气体。 0010 在本公开的一些实施例中， 其中： 所述进气口处设置有加湿器， 用于增加所述进气 口的进气湿度； 所述排气口处设置有湿度传感器， 用于监测所述排气口的排气湿度。 0011 在本公开的一些实施例中， 所述锅炉罐体外部设置有保温层。 0012 在本公开的一些实施例中， 所述蓄热介质包含： 氢氧化钙粉末、 氢氧化镁粉末或。

11、其 两者的混合物。 0013 在本公开的一些实施例中， 所述浸入式电加热器为管式电加热器或平板式电加热 器， 该浸入式电加热器均匀分布于蓄热介质中。 0014 在本公开的一些实施例中， 所述浸入式电加热器利用低谷电驱动。 0015 根据本公开的另一个方面， 还提供一种基于热化学储能的电蓄热供能系统， 包括： 说明书 1/4 页 4 CN 109855306 A 4 本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉； 以及换热器， 其与所述蓄热介质通过换热盘 管实现热交换， 将该基于热化学储能的电蓄热锅炉产生的热能导出， 并利用导热介质将该 热能供给至热用户。 0016 在本公开的一些实施例中， 其中： 。

12、所述导热介质在所述换热器和所述热用户之间 循环流动； 所述基于热化学储能的电蓄热供能系统还包括： 泵， 其用于为所述换热器和所述 热用户之间循环的导热介质提供动力； 以及储水箱， 其沿导热介质的流动方向设置于所述 换热器和所述热用户之间， 用于储存导热介质。 0017 在本公开的一些实施例中， 所述换热盘管中设置有导热油。 0018 根据本公开的再一个方面， 还提供一种基于热化学储能的电蓄热方法， 利用本公 开提供的基于热化学储能的电蓄热供能系统实现， 包括循环设置的蓄热过程和供热过程， 其中： 所述蓄热过程包括： 开启浸入式电加热器， 使蓄热介质的温度升高并维持在T0+50， 其中， T0为。

13、蓄热介质的分解温度， 高于此温度时蓄热介质开始分解产生水蒸气； 持续加热蓄 热介质直至排气口处的排气湿度与空气湿度的差值在5以下， 关闭浸入式电加热器， 蓄热 过程结束； 所述供热过程包括： 将经过加湿的空气由进气口通入锅炉罐体中， 与分解后的蓄 热介质反应产生热能， 并通过换热器和换热盘管将热能导出供给至热用户； 当排气口处的 排气湿度与进气口处的进气湿度的差值在5以下时， 进气口处停止供气， 供热过程结束。 0019 (三)有益效果 0020 从上述技术方案可以看出， 本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系 统及使用方法具有以下有益效果的其中之一或其中一部分： 0021 (1)本。

14、公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及使用方法采用具有 超高蓄热密度的热化学材料代替显热和相变材料， 可以大幅减小蓄热腔体积和蓄热材料及 电加热原件的使用量， 降低占地面积和制造成本； 0022 (2)本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及使用方法采用化学 蓄热的方法， 储存化学能而不是显热或潜热， 热损失小， 保温要求低， 可以长时间储存和长 距离输运； 0023 (3)本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及使用方法采用的热 化学储能材料需要加水反应来释放热量， 可以同时满足除湿需求； 0024 (4)本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统。

15、及使用方法输出的热 能可以为热水和饱和蒸汽， 满足不同热用户的需求。 附图说明 0025 图1为本公开实施例提供的基于热化学储能的电蓄热供能系统的结构示意图。 0026 【附图中本公开实施例主要元件符号说明】 0027 1-锅炉罐体； 2-蓄热介质； 3-浸入式电加热器； 4-进气口； 5-排气口； 6-加湿器； 7- 湿度传感器； 8-换热器； 9-换热盘管； 10-泵； 11-储水箱。 具体实施方式 0028 本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及使用方法采用化学蓄热 的方法， 储存化学能而不是显热或潜热， 热损失小， 保温要求低， 可以长时间储存和长距离 说明书 2/4 页。

16、 5 CN 109855306 A 5 输运。 0029 为使本公开的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本公开进一步详细说明。 0030 根据本公开的一个方面， 提供一种基于热化学储能的电蓄热锅炉， 如图1所示， 包 括： 锅炉罐体1、 蓄热介质2、 浸入式电加热器3、 进气口4以及排气口5； 锅炉罐体1内盛放有蓄 热介质2； 浸入式电加热器3伸入锅炉罐体1内， 并没入蓄热介质2中， 用于加热蓄热介质2， 使 其分解将电能转化为化学能； 进气口4设置于锅炉罐体1的底部， 用于通入含水气体使分解 后的蓄热介质2加水反应将化学能转化为热能； 排气口5设置。

17、于锅炉罐体1的顶部， 用于排出 锅炉罐体内产生的气体。 0031 在本公开的一些实施例中， 如图1所示， 其中： 进气口4处设置有加湿器6， 用于增加 进气口4的进气湿度； 排气口5处设置有湿度传感器7， 用于监测排气口5的排气湿度， 实际应 用中， 当蓄热介质2分解产生水蒸气后， 可通过排气口5将水蒸气排出， 平衡锅炉罐体1内的 压力， 并通过湿度传感器7检测排气湿度， 以此确定当前锅炉罐体1内的蓄热介质2的分解情 况； 此外， 在供热过程中， 可通过加湿器6增加进气口4的进气湿度， 从而使加热分解后的蓄 热介质2与水反应， 产生热能。 0032 在本公开的一些实施例中， 锅炉罐体1外部设置。

18、有保温层， 通过设置保温层， 能够 减少由锅炉罐体1的罐壁与外界热交换损失的能量， 从而在蓄热过程中， 能够更有效利用浸 入式电加热器3提供的热量， 并且在供热过程中能够避免产生的热能发生损失。 0033 在本公开的一些实施例中， 蓄热介质2包含： 氢氧化钙粉末、 氢氧化镁粉末或其两 者的混合物， 其具有蓄热密度大， 成本低， 放热温度高的优点， 使得蓄热罐体1结构更紧凑， 蓄热供热过程温差小。 0034 在本公开的一些实施例中， 浸入式电加热器3为管式电加热器或平板式电加热器， 该浸入式电加热器3均匀分布于蓄热介质中。 0035 在本公开的一些实施例中， 浸入式电加热器3利用低谷电驱动， 将。

19、夜间低谷电能等 廉价电能储存起来， 实现全天低谷电蓄热供能， 可以显著降低用能成本， 具有广阔应用市 场。 0036 根据本公开的另一个方面， 还提供一种基于热化学储能的电蓄热供能系统， 如图1 所示， 包括： 本公开实施例提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉以及换热器8； 换热器8与蓄 热介质2通过换热盘管9实现热交换， 将该基于热化学储能的电蓄热锅炉产生的热能导出， 并利用导热介质将该热能供给至热用户。 0037 在本公开的一些实施例中， 如图1所示， 导热介质在换热器8和热用户之间循环流 动。 0038 本公开实施例提供的基于热化学储能的电蓄热供能系统还包括： 泵10和储水箱 11； 泵10。

20、用于为换热器8和热用户之间循环的导热介质提供动力； 储水箱11沿导热介质的流 动方向设置于换热器8和热用户之间， 用于储存导热介质。 0039 在本公开的一些实施例中， 换热盘管9中设置有导热油， 在换热过程中， 换热盘管9 中蓄热介质侧的低温导热油与蓄热介质2发生热交换， 变为高温导热油， 高温导热油在换热 盘管9换热器8侧与换热器8中的导热介质(例如： 水)发生热交换， 产生热水或蒸汽， 供给至 热用户。 说明书 3/4 页 6 CN 109855306 A 6 0040 根据本公开的再一个方面， 还提供一种基于热化学储能的电蓄热方法， 利用本公 开实施例提供的基于热化学储能的电蓄热供能系。

21、统实现， 包括循环设置的蓄热过程和供热 过程。 0041 在本公开的一些实施例中， 蓄热过程包括： 开启浸入式电加热器3， 使蓄热介质2的 温度升高并维持在T0+50， 其中， T0为蓄热介质的分解温度， 高于此温度时蓄热介质开始 分解产生水蒸气； 持续加热蓄热介质2直至排气口5处的排气湿度与空气湿度的差值在5 以下， 关闭浸入式电加热器3， 蓄热过程结束。 0042 在本公开的一些实施例中， 供热过程包括： 将经过加湿的空气由进气口4通入锅炉 罐体1中， 与分解后的蓄热介质2反应产生热能， 并通过换热器8和换热盘管9将热能导出供 给至热用户； 当排气口5处的排气湿度与进气口4处的进气湿度的差。

22、值在5以下时， 进气口 4处停止供气， 供热过程结束。 0043 依据以上描述， 本领域技术人员应当对本公开实施例提供的基于热化学储能的电 蓄热锅炉、 供能系统及使用方法有了清楚的认识。 0044 综上所述， 本公开提供的基于热化学储能的电蓄热锅炉、 供能系统及使用方法采 用具有超高蓄热密度的热化学材料代替显热和相变材料， 解决电蓄热锅炉体积大， 成本高 的问题， 实现电力移峰填谷， 降低清洁用能成本。 0045 需要说明的是， 上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体 结构、 形状或方式， 本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。 0046 还需要说明的是， 实施例中提。

23、到的方向用语， 例如 “上” 、“下” 、“前” 、“后” 、“左” 、 “右” 等， 仅是参考附图的方向， 并非用来限制本公开的保护范围。 贯穿附图， 相同的元素由 相同或相近的附图标记来表示。 在可能导致对本公开的理解造成混淆时， 将省略常规结构 或构造。 0047 并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例， 而仅示意本公开实施例的 内容。 另外， 在权利要求中， 不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限 制。 0048 类似地， 应当理解， 为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个， 在 上面对本公开的示例性实施例的描述中， 本公开的各个特征有时被一起分组到单。

24、个实施 例、 图、 或者对其的描述中。 然而， 并不应将该公开的方法解释成反映如下意图： 即所要求保 护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。 更确切地说， 如前面 的权利要求书所反映的那样， 公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。 因此， 遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式， 其中每个权利要求本身 都作为本公开的单独实施例。 0049 以上所述的具体实施例， 对本公开的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本公开的具体实施例而已， 并不用于限制本公开， 凡 在本公开的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本公开的保 护范围之内。 说明书 4/4 页 7 CN 109855306 A 7 图1 说明书附图 1/1 页 8 CN 109855306 A 8 。