[發明專利]一種基于化學鏈熱泵儲電并回收余熱的方法及其裝置

在審

• 申請號: 202210516258.1
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN115045726A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 陳時熠;杜軍;陳程;周楠;吳牧笛;向文國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F01K3/14
• 分類號: F01K3/14;F01K11/02;F01K27/00;F01B23/08;F28D20/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 黃雪

本發明提供一種基于化學鏈熱泵儲電并回收余熱的方法及其裝置；在充電過程，常溫空氣進入空氣換熱器預熱，后經空氣壓縮機壓縮升溫，再經蓄熱床層，高溫空氣使蓄熱床層內高價態金屬載氧體吸熱分解，熱量被儲存于低價態金屬氧化物中，空氣然后經過空氣換熱器預熱進口空氣，最后進入膨脹機膨脹對外做功，低溫排氣通過管路切換閥進入有機朗肯循環系統，有機朗肯循環以常溫空氣為熱源，以低溫排氣為冷源，實現熱功轉換，回收部分功。另一種模式則為放電模式。本發明提出的化學鏈熱泵儲電并回收余熱的方法及其裝置是一種新型的儲能方式，在充電和放電的同時，將排氣的余熱通過有機朗肯循環系統回收做功，提高儲能效率。

技術領域

本發明涉及熱泵儲電裝置技術領域，特別是涉及一種基于化學鏈熱泵儲電并回收余熱的方法及其裝置。

背景技術

隨著全球經濟的快速增長，能源問題逐漸成為制約全球經濟發展的瓶頸。由于煤、石油、天然氣等傳統化石能源具有不可再生性，終究會走向枯竭，所以可再生能源如太陽能、風能、潮汐能受到人們的廣泛關注。然而存在時間分布不均問題，可再生能源在利用時一般都需要采取儲能技術。

化學鏈熱泵儲能基于熱化學反應，通過金屬氧化物載氧體吸熱分解實現能量的儲存。在儲能充電過程中，高價態金屬氧化物吸收高溫空氣熱量分解為低價態金屬氧化物和氧氣，將高溫空氣中的熱量儲存在低價態金屬氧化物的化學能中。當需要放電時，空氣和低價態金屬氧化物反應，將儲存的化學能轉化為熱能釋放出來。化學鏈熱泵儲能系統除了具有儲能密度高，可逆反應易控制且無副反應以外，還具有其他儲能技術不具備的獨特優點，如蓄熱裝置內金屬氧化物能夠長期穩定儲存，不受場地限制，充放電過程中排出的余熱氣體利用有機朗肯循環裝置提高了總體充放電效率。

發明內容

本發明提供一種基于化學鏈熱泵儲電并回收余熱的方法和裝置。本發明提出了一種儲能新方法，具有儲能密度高，儲能效率高，且不受地理條件限制的優點，同時能夠有效處理排出的余熱氣體，具有提高總體充放電效率的優點。

本發明的技術方案，一種基于化學鏈熱泵儲電并回收余熱的裝置，包括化學鏈熱泵儲電系統和有機朗肯循環系統，化學鏈熱泵儲電系統包括空氣換熱器、空氣壓縮機、蓄熱床層和膨脹機，上述設備通過管線依次串聯設置；空氣壓縮機和膨脹機同軸連接；

有機朗肯循環系統包括有機壓縮機、蒸發器、有機透平、凝汽器；上述設備沿著有機工質的流向由管線依次串聯上述裝置形成閉環；化學鏈熱泵儲電系統和有機朗肯循環系統之間相連并配置有管路切換閥；管路切換閥分別編號1、2、7、8、9、10。

優選的，化學鏈熱泵儲電系統中的工作介質為空氣。

優選的，有機朗肯循環系統中的有機工質為R245fa或R600。

優選的，蓄熱床層中的金屬氧化物載氧體為Cr₅O₁₂、MnO₂、Co₃O₄、BaO₂金屬氧化物或Sr_0.5Ba_0.5FeO_3-δ、SrCo_1-xFe_xO_3-δ、La_xSr_1-xCo_yMn_1-yO_3-δ、CaAl_xMn_1-xO_3-δ鈣鈦礦氧化物。

優選的，充電模式中，在凝汽器中，與有機工質交換熱量的為回收的低溫富氧空氣；蒸發器中，與有機工質交換熱量的為常溫空氣；

放電模式中，在凝汽器中，與有機工質交換熱量的為常溫空氣；蒸發器中，與有機工質交換熱量的為高溫欠氧空氣。

一種基于化學鏈熱泵儲電并回收余熱的方法，包括以下具體步驟：