一种用于化学蓄热的蜂窝块.pdf

本发明的目的是提供一种用于化学蓄热的蜂窝块，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质占50%-90%，以及一组微孔颗粒占3%-70%，将其进行混合后成为化学蓄热材料；将其成形为多边形柱结构，在多边形柱上设置有进口以及出口，设置有进口或出口的侧面称为通道侧面，没有设置进口或出口的称为非通道侧面，一个多边形柱的通道侧面与另一个多边形柱的通道侧面或非蜂窝通道侧面相互连接后形成通道，多个多边形柱连接成为一个蜂窝块。

权利要求书
1.  一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组由含有微孔的材料组成的微孔材料，按照重量比化学物质占50%-90%，微孔颗粒占3%-70%，将其进行混合后成为化学蓄热材料；将其成形为多边形柱结构的固体蜂窝块，多边形柱的上设置有进口以及出口，设置有进口或出口的侧面称为通道侧面，没有设置进口或出口的称为非通道侧面，一个多边形柱的通道侧面与另一个多边形柱的通道侧面或非蜂窝通道侧面相互连接后形成通道，多个多边形柱连接成为一个蜂窝块，连接后的蜂窝块的通道具备有密闭性，可以使流体在通道内流通不泄露，蜂窝块适用于10-1500度的热能的传热、换热、蓄热。

2.  根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：所成形后的多边形柱结构的固体蜂窝块选择自下列一种：
多层固体蜂窝块：至少由二层的化学蓄热材料，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内；
多部固体蜂窝块：化学蓄热材料分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同；
多部多层固体蜂窝块：至少由二层的化学蓄热材料组成，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内，每一层化学蓄热材料分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同。

3.  根据权利要求2所述的一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：在固体蜂窝块的蜂窝通道侧面或者非蜂窝通道侧面上设置有连接定位结构，将一个固体蜂窝块与另外一个进行相互连接，连接结构采用下列一种：
A、在固体蜂窝块上加工有凹或/和凸部位，一个固体蜂窝块上凹结构可以与另外一个的凸结构相互连接；
B、在固体蜂窝块上加工有凹或/和凸部位，一个固体蜂窝块上凹结构可以与另外一个的凹结构相互组成通道或通过另外一个全部设置为凸结构的固体蜂窝块上相互连接；
C、在固体蜂窝块上加工有凹或/和凸部位，一个固体蜂窝块上凸结构可以与另外一个的凸结构相互组成通道或通过另外一个全部设置为凹结构的固体蜂窝块上相互连接；
D、在固体蜂窝块上至少包含有一个磁性材料或者金属材料，一个固体蜂窝块上磁性材料可以与另外一个磁性材料或者金属材料相互连接。

4.  根据权利要求2所述的一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：在固体蜂窝块上设置有空腔，在空腔内设置有蓄热材料，蓄热材料为相变材料。

5.  根据权利要求2所述的一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：固体蜂窝块的外部形状、内部蜂窝、多层形状、多部分的每个部分的形状，选择下列一种或其组合：圆形、多边形、菱形、扇形、三角形、弧形。

6.  根据权利要求1所述的一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：在蜂窝块上组成的通道上设置有金属管或热管用于传热。

7.  根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配方，其特征是：可逆化学反应及化学物质选自下列一种：
A、结晶水合物反应：X.nH2O=X+nH2O,或者X.nH2O=X.mH2O+(n-m)H2O其中X.nH2O 选自：FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O，ZnSO4·7H2O，CuSO4·5H2O，Ba(OH)2·10H2O，Na 2SO4·10H2O，CaCl2.6H2O，HPO4.12H2O，Ca(NO3).4H2O，Na2S2O3.5H2O；
B、无机氢氧化物热分解：X（OH）N=XO+H2O，其中X为至少包括氢氧化钡（Ba(OH)2）、氢氧化镁（Mg(OH)2、氢氧化钴、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锶、氢氧化亚铁、氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧化铍中的一种；
C、碳酸化合物分解：XCO3=XO+CO2，其中X选自：CaCO3，MgCO3，K2CO3，SrCO3，Li2CO3，NaCO3；
D、有机物的氢化和脱水反应：CxHy=CxHy-2x+xH2,其中CxHy选自C2H6，C6H12；
E、金属氢化物的热分解：XHn=X+n/2H2。

8.  根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配方，其特征是：所述的微孔材料选择自下列一种：沸石、氧化铝、硅胶、活性炭、聚丙烯酰胺、碳分子筛、新型材料NSUL-1、新型材料NSUL-2。

9.  根据权利要求1所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配方，其特征是：还另外包含有金属或金属氧化物，占化学物质以及微孔材料重量总和的10%-70%，选自下列一种或者多种：
A、金属氧化物：至少包括：氧化铁，氧化铝，三氧化二铁；
B、金属：至少包括锌、铁、铝、锡、铜、镁、钾、钠、钡；
C、尾矿粉：包括各种矿选矿后形成的尾矿物；
D、窑炉的排出物：至少包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰。

10.  根据权利要求9所述的一种用于传热的化学蓄热材料的配方，其特征是：
所述的ABCD的重量比例为：A占30%-70%，B占10-50%，C占10%-50%，D占10-60%。

说明书一种用于化学蓄热的蜂窝块
技术领域
本发明涉及热能利用，特别是利用可逆的化学反应实现热能的储存的蜂窝状材料。 
背景技术
蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器； 
在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；
在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。
在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。 
蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。 
工业窑炉的排出物钢渣等，以及各种矿山开发所形成的尾矿，已经堆积如上，并且存在危险隐患，如何有效经济利用，将是一个非常的需要解决的问题。 
利用可逆的化学反应进行蓄热，已经成为一种可行的技术，但是仍没有用于工业生产，主要原因在于化学物质的组分以及传热的矛盾，很多可逆反应的传热性能差，无法解决传热与化学反应之间的矛盾，使得虽然原则可以，但是无法实际的应用。 
发明内容
本发明的目的是提供一种用于化学蓄热的蜂窝块，可以实现高温、大规模、低成本、高效率的蓄热，并适合于10-1500度的温度的蓄热，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质占50%-90%，以及一组微孔颗粒占3%-70%，将其进行混合后成为化学蓄热材料；将其成形为多边形柱结构，然后成行为蜂窝块。 
本发明可以采用尾矿及窑炉排出物实现固体颗粒的生产制造，使得资源可以被充分的利用。 
  
具体发明内容如下：
一种用于化学蓄热的蜂窝块，其特征是：至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组由含有微孔的材料组成的微孔材料，按照重量比化学物质占50%-90%，微孔颗粒占3%-70%，将其进行混合后成为化学蓄热材料；将其成形为多边形柱结构的固体蜂窝块，多边形柱的上设置有进口以及出口，设置有进口或出口的侧面称为通道侧面，没有设置进口或出口的称为非通道侧面，一个多边形柱的通道侧面与另一个多边形柱的通道侧面或非蜂窝通道侧面相互连接后形成通道，多个多边形柱连接成为一个蜂窝块，连接后的蜂窝块的通道具备有密闭性，可以使流体在通道内流通不泄露，蜂窝块适用于10-1500度的热能的传热、换热、蓄热。
所成形后的多边形柱结构的固体蜂窝块选择自下列一种： 
A、多层固体蜂窝块：至少由二层的化学蓄热材料，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内；
B、多部固体蜂窝块：化学蓄热材料分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同；
C、多部多层固体蜂窝块：至少由二层的化学蓄热材料组成，第二层位于第一层外部，第二层完全将比第一层包裹在第一层内，每一层化学蓄热材料分为多个部分，至少一个部分的材料与另外一个部分的材料的材质不相同。
在固体蜂窝块的蜂窝通道侧面或者非蜂窝通道侧面上设置有连接定位结构，将一个固体蜂窝块与另外一个进行相互连接，连接结构采用下列一种： 
A、在固体蜂窝块上加工有凹或/和凸部位，一个固体蜂窝块上凹结构可以与另外一个的凸结构相互连接；
B、在固体蜂窝块上加工有凹或/和凸部位，一个固体蜂窝块上凹结构可以与另外一个的凹结构相互组成通道或通过另外一个全部设置为凸结构的固体蜂窝块上相互连接；
C、在固体蜂窝块上加工有凹或/和凸部位，一个固体蜂窝块上凸结构可以与另外一个的凸结构相互组成通道或通过另外一个全部设置为凹结构的固体蜂窝块上相互连接；
D、在固体蜂窝块上至少包含有一个磁性材料或者金属材料，一个固体蜂窝块上磁性材料可以与另外一个磁性材料或者金属材料相互连接。
在固体蜂窝块上设置有空腔；在空腔内设置有蓄热材料；蓄热材料为相变材料。 
固体蜂窝块的外部形状、内部蜂窝、多层形状、多部分的每个部分的形状，选择下列一种或其组合：圆形、多边形、菱形、扇形、三角形、弧形。 
在蜂窝块上组成的通道上设置有金属管或热管用于传热。 
可逆化学反应及化学物质选自下列一种： 
A、结晶水合物反应：X.nH2O=X+nH2O,或者X.nH2O=X.mH2O+(n-m)H2O其中X.nH2O 选自：FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O，ZnSO4·7H2O，CuSO4·5H2O，Ba(OH)2·10H2O，Na 2SO4·10H2O，CaCl2.6H2O，HPO4.12H2O，Ca(NO3).4H2O，Na2S2O3.5H2O；
B、无机氢氧化物热分解：X（OH）N=XO+H2O，其中X为至少包括氢氧化钡（Ba(OH)2）、氢氧化镁（Mg(OH)2、氢氧化钴、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锶、氢氧化亚铁、氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧化铍中的一种；
C、碳酸化合物分解：XCO3=XO+CO2，其中X选自：CaCO3，MgCO3，K2CO3，SrCO3，Li2CO3，NaCO3
D、有机物的氢化和脱水反应：CxHy=CxHy-2x+xH2,其中CxHy选自C2H6，C6H12;
E、金属氢化物的热分解：XHn=X+n/2H2。
所述的微孔材料选择自下列一种：沸石、氧化铝、硅胶、活性炭、聚丙烯酰胺、碳分子筛、新型材料NSUL-1、新型材料NSUL-2。 
还另外包含有金属或金属氧化物，占化学物质以及微孔材料重量总和的10%-70%，选自下列一种或者多种： 
A、金属氧化物：至少包括：氧化铁，氧化铝，三氧化二铁；
B、金属：至少包括锌、铁、铝、锡、铜、镁、钾、钠、钡；
C、尾矿粉：包括各种矿选矿后形成的尾矿物；
D、窑炉的排出物：至少包括冶金、化工、电力、煤炭行业窑炉排出的钢渣、铁渣、煤灰。
所述的ABCD的重量比例为：A占30%-70%，B占10-50%，C占10%-50%，D占10-60%。 
  
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、 本发明采用化学蜂窝块实现高温蓄热，可以实现10-1500度的热能储存，安全可靠；
2、  本发明可以有效的利用尾矿及钢渣实现蓄热材料的生产，使得资源可以被有效的利用。
3、 本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。 
附图说明
图1是内部设置有通道的六边形柱示意图。 
图2是外部设置有凹结构的六边形柱示意图。 
图3是六边形柱组成的蜂窝块通过金属管传热示意图。 
图4是带有热管传热的蜂窝块示意图。 
  
图中标号含义：
1：六边形柱，2：内部通道，3：外部凹结构，4：金属管，5：热管，
6：蜂窝块 。
具体实施方式
实施例1、内部设置有通道的六边形柱 
图1所示的六边形柱，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质Ba(OH)2·10H2O占80%，以及一组微孔颗粒沸石占20%，将其进行混合后成为化学蓄热材料；将其成形为多边形柱结构，将其混合后成型，六边形柱内设置有一个圆形通道。
  
实施例2、半圆形六边形柱
图2是半圆形的六边形柱，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质Ba(OH)2·10H2O占40%以及Na 2SO4·10H2O30%，以及一组微孔颗粒硅胶占10%以及氧化铝10%，石墨3%，氧化铁7%，并对其进行180度的加热后成型，在六边形柱的一侧加工由一个凹结构，可以与另外设置有凹结构的六边形柱进行连接，构成为一个通道。
  
实施例3、六个六边形柱组成的蜂窝块
图3所示的有六个六边形柱组成的一个蜂窝块，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质CaCO3以及MgCO3各占40%，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质沸石10%，钢渣10%，六个六边形柱组成的蜂窝状内设置有一个六边形金属管，金属管内部可以使流体进行流动。
  
实施例4、13个六边形柱组成的蜂窝块
图4所示的有13个六边形柱组成的一个蜂窝块，至少包含一组可以进行可逆反应的化学物质氢氧化钡（Ba(OH)2）以及氢氧化镁（Mg(OH)2各占30%，以及一组微孔材料，由含有微孔的材料组成，按照重量比化学物质沸石10%以及氧化铝10%，钢渣10%石墨10%，将其加入到500度的温度30分钟后形成，13个六边形柱组成的蜂窝状内设置有二个热管。
  
    根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。