一種高壓儲熱和/或儲冷裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高壓儲熱/儲冷裝置，用于高/低溫熱能存儲領(lǐng)域。是一種外殼承受高壓，由外至內(nèi)依次為冷卻/加熱液層、保溫層、薄壁內(nèi)殼和內(nèi)部的固體儲熱/冷介質(zhì)，利用固體材料作為儲熱/冷介質(zhì)，高壓傳熱介質(zhì)流過儲熱/冷介質(zhì)表面并發(fā)生換熱的高壓儲熱/儲冷裝置。本發(fā)明專利技術(shù)的儲熱/儲冷裝置具有承受壓力高、造價低、效率高，熱能品位高等優(yōu)點，特別適用于儲釋熱/冷溫差大、儲釋熱/冷較頻繁的儲熱和/或儲冷的場合。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及高/低溫熱能儲存領(lǐng)域，是一種利用固體儲熱/冷介質(zhì)儲存高/低溫熱能并在需要時釋放的裝置。
技術(shù)介紹
本專利技術(shù)公開的一種高壓儲熱/儲冷裝置可應(yīng)用于工業(yè)過程的余熱利用，太陽能/風能熱儲存，電力調(diào)峰熱儲存，先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)等。儲熱/冷技術(shù)是有效解決熱/冷能供求之間在時間與空間上不匹配的矛盾，提高能源利用率的有效手段。其中高壓儲熱/冷技術(shù)主要應(yīng)用于高壓條件下的儲熱和/或儲冷，是工業(yè)余熱利用、太陽能/風能熱利用、電力調(diào)峰熱儲存，先進空氣儲能系統(tǒng)等的關(guān)鍵技術(shù)。目前，常用的高/低溫絕熱結(jié)構(gòu)有堆積絕熱、真空粉末絕熱、真空多層堆積絕熱和正壓堆積絕熱等，采用這些絕熱結(jié)構(gòu)的絕熱儲罐和儲槽均采用保溫層設(shè)置在承壓罐壁外面的方案，并且通常抗壓較低。若采用此類絕熱結(jié)構(gòu)制造高壓儲熱/儲冷裝置，則需要厚壁的壓力容器作為罐殼，同時罐壁熱容也將大幅增加，使得在儲熱/冷的過程中需要大量的熱/冷能來冷卻罐壁，這部分熱/冷能卻難以回收，會使儲熱/冷效率大幅降低。另外，這些儲罐通常只作為高/低溫流體介質(zhì)儲存使用，沒有填充固體介質(zhì)用于儲熱/冷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種外殼承受高壓，由外至內(nèi)依次為冷卻/加熱液層、保溫層、薄壁內(nèi)殼和內(nèi)部的固體儲熱/冷介質(zhì)，利用固體材料作為儲熱/冷介質(zhì)，高壓傳熱介質(zhì)流過儲熱/冷介質(zhì)表面并發(fā)生換熱的高壓儲熱/儲冷裝置。與現(xiàn)有的內(nèi)承壓，外保溫的高壓儲罐相t匕，具有儲熱/儲冷效率高的特點。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是—種高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷裝置由外到內(nèi)依次包括厚壁外殼、冷卻/加熱液層、保溫層、薄壁內(nèi)殼和內(nèi)殼內(nèi)部填充的固體儲熱介質(zhì)，內(nèi)、夕卜殼之間設(shè)內(nèi)殼支撐裝置；所述內(nèi)殼的壁厚小于外殼的1/2 ;所述保溫層為孔隙率高、導熱系數(shù)低的保溫材料，保溫層與內(nèi)殼之間設(shè)有壓力連通裝置，使得所述保溫層與內(nèi)殼內(nèi)部壓力相通，厚壁外殼為承受高內(nèi)壓的壓力容器；所述冷卻/加熱液層為內(nèi)部含有多個通道的夾層結(jié)構(gòu)，各通道中通入循環(huán)流動的冷卻/加熱液，使外殼壓力容器內(nèi)表面均能受到冷卻/加熱，冷卻/加熱液層內(nèi)的液體壓力與內(nèi)殼內(nèi)部壓力保持一致；流體傳熱介質(zhì)與固體儲熱介質(zhì)相接觸，并在固體儲熱介質(zhì)表面發(fā)生換熱。所述的高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷裝置包括至少一個頂部進料口、至少一個底部排料口、至少一個頂部傳熱介質(zhì)管口、至少一個底部傳熱介質(zhì)管口，至少一個冷卻/加熱液頂部管口和一個冷卻/加熱液底部管口。所述冷卻/加熱液層內(nèi)部有冷卻/加熱液不斷流動，使外殼溫度恒定，以保證壓力容器的強度。所述冷卻/加熱液層為含有多個通道的夾層等結(jié)構(gòu)，保證外殼壓力容器內(nèi)表面均能受到冷卻/加熱。所述冷卻/加熱液為水、乙醇、乙二醇、丙醇的其中一種或至少兩種的混合物，所述冷卻/加熱液的循環(huán)流動由液泵驅(qū)動，其壓力與儲熱/儲冷裝置內(nèi)部壓力保持一致。 所述高壓儲熱/儲冷裝置頂部進料口和頂部傳熱介質(zhì)管口可以為同一開口，所述高壓儲熱/儲冷裝置底部排料口和底部傳熱介質(zhì)管口可以為同一開口。所述高壓儲熱/儲冷裝置的薄壁內(nèi)殼材料為如鋼、鋁、鈦等的金屬材料，厚壁外殼材料為如鋼、鋁、鈦等的金屬材料或如玻璃鋼、預應(yīng)力混凝土等的非金屬材料。所述高壓儲熱/儲冷裝置采用管道等方式連接內(nèi)殼內(nèi)部與保溫夾層，使之壓力平衡。所述傳熱介質(zhì)為液態(tài)、氣態(tài)或超臨界態(tài)的空氣、氮氣、氧氣、氦氣、氫氣、甲烷、水蒸汽等其中一種或至少兩種的混合物。所述固體儲熱介質(zhì)為顆粒狀或多孔材料，為巖石，礦石，礦渣，混凝土，耐火磚，陶瓷球，金屬，封裝的相變材料等其中一種或至少兩種的混合物。所述保溫層為孔隙率高、導熱系數(shù)低的保溫材料，如巖棉、珠光砂、玻璃纖維氈等其中一種或多種的混合物。所述壓力連通裝置為設(shè)置在內(nèi)殼壁面上的開孔或一端與保溫層連通、另一端與內(nèi)殼連通的連接管道，使得所述保溫層與內(nèi)殼內(nèi)部壓力相通，使之壓力平衡。優(yōu)選地，所述通壓管道一端與頂部傳熱介質(zhì)管口連通、另一端穿過厚壁外殼和冷卻/加熱液層后與保溫層連通。所述內(nèi)殼支撐裝置的支撐方式為圓環(huán)形支撐、多點支撐等其中一種或多種，支撐材料可以為性能穩(wěn)定、導熱系數(shù)低、抗壓強度較高的如鋼、鈦等金屬材料或如玻璃鋼、樹脂等非金屬材料。優(yōu)選地，所述固體儲熱/冷介質(zhì)為體積熱容高、成本低廉、熱機械性能穩(wěn)定、對傳熱介質(zhì)吸收滲透率低、孔隙率低、比表面積高的材料。優(yōu)選地，所述高壓儲熱/儲冷裝置由上至下設(shè)置多個隔熱層，該隔熱層允許傳熱介質(zhì)自由通過，所述隔熱層可以減小內(nèi)部固體儲熱/冷介質(zhì)和傳熱流體的軸向?qū)帷?yōu)選地，所述高壓儲熱/儲冷裝置的壁殼與保溫層之間設(shè)置一定厚度的空隙，所述空隙可以提高保溫夾層內(nèi)部的壓力傳遞速度。優(yōu)選地，所述高壓儲熱/儲冷裝置，內(nèi)部可以設(shè)置一個或多個換熱裝置以補充熱/冷量，換熱裝置可以為螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盤管管束的一種或多種混合。優(yōu)選地，所述高壓儲熱/儲冷裝置，傳熱介質(zhì)進口和/或出口可以設(shè)置一個或多個擾流板以使傳熱流體均勻流入，擾流板可以為多孔板、擋流板等一種或兩種混合。作為高壓儲熱裝置的使用流程為預先，關(guān)閉底部的儲熱介質(zhì)排出口，將固體儲熱介質(zhì)通過頂部的進料口填充進高壓儲熱裝置內(nèi)殼中，至預定高度。開動冷卻液的液泵，使冷卻液在冷卻液層內(nèi)在一定的流速下流動。儲熱時，高溫高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲熱裝置頂部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過頂部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向下，通過固體儲熱介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲熱介質(zhì)表面并與之換熱，將高溫熱能傳給固體介質(zhì)；同時傳熱流體被冷卻，由高壓儲熱裝置底部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度達到某一設(shè)定溫度時，認為熱能已經(jīng)儲滿，關(guān)閉傳熱介質(zhì)的進入，結(jié)束儲熱。儲熱過程中，填充床內(nèi)部溫度場形成自上而下的溫度分層。高壓儲熱裝置若已經(jīng)儲存一定熱量，開始保溫階段時，關(guān)閉高壓儲熱裝置頂部和底部的傳熱介質(zhì)管口。釋熱時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲熱裝置底部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過底部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向上，通過固體儲熱介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲熱介質(zhì)表面并與之換熱，吸收固體儲熱介質(zhì)中的熱能；傳熱流體溫度升高，由高壓儲熱裝置頂部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度降至某一設(shè)定溫度時，認為熱能釋放完畢，結(jié)束釋熱。釋熱過程中，填充床內(nèi)部溫度場的軸向分層不斷向上推移。作為高壓儲冷裝置的使用流程為預先，關(guān)閉底部的儲冷介質(zhì)排出口，將固體儲冷介質(zhì)通過頂部的進料口填充進高壓儲冷裝置內(nèi)殼中，至預定高度。開動加熱液的液泵，使加熱液在加熱液層內(nèi)在一定的流速下流動。儲冷時，低溫高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷裝置底部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過底部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向上流動，通過固體儲冷介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲冷介質(zhì)表面并與之換熱，將低溫冷能傳給固體介質(zhì)；傳熱流體溫度升高，由高壓儲冷裝置頂部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱流體的排出溫度降至某一設(shè)定溫度時，認為冷能已經(jīng)儲存完畢，結(jié)束儲冷。儲冷過程中，儲冷過程中，填充床內(nèi)部溫度場形成自上而下的溫度分層。高壓儲冷裝置若已經(jīng)儲存一定冷量，開始保溫階段時，關(guān)閉高壓儲冷裝置頂部和底部的傳熱介質(zhì)管口。釋冷時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷裝置頂部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過頂部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向下流動，通過固體儲冷介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲冷介質(zhì)表面并與之換熱，吸收固體儲冷介質(zhì)的低溫冷能；傳熱流體溫度降低，由高壓儲本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷裝置由外到內(nèi)依次包括厚壁外殼、冷卻/加熱液層、保溫層、薄壁內(nèi)殼和內(nèi)殼內(nèi)部填充的固體儲熱介質(zhì)，內(nèi)、外殼之間設(shè)內(nèi)殼支撐裝置；所述內(nèi)殼的壁厚小于外殼的1/2；所述保溫層為孔隙率高、導熱系數(shù)低的保溫材料，保溫層與內(nèi)殼之間設(shè)有壓力連通裝置，使得所述保溫層與內(nèi)殼內(nèi)部壓力相通，厚壁外殼為承受高內(nèi)壓的壓力容器；所述冷卻/加熱液層為內(nèi)部含有多個通道的夾層結(jié)構(gòu)，各通道中通入循環(huán)流動的冷卻/加熱液，使外殼壓力容器內(nèi)表面均能受到冷卻/加熱，冷卻/加熱液層內(nèi)的液體壓力與內(nèi)殼內(nèi)部壓力保持一致；流體傳熱介質(zhì)與固體儲熱介質(zhì)相接觸，并在固體儲熱介質(zhì)表面發(fā)生換熱。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷裝置由外到內(nèi)依次包括厚壁外殼、冷卻/加熱液層、保溫層、薄壁內(nèi)殼和內(nèi)殼內(nèi)部填充的固體儲熱介質(zhì)，內(nèi)、外殼之間設(shè)內(nèi)殼支撐裝置；所述內(nèi)殼的壁厚小于外殼的1/2 ;所述保溫層為孔隙率高、導熱系數(shù)低的保溫材料，保溫層與內(nèi)殼之間設(shè)有壓力連通裝置，使得所述保溫層與內(nèi)殼內(nèi)部壓力相通，厚壁外殼為承受高內(nèi)壓的壓力容器；所述冷卻/加熱液層為內(nèi)部含有多個通道的夾層結(jié)構(gòu)，各通道中通入循環(huán)流動的冷卻/加熱液，使外殼壓力容器內(nèi)表面均能受到冷卻/加熱，冷卻/加熱液層內(nèi)的液體壓力與內(nèi)殼內(nèi)部壓力保持一致；流體傳熱介質(zhì)與固體儲熱介質(zhì)相接觸，并在固體儲熱介質(zhì)表面發(fā)生換熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷裝置包括至少一個頂部進料口、至少一個底部排料口、至少一個頂部傳熱介質(zhì)管口、至少一個底部傳熱介質(zhì)管口、至少一個冷卻/加熱液頂部管口和一個冷卻/加熱液底部管口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷裝置頂部進料口和頂部傳熱介質(zhì)管口可以為同一開口，所述高壓儲熱/儲冷裝置底部排料口和底部傳熱介質(zhì)管口可以為同一開口。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的一種高壓儲熱/儲冷裝置，其特征在于，所述冷卻/加熱液為水、乙醇、乙二醇、丙醇的一種或至少兩種的混合物，所述冷卻/加熱液的循環(huán)流動由液泵驅(qū)動，其壓力與內(nèi)殼內(nèi)部壓力保持一致。5.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王亮，陳海生，柴磊，謝寧寧，盛勇，譚春青，
申請(專利權(quán))人：中國科學院工程熱物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：