CN203274567U - 一种高压储热或储冷装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压储热或储冷装置，用于高、低温热能存储领域。是一种外壳承受高压，由外至内依次为冷却或加热液层、保温层、薄壁内壳和内部的固体储热或冷介质，利用固体材料作为储热或储冷介质，高压传热介质流过储热或储冷介质表面并发生换热的高压储热或储冷装置。本实用新型的储热或储冷装置具有承受压力高、造价低、效率高，热能品位高等优点，特别适用于储释热/冷温差大、储释热/冷较频繁的储热和/或储冷的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及高/低温热能储存领域，是一种利用固体储热/冷介质储存高/低温热能并在需要时释放的装置。
背景技术
本实用新型公开的一种高压储热或储冷装置可应用于工业过程的余热利用，太阳能/风能热储存，电力调峰热储存，先进压缩空气储能系统等。
储热/冷技术是有效解决热/冷能供求之间在时间与空间上不匹配的矛盾，提高能源利用率的有效手段。其中高压储热/冷技术主要应用于高压条件下的储热和/或储冷，是工业余热利用、太阳能/风能热利用、电力调峰热储存，先进空气储能系统等的关键技术。
目前，常用的高/低温绝热结构有堆积绝热、真空粉末绝热、真空多层堆积绝热和正压堆积绝热等，采用这些绝热结构的绝热储罐和储槽均采用保温层设置在承压罐壁外面的方案，并且通常抗压较低。若采用此类绝热结构制造高压储热或储冷装置，则需要厚壁的压力容器作为罐壳，同时罐壁热容也将大幅增加，使得在储热/冷的过程中需要大量的热/冷能来冷却罐壁，这部分热/冷能却难以回收，会使储热/冷效率大幅降低。另外，这些储罐通常只作为高/低温流体介质储存使用，没有填充固体介质用于储热/冷。
发明内容
本实用新型提供了一种外壳承受高压，由外至内依次为冷却或加热液层、保温层、薄壁内壳和内部的固体储热/冷介质，利用固体材料作为储热/冷介质，高压传热介质流过储热/冷介质表面并发生换热的高压储热或储冷装置。与现有的内承压，外保温的高压储罐相比，具有储热或储冷效率高的特点。
本实用新型的技术解决方案是：
一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述高压储热或储冷装置由外到内依次包括厚壁外壳、冷却或加热液层、保温层、薄壁内壳和内壳内部填充的固体储热或储冷介质，内、外壳之间设内壳支撑装置；保温层与内壳之间设有压力连通装置；所述冷却或加热液层为内部含有多个通道的夹层结构，各通道中通入循环流动的冷却或加热液，所述冷却或加热液的液体压力与内壳内部压力保持一致。
优选的，所述高压储热或储冷装置包括至少一个顶部进料口、至少一个底部排料口、至少一个顶部传热介质管口、至少一个底部传热介质管口、至少一个冷却或加热液顶部管口和一个冷却或加热液底部管口。
优选的，所述顶部进料口和顶部传热介质管口为同一开口，所述底部排料口和底部传热介质管口为同一开口。
优选的，所述冷却或加热液的循环流动由液泵驱动，其压力与内壳内部压力保持一致。
优选的，所述压力连通装置为设置在内壳壁面上的开孔或一端与顶部传热介质管口连通、另一端穿过厚壁外壳和冷却或加热液层后与保温层连通的通压管道，使得所述保温层与内壳内部压力相通。
优选的，内壳支撑装置的支撑方式为圆环形支撑和/或多点支撑。支撑材料可以为性能稳定、导热系数低、抗压强度较高的如钢、钛等金属材料或如玻璃钢、树脂等非金属材料。
优选的，在传热介质进口和/或出口设置一个或多个扰流板以使传热流体均匀流入，所述扰流板为多孔板或挡流板。
优选的，所述高压储热或储冷器装置由上至下设置多个隔热层，所述隔热层允许传热介质自由通过。
优选的，所述高压储热或储冷装置内部设置一个或多个换热器以补充热或冷量，换热器为螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盘管管束。
所述冷却或加热液为水、乙醇、乙二醇、丙醇的其中一种或至少两种的混合物，所述冷却或加热液的循环流动由液泵驱动，其压力与储热或储冷装置内部压力保持一致。
所述高压储热或储冷装置的薄壁内壳材料为如钢、铝、钛等的金属材料，厚壁外壳材料为如钢、铝、钛等的金属材料或如玻璃钢、预应力混凝土等的非金属材料。
所述传热介质为液态、气态或超临界态的空气、氮气、氧气、氦气、氢气、甲烷、水蒸汽等其中一种或至少两种的混合物。
所述固体储热介质为颗粒状或多孔材料，为岩石，矿石，矿渣，混凝土，耐火砖，陶瓷球，金属，封装的相变材料等其中一种或至少两种的混合物。
优选地，固体储热或冷介质为体积热容高、成本低廉、热机械性能稳定、对传热介质吸收渗透率低、孔隙率低、比表面积高的材料。
优选地，所述高压储热或储冷装置由上至下设置多个隔热层，该隔热层允许传热介质自由通过，所述隔热层可以减小内部固体储热/冷介质和传热流体的轴向导热。
优选地，所述高压储热或储冷装置的壁壳与保温层之间设置一定厚度的空隙，所述空隙可以提高保温夹层内部的压力传递速度。
作为高压储热装置的使用流程为：
预先，关闭底部的储热介质排出口，将固体储热介质通过顶部的进料口填充进高压储热装置内壳中，至预定高度。开动冷却液的液泵，使冷却液在冷却液层内在一定的流速下流动。
储热时，高温高压传热介质由高压储热装置顶部的传热介质管口进入。经过顶部管口的扰流板后，传热介质均匀向下，通过固体储热介质之间的空隙，经过固体储热介质表面并与之换热，将高温热能传给固体介质；同时传热流体被冷却，由高压储热装置底部的传热介质管口排出。当传热介质的排出温度达到某一设定温度时，认为热能已经储满，关闭传热介质的进入，结束储热。储热过程中，填充床内部温度场形成自上而下的温度分层。
高压储热装置若已经储存一定热量，开始保温阶段时，关闭高压储热装置顶部和底部的传热介质管口。
释热时，高压传热介质由高压储热装置底部的传热介质管口进入。经过底部管口的扰流板后，传热介质均匀向上，通过固体储热介质之间的空隙，经过固体储热介质表面并与之换热，吸收固体储热介质中的热能 ；传热流体温度升高，由高压储热装置顶部的传热介质管口排出。当传热介质的排出温度降至某一设定温度时，认为热能释放完毕，结束释热。释热过程中，填充床内部温度场的轴向分层不断向上推移。
作为高压储冷装置的使用流程为：
预先，关闭底部的储冷介质排出口，将固体储冷介质通过顶部的进料口填充进高压储冷装置内壳中，至预定高度。开动加热液的液泵，使加热液在加热液层内在一定的流速下流动。
储冷时，低温高压传热介质由高压储冷装置底部的传热介质管口进入。经过底部管口的扰流板后，传热介质均匀向上流动，通过固体储冷介质之间的空隙，经过固体储冷介质表面并与之换热，将低温冷能传给固体介质；传热流体温度升高，由高压储冷装置顶部的传热介质管口排出。当传热流体的排出温度降至某一设定温度时，认为冷能已经储存完毕，结束储冷。储冷过程中，储冷过程中，填充床内部温度场形成自上而下的温度分层。
高压储冷装置若已经储存一定冷量，开始保温阶段时，关闭高压储冷装置顶部和底部的传热介质管口。
释冷时，高压传热介质由高压储冷装置顶部的传热介质管口进入。经过顶部管口的扰流板后，传热介质均匀向下流动，通过固体储冷介质之间的空隙，经过固体储冷介质表面并与之换热，吸收固体储冷介质的低温冷能；传热流体温度降低，由高压储冷装置底部的传热介质管口排出。当传热介质的排出温度升至某一设定温度时，认为冷能已经释放完毕，结束释冷。释冷过程中，填充床内部温度场的轴向分层不断向下推移。
本实用新型的储热或储冷装置具有承受压力高、造价低、效率高，热能品位高等优点，特别适用于储释热/冷温差大、储释较频繁的储热和/或储冷的场合。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2的结构示意图；
图3为本实用新型实施例3的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，为本发明的高压储热或储冷装置实施例1，此实施例中，顶部进料口和顶部传热介质管口为同一开口，底部排料口和底部传热介质管口为同一开口。其中，包括底座1，底部排料口兼底部传热介质管口2，底部多孔挡流板3，内壳支撑装置4，厚壁外壳5，冷却或加热液层6，保温层7，薄壁内壳8，固体储热/冷介质9，顶部多孔挡流板10，顶部进料口兼顶部传热介质管口11，通压管道12，顶部冷却或加热液管口13，底部冷却或加热液管口14。通压管道12一端与顶部传热介质管口11连通、另一端穿过厚壁外壳5和冷却或加热液层6后与保温层7连通。内壳8的壁厚小于外壳5的1/2；保温层7为孔隙率高、导热系数低的保温材料，保温层7与内壳8之间设有压力连通装置，使得所述保温层与内壳之间的通压管道12使得二者内部压力相通，厚壁外壳5为承受高内压的压力容器；冷却或加热液层6为内部含有多个通道的夹层结构，各通道中通入循环流动的冷却或加热液，使外壳压力容器内表面均能受到冷却或加热，所述冷却或加热液的循环流动由液泵驱动，使得冷却或加热液层6内的液体压力与内壳内部压力保持一致；流体传热介质与固体储热介质相接触，并在固体储热介质表面发生换热。本发明的高压储热或储冷器可承受1MPa~40Mpa的高压。
预先，关闭底部的排料口2，将固体储热/冷介质9通过顶部的进料口11填充进高压储热或储冷装置中，至预定高度。开动冷却液的液泵，使冷却液经过底部冷却或加热液管口14进入冷却或加热液层6，传热完毕后由顶部冷却或加热液管口13流出。
储热时，高温高压传热介质由顶部传热介质管口11进入。经过顶部多孔挡流板10后，传热介质均匀向下，将高温热能传给固体储热介质9；同时传热流体被冷却，经高压储热装置底部的传热介质管口2排出。当传热介质的排出温度达到某一设定温度时，认为热能已经储满，关闭传热介质的进入，结束储热。
释热时，高压传热介质由高压储热装置底部的传热介质管口2进入。经过底部多孔挡流板3后，传热介质均匀向上，吸收固体储热介质9的热量；传热流体温度升高，经高压储热装置顶部的传热介质管口11排出。当传热介质的排出温度降至某一设定温度时，认为热能已经释放完毕，结束释热。
作为高压储冷装置储冷时，低温高压传热介质由高压储冷装置底部的传热介质管口2进入。经过底部多孔挡流板3后，传热介质均匀向上流动，将低温冷能传给固体储热介质9；传热流体温度升高，由高压储冷装置顶部的传热介质管口11排出。当传热流体的排出温度降至某一设定温度时，认为冷能已经储存完毕，结束储冷。
释冷时，高压传热介质由高压储冷装置顶部的传热介质管口11进入。经过顶部管口的扰流板9后，传热介质均匀向下流动，吸收固体储冷介质9的低温冷能；传热流体温度降低，由高压储冷装置底部的传热介质管口2排出。当传热介质的排出温度升至某一设定温度时，认为高压储冷装置已经释放完毕，结束释冷。
实施例2
如图2所示，为本发明的高压储热或储冷装置实施例2，此实施例中顶部进料口和顶部传热介质管口为不同开口，底部排料口和底部传热介质管口为不同开口。其中，包括底座1，底部传热介质管口2，底部多孔挡流板3，内壳支撑装置4，厚壁外壳5，冷却或加热液层6，保温层7，薄壁内壳8，固体储热/冷介质9，顶部多孔挡流板10，顶部传热介质管口11，通压管道12，顶部进料口15，顶部冷却或加热液管口13，底部冷却或加热液管口14，底部排料口16。通压管道12一端与顶部传热介质管口11连通、另一端穿过厚壁外壳5和冷却或加热液层6后与保温层7连通。
预先，关闭底部的排料口2，将固体储热/冷介质9通过顶部的进料口11填充进高压储热或储冷装置中，至预定高度。开动冷却液的液泵，使冷却液经过底部冷却或加热液管口14进入冷却或加热液层6，传热完毕后由顶部冷却或加热液管口13流出。
作为高压储热装置储热时，高温高压传热介质由顶部传热介质管口11进入。经过顶部多孔挡流板10后，传热介质均匀向下，将高温热能传给固体储热介质9；同时传热流体被冷却，由高压储热装置底部的传热介质管口3排出。当传热介质的排出温度达到某一设定温度时，认为热能已经储满，关闭传热介质的进入，结束储热。
释热时，高压传热介质由高压储热装置底部的传热介质管口2进入。经过底部多孔挡流板3后，传热介质均匀向上，吸收固体储热介质9的热量；传热流体温度升高，由高压储热装置顶部的传热介质管口11排出。当传热介质的排出温度降至某一设定温度时，认为热能已经释放完毕，结束释热。
作为高压储冷装置储冷时，低温高压传热介质由高压储冷装置底部的传热介质管口2进入。经过底部多孔挡流板3后，传热介质均匀向上流动，将低温冷能传给固体储冷介质9；传热流体温度升高，由高压储冷装置顶部的传热介质管口11排出。当传热流体的排出温度降至某一设定温度时，认为冷能已经储存完毕，结束储冷。
释冷时，高压传热介质由高压储冷装置顶部的传热介质管口11进入。经过顶部管口的扰流板10后，传热介质均匀向下流动，吸收固体储冷介质9的低温冷能；传热流体温度降低，由高压储冷装置底部的传热介质管口2排出。当传热介质的排出温度升至某一设定温度时，认为冷能已经释放完毕，结束释冷。
实施例3
如图3所示，为本发明的高压储热或储冷装置实施例3，为实例1的改进，此实施例中，高压储热或储冷装置内部在竖直方向上布置换热管/管束。在存储、释放和保温等环节，不同压力的高/低温传热流体可以通过换热管/管束，为内部储热/冷介质补充热/冷量。
其中，包括底座1，底部排料口兼底部传热介质管口2，底部冷却或加热液管口14，底部多孔挡流板3，内壳支撑装置4，厚壁外壳5，冷却或加热液层6，保温层7，薄壁内壳8，固体储热/冷介质9，顶部多孔挡流板10，顶部进料口兼顶部传热介质管口11，通压管道12，换热管/管束顶部管口19，顶部冷却或加热液管口13，换热管/管束18，换热管/管束底部管口17。通压管道12一端与顶部传热介质管口11连通、另一端穿过厚壁外壳5和冷却或加热液层6后与保温层7连通。
高压储热或储冷装置的储热/冷过程与实例1相同。
当需要为高压储热装置内部储热介质补充热量时，额外的传热流体经换热管/管束顶部管口19进入换热管/管束18内部，通过换热管/管束壁面将热能传递给内部固体储热介质9，温度降低后经过换热管/管束底部管口17流出。
当需要为高压储冷装置内部储冷介质补充冷量时，额外的传热流体经换热管/管束底部管口17进入换热管/管束18内部，通过换热管/管束壁面将冷能传递给内部固体储热介质9，温度升高后经过换热管/管束顶部管口19流出。
以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。
Claims (9)
1.一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述高压储热或储冷装置由外到内依次包括厚壁外壳、冷却或加热液层、保温层、薄壁内壳和内壳内部填充的固体储热或储冷介质，内、外壳之间设内壳支撑装置；保温层与内壳之间设有压力连通装置；所述冷却或加热液层为内部含有多个通道的夹层结构，各通道中通入循环流动的冷却或加热液，所述冷却或加热液的液体压力与内壳内部压力保持一致。
2.根据权利要求1所述的一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述高压储热或储冷装置包括至少一个顶部进料口、至少一个底部排料口、至少一个顶部传热介质管口、至少一个底部传热介质管口、至少一个冷却或加热液顶部管口和一个冷却或加热液底部管口。
3.根据权利要求2所述的一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述顶部进料口和顶部传热介质管口为同一开口，所述底部排料口和底部传热介质管口为同一开口。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述冷却或加热液的循环流动由液泵驱动，其压力与内壳内部压力保持一致。
5.根据权利要求1所述的一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述压力连通装置为设置在内壳壁面上的开孔或一端与顶部传热介质管口连通、另一端穿过厚壁外壳和冷却或加热液层后与保温层连通的通压管道，使得所述保温层与内壳内部压力相通。
6.根据权利要求1所述的一种高压储热或储冷装置，其特征在于，所述内壳支撑装置的支撑方式为圆环形支撑和/或多点支撑。
7.根据权利要求1所述的一种高压储热或储冷装置，其特征在于，在传热介质进口和/或出口设置一个或多个扰流板以使传热流体均匀流入，所述扰流板为多孔板或挡流板。
8.根据权利要求1所述的高压储热或储冷装置，其特征在于，所述高压储热或储冷装置由上至下设置多个隔热层，所述隔热层允许传热介质自由通过。
9.根据权利要求1所述的高压储热或储冷装置，其特征在于，所述高压储热或储冷装置内部设置一个或多个换热器以补充热或冷量，换热器为螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盘管管束。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN2013200618217U CN203274567U (zh) | 2013-02-02 | 2013-02-02 | 一种高压储热或储冷装置 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203274567U true CN203274567U (zh) | 2013-11-06 |
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ID=49504955
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107560476A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-01-09 | 司逸诚 | 一种蓄热装置 |
| CN118936180A (zh) * | 2024-07-26 | 2024-11-12 | 哈尔滨工业大学 | 双层异介质模块化高性能储热装置及其控制方法 |
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2013
- 2013-02-02 CN CN2013200618217U patent/CN203274567U/zh not_active Expired - Lifetime
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| COR | Change of bibliographic data |
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Effective date of registration: 20150506 Address after: 100044 Beijing city Haidian District Road 9 No. 7 building 15 layer 1701 Patentee after: The division Shuangliang energy storage technology (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 100190 Beijing Haidian District North Fourth Ring Road West, No. 11 A202 Patentee before: Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences |
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Denomination of utility model: High-pressure heat or cold storage device Effective date of registration: 20181220 Granted publication date: 20131106 Pledgee: CGGC EQUIPMENT INDUSTRY Co.,Ltd. Pledgor: GEZHOUBA ZHONGKE ENERGY STORAGE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: 2018990001237 |
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