[發(fā)明專利]一種高壓儲(chǔ)熱和/或儲(chǔ)冷裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310042467.8
• 申請(qǐng)日: 2013-02-02
• 公開（公告）號(hào): CN103075906A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亮;陳海生;柴磊;謝寧寧;盛勇;譚春青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F28D20/00
• 分類號(hào): F28D20/00;F25D3/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高/低溫?zé)崮軆?chǔ)存領(lǐng)域，是一種利用固體儲(chǔ)熱/冷介質(zhì)儲(chǔ)存高/低溫?zé)崮懿⒃谛枰獣r(shí)釋放的裝置。

背景技術(shù)

本發(fā)明公開的一種高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置可應(yīng)用于工業(yè)過程的余熱利用，太陽(yáng)能/風(fēng)能熱儲(chǔ)存，電力調(diào)峰熱儲(chǔ)存，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

儲(chǔ)熱/冷技術(shù)是有效解決熱/冷能供求之間在時(shí)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(chǔ)熱/冷技術(shù)主要應(yīng)用于高壓條件下的儲(chǔ)熱和/或儲(chǔ)冷，是工業(yè)余熱利用、太陽(yáng)能/風(fēng)能熱利用、電力調(diào)峰熱儲(chǔ)存，先進(jìn)空氣儲(chǔ)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(chǔ)罐和儲(chǔ)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(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置，則需要厚壁的壓力容器作為罐殼，同時(shí)罐壁熱容也將大幅增加，使得在儲(chǔ)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(huì)使儲(chǔ)熱/冷效率大幅降低。另外，這些儲(chǔ)罐通常只作為高/低溫流體介質(zhì)儲(chǔ)存使用，沒有填充固體介質(zhì)用于儲(chǔ)熱/冷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明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(chǔ)熱/冷介質(zhì)，利用固體材料作為儲(chǔ)熱/冷介質(zhì)，高壓傳熱介質(zhì)流過儲(chǔ)熱/冷介質(zhì)表面并發(fā)生換熱的高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置。與現(xiàn)有的內(nèi)承壓，外保溫的高壓儲(chǔ)罐相比，具有儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷效率高的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置，其特征在于，所述高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)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(chǔ)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(dǎo)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(gè)通道的夾層結(jié)構(gòu)，各通道中通入循環(huán)流動(dòng)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(chǔ)熱介質(zhì)相接觸，并在固體儲(chǔ)熱介質(zhì)表面發(fā)生換熱。

所述的高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置，其特征在于，所述高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置包括至少一個(gè)頂部進(jìn)料口、至少一個(gè)底部排料口、至少一個(gè)頂部傳熱介質(zhì)管口、至少一個(gè)底部傳熱介質(zhì)管口，至少一個(gè)冷卻/加熱液頂部管口和一個(gè)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(dòng)，使外殼溫度恒定，以保證壓力容器的強(qiáng)度。所述冷卻/加熱液層為含有多個(gè)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(dòng)由液泵驅(qū)動(dòng)，其壓力與儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置內(nèi)部壓力保持一致。

所述高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷裝置頂部進(jìn)料口和頂部傳熱介質(zhì)管口可以為同一開口，所述高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)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(chǔ)熱/儲(chǔ)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(yù)應(yīng)力混凝土等的非金屬材料。

所述高壓儲(chǔ)熱/儲(chǔ)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?dú)狻⒀鯕狻⒑狻錃狻⒓淄椤⑺羝绕渲幸环N或至少兩種的混合物。

所述固體儲(chǔ)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(dǎo)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(diǎn)支撐等其中一種或多種，支撐材料可以為性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗壓強(qiáng)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(chǔ)熱/冷介質(zhì)為體積熱容高、成本低廉、熱機(jī)械性能穩(wěn)定、對(duì)傳熱介質(zhì)吸收滲透率低、孔隙率低、比表面積高的材料。