[發明專利]一種填充床式高壓儲熱/儲冷器

有效

• 申請號: 201310042635.3
• 申請日: 2013-02-02
• 公開（公告）號: CN103075907A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王亮;陳海生;柴磊;謝寧寧;盛勇;譚春青
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高/低溫熱能儲存領域，是一種利用填充床式固體儲熱/冷介質儲存高/低溫熱能并在需要時釋放的裝置。

背景技術

本發明公開的填充床式高壓儲熱/儲冷器可應用于工業過程的余熱利用，太陽能/風能熱儲存，電力調峰熱儲存，先進壓縮空氣儲能系統等。

儲熱/冷技術是有效解決熱/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/冷技術主要應用于高壓條件下的儲熱和/或儲冷，是工業余熱利用、太陽能/風能熱利用、電力調峰熱儲存，先進空氣儲能系統等的關鍵技術。

目前，常用的高/低溫絕熱結構有堆積絕熱、真空粉末絕熱、真空多層堆積絕熱和正壓堆積絕熱等，采用這些絕熱結構的絕熱儲罐和儲槽均采用保溫層設置在承壓罐壁外面的方案，并且通常抗壓較低（目前，常用的此類容器壓力最高為1.8Mpa）。若采用此類絕熱結構制造高壓儲熱/儲冷器，則需要厚壁的壓力容器作為與介質接觸的罐殼或者內殼，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/冷能來冷卻罐殼或者內殼，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/低溫流體介質儲存使用，沒有填充固體介質用于儲熱/冷。

經過對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號為：201110156413.5，名稱為：一種固體儲熱裝置。該專利的特征在于：儲熱單元包括外殼、外殼內部布置的固體儲熱介質及外部的保溫層，以固體儲熱介質的外表面為換熱界面，儲熱單元內部規律布置隔熱層，沿軸向上具有斜溫層，具有分層控制系統。該專利采用了保溫層在罐壁外部的保溫方式，若應用于高壓低溫條件則需要很厚的罐壁承壓，因而高壓儲熱/冷效率較低。

發明內容

本發明提供了一種內殼承裝儲熱/冷介質，外殼承受高壓，內外殼間保溫夾層的儲熱/冷器結構，利用固體材料作為儲熱/冷介質，高壓傳熱介質流過儲熱/冷介質表面并發生換熱的填充床式高壓儲熱/儲冷器。與現有的內承壓，外保溫的高壓儲罐相比，具有充放儲熱/儲冷效率高的特點。

本發明的技術解決方案是：

一種填充床式高壓儲熱/儲冷器，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管口和至少一個底部傳熱介質管口，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷器包括厚壁外殼，薄壁內殼，內外殼之間的保溫層，內殼內部填充的固體儲熱介質，內殼支撐裝置；所述高壓為1MPa~40Mpa；所述內殼的壁厚小于外殼的1/2；所述保溫層為孔隙率高、導熱系數低的保溫材料，所述保溫層與內殼之間設有壓力連通裝置，使得所述保溫層與內殼內部壓力相通，厚壁外殼為承受高內壓的壓力容器；流體傳熱介質與固體儲熱介質相接觸，并在固體儲熱介質表面發生換熱。

優選地，填充床式高壓儲熱/儲冷器頂部進料口和頂部傳熱介質管口可以為同一開口，所述高壓儲熱/儲冷器底部排料口和底部傳熱介質管口可以為同一開口。

所述填充床式高壓儲熱和/或儲冷裝置的薄壁內殼材料為如鋼、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、預應力混凝土等的非金屬材料。

所述填充床式高壓儲熱/儲冷器采用管道等方式連接內殼內部與保溫夾層，使之壓力平衡。

所述傳熱介質為液態、氣態或超臨界態的空氣、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。

所述內殼支撐裝置的支撐方式為圓環形支撐、多點支撐等其中一種或多種，支撐材料可以為性能穩定、導熱系數低、抗壓強度較高的如鋼、鈦等金屬材料或如玻璃鋼、樹脂等非金屬材料等。

優選地，所述固體儲熱/冷介質為體積熱容高、成本低廉、熱機械性能穩定、對傳熱介質吸收滲透率低、孔隙率低、比表面積高的材料。

優選地，所述高壓儲熱/儲冷器由上至下設置多個隔熱層，該隔熱層允許傳熱介質自由通過，所述隔熱層可以減小內部固體儲熱/冷介質和傳熱流體的軸向導熱。

所述壓力連通裝置為設置在內殼壁面上的開孔或一端與保溫層連通、另一端與內殼連通的連接管道，使得所述保溫層與內殼內部壓力相通，使之壓力平衡；優選地，所述通壓管道一端與頂部傳熱介質管口連通、另一端穿過厚壁外殼與保溫層連通。