[發明專利]一種出口溫度連續穩定的填充床儲能裝置

有效

• 申請號: 202010324730.2
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111504109B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 林曦鵬;陳海生;王亮;凌浩恕;李國躍;王藝斐
• 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: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 原春香

本發明公開了一種出口溫度連續穩定的填充床儲能裝置，適用于高溫儲熱、深冷儲冷、太陽能熱發電、工業預熱發電、高溫化學儲能等領域，特別是高效、低成本、溫度變化范圍大的高溫儲熱領域和深冷儲冷領域。填充床內管內安裝有滑塊、導氣管、伸縮管和致動元件，以此實現填充床換熱工質進口和出口的連續移動，實現儲能和釋能過程中填充床出口溫度連續穩定，解決了傳統填充床儲能裝置儲能末期出口溫度存在大幅非穩態變化的問題，提高系統的效率和運行穩定性。本發明的連續穩定填充床儲能裝置具有成本低、效率高、儲能釋能出口溫度連續穩定和自適應調節靈活等特點，可以促進填充床儲熱儲冷技術在大規模儲能領域的應用。

技術領域

本發明屬于高溫儲熱、深冷儲冷、太陽能熱發電、工業預熱發電、高溫化學儲能等領域，特別是高效、低成本、溫度變化范圍大的高溫儲熱領域和深冷儲冷領域，涉及一種填充床儲能裝置，尤其是一種出口溫度連續穩定填充床儲能裝置，通過填充床換熱工質進口和出口的連續移動，實現儲能和釋能過程中填充床出口溫度連續穩定，解決了傳統填充床儲能裝置儲能末期出口溫度存在大幅非穩態變化的問題，提高系統的效率和運行穩定性。

背景技術

填充床儲熱/儲冷技術是比較常見的一種儲能方式，冷熱流體通過充滿填充材料的填充床完成儲熱/冷和釋熱/冷。填充床具有單位體積傳熱面積大、傳熱性能好、成本較低、技術成熟和安全可靠等優點，傳熱流體與蓄熱顆粒在填充床內直接接觸換熱，換熱溫差小，系統效率高。填充床的特點在于內部存在一斜溫層，在循環儲熱釋熱過程中，斜溫層來回推移擴散。在儲熱釋熱過程中，前期斜溫層在填充床內部推移，出口溫度穩定，然而隨著儲釋熱過程的進行，斜溫層被推移出填充床，填充床進入非穩態階段，出口溫度迅速變化，且速度越來越快，將對后續的用能設備產生很大的影響，造成溫度應力、熱負荷不足、設備運行嚴重偏離設計工況等問題，造成系統效率降低和系統穩定性變差，甚至系統無法維持正常運行。

填充床儲能和釋能過程中的非穩態階段持續時間較長，為抑制斜溫層推移擴大對出口溫度非穩定性的影響，可以通過減小蓄熱顆粒直徑和提高長徑比等方式來減小溫度變化幅度，但是提高作用有限，同時還大幅增加了系統流動阻力和系統耗功。如何更加有效抑制填充床非穩態過程甚至消除非穩態過程非常重要，是將填充床蓄能技術應用范圍進一步擴大和應用水平推上新高度的重要前提。

填充床存在非穩態運行階段的主要原因在于固定式填充床內蓄能顆粒固定不動，無法與傳熱工質形成逆流換熱。雖然流化床能夠流態化蓄能顆粒，但蓄能顆粒與傳熱工質混合均勻無法形成溫度梯度，儲熱換熱效率低，且流化顆粒大大增大氣動耗功。移動床顆粒在重力作用下滑落，可以有傳熱工質形成逆流換熱，但是增大系統復雜度，顆粒也容易因為團聚等問題無法穩定滑落，此外顆粒與顆粒之間和顆粒與壁面之間磨損問題非常嚴重，對設備壽命造成影響，磨損產生的粉末隨傳熱工質輸出將對后續設備造成堵塞和沖擊，造成嚴重后果。

因此亟須通過新思維新方法來實現蓄能顆粒與傳熱工質的逆流換熱，穩定出口溫度，提高效率。

發明內容

為克服現有技術的上述缺點和不足，本發明旨在提供一種出口溫度連續穩定填充床儲能裝置，通過填充床換熱工質進口和出口的連續移動，實現儲能和釋能過程中填充床出口溫度連續穩定，解決了傳統填充床儲能裝置儲能末期出口溫度存在大幅非穩態變化的問題，提高系統的效率和運行穩定性。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種出口溫度連續穩定的填充床儲能裝置，包括筒體，所述筒體包括第一筒體端部、第二筒體端部以及位于所述第一筒體端部與第二筒體端部之間的筒體直管段，其中，所述第一筒體端部、第二筒體端部上分別開設有用于傳熱工質輸入或輸出所述筒體內部空間的第一端口、第二端口；所述筒體直管段的兩端分別固定設置一第一管板和一第二管板，所述第一管板與第一筒體端部之間形成第一空間，所述第二管板與第二筒體端部之間形成第二空間；所述筒體直管段與其兩端的第一管板和第二管板之間圍成的空間內形成為填充有儲能顆粒的填充床；其特征在于，