[發(fā)明專利]壓力容器型氣液相變儲能元件及制備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111066442.2
• 申請日: 2021-09-13
• 公開（公告）號: CN114353570A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 屈曉航;姜珊;齊曉霓;苗春虎;郭前建
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

壓力容器型氣液相變儲能元件及制備，屬于儲能儲運(yùn)領(lǐng)域。其特征在于：儲能元件為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)密封一定量的氣液混合工質(zhì)，在儲能元件吸收和放出熱量的過程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)氣液工質(zhì)發(fā)生氣化或液化，結(jié)構(gòu)內(nèi)壓力在吸熱過程中增大，放熱過程中減小。利用氣液相變過程中的巨大潛熱，可以顯著提高儲能元件的單位體積儲能量。儲能元件的外殼具有一定強(qiáng)度，允許內(nèi)部工質(zhì)壓力在大范圍內(nèi)變化，而不引起外部體積變化。為保證該儲能元件的儲熱速率和耐久性，儲能空心元件的制作采用分段密封和切斷儲有蒸氣的管道的方式。本壓力容器型氣液相變儲能元件，具有工質(zhì)來源廣、單位體積內(nèi)儲熱量大、儲能元件外部無體積變化、吸熱放熱速率快、儲能溫度適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

壓力容器型氣液相變儲能元件及制備，屬于儲能儲運(yùn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源的產(chǎn)生和使用很多時候存在不匹配的問題，例如在白天的用電量顯著大于夜晚的用電量，于是設(shè)計的電廠容量在夜晚就有了冗余，單純的降低電廠的負(fù)荷會使發(fā)電效率降低，也不利于其安全運(yùn)行，于是就有了儲能的技術(shù)需求。儲能儲運(yùn)技術(shù)還廣泛應(yīng)用在建筑節(jié)能、太陽能利用和余熱收回等場合。目前廣泛使用的儲能材料為基于液固相變的多種有機(jī)或無機(jī)物，他們具有體積變化小的優(yōu)點(diǎn)。但同時也存在單位質(zhì)量材料儲能量低，固相導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，從而降低了儲熱放熱的速率，此外液固相變材料多存在過冷的問題，使材料放熱過程中需要更低的外界流體溫度，從而進(jìn)一步降低了系統(tǒng)效率。然而氣液相變儲熱材料，又存在體積變化率太大的問題，導(dǎo)致容納該材料的換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓力容器型氣液相變儲能元件，利用氣液相變過程的巨大潛熱實(shí)現(xiàn)較大的單位質(zhì)量內(nèi)儲能量，同時利用外殼限制氣液相變過程中的體積變化；同時提供一種連續(xù)快速的制作壓力容器型氣液相變儲能元件的制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在外殼內(nèi)根據(jù)儲能溫度封存一定數(shù)量的氣液混合工質(zhì)，從而形成壓力容器型儲能元件，儲能元件的制備過程采用將充有蒸氣的連續(xù)管道分段擠壓和切割的方式，可以防止元件內(nèi)殘存雜質(zhì)氣體影響內(nèi)部工質(zhì)與外殼傳熱速率，也避免雜質(zhì)氣體對元件外殼的腐蝕，從而保證壓力容器型儲能元件的儲能速率和耐久性。蒸氣的壓力和溫度參數(shù)需由預(yù)先設(shè)計的外殼內(nèi)氣液工質(zhì)含量決定，而外殼內(nèi)氣液工質(zhì)的含量由最終儲能元件工作的溫度決定，高的儲能溫度對應(yīng)高的蒸氣壓力和大的殼內(nèi)工質(zhì)含量，低的儲能溫度對應(yīng)低的蒸氣壓力和低的殼內(nèi)工質(zhì)含量，因而制作空心外殼所需的飽和壓力等于或大于設(shè)計最高儲能溫度對應(yīng)的飽和蒸氣壓，蒸氣的溫度為飽和溫度或微過熱，于是在儲能元件工作過程中，內(nèi)部工質(zhì)的溫度低于最高儲能溫度，內(nèi)部總壓力也始終小于制作完成時的總壓力，元件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到保證。據(jù)此獲得的儲能元件可以充分利用氣液相變過程的巨大潛熱實(shí)現(xiàn)較大的單位質(zhì)量內(nèi)儲能量，同時利用外殼限制氣液相變過程中的體積變化。

優(yōu)選的，所述儲能元件的制備過程中，所充入蒸氣的飽和壓力等于或大于設(shè)計最高儲能溫度對應(yīng)的飽和蒸氣壓，蒸氣溫度為飽和溫度或微過熱，于是在儲能元件工作過程中，內(nèi)部工質(zhì)的溫度總是低于最高儲能溫度，內(nèi)部總壓力也始終小于制作完成時的總壓力，元件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到保證。具體制作流程包括：根據(jù)儲能元件的最高工作溫度（步驟9），相應(yīng)選擇水或者其他具有氣化特性的相變材料（步驟10），根據(jù)儲能元件的最高工作溫度（步驟9）確定內(nèi)部工質(zhì)的飽和蒸氣壓力作為元件設(shè)計工作壓力（步驟11），將符合參數(shù)的蒸氣封存在儲能元件內(nèi)（步驟12），蒸氣的飽和壓力等于或大于設(shè)計最高儲能溫度對應(yīng)的飽和蒸氣壓，蒸氣溫度為飽和溫度或微過熱（步驟13），最終形成具有核殼結(jié)構(gòu)的壓力容器氣液相變儲能元件（步驟14），并校核此時形成的儲能元件外殼是否滿足強(qiáng)度需求（步驟15），若不滿足需重新返回選擇相變材料的步驟（步驟10），若滿足，則元件制作完成。