專利名稱：一種填充床式高壓儲熱/儲冷器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高/低溫熱能儲存領域，是一種利用填充床式固體儲熱/冷介質(zhì)儲存高/低溫熱能并在需要時釋放的裝置。
背景技術：
本實用新型公開的填充床式高壓儲熱/儲冷器可應用于工業(yè)過程的余熱利用，太陽能/風能熱儲存，電力調(diào)峰熱儲存，先進壓縮空氣儲能系統(tǒng)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(yè)余熱利用、太陽能/風能熱利用、電力調(diào)峰熱儲存，先進空氣儲能系統(tǒng)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?？箟狠^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(zhì)接觸的罐殼或者內(nèi)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(nèi)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(zhì)儲存使用，沒有填充固體介質(zhì)用于儲熱/冷。經(jīng)過對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?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(nèi)部布置的固體儲熱介質(zhì)及外部的保溫層，以固體儲熱介質(zhì)的外表面為換熱界面，儲熱單元內(nèi)部規(guī)律布置隔熱層，沿軸向上具有斜溫層，具有分層控制系統(tǒng)。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(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種內(nèi)殼承裝儲熱/冷介質(zhì)，外殼承受高壓，內(nèi)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(zhì)，高壓傳熱介質(zhì)流過儲熱/冷介質(zhì)表面并發(fā)生換熱的填充床式高壓儲熱/儲冷器。與現(xiàn)有的內(nèi)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。本實用新型的技術解決方案是:一種填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷器包括厚壁外殼，薄壁內(nèi)殼，內(nèi)外殼之間的保溫層，內(nèi)殼內(nèi)部填充的固體儲熱介質(zhì)，內(nèi)殼支撐裝置；所述保溫層與內(nèi)殼之間設有壓力連通裝置，厚壁外殼為承受高內(nèi)壓的壓力容器。優(yōu)選的，所述高壓儲熱/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(zhì)管口和至少一個底部傳熱介質(zhì)管口。優(yōu)選的，所述頂部進料口和頂部傳熱介質(zhì)管口為同一開口，所述底部排料口和底部傳熱介質(zhì)管口為同一開口。所述保溫層為孔隙率高、導熱系數(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。優(yōu)選的，內(nèi)殼支撐裝置的支撐方式為圓環(huán)形支撐或多點支撐。支撐材料可以為性能穩(wěn)定、導熱系數(shù)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
坐寸ο優(yōu)選的，所述壓力連通裝置為設置在內(nèi)殼壁面上的開孔或一端與保溫層連通、另一端與內(nèi)殼連通的通壓管道。優(yōu)選的，在傳熱介質(zhì)進口和/或出口設置一個或多個擾流板以使傳熱流體均勻流入，所述擾流板為多孔板或擋流板。優(yōu)選的，所述高壓儲熱/儲冷器由上至下設置多個隔熱層，所述隔熱層允許傳熱介質(zhì)自由通過，以減小內(nèi)部固體儲熱/冷介質(zhì)和傳熱流體的軸向導熱。優(yōu)選的，所述高壓儲熱/儲冷器的內(nèi)、外殼與保溫層之間設置一定寬度的空隙，以提高保溫層內(nèi)部的壓力傳遞速度。優(yōu)選的，高壓儲熱/儲冷器內(nèi)部設置一個或多個換熱器以補充熱/冷量，換熱器為
螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盤管管束。所述填充床式高壓儲熱和/或儲冷裝置的薄壁內(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、預應力混凝土等的非金屬材料。所述傳熱介質(zhì)為液態(tài)、氣態(tài)或超臨界態(tài)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(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。優(yōu)選地，固體儲熱/冷介質(zhì)為體積熱容高、成本低廉、熱機械性能穩(wěn)定、對傳熱介質(zhì)吸收滲透率低、孔隙率低、比表面積高的材料。優(yōu)選地，所述高壓儲熱/儲冷器，內(nèi)部可以設置一個或多個換熱器以補充熱/冷量，換熱器可以為螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盤管管束的一種或多種混合。優(yōu)選地，所述高壓儲熱/儲冷器，傳熱介質(zhì)進口和/或出口可以設置一個或多個擾流板以使傳熱流體均勻流入，擾流板可以為多孔板、擋流板等一種或多種混合。作為高壓儲熱器的使用流程為:預先，關閉底部的儲熱介質(zhì)排出口，將固體儲熱介質(zhì)通過頂部的進料口填充進高壓儲熱器內(nèi)殼中，至預定高度。儲熱時，高溫高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲熱器頂部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過頂部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向下，通過固體儲熱介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲熱介質(zhì)表面并與之換熱，將高溫熱能傳給固體介質(zhì)；同時傳熱流體被冷卻，由高壓儲熱器底部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度達到某一設定溫度時，認為熱能已經(jīng)儲滿，關閉傳熱介質(zhì)的進入，結束儲熱。儲熱過程中，填充床內(nèi)部溫度場形成自上而下的均勻分層。[0028]高壓儲熱器若已經(jīng)儲存一定熱量，開始保溫階段時，關閉高壓儲熱器頂部和底部的傳熱介質(zhì)管口。釋熱時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲熱器底部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過底部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向上，通過固體儲熱介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲熱介質(zhì)表面并與之換熱，吸收固體儲熱介質(zhì)中的熱能；傳熱流體溫度升高，由高壓儲熱器頂部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度降至某一設定溫度時，認為熱能釋放完畢，結束釋熱。釋熱過程中，填充床內(nèi)部溫度場的軸向分層不斷向上推移。作為高壓儲冷器的使用流程為:預先，關閉底部的儲冷介質(zhì)排出口，將固體儲冷介質(zhì)通過頂部的進料口填充進高壓儲冷器內(nèi)殼中，至預定高度。儲冷時，低溫高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷器底部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過底部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向上流動，通過固體儲冷介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲冷介質(zhì)表面并與之換熱，將低溫冷能傳給固體介質(zhì)；傳熱流體溫度升高，由高壓儲冷器頂部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱流體的排出溫度降至某一設定溫度時，認為冷能已經(jīng)儲存完畢，結束儲冷。儲冷過程中，儲冷過程中，填充床內(nèi)部溫度場形成自上而下的均勻分層。高壓儲冷器若已經(jīng)儲存一定冷量，開始保溫階段時，關閉高壓儲冷器頂部和底部的傳熱介質(zhì)管口。釋冷時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷器頂部的傳熱介質(zhì)管口進入。經(jīng)過頂部管口的擾流板后，傳熱介質(zhì)均勻向下流動，通過固體儲冷介質(zhì)之間的空隙，經(jīng)過固體儲冷介質(zhì)表面并與之換熱，吸收固體儲冷介質(zhì)的低溫冷能；傳熱流體溫度降低，由高壓儲冷器底部的傳熱介質(zhì)管口排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度升至某一設定溫度時，認為冷能已經(jīng)釋放完畢，結束釋冷。釋冷過程中，填充床內(nèi)部溫度場的軸向分層不斷向下推移。本實用新型的高壓儲熱/儲冷器簡單，性能穩(wěn)定，可靠性高，具有儲能密度大，效率高，熱能品位高等優(yōu)點，特別適用于壓力高、容量大、儲釋熱/冷溫差大、儲存/釋放較頻繁的高壓儲熱和/或儲冷的場合。

圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例2的結構示意圖；圖3為本實用新型實施例3的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。實施例1 如圖1所示，為本發(fā)明的高壓儲熱/儲冷器實施例1，此實施例中，頂部進料口和頂部傳熱介質(zhì)管口為同一開口，底部排料口和底部傳熱介質(zhì)管口為同一開口。其中，包括底座1，底部排料口兼底部傳熱介質(zhì)管口 2，底部多孔擋流板3，內(nèi)殼支撐裝置4，厚壁外殼5，保溫層6，薄壁內(nèi)殼7，固體儲熱/冷介質(zhì)8，頂部多孔擋流板9，通壓管道10，頂部進料口兼頂部傳熱介質(zhì)管口 11。通壓管道10—端與頂部傳熱介質(zhì)管口 11連通、另一端穿過厚壁外殼5與保溫層6連通。內(nèi)殼7的壁厚小于外殼5的1/2，保溫層6為孔隙率高、導熱系數(shù)低的保溫材料，保溫層6與內(nèi)殼7之間的通壓管道10，使得保溫層6與內(nèi)殼7內(nèi)部壓力相通，厚壁外殼5為承受高內(nèi)壓的壓力容器。本發(fā)明的高壓儲熱/儲冷器可承受IMPalOMpa的高壓。預先，關閉底部的排料口 2，將固體儲熱/冷介質(zhì)8通過頂部的進料口 11填充進高壓儲熱/儲冷器中，至預定高度。儲熱時，高溫高壓傳熱介質(zhì)由頂部傳熱介質(zhì)管口 11進入。經(jīng)過頂部多孔擋流板9后，傳熱介質(zhì)均勻向下，將高溫熱能傳給固體儲熱介質(zhì)8 ;同時傳熱流體被冷卻，經(jīng)高壓儲熱器底部的傳熱介質(zhì)管口 2排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度達到某一設定溫度時，認為熱能已經(jīng)儲滿，關閉傳熱介質(zhì)的進入，結束儲熱。釋熱時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲熱器底部的傳熱介質(zhì)管口 2進入。經(jīng)過底部多孔擋流板3后，傳熱介質(zhì)均勻向上，吸收固體儲熱介質(zhì)8的熱量；傳熱流體溫度升高，經(jīng)高壓儲熱器頂部的傳熱介質(zhì)管口 11排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度降至某一設定溫度時，認為熱能已經(jīng)釋放完畢，結束釋熱。作為高壓儲冷器儲冷時，低溫高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷器底部的傳熱介質(zhì)管口 2進入。經(jīng)過底部多孔擋流板3后，傳熱介質(zhì)均勻向上流動，將低溫冷能傳給固體儲熱介質(zhì)8 ;傳熱流體溫度升高，由高壓儲冷器頂部的傳熱介質(zhì)管口 11排出。當傳熱流體的排出溫度降至某一設定溫度時，認為冷能已經(jīng)儲存完畢，結束儲冷。釋冷時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷器頂部的傳熱介質(zhì)管口 11進入。經(jīng)過頂部管口的擾流板9后，傳熱介質(zhì)均勻向下流動，吸收固體儲冷介質(zhì)8的低溫冷能；傳熱流體溫度降低，由高壓儲冷器底部的傳熱介質(zhì)管口 2排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度升至某一設定溫度時，認為高壓儲冷器已經(jīng)釋放完畢，結束釋冷。實施例2如圖2所示，為本發(fā)明的高壓儲熱/儲冷器實施例2，此實施例中頂部進料口和頂部傳熱介質(zhì)管口為不同開口，底部排料口和底部傳熱介質(zhì)管口為不同開口。其中，包括底座1，底部排料口 12，底部傳熱介質(zhì)管口 2，底部多孔擋流板3，內(nèi)殼支撐裝置4，厚壁外殼5，保溫層6，薄壁內(nèi)殼7，固體儲熱/冷介質(zhì)8，頂部進料口 13，頂部多孔擋流板9，通壓管道10，頂部傳熱介質(zhì)管口 11。通壓管道10—端與頂部傳熱介質(zhì)管口 11連通、另一端穿過厚壁外殼5與保溫層6連通。預先，關閉底部的排料口 12，將固體儲熱/冷介質(zhì)8通過頂部的進料口 13填充進
高壓儲熱/儲冷器中，至預定高度。作為高壓儲熱器儲熱時，高溫高壓傳熱介質(zhì)由頂部傳熱介質(zhì)管口 11進入。經(jīng)過頂部多孔擋流板9后,傳熱介質(zhì)均勻向下,將高溫熱能傳給固體儲熱介質(zhì)8 ;同時傳熱流體被冷卻，由高壓儲熱器底部的傳熱介質(zhì)管口 2排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度達到某一設定溫度時，認為熱能已經(jīng)儲滿，關閉傳熱介質(zhì)的進入，結束儲熱。釋熱時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲熱器底部的傳熱介質(zhì)管口 2進入。經(jīng)過底部多孔擋流板3后，傳熱介質(zhì)均勻向上，吸收固體儲熱介質(zhì)8的熱量；傳熱流體溫度升高，由高壓儲熱器頂部的傳熱介質(zhì)管口 11排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度降至某一設定溫度時，認為熱能已經(jīng)釋放完畢，結束釋熱。[0052]作為高壓儲冷器儲冷時，低溫高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷器底部的傳熱介質(zhì)管口 2進入。經(jīng)過底部多孔擋流板3后，傳熱介質(zhì)均勻向上流動，將低溫冷能傳給固體儲冷介質(zhì)8 ;傳熱流體溫度升高，由高壓儲冷器頂部的傳熱介質(zhì)管口 11排出。當傳熱流體的排出溫度降至某一設定溫度時，認為冷能已經(jīng)儲存完畢，結束儲冷。釋冷時，高壓傳熱介質(zhì)由高壓儲冷器頂部的傳熱介質(zhì)管口 11進入。經(jīng)過頂部管口的擾流板9后，傳熱介質(zhì)均勻向下流動，吸收固體儲冷介質(zhì)8的低溫冷能；傳熱流體溫度降低，由高壓儲冷器底部的傳熱介質(zhì)管口 2排出。當傳熱介質(zhì)的排出溫度升至某一設定溫度時，認為冷能已經(jīng)釋放完畢，結束釋冷。實施例3如圖3所示，為本發(fā)明的高壓儲熱/儲冷器實施例3，為實例I的改進，此實施例中，高壓儲熱/儲冷器內(nèi)部在豎直方向上布置換熱管/管束。在存儲、釋放和保溫等環(huán)節(jié)，不同壓力的高/低溫傳熱流體可以通過換熱管/管束，為內(nèi)部儲熱/冷介質(zhì)補充熱/冷量。其中，包括底座1，底部排料口兼底部傳熱介質(zhì)管口 2，底部多孔擋流板3，內(nèi)殼支撐裝置4，厚壁外殼5，保溫層6，薄壁內(nèi)殼7，固體儲熱/冷介質(zhì)8，頂部多孔擋流板9，通壓管道10，頂部進料口兼頂部傳熱介質(zhì)管口 11，換熱管/管束頂部管口 16,換熱管/管束15,換熱管/管束底部管口 14。通壓管道10—端與頂部傳熱介質(zhì)管口 11連通、另一端穿過厚壁外殼5與保溫層6連通。高壓儲熱/儲冷器的儲熱/冷過程與實例I相同。當需要為高壓儲熱器內(nèi)部儲熱介質(zhì)補充熱量時，額外的傳熱流體經(jīng)換熱管/管束頂部管口 16進入換熱管/管束15內(nèi)部，通過換熱管/管束壁面將熱能傳遞給內(nèi)部固體儲熱介質(zhì)8，溫度降低后經(jīng)過換熱管/管束底部管口 14流出。當需要為高壓儲冷器內(nèi)部儲冷介質(zhì)補充冷量時，額外的傳熱流體經(jīng)換熱管/管束底部管口 14進入換熱管/管束15內(nèi)部，通過換熱管/管束壁面將冷能傳遞給內(nèi)部固體儲熱介質(zhì)8，溫度升高后經(jīng)過換熱管/管束頂部管口 16流出。以上對發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只作為范例，本實用新型并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對該發(fā)明進行的等同修改和替代也都在本實用新型的范疇之中。因此，在不脫離本實用新型的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本實用新型的范圍內(nèi)。
權利要求1.一種填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷器包括厚壁外殼，薄壁內(nèi)殼，內(nèi)外殼之間的保溫層，內(nèi)殼內(nèi)部填充的固體儲熱介質(zhì)，內(nèi)殼支撐裝置；所述保溫層與內(nèi)殼之間設有壓力連通裝置，厚壁外殼為承受高內(nèi)壓的壓力容器。
2.根據(jù)權利要求1所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述高壓儲熱/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(zhì)管口和至少一個底部傳熱介質(zhì)管口。
3.根據(jù)權利要求2所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述頂部進料口和頂部傳熱介質(zhì)管口為同一開口，所述底部排料口和底部傳熱介質(zhì)管口為同一開口。
4.根據(jù)權利要求1所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述保溫層為孔隙率高、導熱系數(shù)低的保溫材料。
5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，內(nèi)殼支撐裝置的支撐方式為圓環(huán)形支撐和/或多點支撐。
6.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述壓力連通裝置為設置在內(nèi)殼壁面上的開孔或一端與頂部傳熱介質(zhì)管口連通、另一端穿過厚壁外殼與保溫層連通的通壓管道。
7.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，在傳熱介質(zhì)進口和/或出口設置一個或多個擾流板以使傳熱流體均勻流入，所述擾流板為多孔板或擋流板。
8.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷器由上至下設置多個隔熱層，所述隔熱層允許傳熱介質(zhì)自由通過。
9.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷器的內(nèi)、外殼與保溫層之間設置一定寬度的空隙，以提高保溫層內(nèi)部的壓力傳遞速度。
10.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的填充床式高壓儲熱/儲冷器，其特征在于，所述高壓儲熱/儲冷器內(nèi)部設置一個或多個換熱器以補充熱/冷量，換熱器為螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盤管管束。
專利摘要本實用新型公開了一種填充床式高壓儲熱/儲冷器，用于高/低溫熱能存儲領域。是一種采用外殼承受高壓，內(nèi)外殼間為保溫層、內(nèi)殼承裝儲熱/冷介質(zhì)的儲熱/冷器結構，利用固體材料作為儲熱/冷介質(zhì)，高壓傳熱介質(zhì)流過儲熱/冷介質(zhì)表面并發(fā)生換熱的填充床式高壓儲熱/儲冷器。本實用新型的高壓儲熱/儲冷器結構簡單，具有承受壓力大、儲能密度大，效率高，熱能品位高等優(yōu)點，特別適用于儲釋熱/冷溫差大、儲釋熱/冷較頻繁的儲熱和/或儲冷的場合。
文檔編號F28D20/00GK203163568SQ201320062299
公開日2013年8月28日 申請日期2013年2月2日 優(yōu)先權日2013年2月2日
發(fā)明者王亮, 陳海生, 柴磊, 謝寧寧, 盛勇, 譚春青 申請人:中國科學院工程熱物理研究所