混合填充式蓄热/冷器制造技术

本发明专利技术提供一种混合填充式蓄热/冷器，包括壳体，所述壳体的内部填充有储能介质，其中所述储能介质包括沿所述壳体的径向由内至外依次设置的第一储能介质、第二储能介质和第三储能介质，所述第一储能介质的颗粒直径大于所述第二储能介质的颗粒直径，所述第二储能介质的颗粒直径大于所述第三储能介质的颗粒直径。本发明专利技术提供的混合填充式蓄热/冷器，不仅有效减小了填充孔隙率，强化了换热流体与储能介质之间的换热效果，而且在固定理论储能量的条件下，能够有效减小蓄热/冷器的体积，同时有效克服近壁处间隙较大的问题，抑制壁面效应对蓄热/冷器内流场的不利影响，提升了蓄热/冷器的储能特性。储能特性。储能特性。

【技术实现步骤摘要】
混合填充式蓄热/冷器


[0001]本专利技术涉及储能设备
，尤其涉及一种混合填充式蓄热/冷器。

技术介绍

[0002]蓄热/冷器作为储热储冷技术的核心部件，采用填充床结构进行储热或储冷，具有环保、安全稳定以及成本较低的优势，且易于实现大规模应用。
[0003]现有填充床结构的蓄热/冷器在储能和释能过程中，换热流体沿轴向进入填充床中，与填充床中储能介质进行换热，以实现能量的存储和释放。在大规模储能系统中，填充床所需体积较大，因此，储能介质的孔隙率对蓄热/冷器的影响随之增大。然后现有填充床结构的蓄热/冷器中，储能介质多为固体颗粒，且固体颗粒的直径约为25～75mm，因此会产生较大的孔隙率。同时，较大粒径的储能介质颗粒与换热流体接触换热不够充分，还会在近壁处产生较大的孔隙，不利于填充床内部的流场以及温度场的均匀性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种混合填充式蓄热/冷器，能够有效减小储能介质的填充孔隙率，克服近壁面处孔隙较大的问题，有效抑制壁面效应，提升储能特性。
[0005]本专利技术提供一种混合填充式蓄热/冷器，包括壳体，所述壳体的内部填充有储能介质，其中所述储能介质包括沿所述壳体的径向由内至外依次设置的第一储能介质、第二储能介质和第三储能介质，所述第一储能介质的颗粒直径大于所述第二储能介质的颗粒直径，所述第二储能介质的颗粒直径大于所述第三储能介质的颗粒直径。
[0006]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述壳体上沿轴向的两端分别设有第一换热流体进出口和第二换热流体进出口，所述第一换热流体进出口、所述第二换热流体进出口均与所述壳体的内部连通。
[0007]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，在所述壳体的内部靠近所述第一换热流体进出口的位置处设有第一均流隔板，所述第一均流隔板上设有第一通孔；在所述壳体的内部靠近所述第二换热流体进出口的位置处设有第二均流隔板，所述第二均流隔板上设有第二通孔；所述第一均流隔板、所述第二均流隔板和所述壳体内壁之间围合形成填充腔室，所述储能介质填充于所述填充腔室内。
[0008]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述壳体包括壳体内壁和壳体外壁，所述壳体内壁和所述壳体外壁之间设有绝热层。
[0009]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述壳体内壁和所述壳体外壁均采用金属材料制成。
[0010]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述绝热层为气凝胶毡层、玻璃棉层、岩棉层、膨胀珍珠岩层、发泡水泥层或真空层。
[0011]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，在所述第一储能介质之间填充有第四储能介质，所述第四储能介质的颗粒直径小于所述第一储能介质的颗粒直径；在所述
第一储能介质与所述第二储能介质之间填充有第五储能介质，所述第五储能介质的颗粒直径小于所述第二储能介质的颗粒直径。
[0012]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述储能介质为固体材料颗粒，或所述储能介质为相变材料封装胶囊颗粒，或所述储能介质为固体材料颗粒和相变材料封装胶囊颗粒的混合颗粒。
[0013]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述储能介质沿所述壳体的径向填充的方法如下：
[0014]获取所述混合填充式蓄热/冷器以及换热流体的基本参数；
[0015]基于所述混合填充式蓄热/冷器的基本参数，建立所述混合填充式蓄热/冷器径向非均匀填充的初始物理模型，颗粒直径d
p
沿径向分布方程为d
p
＝A1r3+A2r2+A3r+A4，其中A1、A2、A3和A4均为常系数，r为填充床半径；
[0016]通过计算修正雷诺数确定所述混合填充式蓄热/冷器内部的换热流体的流动状态；
[0017]采用层流模型或湍流模型，在所述初始物理模型的基础上，改变颗粒直径d
p
沿径向分布方程中的系数，搭建所述混合填充式蓄热/冷器的不同物理模型，获取不同物理模型下对应的换热流体流动速度场，进而获取不同物理模型下对应的流速均匀度；
[0018]对不同物理模型下对应的流速均匀度进行比对分析，确定流速均匀度最高的物理模型下对应的颗粒直径d
p
沿径向分布方程。
[0019]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述储能介质为圆球形，在所述储能介质的表面均匀设有三个孔洞，各所述孔洞均为圆柱形，且各所述孔洞的轴线方向均指向所述储能介质的中心。
[0020]根据本专利技术提供的一种混合填充式蓄热/冷器，所述孔洞在所述储能介质表面的设置方法如下：
[0021]确定所述储能介质的球体直径和所述孔洞的直径之间的比值，与努塞尔数之间的关系；
[0022]确定所述储能介质的球体直径和所述孔洞的深度之间的比值，与努塞尔数之间的关系；
[0023]确定所述储能介质的球体直径和所述孔洞的直径之间的比值，与摩擦系数之间的关系；
[0024]确定所述储能介质的球体直径和所述孔洞的深度之间的比值，与摩擦系数之间的关系；
[0025]定义热力学
‑
流动综合系统S，以S作为确定所述孔洞的直径与深度的综合性指标,推算出所述储能介质的球体直径和所述孔洞的直径之间的比值、所述储能介质的球体直径和所述孔洞的深度之间的比值和热力学
‑
流动综合系统S之间的关系；
[0026]获取热力学
‑
流动综合系统S最大时，对应的所述储能介质的球体直径和所述孔洞的直径之间的比值，以及对应的所述储能介质的球体直径和所述孔洞的深度之间的比值。
[0027]本专利技术中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
[0028]本专利技术提供的混合填充式蓄热/冷器，在壳体的内部填充第一储能介质、第二储能介质和第三储能介质，其中第一储能介质、第二储能介质和第三储能介质沿壳体的径向由
内至外依次设置，并且第一储能介质的颗粒直径大于第二储能介质的颗粒直径，第二储能介质的颗粒直径大于第三储能介质的颗粒直径；也即，第一储能介质、第二储能介质和第三储能介质在壳体的内部沿径向分层填充，实现了不同颗粒大小的储能介质的混合填充，不仅有效减小了填充孔隙率，强化了换热流体与储能介质之间的换热效果，而且在固定理论储能量的条件下，能够有效减小蓄热/冷器的体积；同时，在靠近壳体内壁处填充颗粒较小的储能介质，有效克服近壁处间隙较大的问题，抑制壁面效应对蓄热/冷器内流场的不利影响，提升了蓄热/冷器的储能特性。
[0029]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，包括壳体，所述壳体的内部填充有储能介质，其中所述储能介质包括沿所述壳体的径向由内至外依次设置的第一储能介质、第二储能介质和第三储能介质，所述第一储能介质的颗粒直径大于所述第二储能介质的颗粒直径，所述第二储能介质的颗粒直径大于所述第三储能介质的颗粒直径。2.根据权利要求1所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，所述壳体上沿轴向的两端分别设有第一换热流体进出口和第二换热流体进出口，所述第一换热流体进出口、所述第二换热流体进出口均与所述壳体的内部连通。3.根据权利要求2所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，在所述壳体的内部靠近所述第一换热流体进出口的位置处设有第一均流隔板，所述第一均流隔板上设有第一通孔；在所述壳体的内部靠近所述第二换热流体进出口的位置处设有第二均流隔板，所述第二均流隔板上设有第二通孔；所述第一均流隔板、所述第二均流隔板和所述壳体内壁之间围合形成填充腔室，所述储能介质填充于所述填充腔室内。4.根据权利要求1所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，所述壳体包括壳体内壁和壳体外壁，所述壳体内壁和所述壳体外壁之间设有绝热层。5.根据权利要求4所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，所述壳体内壁和所述壳体外壁均采用金属材料制成；所述绝热层为气凝胶毡层、玻璃棉层、岩棉层、膨胀珍珠岩层、发泡水泥层或真空层。6.根据权利要求1所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，在所述第一储能介质之间填充有第四储能介质，所述第四储能介质的颗粒直径小于所述第一储能介质的颗粒直径；在所述第一储能介质与所述第二储能介质之间填充有第五储能介质，所述第五储能介质的颗粒直径小于所述第二储能介质的颗粒直径。7.根据权利要求1所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，所述储能介质为固体材料颗粒，或所述储能介质为相变材料封装胶囊颗粒，或所述储能介质为固体材料颗粒和相变材料封装胶囊颗粒的混合颗粒。8.根据权利要求1至7任一项所述的混合填充式蓄热/冷器，其特征在于，所述储能介质沿所述壳体的径向填充的方法如下：获取所述混合填充式蓄热/冷器以及换热流体的基本参数；基于所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊杰，郭璐娜，季伟，高诏诏，陈六彪，崔晨，郭嘉，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：