【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种基于气体对流的固介储能系统，属于能量存储及利用。
技术介绍
1、储能技术主要分为三类：电化学储能、机械储能和热储能。其中热储能成本低廉，适合大规模储能。固介储热技术具有储热温度高、储能密度较大、对外输出热能的形式多样等优点；既可以提供热风，也能够提供高温蒸汽和热水，能够满足工业和民用多个领域的用热需求。固介储热电锅炉是一种较为常见的储热型供热产品，其利用低谷电加热储热介质，在电价平峰和高峰时段放热提供蒸汽或热水。该类系统大多为热传导方式换热，采用电热合金和储热材料的耦合结构，通过电热合金将电能转化为热能存储在储能材料中，因此存在设备零部件需要单独设计，储热系统结构复杂，换热零部件制造成本较高和维护困难的问题。为了进一步节省成本，扩大储能规模，提高能源综合利用率，急需设计一种换热结构简单，储热量更大，储热周期更长，成本更加低廉，使用寿命更长的储热系统。
技术实现思路
1、本技术的目的在于提供一种结构简单的使用气体对流换热方式的固介储能系统，该系统外部为保温壳体，内部设置有多个储能单元，储能单元和保温壳体的空隙构成气体流道，在系统外部使用风机驱动高温气体进入系统内部，通过强制对流换热的方式，可以有效将气体热量存储在固体颗粒中，实现高温气体的显热储热。
2、为了达到上述目的，本技术是通过以下技术方案来实现的：
3、一种基于气体对流的固介储能系统，包括储能模块1、进口阀门2、出口阀门3和风机4，其中储能模块1由保温壳体5和储能单元6组成，储能单元6包括
4、所述风机4的进风口与任意提供高温气体的装置或环境相连或者与任意提供气体温度低于所述储能单元6温度的装置或直接从环境中抽取室温气体，气体种类是高温状态下没有可燃性，性质相对稳定，对保温壳体5和储能单元外壳8没有腐蚀性，具有一定比热容的气体。
5、所述风机4用于将高温气体以足够大的压力和流量经过进口阀门2泵入储能模块1中，该压力和流量根据具体实施方式而定，高温气体的压力需要满足使高温气体从出口阀门3流出储能模块1时仍具有不小于常压的压力；所述风机4需选用高温风机，其最高使用温度根据用于换热的高温气体温度而定。
6、所述保温壳体5内部底部安装有加筋底座11用于支撑加筋底座11上部的储能单元6，和/或不同储能单元6之间安装加筋底座11作为支撑或连接结构，加筋底座筋板之间的空隙用作气体流道，使气体能继续流动。
7、所述保温壳体5由多层保温隔热材料制成或采用涂有保温耐火涂层的复合保温结构，所述保温隔热材料包括岩棉、玻璃棉、硅酸铝、橡胶、聚氨酯中的一种或多种。
8、所述保温壳体5进气口与出气口是一个或多个，形状取决于由保温壳体5和储能单元6构成的气体流道，进气口与出气口的位置需要尽可能使高温气体在流道中充分流动，使高温气体和储能单元6的换热面积最大。
9、根据储能模块1及其内部储能单元6形状引起换热面积的大小，决定在储能单元外壳8外表面设置或不设置平行于气流流动方向的翅片9。
10、所述储能单元外壳8由金属制成；所述翅片9与所述储能单元外壳8为相同材料制成，或使用与所述储能单元外壳8材料具有良好焊接性能的金属制作。
11、所述储能单元外壳8为封闭外壳，固体储能和换热介质在储能单元外壳8内填装时在储能单元外壳8内部留有一定空隙。
12、所述固体储能和换热介质选用耐高温固体颗粒，所述耐高温固体颗粒包括沙子、氧化镁颗粒、氧化铝颗粒、硅酸铝颗粒、陶瓷颗粒、粘土颗粒、碳化硅颗粒、碳颗粒中的任一种或多种混合物。
13、所述固体储能和换热介质还包括所述耐高温固体颗粒中添加各类相变材料或添加金属粉末形成的复合耐高温固体储热介质，所述相变材料包括硅铝合金颗粒、铅锡合金颗粒、碳酸盐、氯化盐中的任一种或多种混合物，所述金属粉末包括铝粉、铜粉或铁粉。
14、所述储能系统由一个或多个储能模块1组成，多个储能模块1之间进行连接，多个储能模块1的尺寸和形状相同或不同，多个储能模块1的排布方式根据具体应用场景改变。
15、所述的基于气体对流的固介储能系统的工作方法，储能时，所述风机4进风口通过管路连接任意提供高温气体的装置或环境，将所述风机4出风口产生的具有一定压强和流速的高温气体经由进口阀门2通入保温壳体5中，通过风机4调节高温气体的流量，高温气体在保温壳体5和储能单元6组成的气体流道之间强制对流换热，高温气体换热后从保温壳体5的出气口流经出口阀门3流出，气体的热量储存在固体储能和换热介质中，固体储能和换热介质温度上升，储存的热量在保温壳体5中长期保存；
16、释能时，所述风机4进风口通过管路连接任意提供气体温度低于所述储能单元6温度的装置或直接从环境中抽取室温气体，将由风机4产生的具有一定压强和流速的气体经由进口阀门2通入保温壳体5的进气口中，通过风机4调节气体流量，气体在保温壳体5和储能单元6组成的流道之间与固体储能和换热介质强制对流换热，气体吸收热量后变为高温气体并从保温壳体5的出气口流经出口阀门3流出，该高温气体进入换热器与流体换热或应用于需要高温气体的场合，固体储热介质温度下降，储存的热量被带出。
17、相对于现有技术，本技术的实施例至少具有如下优点或有益效果：
18、1、该系统在储能和释能过程的换热流道相同，结构相比利用电热合金的固介储能系统简单许多，后期维护方便，换热效率较高，相比其他储能系统，该系统由于采用固体储能介质，系统规模可根据储热需求扩充，因此具有储热量大的优点；由于该系统耗能部件仅为风机，气体可在风机作用下循环换热，因此具有能源综合利用率高的优点；由于系统工作过程不存在腐蚀现象或运动结构，因此使用寿命长；由于系统具有较低导热系数的保温壳体，内部储能单元结构简单，因此储热周期长，成本低廉，制造安装简单，无易燃易爆问题的优点。
19、2、基于强制对流换热特性，本技术的换热流道具有较大换热面积，储能单元外壳上的翅片还带有扰流效果，进一步强化了换热效率。
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1.一种基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述系统包括储能模块(1)、进口阀门(2)、出口阀门(3)和风机(4)，其中储能模块(1)由保温壳体(5)和储能单元(6)组成，储能单元(6)包括储能单元外壳(8)，填装在储能单元外壳(8)内部的固体储能和换热介质，设置在固体储能和换热介质中的测温元件(7)；所述风机(4)的出风口与进口阀门(2)由管路连接，所述保温壳体(5)的进气口与进口阀门(2)由管路连接，保温壳体(5)的出气口与出口阀门(3)由管路连接；多个所述储能单元(6)布置安装在保温壳体(5)内部，相邻储能单元(6)及保温壳体(5)间形成气体流道。
2.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述风机(4)的进风口与任意提供高温气体的装置或环境相连或者与任意提供气体温度低于所述储能单元(6)温度的装置或直接从环境中抽取室温气体，气体种类是高温状态下没有可燃性，性质相对稳定，对保温壳体(5)和储能单元外壳(8)没有腐蚀性，具有一定比热容的气体。
3.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述风机(4)用于将
4.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述保温壳体(5)内部底部安装有加筋底座(11)用于支撑加筋底座(11)上部的储能单元(6)，和/或不同储能单元(6)之间安装加筋底座(11)作为支撑或连接结构，加筋底座筋板之间的空隙用作气体流道，使气体能继续流动。
5.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述保温壳体(5)由多层保温隔热材料制成或采用涂有保温耐火涂层的复合保温结构，所述保温隔热材料包括岩棉、玻璃棉、硅酸铝、橡胶、聚氨酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述保温壳体(5)进气口与出气口是一个或多个，形状取决于由保温壳体(5)和储能单元(6)构成的气体流道，进气口与出气口的位置需要尽可能使高温气体在流道中充分流动，使高温气体和储能单元(6)的换热面积最大。
7.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，根据储能模块(1)及其内部储能单元(6)形状引起换热面积的大小，决定在储能单元外壳(8)外表面设置或不设置平行于气流流动方向的翅片(9)。
8.根据权利要求7所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述储能单元外壳(8)由金属制成；所述翅片(9)与所述储能单元外壳(8)为相同材料制成，或使用与所述储能单元外壳(8)材料焊接性能匹配的金属制作。
9.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述储能单元外壳(8)为封闭外壳，固体储能和换热介质在储能单元外壳(8)内填装时在储能单元外壳(8)内部留有一定空隙。
10.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述固体储能和换热介质选用耐高温固体颗粒，所述耐高温固体颗粒包括沙子、氧化镁颗粒、氧化铝颗粒、硅酸铝颗粒、陶瓷颗粒、粘土颗粒、碳化硅颗粒、碳颗粒中的任一种或多种混合物。
11.根据权利要求10所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述固体储能和换热介质还包括所述耐高温固体颗粒中添加各类相变材料或添加金属粉末形成的复合耐高温固体储热介质，所述相变材料包括硅铝合金颗粒、铅锡合金颗粒、碳酸盐、氯化盐中的任一种或多种混合物，所述金属粉末包括铝粉、铜粉或铁粉。
12.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述储能系统由一个或多个储能模块(1)组成，多个储能模块(1)之间进行连接，多个储能模块(1)的尺寸和形状相同或不同，多个储能模块(1)的排布方式根据具体应用场景改变。
...【技术特征摘要】
1.一种基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述系统包括储能模块(1)、进口阀门(2)、出口阀门(3)和风机(4)，其中储能模块(1)由保温壳体(5)和储能单元(6)组成，储能单元(6)包括储能单元外壳(8)，填装在储能单元外壳(8)内部的固体储能和换热介质，设置在固体储能和换热介质中的测温元件(7)；所述风机(4)的出风口与进口阀门(2)由管路连接，所述保温壳体(5)的进气口与进口阀门(2)由管路连接，保温壳体(5)的出气口与出口阀门(3)由管路连接；多个所述储能单元(6)布置安装在保温壳体(5)内部，相邻储能单元(6)及保温壳体(5)间形成气体流道。
2.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述风机(4)的进风口与任意提供高温气体的装置或环境相连或者与任意提供气体温度低于所述储能单元(6)温度的装置或直接从环境中抽取室温气体，气体种类是高温状态下没有可燃性，性质相对稳定，对保温壳体(5)和储能单元外壳(8)没有腐蚀性，具有一定比热容的气体。
3.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述风机(4)用于将高温气体以足够大的压力和流量经过进口阀门(2)泵入储能模块(1)中，该压力和流量根据具体实施方式而定，高温气体的压力需要满足使高温气体从出口阀门(3)流出储能模块(1)时仍具有不小于常压的压力；所述风机(4)需选用高温风机，其最高使用温度根据用于换热的高温气体温度而定。
4.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述保温壳体(5)内部底部安装有加筋底座(11)用于支撑加筋底座(11)上部的储能单元(6)，和/或不同储能单元(6)之间安装加筋底座(11)作为支撑或连接结构，加筋底座筋板之间的空隙用作气体流道，使气体能继续流动。
5.根据权利要求1所述的基于气体对流的固介储能系统，其特征在于，所述保温壳体(5)由多层保温隔热材料制成或采用涂有保温耐火涂层的复合保温结构，所述保温隔热材料包括岩棉、玻璃棉、硅酸...
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