本发明专利技术公开了一种高压储热/储冷装置，用于高/低温热能存储领域。是一种外壳承受高压，由外至内依次为冷却/加热液层、保温层、薄壁内壳和内部的固体储热/冷介质，利用固体材料作为储热/冷介质，高压传热介质流过储热/冷介质表面并发生换热的高压储热/储冷装置。本发明专利技术的储热/储冷装置具有承受压力高、造价低、效率高，热能品位高等优点，特别适用于储释热/冷温差大、储释热/冷较频繁的储热和/或储冷的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高/低温热能储存领域，是一种利用固体储热/冷介质储存高/低温热能并在需要时释放的装置。
技术介绍
本专利技术公开的一种高压储热/储冷装置可应用于工业过程的余热利用，太阳能/风能热储存，电力调峰热储存，先进压缩空气储能系统等。储热/冷技术是有效解决热/冷能供求之间在时间与空间上不匹配的矛盾，提高能源利用率的有效手段。其中高压储热/冷技术主要应用于高压条件下的储热和/或储冷，是工业余热利用、太阳能/风能热利用、电力调峰热储存，先进空气储能系统等的关键技术。目前，常用的高/低温绝热结构有堆积绝热、真空粉末绝热、真空多层堆积绝热和正压堆积绝热等，采用这些绝热结构的绝热储罐和储槽均采用保温层设置在承压罐壁外面的方案，并且通常抗压较低。若采用此类绝热结构制造高压储热/储冷装置，则需要厚壁的压力容器作为罐壳，同时罐壁热容也将大幅增加，使得在储热/冷的过程中需要大量的热/冷能来冷却罐壁，这部分热/冷能却难以回收，会使储热/冷效率大幅降低。另外，这些储罐通常只作为高/低温流体介质储存使用，没有填充固体介质用于储热/冷。
技术实现思路
本专利技术提供了一种外壳承受高压，由外至内依次为冷却/加热液层、保温层、薄壁内壳和内部的固体储热/冷介质，利用固体材料作为储热/冷介质，高压传热介质流过储热/冷介质表面并发生换热的高压储热/储冷装置。与现有的内承压，外保温的高压储罐相t匕，具有储热/储冷效率高的特点。本专利技术的技术解决方案是—种高压储热/储冷装置，其特征在于，所述高压储热/储冷装置由外到内依次包括厚壁外壳、冷却/加热液层、保温层、薄壁内壳和内壳内部填充的固体储热介质，内、夕卜壳之间设内壳支撑装置；所述内壳的壁厚小于外壳的1/2 ;所述保温层为孔隙率高、导热系数低的保温材料，保温层与内壳之间设有压力连通装置，使得所述保温层与内壳内部压力相通，厚壁外壳为承受高内压的压力容器；所述冷却/加热液层为内部含有多个通道的夹层结构，各通道中通入循环流动的冷却/加热液，使外壳压力容器内表面均能受到冷却/加热，冷却/加热液层内的液体压力与内壳内部压力保持一致；流体传热介质与固体储热介质相接触，并在固体储热介质表面发生换热。所述的高压储热/储冷装置，其特征在于，所述高压储热/储冷装置包括至少一个顶部进料口、至少一个底部排料口、至少一个顶部传热介质管口、至少一个底部传热介质管口，至少一个冷却/加热液顶部管口和一个冷却/加热液底部管口。所述冷却/加热液层内部有冷却/加热液不断流动，使外壳温度恒定，以保证压力容器的强度。所述冷却/加热液层为含有多个通道的夹层等结构，保证外壳压力容器内表面均能受到冷却/加热。所述冷却/加热液为水、乙醇、乙二醇、丙醇的其中一种或至少两种的混合物，所述冷却/加热液的循环流动由液泵驱动，其压力与储热/储冷装置内部压力保持一致。 所述高压储热/储冷装置顶部进料口和顶部传热介质管口可以为同一开口，所述高压储热/储冷装置底部排料口和底部传热介质管口可以为同一开口。所述高压储热/储冷装置的薄壁内壳材料为如钢、铝、钛等的金属材料，厚壁外壳材料为如钢、铝、钛等的金属材料或如玻璃钢、预应力混凝土等的非金属材料。所述高压储热/储冷装置采用管道等方式连接内壳内部与保温夹层，使之压力平衡。所述传热介质为液态、气态或超临界态的空气、氮气、氧气、氦气、氢气、甲烷、水蒸汽等其中一种或至少两种的混合物。所述固体储热介质为颗粒状或多孔材料，为岩石，矿石，矿渣，混凝土，耐火砖，陶瓷球，金属，封装的相变材料等其中一种或至少两种的混合物。所述保温层为孔隙率高、导热系数低的保温材料，如岩棉、珠光砂、玻璃纤维毡等其中一种或多种的混合物。所述压力连通装置为设置在内壳壁面上的开孔或一端与保温层连通、另一端与内壳连通的连接管道，使得所述保温层与内壳内部压力相通，使之压力平衡。优选地，所述通压管道一端与顶部传热介质管口连通、另一端穿过厚壁外壳和冷却/加热液层后与保温层连通。所述内壳支撑装置的支撑方式为圆环形支撑、多点支撑等其中一种或多种，支撑材料可以为性能稳定、导热系数低、抗压强度较高的如钢、钛等金属材料或如玻璃钢、树脂等非金属材料。优选地，所述固体储热/冷介质为体积热容高、成本低廉、热机械性能稳定、对传热介质吸收渗透率低、孔隙率低、比表面积高的材料。优选地，所述高压储热/储冷装置由上至下设置多个隔热层，该隔热层允许传热介质自由通过，所述隔热层可以减小内部固体储热/冷介质和传热流体的轴向导热。优选地，所述高压储热/储冷装置的壁壳与保温层之间设置一定厚度的空隙，所述空隙可以提高保温夹层内部的压力传递速度。优选地，所述高压储热/储冷装置，内部可以设置一个或多个换热装置以补充热/冷量，换热装置可以为螺旋管束、光滑管管束、翅片管管束或盘管管束的一种或多种混合。优选地，所述高压储热/储冷装置，传热介质进口和/或出口可以设置一个或多个扰流板以使传热流体均匀流入，扰流板可以为多孔板、挡流板等一种或两种混合。作为高压储热装置的使用流程为预先，关闭底部的储热介质排出口，将固体储热介质通过顶部的进料口填充进高压储热装置内壳中，至预定高度。开动冷却液的液泵，使冷却液在冷却液层内在一定的流速下流动。储热时，高温高压传热介质由高压储热装置顶部的传热介质管口进入。经过顶部管口的扰流板后，传热介质均匀向下，通过固体储热介质之间的空隙，经过固体储热介质表面并与之换热，将高温热能传给固体介质；同时传热流体被冷却，由高压储热装置底部的传热介质管口排出。当传热介质的排出温度达到某一设定温度时，认为热能已经储满，关闭传热介质的进入，结束储热。储热过程中，填充床内部温度场形成自上而下的温度分层。高压储热装置若已经储存一定热量，开始保温阶段时，关闭高压储热装置顶部和底部的传热介质管口。释热时，高压传热介质由高压储热装置底部的传热介质管口进入。经过底部管口的扰流板后，传热介质均匀向上，通过固体储热介质之间的空隙，经过固体储热介质表面并与之换热，吸收固体储热介质中的热能；传热流体温度升高，由高压储热装置顶部的传热介质管口排出。当传热介质的排出温度降至某一设定温度时，认为热能释放完毕，结束释热。释热过程中，填充床内部温度场的轴向分层不断向上推移。作为高压储冷装置的使用流程为预先，关闭底部的储冷介质排出口，将固体储冷介质通过顶部的进料口填充进高压储冷装置内壳中，至预定高度。开动加热液的液泵，使加热液在加热液层内在一定的流速下流动。储冷时，低温高压传热介质由高压储冷装置底部的传热介质管口进入。经过底部管口的扰流板后，传热介质均匀向上流动，通过固体储冷介质之间的空隙，经过固体储冷介质表面并与之换热，将低温冷能传给固体介质；传热流体温度升高，由高压储冷装置顶部的传热介质管口排出。当传热流体的排出温度降至某一设定温度时，认为冷能已经储存完毕，结束储冷。储冷过程中，储冷过程中，填充床内部温度场形成自上而下的温度分层。高压储冷装置若已经储存一定冷量，开始保温阶段时，关闭高压储冷装置顶部和底部的传热介质管口。释冷时，高压传热介质由高压储冷装置顶部的传热介质管口进入。经过顶部管口的扰流板后，传热介质均匀向下流动，通过固体储冷介质之间的空隙，经过固体储冷介质表面并与之换热，吸收固体储冷介质的低温冷能；传热流体温度降低，由高压储本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高压储热/储冷装置，其特征在于，所述高压储热/储冷装置由外到内依次包括厚壁外壳、冷却/加热液层、保温层、薄壁内壳和内壳内部填充的固体储热介质，内、外壳之间设内壳支撑装置；所述内壳的壁厚小于外壳的1/2；所述保温层为孔隙率高、导热系数低的保温材料，保温层与内壳之间设有压力连通装置，使得所述保温层与内壳内部压力相通，厚壁外壳为承受高内压的压力容器；所述冷却/加热液层为内部含有多个通道的夹层结构，各通道中通入循环流动的冷却/加热液，使外壳压力容器内表面均能受到冷却/加热，冷却/加热液层内的液体压力与内壳内部压力保持一致；流体传热介质与固体储热介质相接触，并在固体储热介质表面发生换热。
【技术特征摘要】
1.一种高压储热/储冷装置，其特征在于，所述高压储热/储冷装置由外到内依次包括厚壁外壳、冷却/加热液层、保温层、薄壁内壳和内壳内部填充的固体储热介质，内、外壳之间设内壳支撑装置；所述内壳的壁厚小于外壳的1/2 ;所述保温层为孔隙率高、导热系数低的保温材料，保温层与内壳之间设有压力连通装置，使得所述保温层与内壳内部压力相通，厚壁外壳为承受高内压的压力容器；所述冷却/加热液层为内部含有多个通道的夹层结构，各通道中通入循环流动的冷却/加热液，使外壳压力容器内表面均能受到冷却/加热，冷却/加热液层内的液体压力与内壳内部压力保持一致；流体传热介质与固体储热介质相接触，并在固体储热介质表面发生换热。2.根据权利要求1所述的一种高压储热/储冷装置，其特征在于，所述高压储热/储冷装置包括至少一个顶部进料口、至少一个底部排料口、至少一个顶部传热介质管口、至少一个底部传热介质管口、至少一个冷却/加热液顶部管口和一个冷却/加热液底部管口。3.根据权利要求2所述的一种高压储热/储冷装置，其特征在于，所述高压储热/储冷装置顶部进料口和顶部传热介质管口可以为同一开口，所述高压储热/储冷装置底部排料口和底部传热介质管口可以为同一开口。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种高压储热/储冷装置，其特征在于，所述冷却/加热液为水、乙醇、乙二醇、丙醇的一种或至少两种的混合物，所述冷却/加热液的循环流动由液泵驱动，其压力与内壳内部压力保持一致。5.根据上述任一项权利要求所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，陈海生，柴磊，谢宁宁，盛勇，谭春青，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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