一种换热-储热方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种换热‑储热方法及装置，换热‑储热装置包括一罐体、绝热隔板和换热管道，所述罐体由平行布置的N个所述绝热隔板分隔成(N+1)个相互独立的换热层，其中N≥1，且为整数；所述换热管道均匀分布在各所述换热层中，相邻两层所述换热层通过所述换热管道的连接实现连通；所述换热管道的管程用于填充工作介质，所述换热管道与所述换热层之间的壳程空间用于填充储热介质；所述换热‑储热装置用于使所述换热管道中的工作介质逐层流经各换热层，并与各换热层中的储热介质进行间接换热，储热后排出。本发明专利技术的换热‑储热装置更加简单紧凑，成本降低，安全性提高，能量密度和传热特性提高。

A heat storage method and device for heat storage

The invention discloses a heat exchange and heat storage method and device. The heat exchange and heat storage device comprises a tank body, an insulating baffle plate and a heat exchange pipe. The tank body is divided into (N+1) mutually independent heat exchange layers by N parallel insulating baffles, in which N is greater than or equal to 1 and the heat exchange pipes are uniformly distributed in the said heat exchange layers. In the layer, the adjacent two layers of the heat exchanger layer are connected by the connection of the heat exchanger pipe; the tube side of the heat exchanger pipe is used for filling the working medium, and the shell side space between the heat exchanger pipe and the heat exchanger layer is used for filling the heat storage medium; the heat exchanger is used for making the working medium in the heat exchanger pipe one by one. The layer flows through the heat exchange layers, and indirectly heat exchanges with the heat storage medium in the heat exchange layer, and after heat storage, the heat exchanger is discharged. The heat exchange and heat storage device of the invention is simpler and compact, the cost is reduced, the safety is improved, the energy density and the heat transfer characteristic are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种换热-储热方法及装置
本专利技术属于能源利用领域，具体涉及一种换热-储热方法及装置。
技术介绍
以太阳能以及风能为代表绿色能源是能源发展的一个长期趋势，绿色能源具有环保且取之不尽的优势，然而由于绿色能源一般受到天气、季节，阳光等自然条件的影响，难以提供稳定的能源输出，从而很难输出与电网匹配的电力。因此现阶段绿色能源的弃风弃光问题非常严重。为了让绿色能源也能输出时间上分布均匀的电力，采取一定的储能技术，以空间换取时间是一个较好的解决方案。储能可以分为物理储能与化学储能，化学储能通常容量较小，难以满足大型电站需求，而传统的物理储能装置需要结合换热器、储热罐等多种装置，结构复杂。以熔盐储能为代表的物理储能具有低成本、高效率以及结构简单等特点。现有使用在热泵式系统中的储能技术是用于储热的双罐式储能系统。其中，熔盐作为换热流体，从一罐流出后经过换热器与气体换热后，进行另一罐进行储存。然而，双罐式系统存在以下问题：(1)造价比较贵；(2)由于采用的是流动的熔盐，可能产生凝固堵塞等现象，使安全性、传热特性降低；(3)双罐中只能使用液态熔盐，为显热型储能，能量密度较低。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的装置复杂、成本高、安全性差、能量密度低、传热特性低的问题，从而提供了一种换热-储热方法及装置，将换热和储热耦合在一起，使得装置更加简单紧凑，成本降低，安全性提高，能量密度和传热特性提高。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种换热-储热装置，其包括一罐体、绝热隔板和换热管道，所述罐体由平行布置的N个所述绝热隔板分隔成(N+1)个相互独立的换热层，其中N≥1，且为整数；所述换热管道均匀分布在各所述换热层中，相邻两层所述换热层通过所述换热管道的连接实现连通；所述换热管道的管程用于填充工作介质，所述换热管道与所述换热层之间的壳程空间用于填充储热介质；所述换热-储热装置用于使所述换热管道中的工作介质逐层流经各换热层，并与各换热层中的储热介质进行间接换热，储热后排出。在上述技术方案中，所述绝热隔板的布置方式为垂直或水平，较佳地为水平布置。在上述技术方案中，所述绝热隔板可为等间距或不等间距布置。在上述技术方案中，所述绝热隔板的材料可为本领域常规高温绝热材料。在上述技术方案中，所述换热管道为并列布置的若干根蛇形管，每一所述蛇形管依次穿设各所述换热层，所述蛇形管所在平面与所述绝热隔板垂直。在上述技术方案中，所述换热管道蛇形盘布在各所述换热层中，所述换热管道所在平面与所述绝热隔板平行，相邻两层所述换热层之间的所述换热管道的首尾依次连接。在上述技术方案中，所述换热管道螺旋盘布在各所述换热层中，所述换热管道的螺旋轴与所述绝热隔板垂直，相邻两层所述换热层之间的所述换热管道的首尾依次连接。在上述技术方案中，所述换热管道的内侧和/或外侧可装有肋片，所述肋片为本领域常规肋片。在上述技术方案中，所述换热管道的截面可为圆形、椭圆形、多边形，较佳地为圆形。在上述技术方案中，所述换热管道的材料可为本领域常规材料，较佳地为哈氏钢。在上述技术方案中，所述换热管道的进口和出口较佳地分别位于所述罐体的两侧。在上述技术方案中，所述罐体的形状可为立方体或圆柱体，较佳地为立方体。在上述技术方案中，所述罐体的材料可为本领域常规材料，较佳地为金属类材料，更佳地为不锈钢。本专利技术还提供一种换热-储热方法，其采用根据本专利技术所述的换热-储热装置进行。在上述技术方案中，所述换热管道中的工作介质可为气体，较佳地为单原子气体，更佳地为氦气、氩气。在上述技术方案中，所述储热介质可为本领域常规储热介质，较佳地为硝酸盐、导热油或固体储热材料，更佳地为硝酸盐，例如二元硝酸盐。本专利技术所述换热-储热方法包括以下步骤：所述工作介质通过所述换热管道的进口流入所述罐体，流经由所述绝热隔板隔开的所述储热介质，逐层换热，最后从所述换热管道的出口流出，完成储热。本专利技术所述换热-储热方法进一步包括放热过程，具体为：所述工作介质通过所述换热管道的进口流入所述罐体，流经由所述绝热隔板隔开的所述储热介质，逐层换热，最后从所述换热管道的出口流出，完成放热。在上述技术方案中，所述工作介质的流量可为1～50Kg/s。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术提供的装置耦合了换热和储热过程，解决了将换热器和储热罐分开的复杂布置，将其设计在一个装置中，在换热的同时达到储热的目的，结构简单，成本降低，安全性提高，能量密度和传热特性提高，适用性广。附图说明图1为本专利技术实施例中换热-储热装置整体结构图。图2为本专利技术实施例中换热-储热装置换热管道图。图3为本专利技术实施例中换热-储热装置侧视图。图4为本专利技术实施例中换热-储热装置主视图。其中，1、罐体，2、绝热隔板，3、换热管道。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1一个换热-储热装置，罐体1及内部绝热隔板2和换热管道3的分布见图1～4。采用氦气和二元硝酸盐(60％NaNO3和40％KNO3混合物)分别作为工作介质和储热介质。罐体1采用材料为不锈钢，换热管道3采用材料为哈氏钢，绝热隔板2采用高温绝热隔板。罐体1宽度为10m，长度为10m；换热管道3的内径为0.48m，外径为0.50m，单层水平段长度9.8m，弯管直径0.8m，根数为10根；绝热隔板2厚度为0.02m，共4个，将储热介质分成5层，第1到5层储热介质的高度均为0.8m，总高度为4m。工作过程：储热时，氦气进气温度为900K，进气速度为5m/s，入口流量为3.6Kg/s，二元硝酸盐的初始温度为570K，储热8小时后，第一、二、三、四、五层熔盐的温度分别为850K、810K、805K、775K、760K，至此储热完成，储存热能达到40MW；放热时，氦气的进气温度为570K，进气速度为8m/s，二元硝酸盐的初始温度为储热结束时的温度，放热8小时，二元硝酸盐的整体温度为570K，至此放热完成，放出热量40MW。实施例2罐体1中绝热隔板2以不等间距的方式布置，第1到5层储热介质的高度从上至下分别为1.2m、0.9m、0.7m、0.6m、0.6m，总高度4.0m。其他条件与实施例1相同。储热8小时后，第一、二、三、四、五层熔盐的温度分别为830K、795K、790K、770K、750K，至此储热完成，储存热能达到43MW；放热8小时，二元硝酸盐的整体温度为570K，至此放热完成，放出热量43MW。实施例3罐体1中布置3个绝热隔板2，将储热介质分为4层，以不等间距的方式布置，第1到4层储热介质的高度均为1m。其他条件与实施例1相同。储热8小时后，第一、二、三、四层熔盐的温度分别为835K、805K、795K、780K，至此储热完成，储存热能达到38MW；放热8小时，二元硝酸盐的整体温度为570K，至此放热完成，放出热量38MW。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种换热‑储热装置，其特征在于，其包括一罐体、绝热隔板和换热管道，所述罐体由平行布置的N个所述绝热隔板分隔成(N+1)个相互独立的换热层，其中N≥1，且为整数；所述换热管道均匀分布在各所述换热层中，相邻两层所述换热层通过所述换热管道的连接实现连通；所述换热管道的管程用于填充工作介质，所述换热管道与所述换热层之间的壳程空间用于填充储热介质；所述换热‑储热装置用于使所述换热管道中的工作介质逐层流经各换热层，并与各换热层中的储热介质进行间接换热，储热后排出。

【技术特征摘要】
1.一种换热-储热装置，其特征在于，其包括一罐体、绝热隔板和换热管道，所述罐体由平行布置的N个所述绝热隔板分隔成(N+1)个相互独立的换热层，其中N≥1，且为整数；所述换热管道均匀分布在各所述换热层中，相邻两层所述换热层通过所述换热管道的连接实现连通；所述换热管道的管程用于填充工作介质，所述换热管道与所述换热层之间的壳程空间用于填充储热介质；所述换热-储热装置用于使所述换热管道中的工作介质逐层流经各换热层，并与各换热层中的储热介质进行间接换热，储热后排出。2.根据权利要求1所述的换热-储热装置，其特征在于，所述绝热隔板的布置方式为垂直或水平；和/或，所述绝热隔板为等间距或不等间距布置。3.根据权利要求1所述的换热-储热装置，其特征在于，所述换热管道为并列布置的若干根蛇形管，每一所述蛇形管依次穿设各所述换热层，所述蛇形管所在平面与所述绝热隔板垂直；或者，所述换热管道蛇形盘布在各所述换热层中，所述换热管道所在平面与所述绝热隔板平行，相邻两层所述换热层之间的所述换热管道的首尾依次连接；或者，所述换热管道螺旋盘布在各所述换热层中，所述换热管道的螺旋轴与所述绝热隔板垂直，相邻两层所述换热层之间的所述换热管道的首尾依次连接。4.根据权利要求1所述的换热-储热装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷子彦，邹杨，戴叶，沈佳杰，袁晓凤，陈兴伟，谢雷东，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31