CN102022876B

CN102022876B - 液化天然气冷能储存用低温相变储能模块及其制作方法

Info

Publication number: CN102022876B
Application number: CN 200910196215
Authority: CN
Inventors: 曾乐才; 廖文俊; 张东; 李荣斌; 徐羽翰; 徐建辉
Original assignee: Tongji University; Shanghai Dianji University; Shanghai Electric Group Corp
Current assignee: Tongji University; Shanghai Dianji University; Shanghai Electric Group Corp
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN102022876A

Abstract

本发明涉及一种液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，包括一内腔中填充有低温相变材料的封闭壳体和被包裹于所述低温相变材料中的温度传感器。还涉及该低温相变储能模块的制作方法。本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块制作简单、成本低廉，可用于储存液化天然气-160～0℃之间的冷量，大大提高了液化天然气冷能利用的效率。

Description

液化天然气冷能储存用低温相变储能模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及液化天然气冷能利用领域，尤其涉及一种液化天然气冷能储存用低温相变储能模块及其制作方法。

背景技术

世界上液化天然气(LNG，以下皆称为LNG)工业正处于大发展时期，LNG已成为世界上贸易量增长最快的一次能源。越来越多的人已经意识到，LNG冷能是一笔宝贵的财富，随着科技的发展，世界各国的一次性能源储备越来越少，能源的有效利用已成为人们迫在眉睫的问题。LNG是将气田生产的天然气净化处理，再经-162℃的超低温液化处理形成的，是全球公认的地球上最干净的能源。LNG的用途非常广泛，其可以用于发电、液化分离空气(液氧、液氮)、冷冻仓库、液化碳酸、干冰、空调等，此外，LNG冷能还可以间接地用于冷冻食品、低温粉碎废弃物处理、冻结保存、低温医疗、食品保存等等。另外，它所含有的乙烷和丙烷可经裂解后生成乙烯、丙烯，是塑料产品的重要原料。

LNG在用于燃料或化工原料之前，需要通过媒介热交换气化为常温气体。在由液态气变为气态过程中会释放大量冷能，每吨LNG将释放约合830兆～860兆焦耳的冷能。即我们通常所说的LNG冷能，每吨LNG可利用的冷能折合电量约为240千瓦时。通常在天然气气化器中该冷能随海水和空气被舍弃了，造成了能源的浪费和环境冲击。LNG冷能供应具有强烈的波动特性，波峰波谷起伏波动有十几倍。考虑到LNG冷能利用设备的运行稳定性，只能按LNG冷能供应的最低值设计冷能利用规模，从而导致LNG的利用率大幅度降低，一般不超过20％。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述现有技术存在的问题，利用储存手段，调整和消除LNG冷能供应和需求双方之间的相差，使二者同步，达到提高LNG冷能的利用率的目的，而提供一种液化天然气冷能储存用低温相变储能模块。

本发明的另一个目的在于提供上述低温相变储能模块的制作方法。

本发明提供一种液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，该低温相变储能模块包括一内腔中填充有低温相变材料的封闭壳体和被包裹于所述低温相变材料中的温度传感器。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块中，所述低温相变材料可采用申请号为200910048456.4、名称为“用于液化天然气冷能储存的低温相变材料及其制备方法”的发明专利中涉及的多孔石墨基相变储能复合材料，该复合材料由多孔石墨微粉和有机相变材料制成，其中多孔石墨微粉是由天然鳞片石墨经过插层、膨化、压缩和粉碎等程序制备而成，有机相变材料可采用醇类相变材料。在制备过程中，首先按上述制备方法，制备一定量的多孔石墨微粉；然后按预定的配方比例，称取多孔石墨微粉和有机相变材料；准确称量后的两种材料混合在一起充分搅拌复合；为了让有机相变材料能够更充分在液态状态下渗透到多孔石墨微粉的孔隙中，将混合之后的两种材料放在高于有机相变材料相变温度的温度环境中数小时，得到吸附均匀充分的多孔石墨基相变储能复合材料微粉。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其中，所述壳体为长方体型，所述壳体的两个相对面由铝合金制成，其余边框为有机玻璃。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其中，所述有机玻璃上开有一通孔，所述温度传感器穿过所述通孔，且设于所述低温相变材料的中心处。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其中，所述温度传感器为热电偶。

本发明还提供了一种液化天然气冷能储存用低温相变储能模块的制作方法，包括以下步骤：

按申请号为200910048456.4、名称为“用于液化天然气冷能储存的低温相变材料及其制备方法”的发明专利中提供的方法制备得到低温相变材料，制作具有内腔的壳体，将所述低温相变材料填充于所述壳体的内腔中，并在其正中心放置一温度传感器，得到所述低温相变储能模块。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模的制作方法，其中，所述壳体为长方体型，所述壳体的两个相对面采用铝合金材料，其余边框为有机玻璃。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模的制作方法，其中，所述低温相变材料为由多孔石墨微粉和醇类相变材料按一定比例制得的多孔石墨基相变储能复合材料。

上述液化天然气冷能储存用低温相变储能模的制作方法，其中，所述温度传感器为热电偶。

本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块制作简单、成本低廉，可用于储存液化天然气-160～0℃之间的冷量，大大提高了液化天然气冷能利用的效率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1是本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块的结构示意图；

图2是图1中沿A-A向的剖视图；

图3是储冷和放冷的测试装置图；

图4实施例1的升温曲线；

图5实施例1的降温曲线；

图6实施例2中升温曲线；

图7实施例2的降温曲线；

图8实施例3中升温曲线；

图9实施例3的降温曲线。

具体实施方式

实施例1

参阅图1和图2，本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块5，包括一内腔中填充有低温相变材料1的封闭壳体和被包裹于所述低温相变材料1中的温度传感器4，其中，所述壳体的两个面2均采用厚度和边长分别为5mm和150mm的正方形铝合金板，四个边框3均采用厚度、长度和高度分别为5mm、150mm和10mm的有机玻璃条，在其中的一个边框的中心位置钻一个3mm的孔，用于穿过温度传感器4，温度传感器采用热电偶，长度为3m。采用螺丝方式将铝合金和有机玻璃连接起来，在其中填充低温相变材料1。所述低温相变材料1采用多孔石墨和丁醇复合相变材料，由此制作得到低温相变储能模块5。

一般可以将低温相变储能模块的储冷与放冷过程分别分为3个阶段，通过分析可以确定储能模块的储冷和放冷特性。

模块放冷过程(升温过程)的3个阶段：

阶段I：T_start→T_S的温度上升曲线为

T = T_{f} + (T_{start} - T_{f}) \cdot e^{- \frac{α \cdot A}{c \cdot m} \cdot t}

阶段II：T_S→T_E的温度上升曲线为

T = T_{f} + M_{u} \cdot e^{- \frac{α \cdot A}{(c + h) \cdot m} \cdot t}

阶段III：T_E→T_f的温度上升曲线为

T = T_{f} + N_{u} \cdot e^{- \frac{α \cdot A}{c \cdot m} \cdot t}

模块储冷过程(降温过程)的3个阶段：

阶段I：T_start→T_E。

T = T_{f} + (T_{start} - T_{f}) \cdot e^{- \frac{α \cdot A}{c \cdot m} \cdot t}

阶段II：T_E→T_S。

T = T_{f} + M_{d} \cdot e^{- \frac{α \cdot A}{(c + h) \cdot m} \cdot t}

阶段III：T_S→T_f。

T = T_{f} + N_{d} \cdot e^{- \frac{α \cdot A}{c \cdot m} \cdot t}

如图3所示，将上述制作的低温相变储能模块5中的温度传感器4与多通道温度巡检仪6相连，多通道温度巡检仪6与微机7相连，在超低温试验箱中对低温相变储能模块5的储冷和放冷的性能进行测试，结果如图4和5所示，由测试结果可见本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块可用于储存液化天然气-160～0℃之间的冷量。

实施例2

本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块5，包括一内腔中填充有低温相变材料1的封闭壳体和被包裹于所述低温相变材料1中的温度传感器4，其中，所述壳体的两个面2均采用厚度和边长分别为5mm和150mm的正方形铝合金板，四个边框3均采用厚度、长度和高度分别为5mm、150mm和20mm的有机玻璃条，在其中的一个边框的中心位置钻一个3mm的孔，用于穿过温度传感器4，温度传感器采用热电偶，长度为3m。采用螺丝方式将铝合金和有机玻璃连接起来，在其中填充低温相变材料1。所述低温相变材料1采用多孔石墨和庚醇复合相变材料，由此制作得到低温相变储能模块5。

按照实施例1所述的测试方法对上述低温相变储能模块5的储冷和放冷的性能进行测试，结果如图6和7所示，由测试结果可见本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块可用于储存液化天然气-160～0℃之间的冷量。

实施例3

本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块5，包括一内腔中填充有低温相变材料1的封闭壳体和被包裹于所述低温相变材料1中的温度传感器4，其中，所述壳体的两个面2均采用厚度和边长分别为5mm和150mm的正方形铝合金板，四个边框3均采用厚度、长度和高度分别为5mm、150mm和40mm的有机玻璃条，在其中的一个边框的中心位置钻一个3mm的孔，用于穿过温度传感器4，温度传感器采用热电偶，长度为3m。采用螺丝方式将铝合金和有机玻璃连接起来，在其中填充低温相变材料1。所述低温相变材料1采用多孔石墨和乙醇复合相变材料，由此制作得到低温相变储能模块5。

按照实施例1所述的测试方法对上述低温相变储能模块5的储冷和放冷的性能进行测试，结果如图8和9所示，由测试结果可见本发明液化天然气冷能储存用低温相变储能模块可用于储存液化天然气-160～0℃之间的冷量。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims

1.一种液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其特征在于，所述低温相变储能模块包括一内腔中填充有低温相变材料的封闭壳体和被包裹于所述低温相变材料中的温度传感器。

2.如权利要求1所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其特征在于，所述壳体为长方体型，所述壳体的两个相对面由铝合金制成，其余边框为有机玻璃。

3.如权利要求2所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其特征在于，所述有机玻璃上开有一通孔，所述温度传感器穿过所述通孔，且设于所述低温相变材料的中心处。

4.如权利要求1所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。

5.如权利要求1至4任一项所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块，其特征在于，所述低温相变材料为由多孔石墨微粉和有机相变材料组成的多孔石墨基相变储能复合材料，

所述有机相变材料为醇类相变材料。

6.一种如权利要求1所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块的制作方法，包括低温相变材料的制备步骤，其特征在于，还包括以下步骤：

制作具有内腔的壳体，将所述低温相变材料填充于所述壳体的内腔中，并在所述内腔正中心放置一温度传感器，得到所述低温相变储能模块。

7.如权利要求6所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块的制作方法，其特征在于，所述壳体为长方体型，所述壳体的两个相对面采用铝合金材料，其余边框为有机玻璃。

8.如权利要求6所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块的制作方法，其特征在于，所述低温相变材料为由多孔石墨微粉和醇类相变材料按一定比例制得的多孔石墨基相变储能复合材料。

9.如权利要求6所述液化天然气冷能储存用低温相变储能模块的制作方法，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。