CN103775820A - 一种新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器 - Google Patents

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本发明公开了一种新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器，由外夹套筒体，中心管，蛇管，管板，封头组成，蛇管根据所需要的储存空气的速度来选择单管或者双管缠绕，蛇管缠绕在中心管上，超高压空气储存在蛇管内；壳程为蓄热介质；蛇管缠绕方式为螺旋缠绕，相邻的缠绕层螺旋方向相反；每层蛇管之间使用异型固定垫片保证横向和纵向的间距；外夹套筒体为夹套结构，中间抽真空，夹套中间使用角钢支撑。本发明的蛇管储气器，涉及节能与新能源利用的技术领域，尤其设计太阳能发电，风能发电以及调峰填谷的能源储蓄系统。本发明将储气蓄热合二为一，能将空气压缩至超高压，有效解决压缩空气储能系统储气与蓄热问题。

Description

一种新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器
技术领域
本发明涉及节能与新能源利用的技术领域，尤其涉及太阳能发电，风能发电以及调峰填谷的能源储蓄系统。
背景技术
新能源的规模应用以及间歇性可再生能源的大规模入网、传统电力峰谷差值的增长，各种能源应用问题也随之出现，而储能技术的应用将为解决这些问题提供非常有效的途径。目前电力储能技术较多，压缩空气储能由于优势明显，未来无疑将成为除抽水蓄能之外最具发展潜力的大规模储能。
压缩空气储能是另一种可以实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统，是指将低谷、风电、太阳能等不易储藏的电力用于压缩空气，将压缩后的高压空气密封在储气设施中，在需要时释放压缩空气推动透平发电的储能方式。目前，地下储气站采用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山洞、过期油气井和新建储气井等多种模式。地上储气站采用高压的储气罐模式。
新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器，由于其将储气，蓄热，换热的过程同时集成在一个设备中，特别适合新能源的储能领域，同时能降低对于地形地貌的特殊需求，方便在任意场地使用。
发明内容
本发明旨在克服通常压缩空气储能的缺点，常规压缩空气储能常使用地下孔洞或地面储气罐作为储气装置，地下孔洞对地形地貌要求高，不能推广使用，地面常规储气罐，储气的压力不高，储气量较小，为达到一定的功率，必须同时使用大量储气罐，投资较高。本发明将储气蓄热合二为一，可实现空气的等温压缩与膨胀。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器，由外夹套筒体，中心管，蛇管，管板，封头等组成，其特征是，根据所需要的储存空气的速度来选择单管或者双管缠绕，超高压空气储存在管内，壳程为蓄热介质，外夹套筒体为夹套结构，对壳程的蓄热材料进行保温。蛇管缠绕在中心管上，中心管保证蛇管的刚度。每层蛇管中间使用异型固定垫片保证其横向和纵向的间距。蛇管既是超高压空气的储存器，也是空气与蓄热介质换热的换热管。壳程为蓄热介质，常压。外壳筒体为夹套结构，两层筒体中间抽真空，使用角钢保证其刚度。筒体外裹有保温材料，对壳程的蓄热材料进行保温。
所述蛇既是超高压空气的储存器，也是空气与蓄热介质换热的换热管，其内部压缩空气压强达到100MPa以上，为普通压缩空气储气技术的压力的10~20倍。
所述蛇管储气器结构，超高压气体储存在蛇管内，有壳程空间作为缓冲，具有良好的防爆效果，且可以减少超高强度钢的使用量，减少成本。
所述蛇管缠绕在中心管内，材料为43CrNiMoVA超强度钢弯制而成，缠绕方式为单管或双管缠绕，管与管之间使用焊接方式连接，并使用自增强技术，既能保证良好的承压效果，也能减薄壁厚，增大储气空间。
所述的蛇管，规格为25mm/2mm或者10mm/1mm（内径/壁厚）。蛇管横向间距2mm，纵向间距2mm，以使得蓄热介质可以流过。螺旋升角可调。角度为5°~20°。
每层蛇管之间使用异型固定垫片保证横向和纵向的间距。蛇管与管板的连接方式为自动焊，保证焊接质量。所述的异型固定垫片，使用的个数为3或者4个，相隔角度为120°或者90°。所述的异型固定垫片可以有效保证蛇管束横向和纵向间距的同时也起到保证其刚度的作用。所述的异型固定垫片与蛇管，两者接触部位采用点焊方式连接。
所述的外筒体上安装有安全阀，在假设内部蛇管泄露的情况下，壳程空间可以提供高压气体的缓冲，降低了设备爆炸的风险。
所述的外筒体为夹套结构，中间抽真空以保证绝热效果。夹套中间使用角钢支撑。壳程为常压，介质为蓄热材料。所述储罐的罐体使用平封头，封头上安装有法兰，与筒体内的蛇管连接；储罐为立式容器，使用耳座支承。半地下或全地下放置；储罐高度为20~40米；接入压缩空气储能系统时多个储罐采用并联的连接方式，其内部压缩空气的状态为超临界状态。
所述外筒体的筒体上安装有安全阀，筒体外侧包裹有保温层，保证储热效果。超高压气体储存在蛇管内，降低了超强度合金钢的使用量，从而降低了大量成本。在气体的出口处设有空气缓冲罐。保证出口超高压空气的压力稳定。
所述的蛇管束，其特征是，蛇管缠绕方式为螺旋缠绕，相邻的缠绕层螺旋方向相反。该结构使得蛇管的热膨胀可以自行补偿，并且具有非常大的换热面积。
本发明具有独创性，相比于洞穴储气技术和地面普通高压储罐，成本低，限制少，将蓄热于储气置于同一环节中，减少了中间过程，减少了能量在输送过程中的损失，提高了能源的利用率。具有良好的市场前景。
 
附图说明
图1本发明的带储热的超高压压缩空气蛇管储气器示意图。
图2 本发明的蛇管示意图。
图3 本发明的异型固定垫片示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明，应理解该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例
如图1为新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器示意图。1为平封头；2为中心管；3为法兰；4为蛇管；5为外夹套筒体。蛇管4缠绕在中心管2上。空气从平封头1上的法兰3进入。储存空气时，另外一端阀门闭合；释放空气时，阀门打开，放出空气。整个筒体使用鞍座支撑（未画出）。蓄热时，蓄热介质储存在筒体中剩余区域内，需要回热时，蓄热介质从筒体上方的法兰流出。
如图2所示，5为外夹套筒体；4为蛇管，2为中心管。外夹套筒体5的两层中间使用角度支撑，保证外筒体的刚度。蛇管2的材料为43CrNiMoVA钢，内径为10或者25mm，壁厚为1或2mm，并使用自增强技术，以减小壁厚，增大储气的空间。蛇管4螺旋缠绕在中心管3上。相邻螺旋管的绕向相反。中心管2可以使用0Cr18Ni9，外夹套筒体5材料为0Cr18Ni9。外夹套筒体的内径为4-6m，中心管直径为0.5-1m，两者的直径由需要储存空气的量决定。图1中下方箭头表示的是蓄热介质的流向，缠绕管内的介质为空气。
如图3为异型固定垫片示意图，该垫片可以保证蛇管束的横向和纵向的间距。使用数量为3~4片，均布在蛇管束上，用焊接的方法将其固定。
上述实施例所述的新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器实现了空气的超高压压缩，以及空气的等温压缩与膨胀，提高了能源的利用率。扩大压缩空气电站的发电功率，具有良好的市场前景。
本实施例仅仅描述了单管缠绕的情况。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内的，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型带储热的超高压压缩空气蛇管储气器，由外夹套筒体，中心管，蛇管，封头组成，其特征在于：所述蛇管根据所需要的储存空气的速度来选择单管或者双管缠绕，所述蛇管缠绕在所述中心管上，超高压空气储存在蛇管内；壳程为蓄热介质，外夹套筒体为夹套结构，对壳程的蓄热材料进行保温。
2.根据权利要求1所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述蛇管既是超高压空气的储存器，也是空气与蓄热介质换热的换热管；所述蛇管使用43CrNiMoVA钢管弯制而成，缠绕方式为单管或双管缠绕，管与管之间使用焊接方式连接。
3.根据权利要求2所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述蛇管规格为内径25mm/壁厚2mm或者内径10mm/壁厚1mm；所述蛇管的横向间距2mm，纵向间距2mm，每层蛇管之间使用异型固定垫片保证横向和纵向的间距；所述蛇管的螺旋升角可调，角度为5°~20°。
4.根据权利要求3所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述蛇管与管板的连接方式为自动焊，所述蛇管缠绕方式为螺旋缠绕，相邻的缠绕层螺旋方向相反，所述异型固定垫片的个数为3或者4个，相隔角度为120°或者90°，所述异型固定垫片与蛇管的两者接触部位采用点焊方式连接。
5.根据权利要求1所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述外夹套筒体为夹套结构，中间抽真空，夹套中间使用角钢支撑，壳程为常压，介质为蓄热材料。
6.根据权利要求1所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：罐体使用平封头，封头上安装有法兰，与外夹套筒体内的蛇管连接；所述蛇管储气器为立式容器，使用耳座支承；半地下或全地下放置，蛇管储气器高度为20~40米，接入压缩空气储能系统时多个蛇管储气器采用并联的连接方式。
7.根据权利要求6所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述蛇管储气器的内部压缩空气的状态为超临界状态。
8.根据权利要求1所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述外筒体的筒体上安装有安全阀，筒体外侧包裹有保温层。
9.根据权利要求1所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：超高压气体储存在蛇管内，在气体的出口处设有空气缓冲罐。
10.根据权利要求1所述的超高压压缩空气蛇管储气器，其特征在于：所述蛇管缠绕方式为螺旋缠绕，相邻的缠绕层螺旋方向相反；每层蛇管之间使用异型固定垫片保证横向和纵向的间距；所述外夹套筒体为夹套结构，中间抽真空，夹套中间使用角钢支撑。
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