CN106195612A - 一种低温流体冷能储存装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种低温流体冷能储存装置及方法，所述的装置至少包括：具有多个不同的储冷单元，这些不同的储冷单元按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；储存所述储冷单元的储冷容器；使低温流体通过所述储冷容器的通道；所述储冷单元、储冷容器以及通道之间通过管道和阀门相连通；在储冷容器外包覆有保温的绝热材料层；未进入储冷工作状态时，储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地被固化；本发明所述低温流体的冷能回收效率高，且储冷装置的体积小，再利用时的低温品位高。

Description

一种低温流体冷能储存装置及方法
技术领域
本发明涉及一种低温流体冷能储存装置及方法，属于低温技术领域。
背景技术
在低温工业领域，涉及到很多低温液体汽化的工艺需求，现有技术一是：通过各类汽化器，如水浴式汽化器或空浴式汽化器，利用蒸汽热或空气热汽化低温液体，但同时需消耗蒸汽（如水浴式汽化器）或虽可以利用免费的空气，但换热效率低，不能长时间连续工作（如空浴式汽化器），且低温液体的冷能均不能有效利用。现有技术二是：把低温液体导入需要冷能的装置，如正在运行的空分装置的换热器中，低温液体被正流的流体复热汽化出空分冷箱装置，同时其冷能被空分冷箱内的流体利用；上述技术二虽然能有效利用低温液体复热时的冷能，但在运作上需与运行的空分装置保持时间的一致性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供了一种能有效回收冷能，低温流体的冷能回收效率高，储冷装置体积小，再利用时的低温品位高，在冷能利用上又不受限于冷能源的低温流体冷能储存装置及方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种低温流体冷能储存装置，它至少包括：具有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），这些不同的储冷单元按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；储存所述储冷单元的储冷容器T；使低温流体通过所述储冷容器T的通道；所述储冷单元C、储冷容器T以及通道之间通过管道和阀门相连通；在储冷容器T外包覆有保温的绝热材料层。
作为优选：所述多个不同的储冷单元C为球状物或为棒状物或为带状物或为折管或绕管物；
未进入储冷工作状态时，所述的储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，所述储冷单元C内的常温带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化，或储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化，或储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地被固化。
作为优选：所述多个不同的储冷单元C内的流体介质及其压力相同或不同；所述的带压气体介质为甲烷、乙烷，丙烷或天然气等碳氢化合物，或为氟代烃或氯化物或氟氯化物，或为氩，或为这些气体和氮气按一定比例的混合气体；
在储冷工作状态时，所述的储冷单元C的分层堆叠顺序从低温区到高温区为工作压力下介质沸点由低到高或熔点由低到高。
作为优选：所述不同的分层堆叠储冷单元C之间可以设置有分隔板构成的固定装置，以防止工作状态时所述不同储冷单元C之间的混床。
作为优选：所述的储冷容器T是带压的压力容器或是不带压的常压容器；
低温流体经过所述的通道进入所述的储冷容器T后，所述的低温流体冷能储存在所述的多个不同的储冷单元C中，所述的低温流体温度升高后流出所述的储冷容器；同理，常温或高温流体也可以通过所述的通道进入所述的储冷容器后，储存在所述的多个不同的储冷单元C中的冷能传递给所述的常温或高温流体，所述的常温或高温流体温度降低后流出所述的储冷容器。
一种利用所述低温流体冷能储存装置进行低温流体冷能储存方法，该方法包括：
一储冷容器T中储存有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），储冷单元C为球状物、棒状物或带状物，或是折管或绕管物；
未进入储冷工作状态时，储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地被固化；
这些不同的储冷单元C按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；低温流体经与储冷容器相连通的通道进入储冷容器，与储冷单元换热，其冷能被储冷单元储存，其被加热，并经与储冷容器相连通的通道出储冷容器；
相应地，常温或高温流体也可以通过通道进入储冷容器，储存在多个不同的储冷单元C中的冷能传递给所述的常温或高温流体，所述的常温或高温流体温度降低后通过通道流出所述的储冷容器；进入储冷容器的低温流体或常温或高温流体可以是带压的，也可以是不带压的；为提高储冷效率和储冷时间，须给储冷容器T覆盖绝热材料。
本发明所述不同的储冷单元C里面充填的流体介质及其压力相同或不同，使得所述不同的储冷单元C在储冷工作状态时，堆叠顺序从低温区到高温区为介质沸点由低到高或介质熔点由低到高。
本发明采用该方法后，低温流体的冷能回收效率高，且储冷装置的体积小，再利用时的低温品位高；它具有能有效回收冷能，低温流体的冷能回收效率高，储冷装置体积小，再利用时的低温品位高，在冷能利用上又不受限于冷能源等特点。
附图说明
图1是本发明所述低温流体冷能储存装置的一个实施例示意图。
图2是本发明所述低温流体冷能储存装置的另一个实施例示意图。
图3是本发明所述低温流体冷能储存装置的又一个实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1--3所示，本发明所述的一种低温流体冷能储存装置，它至少包括：具有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），这些不同的储冷单元按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；储存所述储冷单元的储冷容器T；使低温流体通过所述储冷容器T的通道；所述储冷单元C、储冷容器T以及通道之间通过管道和阀门相连通；在储冷容器T外包覆有保温的绝热材料层；
所述多个不同的储冷单元C为球状物或为棒状物或为带状物或为折管或绕管物；
未进入储冷工作状态时，所述的储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，所述储冷单元C内的常温带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化，或储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化，或储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地被固化。
本发明所述多个不同的储冷单元C内的流体介质及其压力相同或不同；所述的带压气体介质为甲烷、乙烷，丙烷或天然气等碳氢化合物，或为氟代烃或氯化物或氟氯化物，或为氩，或为这些气体和氮气按一定比例的混合气体；
在储冷工作状态时，所述的储冷单元C的分层堆叠顺序从低温区到高温区为工作压力下介质沸点由低到高或熔点由低到高。
本发明所述不同的分层堆叠储冷单元C之间可以设置有如分隔板等构成的固定装置，以防止工作状态时所述不同储冷单元C之间的混床。
本发明所述的储冷容器T是带压的压力容器或是不带压的常压容器；
低温流体经过所述的通道进入所述的储冷容器T后，所述的低温流体冷能储存在所述的多个不同的储冷单元C中，所述的低温流体温度升高后流出所述的储冷容器；同理，常温或高温流体也可以通过所述的通道进入所述的储冷容器后，储存在所述的多个不同的储冷单元C中的冷能传递给所述的常温或高温流体，所述的常温或高温流体温度降低后流出所述的储冷容器。
一种利用所述低温流体冷能储存装置进行低温流体冷能储存方法，该方法包括：
一储冷容器T中储存有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），储冷单元C为球状物、棒状物或带状物，或是折管或绕管物；
未进入储冷工作状态时，储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地被固化；
这些不同的储冷单元C按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；低温流体经与储冷容器相连通的通道进入储冷容器，与储冷单元换热，其冷能被储冷单元储存，其被加热，并经与储冷容器相连通的通道出储冷容器；
相应地，常温或高温流体也可以通过通道进入储冷容器，储存在多个不同的储冷单元C中的冷能传递给所述的常温或高温流体，所述的常温或高温流体温度降低后通过通道流出所述的储冷容器；进入储冷容器的低温流体或常温或高温流体可以是带压的，也可以是不带压的；为提高储冷效率和储冷时间，须给储冷容器T覆盖绝热材料。
本发明所述不同的储冷单元C里面充填的流体介质及其压力相同或不同，使得所述不同的储冷单元C在储冷工作状态时，堆叠顺序从低温区到高温区为介质沸点由低到高或介质熔点由低到高。
实施例：
在图1的实施例中，压力为0.8MPaG、温度为-150℃的纯化干燥空气00通过管道G1和阀门V1进入带压的储冷容器T1，储冷容器T1中储存有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），n=35。储冷单元C为直径相等的圆柱形管子，它们并排叠放在一起。其中C1充填的是摩尔组分分别为60%和40%的甲烷和乙烷气体，工作压力为0.1MPaG；C1与-150℃的空气00换热，C1中的物质至少部分地液化，放出潜热被气体00吸收，气体00温度升高，如升到-148℃左右。其中C2充填的是摩尔组分分别为40%和60%的甲烷和乙烷气体，工作压力为0.1MPaG；C2与-148℃的空气00换热，C2中的物质至少部分地液化，放出潜热被气体00吸收，气体00温度继续升高。而C3充填的是摩尔组分分别为30%和70%的甲烷和乙烷气体，工作压力为0.1MPaG。C4充填的是摩尔组分分别为20%和80%的甲烷和乙烷气体，工作压力为0.1MPaG；C5充填的是摩尔组分分别为10%和90%的甲烷和乙烷气体，工作压力为0.1MPaG；C6充填的是摩尔组分为100%的乙烷气体，工作压力为0.1MPaG；从C7到C16充填的是乙烷和丙烷气体的不同摩尔比例混合物，工作压力为0.1MPaG，液化温度从低到高堆叠；从C16到C32充填的是丙烷和丁烷气体的混合物，工作压力为0.1MPaG，液化温度从低到高堆叠；从C32到C35充填的是丁烷气体，工作压力从0.1MPaG到0.2MPaG，液化温度从低到高堆叠。气体00经依次与C1到C35换热，其冷量依次被C1到C35吸收，其自身被复热到约25℃出储冷容器T1，并经管道G2和阀门V2出储冷装置。其冷量主要以C1到C35中的介质以部分液化成液体的形式储存。由于储冷容器T1的外层被良好的保温绝热材料所覆盖或充填，绝热冷损不大。
当需要利用储冷容器T1中的冷量时，压力为0.8MPaG、温度为25℃的纯化干燥空气01通过管道G2和阀门V2进入带压的储冷容器T1。空气01先与C35-C32换热，Cn中的物质至少部分地气化，吸收气化潜热，同时气体01被冷却，气体01温度降低，如降到20℃左右；空气01再依次与C32-C1换热，在此过程中，Cn中的物质至少部分地气化，吸收气化潜热，气体01逐步地冷却，气体01温度降低，如降到-140℃左右出储冷容器T1，并经管道G1和阀门V1出储冷装置。储冷装置中的冷量主要以C1到C35中的介质以部分气化或全气化的形式被气体00带走。
在图2的实施例中，储冷单元C（C1、C2、…、Cn）是球状物；
在图3的实施例中，储冷单元C（C1、C2、…、Cn）是折管；
上述两个实施例仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例。如储冷单元C中的介质也可以在某种条件下相变成固状，可以在固液气三相或固气二相或固液二相作为储冷的方法。因此，在本发明的范畴下所作的各种变型或优化，也在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低温流体冷能储存装置，其特征在于它至少包括：具有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），这些不同的储冷单元按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；储存所述储冷单元的储冷容器T；使低温流体通过所述储冷容器T的通道；所述储冷单元C、储冷容器T以及通道之间通过管道和阀门相连通；在储冷容器T外包覆有保温的绝热材料层。
2.根据权利要求1所述的低温流体冷能储存装置，其特征在于所述多个不同的储冷单元C为球状物或为棒状物或为带状物或为折管或绕管物；
未进入储冷工作状态时，所述的储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，所述储冷单元C内的常温带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化，储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化，或储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地。
3.根据权利要求1或2所述的低温流体冷能储存装置，其特征在于所述多个不同的储冷单元C内的流体介质及其压力相同或不同；所述的带压气体介质为甲烷、乙烷，丙烷或天然气等碳氢化合物，或为氟代烃或氯化物或氟氯化物，或为氩，或为这些气体和氮气按一定比例的混合气体；
在储冷工作状态时，所述的储冷单元C的分层堆叠顺序从低温区到高温区为工作压力下介质沸点由低到高或熔点由低到高。
4.根据权利要求1或3所述的低温流体冷能储存装置，其特征在于所述不同的分层堆叠储冷单元C之间可以设置有分隔板构成的固定装置，以防止工作状态时所述不同储冷单元C之间的混床。
5.根据权利要求1所述的低温流体冷能储存装置，其特征在于所述的储冷容器T是带压的压力容器或是不带压的常压容器；
低温流体经过所述的通道进入所述的储冷容器T后，所述的低温流体冷能储存在所述的多个不同的储冷单元C中，所述的低温流体温度升高后流出所述的储冷容器；同理，常温或高温流体也可以通过所述的通道进入所述的储冷容器后，储存在所述的多个不同的储冷单元C中的冷能传递给所述的常温或高温流体，所述的常温或高温流体温度降低后流出所述的储冷容器。
6.一种利用权利要求1或2或3或4或5所述低温流体冷能储存装置进行低温流体冷能储存方法，其特征在于该方法包括：
一储冷容器T中储存有多个不同的储冷单元C（C1、C2、…、Cn），储冷单元C为球状物、棒状物或带状物，或是折管或绕管物；
未进入储冷工作状态时，储冷单元C内含有储冷常温带压气体介质或液体介质或固体介质；进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部液化或至少部分地被液化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压气体介质被全部固化或至少部分地被固化；或进入储冷工作状态时，储冷单元C内的带压液体介质被全部固化或至少部分地被固化；
这些不同的储冷单元C按工作沸点不同通过分层堆叠的方式组合在一起；低温流体经与储冷容器相连通的通道进入储冷容器，与储冷单元换热，其冷能被储冷单元储存，其被加热，并经与储冷容器相连通的通道出储冷容器；
相应地，常温或高温流体也可以通过通道进入储冷容器，储存在多个不同的储冷单元C中的冷能传递给所述的常温或高温流体，所述的常温或高温流体温度降低后通过通道流出所述的储冷容器；进入储冷容器的低温流体或常温或高温流体可以是带压的，也可以是不带压的；为提高储冷效率和储冷时间，须给储冷容器T覆盖绝热材料。
7.根据权利要求6所述的低温流体冷能储存方法，其特征在于：所述不同的储冷单元C里面充填的流体介质及其压力相同或不同，使得所述不同的储冷单元C在储冷工作状态时，堆叠顺序从低温区到高温区为介质沸点由低到高或介质熔点由低到高。
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