CN217465005U

CN217465005U - 一种加压储冷装置

Info

Publication number: CN217465005U
Application number: CN202220618492.0U
Authority: CN
Inventors: 王亚军; 秦润; 宋顺一; 曲文浩; 张睿; 王晨; 张小松; 卞咏
Original assignee: Shenzhen Energy Nanjing Holding Co ltd; Southeast University
Current assignee: Shenzhen Energy Nanjing Holding Co ltd; Southeast University
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2032-03-21

Abstract

本实用新型涉及一种加压储冷装置，包括低温储罐、液体泵、储能罐、第一加热器、第二加热器和第三加热器；所述低温储罐用于储存流体工质，低温储罐出口与所述液体泵入口连接，液体泵出口通过第一换向三通阀分别与所述第二加热器、第一加热器入口连接；第一加热器的出口通过第二换向三通阀分别与储能罐、第四换向三通阀的一端连接；第二加热器的出口通过第三换向三通阀分别与储能罐、第四换向三通阀的另一端连接；第四换向三通阀与第三加热器入口连接，第三加热器入口与外界连接；其中，储能罐两端的管路上均设有压力计、流量计和温度计。本实用新型可以有效提高储冷罐的

效率，实现冷能的高效存储和回收利用。

Description

一种加压储冷装置

技术领域

本实用新型涉及储冷技术领域，尤其是一种加压储冷装置。

背景技术

在能量转换的过程中，冷能和热能的存储和再利用成为提升能源利用效率的关键。低温冷能存储和再利用在液化空气储能、液化天然气循环流程和空气分离等领域具有重要应用，目前主要存在的问题是冷能储存过程的低效以及回收利用的转化低。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种加压储冷装置，解决冷能储存过程的低效以及回收利用的转化低技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种加压储冷装置，包括低温储罐、液体泵、储能罐、第一加热器、第二加热器和第三加热器；

所述低温储罐用于储存流体工质，低温储罐出口与所述液体泵入口连接，液体泵出口通过第一换向三通阀分别与所述第二加热器、第一加热器入口连接；

第一加热器的出口通过第二换向三通阀分别与储能罐、第四换向三通阀的一端连接；

第二加热器的出口通过第三换向三通阀分别与储能罐、第四换向三通阀的另一端连接；

第四换向三通阀与第三加热器入口连接，第三加热器入口与外界连接；

其中，储能罐两端的管路上均设有压力计、流量计和温度计。

进一步技术方案为：

所述低温储罐、液体泵、第二加热器、储能罐、第一加热器依次相连的通路、以及储能罐两端相连的通路，形成加压系统。

所述低温储罐、液体泵、第一加热器、储能罐、第三加热器依次相连的通路，形成充冷系统。

所述低温储罐、液体泵、第二加热器、储能罐、第三加热器依次相连的通路，形成释冷系统。

还包括数据采集模块，数据采集模块的信号输入端分别与所述压力计、流量计和温度计的信号输出端连接。

所述储能罐内设有温度计组，所述温度计组包括分别沿竖直方向和水平方向均匀分布的多个，温度计组与所述数据采集模块信号连接。

第一加热器、第二加热器、第三加热器采用电加热装置或对流换热结构。

储能罐内设置有显热材料或相变材料。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型采用加压方式存储低温冷能，可以有效提高储冷罐的

效率，实现冷能的高效存储和回收利用。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图2为本实用新型加压模式的示意图。

图3为本实用新型充冷模式的示意图。

图4为本实用新型释冷模式的示意图。

图中：100、低温储罐；200、液体泵；301、第一换向三通阀；302、第二换向三通阀；303、第三换向三通阀；304、第四换向三通阀；401、第一加热器；402、第二加热器；403、第三加热器；501、第一流量计；502、第二流量计；601、第一压力表；602、第二压力表；700、温度计组；701、第一温度计；702、第二温度计；800、储能罐；900、数据采集模块。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

本实施例的加压储冷装置，如图1所示，包括低温储罐100、液体泵200、储能罐800、第一加热器401、第二加热器402和第三加热器403；

低温储罐100用于储存流体工质，低温储罐100出口与液体泵200入口连接，液体泵200出口通过第一换向三通阀301分别与第二加热器402、第一加热器401入口连接；

第一加热器401的出口通过第二换向三通阀302分别与储能罐800、第四换向三通阀304的一端连接；

第二加热器402的出口通过第三换向三通阀303分别与储能罐800、第四换向三通阀304的另一端连接；

第四换向三通阀304与第三加热器403入口连接，第三加热器403入口与外界连接。

其中，储能罐800两端的管路上均设有压力计、流量计和温度计。

具体的，如图1所示，第二流量计502上侧输入端与第三换向三通阀303下侧输出端连接；第二压力表602上侧输入端与第二流量计502下侧输出端连接；第二温度计702位于第二流量计502和第二压力表602之间管道中；储能罐800上侧输入端与第二压力表602下侧输出端连接；第一压力表601上侧输入端与储能罐800下侧输出端连接；第一流量计501上侧输入端与第一压力表601下侧输出端连接；第一温度计701位于第一流量计501和第一压力表601之间管道中；

第二换向三通阀302上侧输入端与第一流量计501下侧输出端连接；第四换向三通阀304下侧输入端与第二换向三通阀302右侧输出端连接；第三加热器403左侧输入端与第四换向三通阀304右侧输出端连接，右侧输出端与外界连接。

如图2所示，低温储罐100、液体泵200、第二加热器402、储能罐800、第一加热器401依次相连的通路、以及储能罐800两端相连的通路，形成加压系统。

如图3所示，低温储罐100、液体泵200、第一加热器401、储能罐800、第三加热器403依次相连的通路，形成充冷系统。

如图4所示，低温储罐100、液体泵200、第二加热器402、储能罐800、第三加热器403依次相连的通路，形成释冷系统。

第一加热器401、第二加热器402、第三加热器403采用电加热装置或对流换热结构。

具体的，各加热器可以采用不同加热介质加热装置内流通的冷流体(低温储罐800中储存的工质)，加热介质初始温度一般为常温，可采用空气或者水。

如图1所示，还包括数据采集模块900，数据采集模块900的信号输入端分别与压力计、流量计和温度计的信号输出端连接，用于记录充冷过程的温度、压力和质量流量的动态变化。

具体的，储能罐800内包含的储能材料可以是单一种类，可以是多种材料混合，也可以是多种材料分级堆积在罐体内；储能材料本身来自于自然或者通过制备得到，可以是显热材料，也可以是相变材料。

具体的，储能罐800，外形可以是圆球式、圆柱式、管壳式、平行板式、不规则形状或其他形式，罐体采用特殊保温材料包裹或通过真空隔层来实现隔热；罐体一方面设计成可方便拆卸储能材料，一方面采用特殊焊接和密闭手法来实现安全耐高压储冷的目的。

储能罐800内设有温度计组700，温度计组700包括分别沿竖直方向和水平方向均匀分布的多个，温度计组700与数据采集模块900信号连接。

具体的，储能罐800内中心垂直位置从头至尾平均布置七个测点，用于测量并记录罐体内温度垂直变化；中间第3和5测点位置所在直径线上水平平均布置5个测点，用于测量并记录罐体内温度的实时变化情况。

本实施例的加压储冷方法，包括以下步骤：

开启加压模式：

第一换向三通阀301左侧和上侧端口打开，第二换向三通阀302端口全开，第三换向三通阀303端口全开，第四换向三通阀304上侧和下侧端口打开，使低温储罐100、液体泵200、第一换向三通阀301、第二加热器402、第三换向三通阀303、储能罐800、第二换向三通阀302和第一加热器401依次连接成通路，且连通第三换向三通阀303、第四换向三通阀304和第二换向三通阀302之间的管路，形成加压系统；

并且第四换向三通阀304与第三加热器403之间的通路切断；

加压过程参考图2所示，储存在低温储罐100中的液态氮气通过低温液体泵200加压至高于5MPa，在第二加热器402中汽化并加热到室温(一般293K左右)，随后加压流体流通整个加压系统的管道和设备，即此时整个管道及设备的压力保持在5MPa左右；

其中，通过压力表读数最终确定装置内压力达到指定压力；

开启充冷模式：

第一换向三通阀301左侧和右侧端口打开，第二换向三通阀302左侧和上侧端口打开，第三换向三通阀303下侧和右侧端口打开，第四换向三通阀304上侧和右侧端口打开，使低温储罐100、液体泵200、第一换向三通阀301、第一加热器401、第二换向三通阀302、储能罐800、第三换向三通阀303、第四换向三通阀304和第三加热器403依次连接成通路，形成充冷系统；

并且，第一换向三通阀301与第二加热器402之间，第二加热器402与第三换向三通阀303之间的通路切断。

充冷过程参考图3所示，储存在低温储罐100中的液态氮气通过低温液体泵200加压，在第一加热器401中加热到80K～250K，然后流入储能罐800将冷量储存在其中，从储能罐800流出的流体通过第三加热器403加热到排放温度最终排放至外界；

通过数据采集模块900记录充冷过程中储能罐800进出口工质的温度、压力和质量流量的动态变化；

开启释冷模式：

第一换向三通阀301左侧和上侧端口打开，第二换向三通阀302右侧和上侧端口打开，第三换向三通阀303下侧和左侧端口打开，第四换向三通阀304下侧和右侧端口打开，使低温储罐100、液体泵200、第一换向三通阀301、第二加热器402、第三换向三通阀303、储能罐800、第二换向三通阀302、第四换向三通阀304和第三加热器403依次连接成通路，形成释冷系统；

并且，第二加热器402与第一换向三通阀301和第二换向三通阀302之间的通路、以及第三换向三通阀303与第四换向三通阀304之间的通路切断。

释冷过程参考图4所示，储存在低温储罐100中的液态氮气通过低温液体泵200加压，在第二加热器402中汽化并加热到室温，随后流入储能罐800吸收其中的冷量，从储能罐800流出的冷流体通过第三加热器403加热到排放温度最终排放至外界；

数据采集模块900记录释冷过程中储能罐800进出口工质的温度、压力和质量流量的动态变化。

各模式下阀门、测量装置的运行状态如表1所示。

表1——三种模式下阀门、测量装置的运行状态表

部件	加压模式状态	充冷模式状态	释冷模式状态
				低温液体泵200	工作	工作	工作
第一换向三通阀301	左侧，上侧端口打开	左侧，右侧端口打开	左侧，上侧端口打开
				第二换向三通阀302	端口全开	左侧，上侧端口打开	右侧，上侧端口打开
第三换向三通阀303	端口全开	右侧，下侧端口打开	左侧，下侧端口打开
				第四换向三通阀304	上侧、下侧端口打开	右侧，上侧端口打开	右侧，下侧端口打开
第一加热器401	不工作	工作	工作
				第二加热器402	工作	不工作	不工作
第三加热器403	不工作	工作	工作
				第一流量计501	工作	工作	工作
第二流量计502	工作	工作	工作
				第一压力表601	工作	工作	工作
第二压力表602	工作	工作	工作
				温度计组700	工作	工作	工作
储能罐800	端口全开	端口全开	端口全开
				数据采集模块900	工作	工作	工作

本实施例的加压储冷方法，储冷(充冷)压力可以通过加压过程调节，一旦压力表读数显示达到预期数值，则停止加压过程；加压过程所需的气体来源可以来自于液氮汽化后的氮气，也可以来自于其他气体。

其中，第三加热器403的加热目的是提高工质的排出温度，保证安全性。

其中，第四换向三通阀304优选自动控制阀门，根据充冷、释冷过程压力表检测数据的波动实现阀门口的大小调节，保证充冷、释冷过程中压力维持稳定。

为了进一步说明本申请的加压储冷方法的效果，对图1所示的装置进行模拟计算，采用直径0.6m高1.5m的储能罐储冷，内部装满直径约0.02m的鹅卵石，外部附着厚0.1m的珍珠岩保温材料。采用氮作为流体工质。

计算流体工质的比

：

e＝(h-h₀)-T₀(s-s₀)

上式中，h为流体工质比焓J/kg，s为流体工质比熵J/(kg·K)，T为温度，单位K；下标0代表环境状态。

则系统储冷

效率η为释冷过程释放的总冷

除以充冷过程储存的总冷

：

上式中，e₁、e₂分别为释冷、充冷过程中的比

；m₁、m₂分别为释冷过程中储能罐的流入工质的质量流量、充冷过程中储能罐的流出工质的质量流量；t_dis、t_ch分别为释冷过程时间、充冷过程时间。

表2所示为系统的储冷压力对

效率的影响对照表。可知，无论是超临界氮气(4～10MPa)还是非超临界氮气(0.1～3MPa)，随着压力的升高，系统储冷

效率逐渐升高。这表明加压有利于提高储冷

效率。

表2——储冷压力对

效率影响对照表

利用本申请的加压储冷装置，设备部件设计采用可拆卸的模块化组装，可以运用控制变量法研究各个因素对装置储冷结果的影响。变量可以是工质流量、工作压力、储能材料、罐体、罐体保温材料、低温流体、低温流体工质加热方式温度、逻辑控制策略等。其中，工质流量和工作压力可以通过变频低温液体泵控制，储能材料、罐体保温材料、低温流体种类可以根据具体情况确定，储能材料和罐体尺寸也可以根据具体情况替换；第一加热器可将流体温度加热至指定温度(一般80K～250K)，第二加热器将流体温度加热至室温附近(293K左右)。

Claims

1.一种加压储冷装置，其特征在于，包括低温储罐(100)、液体泵(200)、储能罐(800)、第一加热器(401)、第二加热器(402)和第三加热器(403)；

所述低温储罐(100)用于储存流体工质，低温储罐(100)出口与所述液体泵(200)入口连接，液体泵(200)出口通过第一换向三通阀(301)分别与所述第二加热器(402)、第一加热器(401)入口连接；

第一加热器(401)的出口通过第二换向三通阀(302)分别与储能罐(800)、第四换向三通阀(304)的一端连接；

第二加热器(402)的出口通过第三换向三通阀(303)分别与储能罐(800)、第四换向三通阀(304)的另一端连接；

第四换向三通阀(304)与第三加热器(403)入口连接，第三加热器(403)入口与外界连接；

其中，储能罐(800)两端的管路上均设有压力计、流量计和温度计。

2.根据权利要求1所述的加压储冷装置，其特征在于，所述低温储罐(100)、液体泵(200)、第二加热器(402)、储能罐(800)、第一加热器(401)依次相连的通路、以及储能罐(800)两端相连的通路，形成加压系统。

3.根据权利要求2所述的加压储冷装置，其特征在于，所述低温储罐(100)、液体泵(200)、第一加热器(401)、储能罐(800)、第三加热器(403)依次相连的通路，形成充冷系统。

4.根据权利要求3所述的加压储冷装置，其特征在于，所述低温储罐(100)、液体泵(200)、第二加热器(402)、储能罐(800)、第三加热器(403)依次相连的通路，形成释冷系统。

5.根据权利要求1所述的加压储冷装置，其特征在于，还包括数据采集模块(900)，数据采集模块(900)的信号输入端分别与所述压力计、流量计和温度计的信号输出端连接。

6.根据权利要求5所述的加压储冷装置，其特征在于，所述储能罐(800)内设有温度计组(700)，所述温度计组(700)包括分别沿竖直方向和水平方向均匀分布的多个，温度计组(700)与所述数据采集模块(900)信号连接。

7.根据权利要求1所述的加压储冷装置，其特征在于，第一加热器(401)、第二加热器(402)、第三加热器(403)采用电加热装置或对流换热结构。

8.根据权利要求1所述的加压储冷装置，其特征在于，储能罐(800)内设置有显热材料或相变材料。