一种加压储冷装置的制作方法

1.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：

2.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。


技术实现要素：

3.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。
4.本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种加压储冷装置，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；
6.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；
7.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；
8.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；
9.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；
10.其中，储能罐两端的管路上均设有压力计、流量计和温度计。
11.进一步技术方案为：
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.储能罐内设置有显热材料或相变材料。
19.本实用新型的有益效果如下：
20.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
21.图1为本实用新型装置的结构示意图。
22.图2为本实用新型加压模式的示意图。
23.图3为本实用新型充冷模式的示意图。
24.图4为本实用新型释冷模式的示意图。
25.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
26.以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
27.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；
28.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；
29.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；
30.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；
31.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。
32.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。
33.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；
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.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。
40.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。
41.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。
42.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。
43.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。
44.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。
45.本实施例的加压储冷方法，包括以下步骤：
46.开启加压模式：
47.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；
48.并且第四换向三通阀304与第三加热器403之间的通路切断；
49.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；
50.其中，通过压力表读数最终确定装置内压力达到指定压力；
51.开启充冷模式：
52.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；
53.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。
54.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；
55.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；
56.开启释冷模式：
57.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；
58.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。
59.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；
60.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。
61.各模式下阀门、测量装置的运行状态如表1所示。
62.表1——三种模式下阀门、测量装置的运行状态表
63.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
64.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。
65.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。
66.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。
67.为了进一步说明本技术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。
68.计算流体工质的比：
69.e＝(h-h0)-t0(s-s0)
70.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。
71.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：
[0072][0073]
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。
[0074]
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。
[0075]
表2——储冷压力对效率影响对照表
[0076][0077]
利用本技术的加压储冷装置，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)。