一种多级固态蓄冷装置

技术领域

本发明涉及一种多级固态蓄冷装置，具体而言，涉及一种用于储存冷源气体冷量的多级固态蓄冷装置。

背景技术

在液化空气储能技术应用中，经过等温压缩过后的空气，在后序的Claude膨胀对外做功时，空气温度近似沿等熵线降低。通常气体膨胀过程中产生的冷量没有被回收，而是直接浪费掉了。在现有技术中尚不存在回收气体冷量的装置。

实用新型CN206973788U提供一种卧式蓄冷罐布水装置，包括卧式蓄冷罐本体，卧式蓄冷罐本体内均匀设有多组双隔板，所述双隔板与卧式蓄冷罐本体的罐壁连接，每组双隔板之间设有倾斜散流板，倾斜散流板的两端进一步和卧式蓄冷罐本体的罐壁连接，每组双隔板的开口上下交错设置。该实用新型在一定范围内依据温度分层型原理，将常规的卧式蓄冷罐布水装置结合在一起，使卧式蓄冷罐不仅在竖直方向上有布水的功能，也在水平方向上有了导流的功能，通过双隔板和倾斜散流板，可有效提供卧式蓄冷罐的放冷效率，实用性较强。然而，该实用新型仅适合于水体蓄冷，但不适用于气体冷量回收过程。

为了高效存储低温空气的冷量，需要设计一款气体冷量回收装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种冷源气体冷量回收装置，其能够实现梯级或多级储冷过程，从而实现充分回收冷量。

根据本发明提供了一种多级固态蓄冷装置，其装置的主体为立式罐体结构，罐体包括顶部封头、罐身和底部封头，所述罐身分别与所述顶部封头和底部封头密封连接，所述顶部封头的中心设置有用于引入冷源气体的入口，在所述罐身的下侧设置有用于排出气体的出口，所述罐体的内部空间被多个竖直方向的折流挡板构件分隔成多个区域，所述折流挡板构件的仅一端与所述顶部封头或所述底部封头密封接触，另一端与所述顶部封头或所述底部封头形成空隙，使冷源气体在所述罐体内能够折返流动，所述多个区域中填充了蓄冷介质。

在一个优选的实施方式中，所述出口水平高度位置相同的罐壁内侧设置一圈封顶折型挡板，使冷源气体从所述封顶折型挡板的底部进入封顶折型挡板与所述罐壁之间的内部空隙，从而经由出口流出。所述封顶折型挡板的截面呈“7”形状，其中水平部分在出口的上侧与罐壁密封连接，竖直部分延伸至出口的下侧，使得气体绕过该封顶折型挡板，从该封顶折型挡板的下方进入封顶折型挡板与所述罐壁之间的内部空隙，再经由出口流出。

在另一个优选的实施方式中，所述多个区域中分别填充不同的蓄冷介质。

在另一个优选的实施方式中，所述多个区域为3个区域，按照冷源气体的流动的方向，分别为第一区域、第二区域和第三区域，优选地，第一区域填充的蓄冷介质为玄武岩颗粒，第二区域填充的蓄冷介质为大理石颗粒，以及第三区域填充的蓄冷介质为石灰石颗粒。

在又一个优选的实施方式中，所述罐身为圆筒形状，所述顶部封头和底部封头均为椭球体封头。

在再一个优选的实施方式中，所述折流挡板构件为圆筒形状。

在又一个优选的实施方式中，所述顶部封头设置有分别与所述多个区域相通的多个进料口，用于装入蓄冷介质；以及所述底部封头设置有与所述多个区域相通的卸料口，用于排出蓄冷介质。当所述多级固态蓄冷装置进行蓄冷操作时，所述进料口和卸料口通过盲板法兰密封。

在又一个优选的实施方式中，所述折流挡板构件的另一端与顶部封头或底部封头的空隙设置网状物，用于分隔多个区域中的蓄冷介质。

在又一个优选的实施方式中，所述罐身和底部封头一体成型，所述顶部封头通过法兰与所述罐身密封连接。

在又一个优选的实施方式中，所述冷源气体为液化气体，特别是液化空气，或温度在室温以下的气体。

在又一个优选的实施方式中，所述顶部封头、罐身、底部封头和折流挡板构件由金属制成，并且在所述罐体的表面上设置隔热材料；或者所述顶部封头、罐身、底部封头和折流挡板构件由隔热材料制成。

在本发明中，采用固态蓄冷介质作为填充材料，如花岗岩颗粒、石灰石颗粒或玄武岩颗粒，以气固两相接触对流方式换热，制备了新型多级固态蓄冷装置。

根据本发明的新型固体蓄冷装置具有如下特点：

1)冷源气体可以和蓄冷介质直接接触并产生气固对流换热，换热速率和效率可达最高；

2)罐体内部的折流挡板构件不仅可以使冷源气体和蓄冷介质充分接触，还可以实现多级储冷过程，解决了多级蓄冷装置管道串联造成的冷量损失以及蓄冷效率降低的问题。

3)折流挡板构件将整个蓄冷装置分成了不同的区域，每个区域都可以有单独的进料口和卸料口，每个区域都可以按需要填充不同的蓄冷材料，以实现梯级或多级储冷过程。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式的多级蓄冷装置的示意图；

图2为根据本发明的实施方式的多级蓄冷装置的一体成型的蓄冷罐罐身和底部封头的俯视图、主视图和仰视图示意图；

图3为根据本发明的实施方式的多级蓄冷装置的顶部封头的示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的附图来详细阐述本发明的优选的实施方案。应该理解下面的具体的实施方案仅用于阐述本发明，而非限制本发明。

图1为根据本发明的蓄冷装置的示意图。所述多级固态蓄冷装置的主体为立式罐体结构，罐体包括顶部封头、罐身和底部封头，所述罐身与所述顶部封头通过衔接法兰9密封连接，所述罐身为圆筒形，并且与所述底部封头一体成型。

所述罐体的内部空间被2个竖直方向的折流挡板构件分隔成3个区域，依照冷源气体流动的方向，分别为第一区域、第二区域和第三区域。折流挡板构件为圆筒形状。第一区域与第二区域之间的折流挡板构件为第一折流挡板构件，第二区域与第三区域的折流挡板构件为第二折流挡板构件。其中，第一区域中填充有蓄冷介质1，第二区域中填充有蓄冷介质2，以及第三区域填充有蓄冷介质3。蓄冷介质1为玄武岩颗粒，蓄冷介质2为大理石颗粒，以及蓄冷介质3为石灰石颗粒。

第一折流挡板构件的顶端与顶部封头固定连接形成密封，使进入第一区域中的冷源气体沿着第一区域从上向下流动。第一折流挡板构件的底端与底部封头存在空隙，在该空隙中设置网状构件8来隔离蓄冷介质1和蓄冷介质2，并且使冷源气体穿过网状构件进入第二区域。网状构件8不仅用于隔离两种蓄冷介质，避免它们互相混合，而且用于限制冷却气体在蓄冷装置的中的主体流向，达到分级蓄冷的目的。

第二折流挡板构件的底端与底部封头固定连接形成密封，使进入第二区域中的冷源气体沿着第二区域从下向上流动。第二折流挡板构件的顶端与顶部封头存在空隙，在该空隙中设置网状构件8来隔离蓄冷介质2和蓄冷介质3，并且使冷源气体穿过网状构件9进入第三区域。

在罐身侧方且靠近底端的位置设置有1个出口7。在出口7的水平高度位置相同的罐壁内侧设置一圈封顶折型挡板10，使冷源气体从封顶折型挡板的底部进入封顶折型挡板10与罐壁之间的内部空隙，然后经由出口7排出。

图2a、2b和2c分别显示了一体成型的罐身和底部封头的俯视图、侧视图和仰视图。

如图2a和图2c所示，在底部封头的中心设置有与第一区域相通并用于卸出蓄冷介质1的圆形卸料口2；在底部封头中设置有与第二区域相通并用于卸载蓄冷介质2的3个圆形卸料口4；3个圆形卸料口4均匀地分布在与第二区域对应的底部封头的环形区域上，3个圆形卸料口4的中心与底部封头的中心的连线之间的夹角为120°。在底部封头设置有与第三区域相通并用于卸载蓄冷介质3的3个圆形卸料口6；3个圆形卸料口6均匀地分布在与第二区域对应的底部封头的环形区域上，3个圆形卸料口6的中心与底部封头的中心的连线之间的夹角为120°。在进行蓄冷操作时，卸料口2、卸料口4和卸料口6用盲板法兰密封。

如图2b所示，圆筒形的第二折流挡板构件固定连接在底部封头上，用于形成第二区域和第三区域，第二折流挡板构件的顶端通过网状构件8连接到顶部封头上。在罐身的最顶端设置有和顶部封头衔接的法兰9。

图3a、3b和3c分别显示顶部封头的俯视图、侧视图和仰视图。

如图3a和图3c所示，在顶部封头的中心设置有与第一区域相通并用于进料蓄冷介质1的圆形进料口1；在顶部封头设置有与第二区域相通并用于进料蓄冷介质2的3个圆形进料口3；3个圆形进料口3均匀地分布在与第二区域对应的顶部封头的环形区域上，3个圆形进料口3的中心与顶部封头的中心的连线之间的夹角为120°。在顶部封头设置有与第三区域相通并用于进料蓄冷介质3的3个圆形进料口5；3个圆形进料口5均匀地分布在与第二区域对应的顶部封头的环形区域上，3个圆形进料口5的中心与顶部封头的中心的连线之间的夹角为120°。在进行蓄冷操作时，进料口3和卸料口5用盲板法兰密封，进料口1用作冷源气体的入口。

如图3b所示，圆筒形的第一折流挡板构件的顶端固定连接在顶部封头上，用于形成第一区域和第二区域，第一折流挡板构件的底端通过网状构件8连接到底部封头上。在顶部封头的最底端设置有与罐身衔接的法兰。

在本发明中，为了防止冷气流在罐体中有局部沟流造成气相偏流或者蓄冷效率偏低的影响，在罐身出口水平高度位置相同的罐壁内侧设置一圈封顶折型挡板，使气相从封顶折型挡板的底部进入挡板内部空隙，进而气相在封顶折型挡板内部缝隙汇集，再从罐体出口统一排出，这样不会因罐体出口在一侧造成气相偏流导致的蓄冷效率偏低的现象。

所述蓄冷装置可以用于回收低温气体的冷量。下面将描述所述蓄冷装置的运行过程。

在蓄冷过程时，气体的流向如图1中的箭头所示。低温气体从进口1进入，与第一区域中的蓄冷介质1充分接触，从上至下，穿过第一折流挡板构件底端的网状构件9进入第二区域。在第二区域中，气体与第二区域中的蓄冷介质2充分接触，从下至上，穿过第二折流挡板构件的顶端的网状构件9进入第三区域。在第三区域中，气体与第三区域中的蓄冷介质3充分接触，从上至下。然后，气体从封顶折型挡板10的底部进入封顶折型挡板10的内部空隙，然后经由出口7排出。

取冷过程时，常温气体的流动如图1中的箭头所示。常温气体从进口1进入，低温气体从出口7流出。

或者，取冷过程时，常温气体的流动如图1中的箭头的方向相反，即，与从出口7进入，从入口1流出。这样运行可以更高效地冷却气体。