一种斜温层迁移装置

技术领域

本发明涉及蓄冷装备领域，尤其涉及一种斜温层迁移装置。

背景技术

在使用蓄冷罐进行存储冷能时，由深冷流体流经蓄冷罐与其内的储能介质进行冷能交换，从而将深冷流体的冷能传递给储能介质进行存储，而经过冷能交换后的深冷流体则转化为常温流体从蓄冷罐中导出。在释放冷能时，则由常温流体反向流经蓄冷罐与其内的储能介质进行冷能交换，从而消耗储能介质所存储的冷能传递给常温流体，而经过冷能交换后的常温流体则转化为深冷流体从蓄冷罐中导出。

在储存冷能及释放冷能的过程中，其内的储能介质沿着储冷释冷流体方向上形成温度逐渐平滑变化的斜温层(又可称温度曲线)，而完整、平滑的斜温层可以有效提升冷能的有效利用效率。

蓄冷罐在实际应用中，有时需要保证蓄冷罐进出口温度的周而复始的稳定性，如果斜温层平移超出了蓄冷罐的界限，蓄冷罐进出口温度会大幅度变化，导致系统运行的异常。因此，储存冷能及释放冷能结束时，有需要将斜温层保留在蓄冷罐装置之内。

实际应用中，在储冷或释冷结束后，会有静置的时间段；静置状态下，会由于自发的热交换等因素在蓄冷罐的罐体内进行发生温度趋同，导致斜温层的扩散或消失，造成

现结合图1-图2对斜温层的形成与消散进行示例说明。

如图1所示，该蓄冷罐内设有装满鹅卵石作为存储介质的固体介质堆积床(鹅卵石床)，该固体介质堆积床用来存储冷能；罐体的两个罐口分别位于底部(深冷端，CTE)和顶部(常温端，ATE)，允许常温空气和深冷空气从其中一个罐口流入，并在与鹅卵石床进行充分的冷能交换后自另一个罐口导出。其中，蓄冷罐进行储冷时，从罐体的深冷端CTE引入深冷空气，将深冷空气的冷能传递给鹅卵石床，经过换冷后的常温空气则从罐体的常温端ATE导出；而蓄冷罐进行释冷时，从罐体的常温端ATE引入常温空气，将鹅卵石床的冷能传递给常温空气，经过换冷后的深冷空气则从罐体的深冷端CTE导出。

(1)斜温层的形成

结合图1所示，当进行冷能存储时，从罐体的深冷端CTE引入深冷空气，当深冷空气向上移动时，深冷空气的“冷能”传递给鹅卵石，使鹅卵石床进行有效地冷却；其中，由于鹅卵石的底层是首先与深冷空气接触的，所以底层鹅卵石首先被冷却，而随着深冷空气向上的流动，由于换冷而升温的深冷空气会将其冷能由下之上的逐渐不断地传递给鹅卵石床，其温度会逐渐变暖，这就形成了一个温度梯度，最冷的鹅卵石位于底部，温度从底部到顶部逐渐上升变暖，到了顶部则趋近常温，这个温度差异层即为形成的斜温层。

结合图2的(a)所示，随着深冷空气的导入，首先T1时刻在容器底部形成斜温层，随着继续导入深冷空气，其斜温层在T2、T3、T4、T5时刻不断地在容器内的位置不断向上迁移。在T5时刻，斜温层已经大部分离开了蓄冷罐，从常温端ATE流出的空气的温度也已经比较接近深冷端CTE的温度了。这种常温端的流出空气的温度变化，有可能对下一步的工业过程带来障碍。

而冷能释放与冷能存储类似，从罐体的常温端ATE导入常温空气，流经整个冷却的鹅卵石床后，最冷的鹅卵石仍然位于底部。结合如图2的(b)所示，随着常温空气的导入，首先T1时刻在容器顶部形成斜温层，随着继续导入常温空气，其斜温层在T2、T3、T4、T5时刻不断地在容器内的位置不断向下迁移。在T5时刻，斜温层已经大部分离开了蓄冷罐，从深冷端CTE流出的空气的温度也已经比较接近常温端ATE的温度了。

(2)斜温层的消散

如果要保证蓄冷罐的常温端ATE和深冷端CTE的流出温度保持不变或者基本不变，需要在储冷、释冷的结束时，将斜温层完整的留在蓄冷罐内。在停止运行(即，不进行储冷或释冷)的静置状态下，可能会发生几种现象，导致斜温层的消散：

①自然对流：即使流体(空气)没有被主动导入蓄冷罐，温差也会引起由浮力驱动的流体运动。较温暖的流体倾向于上升，较冷的流体倾向于下沉。这种自然对流可以扰乱斜温层，导致流体混合，并进一步降低温度梯度。

②鹅卵石间的传导：鹅卵石本身可以传导热量。这意味着，由于斜温层的存在，相邻的鹅卵石温度不同，它们将交换热量。较冷的鹅卵石将从较暖的鹅卵石吸收热量，再次导致斜温层扩散并变得不那么明显。

斜温层除了提升主冷罐的冷能有效利用效率的优势之外，斜温层还可作为存储能量状态和换冷位置的指示器，完整平滑的斜温层意味着在存储的热区和冷区之间有明确的分隔，可通过监测和管理斜温层，进而优化固体介质堆积床的性能。而斜温层在系统静置时间的消散，会导致上述优势消失，导致

发明内容

为克服上述现有技术之不足，本发明提供一种斜温层迁移装置，以避免蓄冷罐在使用的过程中，其内的斜温层发生不期望的扩散或消失，导致

在一些说明性实施例中，所述斜温层迁移装置，用于主冷罐内介于常温与深冷之间的斜温层的迁移与复位，包括：换冷管路、多个小冷罐、常温罐、深冷罐和流体泵；所述换冷管路连通所述常温罐和所述深冷罐，所述换冷管路上设有所述流体泵，用以控制换冷流体沿所述换冷管路在所述常温罐与所述深冷罐之间的迁移；所述换冷管路依次贯穿所述主冷罐和所述多个小冷罐，使所述换冷流体通过所述换冷管路的管壁与所述主冷罐及多个小冷罐内的储能介质间接换冷；其中，自所述主冷罐的深冷端延伸出的换冷管路连通所述深冷罐，自所述主冷罐的常温端延伸出的换冷管路连通所述常温罐；在迁移所述主冷罐内的斜温层时，驱动所述换冷流体流动将所述主冷罐内的斜温层迁移到所述多个小冷罐内；以及，在复位所述主冷罐内的斜温层时，驱动所述换冷流体反向流动将所述多个小冷罐内的斜温层迁移回所述主冷罐内。

在一些可选地实施例中，所述多个小冷罐设于所述常温罐与所述主冷罐之间的换冷管路上，构成常温端斜温层迁移装置；其中，在储冷结束时、在所述主冷罐的常温端形成所述斜温层；其中，在储冷结束后、需要迁移所述主冷罐内的斜温层时，驱动所述换冷流体自所述深冷罐沿着所述换冷管路向所述常温罐流动，在所述主冷罐的常温端达到深冷时，迁移结束；其中，在释冷开始前、需要复位所述主冷罐内的斜温层时，驱动所述换冷流体自所述常温罐沿着所述换冷管路向所述深冷罐流动，在所述主冷罐的常温端达到常温时，复位结束。

在一些可选地实施例中，所述多个小冷罐设于所述深冷罐与所述主冷罐之间的换冷管路上，构成深冷端斜温层迁移装置；其中，在释冷结束时、在所述主冷罐的深冷端形成所述斜温层；其中，在释冷结束后、需要迁移所述主冷罐内的斜温层时，驱动所述换冷流体自所述常温罐沿着所述换冷管路向所述深冷罐流动，在所述主冷罐的深冷端达到常温时，迁移结束；其中，在储冷开始前、需要复位所述主冷罐内的斜温层时，驱动所述换冷流体自所述深冷罐沿着所述换冷管路向所述常温罐流动，在所述主冷罐的深冷端达到深冷时，复位结束。

在一些可选地实施例中，在所述驱动所述换冷流体流动将所述主冷罐内的斜温层迁移到所述多个小冷罐内之后，还包括：将所述多个小冷罐内的斜温层静置成多个小冷罐之间的温度梯度；在复位所述主冷罐内的斜温层时，将所述多个小冷罐之间的温度梯度转化为所述主冷罐内的斜温层。

在一些可选地实施例中，在所述换冷管路的延伸方向上任意两个相邻的罐体之间设有一个或多个通断管路空间内换冷流体流动的阀门，所述两个相邻罐体可以是所述主冷罐、所述小冷罐、所述常温罐、和所述深冷罐中的一种或者两种。

在一些可选地实施例中，所述小冷罐的内壁与换冷管路的外壁之间构成所述小冷罐容纳所述储能介质的罐体空间；所述小冷罐之间的罐体空间顺序连通；所述阀门同时控制所述管路空间和罐体空间的通断。

在一些可选地实施例中，所述多个小冷罐为罐体空间连通的一体结构。

在一些可选地实施例中，所述阀门选用绝热阀门。

在一些可选地实施例中，所述主冷罐和/或所述小冷罐选用绝热罐体。

在一些可选地实施例中，位于所述主冷罐和/或所述小冷罐内部的换冷管路是由多根管路构成的并联管束；其中，所述并联管束的多根管路在罐体内的储能介质中径向均匀分布。

在一些可选地实施例中，所述主冷罐内的储能介质选用固体介质，所述小冷罐内的储能介质选用固体介质和/或液体介质。

在一些可选地实施例中，所述换冷流体选用气体介质和/或液体介质。

在一些说明性实施例中，还包括多个串联的主冷罐，在所述串联主冷罐的常温端布置有所述常温端斜温层迁移装置，在所述串联主冷罐的深冷端布置有所述深冷端斜温层迁移装置。

在上述说明性实施例中，位于常温端和深冷端的主冷罐的所对应的换冷管路贯穿位于中间的主冷罐。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明通过设置依次贯穿主冷罐和多个小冷罐的换冷管路，而换冷管路的两端分别连通常温罐和深冷罐，使换冷流体可以通过换冷管路与主冷罐和小冷罐进行间接换冷；进而在需要时，可将主冷罐内的斜温层迁移到多个小冷罐中进行保存，以及，再将多个小冷罐中保存的斜温层迁移回主冷罐，实现主冷罐内斜温层的迁移或复位，避免静置状态下的斜温层的由于温度趋同导致扩散与消失，提升主冷罐的冷能有效利用效率。

当主冷罐为高压容器时，深冷高压流体被导入主冷罐罐体、与储能介质直接接触换冷。此类情况，静置状态下，主冷罐内的斜温层不容易保存。本发明使用换冷管路将所述斜温层分散在多个小冷罐内保存，而小冷罐的罐体可以是常压容器，实现彼此绝热更有工程可行性，可以更有效的保存斜温层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中蓄冷罐的结构示意图；

图2是现有技术中蓄冷罐内斜温层在储冷及释冷时的变化示意图；其中，(a)是储冷过程的斜温层变化示意图，(b)是释冷过程的斜温层变化示意图；

图3是本发明实施例中所述主冷罐的常温端斜温层迁移装置的结构示例；

图4是本发明实施例中所述主冷罐的深冷端斜温层迁移装置的结构示例；

图5是本发明实施例中储冷结束时主冷罐和常温端斜温层迁移装置的状态示意图；

图6是本发明实施例中常温端斜温层迁移装置进行斜温层迁移时换冷流体的流向示意图；

图7是本发明实施例中常温端斜温层迁移装置斜温层变化示意图，其中，(a)为斜温层迁移时的迁移即将结束的状态示意图，(b)为迁移结束后的静置状态示意图；

图8是本发明实施例中常温端斜温层迁移装置进行斜温层复位时换冷流体的流向示意图；

图9是本发明实施例中常温端斜温层迁移装置的斜温层变化示意图，其中，(a)为斜温层复位刚刚开始时的状态示意图，(b)为斜温层复位完成后的状态示意图；

图10是本发明实施例中释冷结束时主冷罐和深冷端斜温层迁移装置的状态示意图；

图11是本发明实施例中深冷端斜温层迁移装置进行斜温层迁移时换冷流体的流向示意图；

图12是本发明实施例中深冷端斜温层迁移装置的斜温层变化示意图，其中，(a)为斜温层迁移时的迁移即将结束状态示意图，(b)为斜温层迁移结束后的静置状态示意图；

图13是本发明实施例中深冷端斜温层迁移装置进行斜温层复位时换冷流体的流向示意图；

图14是本发明实施例中深冷端斜温层迁移装置的斜温层变化示意图，其中，(a)为斜温层复位刚刚开始时的状态示意图，(b)为斜温层复位完成后的状态示意图；

图15是本发明实施例中包括多个主冷罐与常温端斜温层迁移装置与深冷端斜温层迁移装置的组合示意图。

为了方便查找对比，附图中的组成部分根据下面英文缩写规则命名：

AT-AmbientAir Tank，常温罐；

CT-CryogenicAir Tank，深冷罐；

SD-Small Dewar，小冷罐，包括：SD1-第一小冷罐，SD2-第二小冷罐，SD3-第三小冷罐，SD4-第四小冷罐；(SD5-第五小冷罐，SD6-第六小冷罐，SD7-第七小冷罐，SD8-第八小冷罐；

MCD-Main Cold Storage Dewar，主冷罐；MCD1，第一主冷罐；MCD2，第二主冷罐；MCD3，第三主冷罐；MCD4，第四主冷罐；MCD5，第五主冷罐；

ATE-Ambient Temperature End,主冷罐的常温端；

CTE-Cryogenic Temperature End,主冷罐的深冷端；

V:Valve,阀门，包括：V1，第一阀门；V2，第二阀门；V3，第三阀门；V4，第四阀门；V5，第五阀门；V6，第六阀门；V7，第七阀门；

HxP：Heat Exchange Pipe,换冷管路；

P：Pump，流体泵；

100：常温端斜温层迁移装置；

200:深冷端斜温层迁移装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本发明的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本发明的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

参照图3和图4，本发明实施例中公开了一种斜温层迁移装置，用于主冷罐MCD内介于常温与深冷之间的斜温层的迁移或复位，包括：换冷管路HxP、多个小冷罐SD(例如图3中的第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4，或图4中的第五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8)、常温罐AT、深冷罐CT和流体泵P；常温罐AT与深冷罐CT通过换冷管路HxP连通，其内部填充换冷流体；常温罐AT与深冷罐CT之间通过换冷管路HxP连接主冷罐MCD。流体泵P设在换冷管路HxP上，用以控制换冷流体沿着换冷管路HxP在常温罐AT与深冷罐CT之间的迁移。

参照图3，在一些实施例中，本发明实施例中的多个小冷罐可设置在常温罐AT与主冷罐MCD之间的换冷管路HxP上(比如第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)，构成常温端斜温层迁移装置，用于迁移和复位在储冷结束时在所述主冷罐的常温端的斜温层。

参照图4，在一些实施例中，本发明实施例中的多个小冷罐可设置在深冷罐CT与主冷罐MCD之间的换冷管路HxP上(比如五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8)，构成深冷端斜温层迁移装置，用于迁移和复位在释冷结束时在所述主冷罐的深冷端的斜温层。

以图3所示的常温端斜温层迁移装置说明，换冷管路HxP依次贯穿主冷罐MCD和多个小冷罐SD(包括第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)，换冷流体与主冷罐MCD和小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)中的储能介质基于换冷管路HxP的管壁间接换冷；其中，自所述主冷罐MCD的深冷端CTE延伸出的换冷管路HxP连通所述深冷罐CT，自所述主冷罐MCD的常温端ATE延伸出的换冷管路HxP连通所述常温罐AT。

在需要迁移主冷罐MCD内的常温端的斜温层时，通过流体泵P驱动换冷流体将主冷罐MCD内的斜温层迁移到多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内；以及，在需要复位主冷罐MCD内的常温端的斜温层时，通过流体泵P驱动换冷流体反向将多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内的斜温层迁移回主冷罐MCD内。

在本发明的一些实施例中，在所述换冷管路HxP的延伸方向上任意两个相邻的罐体之间设有一个或多个通断管路空间内换冷流体流动的阀门V，所述两个相邻罐体可以是所述主冷罐MCD、所述小冷罐SD、所述常温罐AT、和所述深冷罐CT中的一种或者两种。

在本发明的一些实施例中，所述小冷罐的内壁与换冷管路的外壁之间构成所述小冷罐容纳所述储能介质的罐体空间；所述小冷罐之间的罐体空间顺序连通；所述阀门同时控制所述管路空间和罐体空间的通断。

参照图3和图4，在一些实施例中，本发明实施例中在所述换冷管路上、任意两个相邻的罐体(如深冷罐、常温罐、主冷罐、小冷罐)之间设有一个或多个通断换冷流体流动的阀门(例如第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7)。该实施例中可通过阀门通断换冷流体在局部或整体换冷管路内的流动和/或改变流向。另一方面，亦可通过阻断换冷流体的流动从而降低罐体之间的温度影响。

示例性的，以图3所展示的常温端斜温层迁移装置示例为例，阀门设置在换冷管路上，例如可在常温罐AT、第四小冷罐SD4之间设置第七阀门V7，可在第四小冷罐SD4、第三小冷罐SD3之间设置第六阀门V6，可在第三小冷罐SD3、第二小冷罐SD2之间设置第五阀门V5，可在第二小冷罐SD2、第一小冷罐SD1之间设置第四阀门V4，可在第一小冷罐SD1、主冷罐MCD之间设置第三阀门V3，可在主冷罐MCD、流体泵P之间设置第二阀门V2，可在流体泵P、深冷罐CT之间设置第一阀门V1。

以上阀门可以根据使用设计需求进行任意取舍；优选地，沿所述换冷管路HxP，在所有两个相邻的罐体之间、设置有通断换冷流体的一个或多个阀门，所述两个相邻罐体可以是所述主冷罐、所述小冷罐、所述常温罐、和所述深冷罐中的一种或者两种。

斜温层的迁移与复位运行时，所述换冷管路的所有所述阀门开通，实现整个换冷管路的导通，而在斜温层的迁移与复位结束后，所有阀门关闭，实现整个换冷管路的阻断。利用阀门阻断两个相邻的罐体之间的换冷流体的流动，从而降低各个罐体之间的冷能交换。

在一些实施例中，所述多个小冷罐为罐体空间连通的一体结构。通过所述绝热阀门，将所述一体结构分割为多个小罐体空间。

在一些优选实施例中，所述阀门可选用绝热阀门，所述绝热阀门可以在关断状态下，进一步阻断两个相邻的罐体之间的冷能交换。该实施例中通过选用绝热阀门，可以在系统静置的过程中，尽可能的保证罐体之间不会通过换冷管路而产生冷能交换，避免罐体之间的温度的相互影响。

在一些实施例中，本发明实施例中的主冷罐和/或所述小冷罐可选用绝热罐体，以此可以降低罐体内的冷能流失到外界，并进一步降低外界对罐体内的温度影响。

在一些实施例中，所述换冷管路HxP中，贯穿所述主冷罐和/或所述小冷罐的部分管路采用由多根单管并联构成的管束；其中，构成所述管束的多个单管在罐体内的储能介质中径向均匀分布。该实施例中将换冷管路贯穿主冷罐和/或小冷罐的管体部分设置为径向均布的管束结构，可以有效的提升换冷流体与罐体内的储能介质之间的换冷效率，同时还可以避免罐体内储能介质与换冷流体之间的径向换冷不足的问题。

在一些实施例中，所述主冷罐内的储能介质可选用固体介质，所述小冷罐内的储能介质可选用固体介质或者液体介质。

其中，固体介质选用一个介质组中的一种或者多种，介质组包括但不限于金属、石墨、火山岩、玄武岩、砾岩、砂岩、鹅卵石、石英石；液体介质则可选用现有技术中常规的储能液体介质，本发明对此不进行限制。

本发明实施例中换冷流体可选用气体介质或者液体介质，可选用现有技术中常规的换冷液体介质、换冷气体介质，本发明对此不进行限制。

在本发明的一些实施例中，所述驱动所述换冷流体流动将所述主冷罐内的斜温层迁移到所述多个小冷罐内之后，还包括：将所述多个小冷罐内的斜温层静置成多个小冷罐之间的温度梯度；在复位所述主冷罐内的斜温层时，将所述多个小冷罐之间的温度梯度转化为所述主冷罐内的斜温层。

以图3的常温端斜温层迁移装置为例，在主冷罐MCD内的斜温层迁移到多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内保存后，关闭流体泵P和绝热阀门，使每个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)之间实现绝热，而每个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)的内部则随着系统静置的时间变化，其内储能介质开始自发的热交换，从而使各个单独的小冷罐内的温度逐渐趋同，进而形成具有温度逐渐递增或逐渐递减的多个小冷罐，即形成多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)之间的温度梯度。

对此，所述通过流体泵P驱动换冷流体将多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内的斜温层迁移回主冷罐MCD内的过程，包括：将多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)之间的温度梯度迁移回主冷罐MCD内。其中，该实施例中将多个小冷罐之间的温度梯度迁移回主冷罐MCD内的过程，与迁移多个小冷罐的斜温层的操作与过程一致。

优选地，本发明实施例中的斜温层的迁移与复位的过程优选采用上述实施例，该实施例中将主冷罐MCD内的常温端斜温层迁移到多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内，然后再转化为多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)之间的温度梯度进行保存；在需要使用主冷罐MCD内的斜温层时，再将多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)之间的温度梯度转化为主冷罐MCD内的斜温层，适用于主冷罐MCD内的斜温层的形成与下次使用间隔时间较长的情况。

以图4的深冷端斜温层迁移装置为例，温度梯度的形成与转化，与以图3的常温端斜温层迁移装置类似。示例性的，以图4所展示的深冷端斜温层迁移装置示例为例，阀门设置在换冷管路HxP上，例如可在深冷罐CT、第五小冷罐SD5之间设置第七阀门V7，可在第五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6之间设置第六阀门V6，可在第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7之间设置第五阀门V5，可在第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8之间设置第四阀门V4，可在第八小冷罐SD8、主冷罐MCD之间设置第三阀门V3，可在主冷罐MCD、流体泵P之间设置第二阀门V2，可在流体泵P、常温罐AT之间设置第一阀门V1。

如图5所示，在所述主冷罐MCD的储冷过程中，深冷高压空气从所述主冷罐MCD的深冷端CTE进入所述主冷罐MCD，与所述主冷罐MCD内的所述储能介质直接接触交换冷能，形成斜温层。为了将所述主冷罐MCD的常温端的输出高压空气的温度维持在常温，如图5所示，在所述斜温层平移到所述主冷罐MCD的常温端时，则储冷阶段结束；从而避免斜温层迁移到所述主冷罐MCD之外，导致从常温端输出的高压空气的温度降低。

需要说明的是，此处深冷高压空气是用于为所述蓄冷罐储冷而引进的冷能的流动载体，不同与在换冷管路中流动的用于所述斜温层迁移的换冷流体。

其中，常温端斜温层迁移装置的一种初始设定中，以空气作为常温罐AT、换冷管路HxP、深冷罐CT中的换冷流体，常温罐AT中存储有常温常压空气，深冷罐CT中存储有深冷高压空气，小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内储能介质为常温。

如图6所示，在储冷阶段结束后、需要迁移主冷罐MCD内的靠近常温端ATE的斜温层时，改变图6中的阀门V2和V3的连通方向，通过所述流体泵P驱动换冷流体自所述深冷罐CT沿换冷管路HxP流入常温罐AT，此时换冷流体依次从深冷罐CT→主冷罐MCD的深冷端CTE，主冷罐的常温端ATE→第一小冷罐SD1，第一小冷罐SD1→第二小冷罐SD2，第二小冷罐SD2→第三小冷罐SD3，第三小冷罐SD3→第四小冷罐SD4，第四小冷罐SD4→常温罐AT，在主冷罐的常温端ATE达到深冷时，所述斜温层的迁移结束。

具体而言，迁移主冷罐MCD内常温端的斜温层时，启动流体泵P将深冷空气从深冷罐CT沿换冷管路HxP向常温罐AT进行流动，过程中来自深冷罐CT中的深冷空气自主冷罐MCD的深冷端CTE进入主冷罐，并在遭遇斜温层是开始与其内储能介质进行冷能交换，然后经过主冷罐MCD充分换冷后的空气自常温端ATE导出，再依次与后续的小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)内的储能介质进行冷能交换，经过充分换冷后的空气最后进入常温罐AT，并在主冷罐MCD的常温端ATE达到深冷时，所述斜温层的迁移结束。

参照图6和图7，在上述实施例中，在所述斜温层的迁移结束时，最终深冷罐CT内的深冷高压空气转变为深冷常压空气，常温罐AT则由常温常压空气转变为常温高压空气，而主冷罐MCD内的斜温层完全转化为深冷，并在多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)中形成斜温层(在一些实施例中，亦可在多个小冷罐中连续的一个或多个罐形成斜温层)达到图7中的(a)迁移状态。进一步的，静置状态下，所述小冷罐内的储能介质的温度趋同，形成多个小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)之间的温度梯度，达到图7中的(b)静置状态。

参照图6和图7，本发明实施例的一个优点是尽量降低交换冷能的温差。其中，在深冷空气从换冷管路HxP内从主冷罐的深冷端CTE进入后，会首先与主冷罐的深冷端进行冷能交换，然后沿着斜温层逐渐进行冷能交换，导致斜温层进一步的向所述主冷罐的常温端平移，导致常温端的出口空气温度从常温起一步一步降低。进一步的，所述主冷罐的常温端的不断降低的出口空气开始向常温的所述第一小冷罐SD1中的储能介质输出冷能；进一步的，所述第一小冷罐SD1的储能介质所吸收的冷能越来越多，所述第二小冷罐SD2的储能介质所吸收的冷能略少于所述第一小冷罐SD1的储能介质所吸收的冷能，以此类推，直到将常温端的储能介质的状态转化为深冷。整个斜温层迁移的过程中进行换冷的深冷空气与储能介质之间的温差保持较小，可以有效的降低

如图8所示，在需要复位主冷罐MCD内常温端的斜温层时，通过所述流体泵P驱动换冷流体自所述常温罐AT沿换冷管路HxP流入深冷罐CT，此时换冷流体依次从常温罐AT→第四小冷罐SD4，第四小冷罐SD4→第三小冷罐SD3，第三小冷罐SD3→第二小冷罐SD2，第二小冷罐SD2→第一小冷罐SD1，第一小冷罐SD1→主冷罐的常温端ATE，主冷罐的深冷端CTE→深冷罐CT，在主冷罐MCD的常温端达到常温时，所述斜温层的复位结束。

具体地，如图9所示是本发明实施例中的常温端斜温层迁移装置进行斜温层复位的各个阶段的状态示意图。如图9的(a)所示，复位前，各罐体内的温度状态保持与迁移结束时一致，即常温罐AT中存储有常温高压空气，深冷罐CT中存储有深冷常压空气，小冷罐(第一小冷罐SD1、第二小冷罐SD2、第三小冷罐SD3、第四小冷罐SD4)具有温度梯度，主冷罐内储能介质为深冷。

参照图8和图9，复位主冷罐MCD内斜温层时，启动流体泵P将换冷流体从常温罐AT沿着换冷管路HxP向深冷罐CT进行导入，过程中来自常温罐AT中的常温空气首先依次与小冷罐(第四小冷罐SD4、第三小冷罐SD3、第二小冷罐SD2、第一小冷罐SD1)内的储能介质进行冷能交换，经过小冷罐(第四小冷罐SD4、第三小冷罐SD3、第二小冷罐SD2、第一小冷罐SD1)换冷后的空气再与主冷罐MCD内的储能介质进行冷能交换，经过充分换冷后的空气最后进入深冷罐CT，并在主冷罐MCD的常温端达到常温时，所述斜温层的迁移结束。最终常温罐AT由常温高压空气转变为常温常压空气，深冷罐CT内的深冷常压空气则转变为深冷高压空气，小冷罐(第四小冷罐SD4、第三小冷罐SD3、第二小冷罐SD2、第一小冷罐SD1)内储能介质转变为常温，而主冷罐MCD内储能介质在所述主冷罐的常温端再次形成从常温到深冷的温度逐渐降低的斜温层，达到图9的(b)所示的复位状态。

参照图8和图9，本发明实施例的一个优点是尽量降低交换冷能的温差。其中，常温空气在所述换冷管路中首先进入趋近常温的第四小冷罐SD4，与小冷罐内的储能介质进行冷能交换，然后在逐渐的与后续的第三小冷罐SD3、第二小冷罐SD2、第一小冷罐SD1进行冷能交换，逐渐将常温空气降低至趋近深冷，然后自主冷罐的常温端进入时，与主冷罐内的处于深冷的储能介质进行冷能交换。整个过程中，进行换冷的深冷空气与储能介质之间的温差处于较小程度，

参照图10所示，在所述主冷罐的释冷过程中，常温高压空气从所述主冷罐的常温端ATE进入所述主冷罐，与所述主冷罐内的所述储能介质直接接触交换冷能，形成斜温层。为了将所述主冷罐的深冷端的输出高压空气的温度维持在深冷，如图10所示，在所述斜温层平移到所述主冷罐的深冷端时，则释冷阶段结束；从而避免斜温层迁移到所述主冷罐之外，导致从深冷端输出的高压空气的温度升高。

需要说明的是，此处所述常温高压空气是用于为所述蓄冷罐释冷而引进的冷能的流动载体，不同与在换冷管路中流动的用于所述斜温层迁移的换冷流体。

其中，深冷端斜温层迁移装置的一种初始设定中，以空气作为常温罐AT、换冷管路HxP、深冷罐CT中的换冷流体，常温罐AT中存储有高压常温空气，深冷罐CT中存储有常压深冷空气，小冷罐(第五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8)内储能介质为深冷。

如图11所示，在释冷阶段结束后、需要迁移主冷罐MCD内的靠近深冷端CTE的斜温层时，改变图11中的阀门V2和V3的连通方向，通过所述流体泵P驱动换冷流体自所述常温罐AT沿换冷管路HxP流入深冷罐CT，此时换冷流体依次从常温罐AT→主冷罐的常温端ATE，主冷罐的深冷端CTE→第八小冷罐SD8，第八小冷罐SD8→第七小冷罐SD7，第七小冷罐SD7→第六小冷罐SD6，第六小冷罐SD6→第五小冷罐SD5，第五小冷罐SD5→深冷罐CT，在主冷罐的深冷端CTE达到常温时，所述斜温层的迁移结束。

具体而言，迁移主冷罐MCD内深冷端的斜温层时，启动流体泵P将常温空气从常温罐AT沿换冷管路HxP向深冷罐CT进行流动，过程中来自常温罐AT中的常温空气自主冷罐MCD的常温端ATE进入主冷罐，并在遭遇斜温层是开始与其内储能介质进行冷能交换，然后经过主冷罐MCD充分换冷后的空气自深冷端CTE导出，再依次与后续的小冷罐(第八小冷罐SD8、第七小冷罐SD7、第六小冷罐SD6、第五小冷罐SD5)内的储能介质进行冷能交换，经过充分换冷后的空气最后进入深冷罐CT，并在主冷罐MCD的深冷端达到常温时，所述斜温层的迁移结束。

参照图11和图12，在上述实施例中，在所述斜温层的迁移结束时，最终常温罐AT内的常温高压空气转变为常温常压空气，深冷罐CT则由深冷常压空气转变为深冷高压空气，而主冷罐MCD内的斜温层完全转化为常温，并在多个小冷罐(第八小冷罐SD8、第七小冷罐SD7、第六小冷罐SD6、第五小冷罐SD5)中形成斜温层(在一些实施例中，亦可在多个小冷罐中连续的一个或多个罐形成斜温层)达到图12的(a)所示的迁移状态。进一步的，静置状态下，所述小冷罐内的储能介质的温度趋同，形成多个小冷罐(第八小冷罐SD8、第七小冷罐SD7、第六小冷罐SD6、第五小冷罐SD5)之间的温度梯度，达到图12的(b)所示的静置状态。

参照图11和图12，本发明实施例的一个优点是尽量降低交换冷能的温差。其中，在常温空气从换冷管路HxP内从主冷罐的常温端ATE进入后，会首先与主冷罐的常温端进行冷能交换，然后沿着斜温层逐渐进行冷能交换，导致斜温层进一步的向所述主冷罐的深冷端平移，导致深冷端的出口空气温度从深冷起一步一步升高。进一步的，所述主冷罐的深冷端的不断上升的深冷出口空气开始从深冷的所述第八小冷罐SD8中的储能介质输入冷能；进一步的，所述第八小冷罐SD8的储能介质所输出的冷能越来越多，所述第七小冷罐SD7的储能介质所输出的冷能略少于所述第八小冷罐SD8的储能介质所输出的冷能，以此类推，直到将深冷端的储能介质的状态转化为常温。整个斜温层迁移的过程中进行换冷的深冷空气与储能介质之间的温差保持较小，可以有效的降低

如图13所示，在需要复位主冷罐MCD内深冷端的斜温层时，通过所述流体泵P驱动换冷流体自所述深冷罐CT沿换冷管路HxP流入常温罐AT，此时换冷流体依次从深冷罐CT→第五小冷罐SD5，第五小冷罐SD5→第六小冷罐SD6，第六小冷罐SD6→第七小冷罐SD7，第七小冷罐SD7→第八小冷罐SD8，第八小冷罐SD8→主冷罐的深冷端CTE，主冷罐MCD的常温端ATE→常温罐AT，在主冷罐MCD的深冷端达到深冷时，所述斜温层的复位结束。

具体地，如图14所示是本发明实施例中的深冷端斜温层迁移装置进行斜温层复位的各个阶段的状态示意图。如图14的(a)所示，复位前，各罐体内的温度状态保持与迁移结束时一致，即深冷罐CT中存储有深冷高压空气，常温罐AT中存储有常温常压空气，小冷罐(SD5、SD6、SD7、SD8)具有温度梯度，主冷罐内储能介质为常温。

参照图13和图14，复位主冷罐MCD内深冷端斜温层时，启动流体泵P将换冷流体从深冷罐CT沿着换冷管路HxP向常温罐AT进行导入，过程中来自深冷罐CT中的深冷空气首先依次与小冷罐(第五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8)内的储能介质进行冷能交换，经过小冷罐(第五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8)换冷后的空气再与主冷罐MCD内的储能介质进行冷能交换，经过充分换冷后的空气最后进入常温罐AT，并在主冷罐MCD的深冷端达到深冷时，所述斜温层的迁移结束。最终深冷罐CT由深冷高压空气转变为深冷常压空气，常温罐AT内的常温常压空气则转变为常温高压空气，小冷罐(第五小冷罐SD5、第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8)内储能介质转变为深冷，而主冷罐MCD内储能介质在所述主冷罐的深冷端再次形成从常温到深冷的温度逐渐降低的斜温层，达到图14的(b)所示的复位状态。

参照图13和图14，本发明实施例的一个优点是尽量降低交换冷能的温差。其中，在深冷空气在所述换冷管路中首先进入趋近深冷的第五小冷罐SD5，与小冷罐内的储能介质进行冷能交换，然后在逐渐的与后续的第六小冷罐SD6、第七小冷罐SD7、第八小冷罐SD8进行冷能交换，逐渐将深冷空气升温至趋近常温，然后自主冷罐的深冷端进入时，与主冷罐内的处于常温的储能介质进行冷能交换。整个过程中，进行换冷的深冷空气与储能介质之间的温差处于较小程度，

参照图15，本发明实施例还包括多个串联的主冷罐，在所述串联主冷罐的常温端布置有所述常温端斜温层迁移装置100，在所述串联主冷罐的深冷端布置有所述深冷端斜温层迁移装置200。在一些实施例中，所述主冷罐的内壁与其内的换冷管路的外壁之间构成主冷罐填充储能介质的、与所述高压空气进行直接换冷的罐体空间。其中，本发明实施例中依次连接的主冷罐是指主冷罐的罐体空间之间的依次连通。其中，本发明实施例中的高压空气可以是压缩空气和/或液态空气和/或超临界空气。

如图15所示，多个串联的主冷罐MCD包括第一主冷罐MCD1、第二主冷罐MCD2、第三主冷罐MCD3、第四主冷罐MCD4、第五主冷罐MCD5。所述串联主冷罐的常温端在第五主冷罐MCD5，所述串联主冷罐的深冷端在第一主冷罐MCD1。其中，第一主冷罐MCD1配置有深冷端斜温层迁移装置200；第五主冷罐MCD5配置有常温端斜温层迁移装置100。其中，所述深冷端斜温层迁移装置200和所述常温端斜温层迁移装置100的所对应的换冷管路贯穿位于中间的第二主冷罐MCD2、第三主冷罐MCD3、第四主冷罐MCD4。

如上述实施例，参照图15，在储冷阶段结束时，在所述串联主冷罐的常温端形成的斜温层由所述常温端斜温层迁移装置完成迁移和复位；在释冷阶段结束时，在所述串联主冷罐的深冷端形成的斜温层由所述深冷端斜温层迁移装置完成迁移和复位。

参照图15，本发明实施例的优点包括1)储冷过程中始终维持常温端的流出换冷流体的温度为常温；2)释冷过程中始终维持深冷端的流出换冷流体的温度为深冷；3)储冷开始时，通过在深冷端复位的斜温层，减少从深冷端进入主冷罐的深冷流体与主冷罐深冷端的储能介质的冷能交换的温差；4)释冷开始时，通过在常温端复位的斜温层，减少从常温端进入主冷罐的常温流体与主冷罐常温端的储能介质的冷能交换的温差。

一般性说明如下：

本发明实施例中的“常温”与“深冷”仅用于区别温度差异；进而理解介于常温与深冷之间的斜温层，并不对“常温”和“深冷”的具体温度/范围进行限制，只要满足“深冷”的温度低于“常温”即可，本领域技术人员不应因此限制本发明的保护范围。

另外，主冷罐MCD的“常温端ATE”和“深冷端CTE”亦如此，如图2所示，“深冷端CTE”是指主冷罐MCD经过储冷或释冷后，在其内形成的斜温层中温度较低的一侧，相对的“常温端ATE”则是指温度较高的一侧。

本发明实施例中的小冷罐的数量最少为2个，以便于在连续的多个小冷罐内形成斜温层(又例如温度梯度)，而小冷罐的最多数量则不限，可根据系统成本与复杂度的设计需要而定，概念上小冷罐的数量越多，对迁移和复位主冷罐的斜温层的一致性表现越好。

在一些实施例中，本发明实施例中的流体泵P的数量可以为一个或多个，可根据具体设计需要设置在换冷管路HxP所需的位置上，进而控制换冷流体的迁移与迁移方向；具体地，在斜温层的迁移和复位的过程中启动，并在斜温层的迁移或复位结束后关闭。

另外，本发明实施例中的换冷流体可以为气体介质或液体介质，而流体泵P则根据换冷流体的类型适配相应类型的泵机(例如气泵或液泵)；再一方面，流体泵P可以根据其在换冷管路HxP上的具体位置选用低温泵或常温泵，从而保障流体泵P的正常工作状态，或者降低成本要求。例如将流体泵P设置在靠近深冷罐的一侧，流体泵P需多接触低温流体，因此需要使用低温泵，而如将流体泵P设置在靠近常温罐的一侧，流体泵P更多的接触常温流体，因此可以使用常温泵。

在一些实施例中，本发明实施例中迁移出的斜温层、以及复位后的斜温层的温度曲线不限制与主冷罐内原始斜温层保持完全一致，使复位的斜温层尽可能的达到近似原始斜温层的温度曲线的效果即可，保证主冷罐内的斜温层具有较高的有效能。

需要说明的是，本发明中的所述“绝热”的概念，包括所述“绝热材料”、所述“绝热阀门”，都是根据现有技术能够做到的尽量低的热导率的材料或者阀门，但是，不可能真正做到“绝热”。进一步的，现有技术中的多种手段，包括但不限于使用真空隔层、反射镜面、物理分割等方式，用来阻断冷能交换的辐射、传导、对流方式，都可以做为满足本发明实施例的方式。

需要说明的是，本发明实施例采用高压空气做为储冷与释冷的冷能交换的载体与介质，因此也需要所述主冷罐的罐体可以达到在常温和深冷温度之间可以承受高压可以绝热。在本发明的其它实施例中，可以选用其它冷能交换的介质，可以选用其它冷能交换的压力和温度范围。

本发明实施例中的上述初始状态仅用以本领域技术人员可以更快的理解本发明的主要构思，本领域技术人员应该理解的是除上述初始条件外，还可以设置其它初始状态。