一种分层储冷装置和一种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种分层储冷装置和一种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，所述分层储冷装置包括：至少两个储冷器，相邻所述储冷器之间借助输冷通道串联，至少一个所述储冷器和冷能的输出端相连接；在储冷过程中，前一级所述储冷器储冷过程中溢出的冷能借助所述输冷通道进入后一级所述储冷器中，为后一级所述储冷器预冷,前一级储冷器中释放的尾气仍包含一定的冷能，再对后一级储冷器预冷后，尾气中的冷能能够较大限度的交换给储冷器中的储冷介质，从而较大程度的提高冷能的存储率，避免冷能浪费。
【专利说明】
一种分层储冷装置和一种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统
技术领域
[0001]本发明涉及冷能存储和输送技术领域，具体涉及一种分层储冷装置、液化空气储冷系统和电力存储输冷系统。
【背景技术】
[0002]深冷液化空气储能技术是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，液态空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、占地小不依赖于地理条件等优点。储能时，电能将空气压缩、冷却并液化，同时存储该过程中释放的热能，用于释能时加热空气;释能时，液态空气被加压、气化，推动膨胀发电机组发电，同时存储该过程的冷能，用于储能时冷却空气。
[0003]现有的深冷液化空气储能技术中，被储存的冷能常用于气态空气液化过程中对气态空气进行冷却降温，然而气态空气液化所需要消耗的冷能有限，而多余的冷能则被排出，从而造成了冷能的浪费。为此，本领域技术人员通常使用储冷装置来将冷能收集存储，再将冷能进行定向的输送，例如为室内输送冷气等。实际使用过程中，一个储冷装置能够储存的冷能是有限的，要使用多个储冷装置协同储冷，通常在一个储冷装置储冷完成以后，再对下一个储冷装置进行储冷，这种储冷方法存在以下缺陷:1.前一级储冷过程中将会有冷能不断逸出，使得冷能的储存率较低;2.后一级的储冷装置由于是在后存储，因此其内的冷能存量常常比前一级储冷装置的存量更多，也即是，通过后一级储冷装置释放出的冷能温度更低，这样就造成了冷能释放时，输出的温度不同，输出的冷能品质不均匀。
【发明内容】
[0004]因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的储冷装置中冷能的储存率较低，以及在输出冷能时，其输出的温度不同，输出的冷能品质不均匀的技术缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种分层储冷装置，其特征在于，包括:
[0006]至少两个储冷器，相邻所述储冷器之间借助输冷通道串联，至少一个所述储冷器和冷能的输出端相连接;在储冷过程中，前一级所述储冷器储冷过程中溢出的冷能借助所述输冷通道进入后一级所述储冷器中，为后一级所述储冷器预冷。
[0007]上述的分层储冷装置中，若干个相邻的所述储冷器为一组，且每组所述储冷器中在在前的一级连接所述冷能的输出端。
[0008]上述的分层储冷装置中，位于串联第一级的所述储冷器连接所述冷能的输出端。
[0009 ] 上述的分层储冷装置中，还包括释冷通道，所述释冷通道将所述储冷器一一串联。
[0010]上述的分层储冷装置中，所述释冷通道与所述输冷通道为同一通道。
[0011]本发明还提供一种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，包括能量输入装置，用于为储能系统中输入能量；
[0012]空气压缩装置，受所述能量输入装置驱动将气态空气压缩成液态空气；
[0013]气化装置，将所述液态空气气化；
[0014]以及，上述的分层储冷装置，将所述气化装置中液态空气气化过程中产生的冷能存储。
[0015]上述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统中，所述空气压缩装置包括:第一级空气压缩机、空气净化机、以及第二级空气压缩机，所述第一级空气压缩机为低压压缩机，所述第二级为高压压缩机，所述空气净化装置将经过低压压缩的空气净化，并输入至所述第二级空气压缩机中进一步压缩为液态空气。
[0016]上述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统中，所述气化装置通过所述输冷通道和所述储冷器相连接。
[0017]上述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统中，所述气化装置为蒸发器。
[0018]上述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统中，还包括膨胀机组，所述膨胀机组为至少一级，且所述膨胀机组和发电机组的输入轴相连接，从而带动所述发电机组运转发电。
[0019]本发明技术方案，具有如下优点:
[0020]1.本发明的分层储冷装置中，包括至少两个储冷器，相邻所述储冷器之间借助输冷通道串联，至少一个所述储冷器和冷能的输出端相连接;在储冷过程中，前一级所述储冷器储冷过程中溢出的冷能借助所述输冷通道进入后一级所述储冷器中，为后一级所述储冷器预冷，前一级储冷器中释放的尾气仍包含一定的冷能，再对后一级储冷器预冷后，尾气中的冷能能够较大限度的交换给储冷器中的储冷介质，从而较大程度的提高冷能的存储率，避免冷能浪费。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
[0022]图1为本发明的实施例1中所述的分层储冷装置储冷过程的原理示意图；
[0023]图2为本发明的实施例1中所述的分层储冷装置释冷过程的原理示意图；
[0024]图3为本发明的实施例3中所述的液化空气储冷系统的原理示意图；
[0025]图4为本发明的实施例4中所述的电力存储输冷系统的原理示意图。
[0026]附图标记说明:
[0027]1-储冷器;2-输冷通道;3-释冷通道;4-能量输入装置;5-空气压缩装置;6_气化装置;7-膨胀机组。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0032]实施例1
[0033]参考图1，本实施例提供一种分层储冷装置，包括若干储冷器I，储冷器I的数量不少于2，任一储冷器I和冷能输出端相连接，从而接收冷能输出端输出的冷能并存储，并且，相邻的存储器I之间借助输冷通道2进行串联，这样在储冷过程中，前一级储冷器I储冷过程中逸出的冷能能够通过输冷通道2进入到后一级的储冷器I中，从而为后一级储冷器I进行预冷。
[0034]上述实施方式是本实施例的核心技术方案，通过将储冷器I之间借助输冷通道2串联的设计，将前一级储冷器I在储冷过程中一逸出的余冷导入到后一级储冷器I中，为后一级储冷器I预冷。
[0035]作为一种优选的实施方式，冷能是借助于空气、液体或其他介质在储冷器I中进行换热的，以空气为例，前一级储冷器I中释放的尾气仍包含一定的冷能，再对后一级储冷器I预冷后，尾气中的冷能能够较大限度的交换给储冷器I中的储冷介质，从而较大程度的提高冷能的存储率，避免冷能浪费。
[0036]本实施例中优选将为于串联第一级的储冷器I和冷能的输出端相连，其后的多级储冷器I也分别和冷能的输出端通过输冷通道2相连，并且在每条输冷通道2上设置有可打开、关闭或调解冷能流速的控制阀。
[0037]上述分层储冷装置的储冷过程为:
[0038]参考图1.首先打开位于第一级的储冷器I和冷能输出端之间的控制阀，以及第一级的储冷器I和第二级的储冷器I之间的控制阀，冷能首先进入到第一级的储冷器I中，在换热过程中尾气通过控制阀进入到第二级的储冷器I中，从而对第二级的储冷器I进行预冷，保证了冷能的充分利用。在第一级的储冷器I储冷完毕后，关闭第一级的储冷器I和冷能输出端之间的控制阀，以及第一级的储冷器I和第二级的储冷器I之间的控制阀，至此第一级的储冷器I储冷完毕。而后打开第二级的储冷器I和冷能输出端之间的控制阀，冷能由输冷通道2进入到第二级的储冷器I中，并打开第二级的储冷器I和第三级的储冷器I之间的控制阀，第二级的储冷器I在储冷过程中逸出的带有余冷的尾气进入到第三级的储冷器I中，为其预冷，从而完成了第二级的储冷器I的储冷，以及第三级的储冷器I的预冷过程。其后的第三级、第四级、第五级等的储冷过程与之相同，在此则不一一赘述。
[0039]上述分层储冷装置的释冷过程为:
[0040]依次打开每个储冷器I之间的控制阀，关闭每个储冷器I和冷能输出端之间的控制阀，以最后一级的储冷器I为起始，以空气作为冷能的输出介质。向最后一级的储冷器I通入常温空气，常温气体依次通过每一级的储冷器I后输出，从而使得输出的气体处于较小幅度变动的温度区间内，使得输出的冷能品质更高，适用范围更广。
[0041]需要说明的是，本实施例中优选释能过程中所使用的释冷通道3和储冷通道2为同一通道，从而有助于简化结构和降低成本。但释冷通道3也可以是和储冷通道2不为同一通道，而单独进行设计的。以下则结合释冷通道3和储冷通道2为同一通道的实施方式，并结合图2对本实施例的释冷过程进行解释说明。
[0042]而另一方面，在上述优选的分层储冷装置中，只有其中一级储冷器I是与冷能的输出端相连通的，这样就使得该级储冷器I始终处于接收冷能的状态，因此其储存的冷能最多。如不经过上述尾气预冷过程，那么储冷器中存储的冷能将随着级数的递增而递减，这就造成了不同储冷器I内储冷温度不同，在需要释放冷能时，就会使得输出冷能的品质不均匀，影响到储冷器I释放冷能的适用范围。例如，利用储冷器I输出冷能对某些材料进行保藏时，冷能输出不均匀就可能导致材料变质或发生物理状态的变化等等，在此则不一一举例说明。
[0043]实施例2
[0044]本实施例和实施例1不同的是，本实施例中，仅采用若干储冷器I的其中之一和冷能的输出端相连接，在储冷过程中，依次储存在各级储冷器I中，释能过程和实施例1相同。
[0045]这种储冷方式相比于实施例1来说，逸出的尾气仍然包含较多的冷能，但前一级储冷器I中排出的尾气仍能为后一级的储冷器I进行预冷，因此相比于现有技术中的储冷装置来说，仍能在一定程度上提高储冷率，减少冷能浪费。
[0046]实施例3
[0047]以下结合图3详细说明本实施例提供的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，该液化空气储冷系统包括:能量输入装置4，用于为储能系统中输入能量；
[0048]空气压缩装置5，受所述能量输入装置4驱动将气态空气压缩成液态空气；
[0049]气化装置6，将所述液态空气气化；
[0050]以及，实施例1或2中所述的分层储冷装置，用于将所述气化装置6中液态空气气化过程中产生的冷能存储。
[0051]上述实施方式是本实施例的核心技术方案，将实施例1或2中所述的分层储冷装置和液态空气储能装置相结合使用，实际工作过程是，气态空气首先经过空气压缩装置在特定的环境条件下压缩成液态空气，在此过程中收集储存热能。液态空气气化的过程中释放大量的冷能，经过收集后的冷能存储在实施例1或实施例2所述的分层储冷装置中。
[0052]具体地，气化装置6为蒸发器，其通过输冷通道2和储冷器I相连接。所述空气压缩装置5包括:第一级空气压缩机、空气净化机、以及第二级空气压缩机，所述第一级空气压缩机为低压压缩机，所述第二级为高压压缩机，所述空气净化装置将经过低压压缩的空气净化，并输入至所述第二级空气压缩机中进一步压缩为液态空气。
[0053]实施例4
[0054]本实施例提供一种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，使用实施例3中所述的液化空气储冷系统，具体地，还包括膨胀机组7，所述膨胀机组7为至少一级，且所述膨胀机组7和发电机组的输入轴相连接，从而带动所述发电机组运转发电。
[0055]参考图4，气态空气经过液化后释放了大量的热能，热能被储存与热能的存储装置中，也即是将能量输入装置4输入的机械能转化成了液态空气和热能进行储存，当需要使用液态空气存储的能量时，将液态空气气化，经过气化装置6气化后的液态空气进入到膨胀机组7中，由于体积的变化，气化后的液态空气能够驱动膨胀机组7做功，进而使得膨胀机组7能够带动与其连接的发电机组运转发电，将液态空气存储的能量转化为电能。同时液态空气在气化过程中将释放大量的冷能，该部分冷能使用实施例1或2所述的分层储冷装置进行高效的冷能存储。
[0056]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种分层储冷装置，其特征在于，包括: 至少两个储冷器(I)，相邻所述储冷器(I)之间借助输冷通道(2)串联，至少一个所述储冷器(I)和冷能的输出端相连接;在储冷过程中，前一级所述储冷器(I)储冷过程中溢出的冷能借助所述输冷通道(2)进入后一级所述储冷器(I)中，为后一级所述储冷器(I)预冷。2.根据权利要求1所述的一种分层储冷装置，其特征在于: 若干个相邻的所述储冷器(I)为一组，且每组所述储冷器(I)中在在前的一级连接所述冷能的输出端。3.根据权利要求1所述的分层储冷装置，其特征在于: 位于串联第一级的所述储冷器(I)连接所述冷能的输出端。4.根据权利要求1-3中任一项所述的分层储冷装置，其特征在于: 还包括释冷通道(3)，所述释冷通道(3)将所述储冷器(I) 一一串联。5.根据权利要求4所述的分层储冷装置，其特征在于: 所述释冷通道(3)与所述输冷通道(2)为同一通道。6.—种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的分层储冷装置，还包括: 能量输入装置(4)，用于为储能系统中输入能量； 空气压缩装置(5)，受所述能量输入装置(4)驱动将气态空气压缩成液态空气； 气化装置(6)，将所述液态空气气化； 以及，权利要求1-5中任一项所述的分层储冷装置，将所述气化装置(6)中液态空气气化过程中产生的冷能存储。7.—种根据权利要求6所述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，其特征在于: 所述空气压缩装置(5)包括:第一级空气压缩机、空气净化机、以及第二级空气压缩机，所述第一级空气压缩机为低压压缩机，所述第二级为高压压缩机，所述空气净化装置将经过低压压缩的空气净化，并输入至所述第二级空气压缩机中进一步压缩为液态空气。8.根据权利要求6所述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，其特征在于: 所述气化装置(6)通过所述输冷通道(2)和所述储冷器(I)相连接。9.根据权利要求8所述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，其特征在于: 所述气化装置(6)为蒸发器。10.根据权利要求6-9所述的利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，其特征在于:还包括膨胀机组(7)，所述膨胀机组(7)为至少一级，且所述膨胀机组(7)和发电机组的输入轴相连接，从而带动所述发电机组运转发电。
【文档编号】F01K7/02GK105928405SQ201610417341
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】王乐, 宋洁, 赵波, 徐桂芝, 邓占锋, 杨岑玉, 金翼, 胡晓, 宋鹏翔, 李志远, 梁立晓
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司