蓄热/冷器的制作方法

本发明涉及储能设备技术领域，尤其涉及一种蓄热/冷器。

背景技术：

目前能源供需矛盾日益突出，可再生能源装机容量所占份额显著增加，但可再生能源的不确定和间歇性会造成输出能源不稳定，因此储能技术现已成为可再生能源研究领域的热点。

在储能技术中储热储冷技术，既能有效克服用能过程中的不连续性，又能实现供能与用能过程中的良好时空匹配，有着广泛的应用前景。具体地，储热技术可应用于电力系统调峰、航空航天、太阳能利用、余热回收、采暖空调及家用电器工业等领域，储冷技术可用于低温发电、空气分离、低温生物医学、海水淡化以及食品加工、冷库等场合。储热储冷技术的核心部件是蓄热/冷器，其蓄热和蓄冷效率直接决定了储能过程整体的循环效率。

现有的蓄热/冷器结构复杂，采用承压结构和/或多种绝热保温结构，通过真空粉末绝热、多层堆积绝热或多层高压堆积床装置等保温绝热装置改善储能效率，但受绝热装置的限制，储能系统换热效率仍旧不高。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种蓄热/冷器，用以解决现有的蓄热/冷器换热效率低的问题。

(二)发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种蓄热/冷器，包括壳体，所述壳体内填充固相介质，所述壳体上相对开设第一流体进出口与第二流体进出口；沿从所述第一流体进出口向所述第二流体进出口的方向，所述壳体的横截面面积先增大后减小。

其中，所述壳体包括第一渐变段、第二渐变段及柱状的中间段，所述第一渐变段的大径端和所述第二渐变段的大径端分别与所述中间段的两端相连，所述第一流体进出口位于所述第一渐变段的小径端，所述第二流体进出口位于所述第二渐变段的小径端。

其中，所述渐变段呈圆锥台状或半椭球状。

其中，所述渐变段的外切线与所述中间段的中轴线之间的夹角为15°～75°。

其中，所述第一流体进出口与所述第二流体进出口处分别设有均流装置。

其中，所述壳体包括内壁与外壁，所述内壁与所述外壁之间设有保温层。

其中，所述保温层包括珠光砂、气凝土、玻璃棉和岩棉的一种或多种。

其中，所述内壁与所述外壁的材料分别为钛、铝或钢。

其中，所述壳体的底部安装有支撑结构，所述支撑结构位于所述内壁与所述外壁之间。

其中，所述支撑结构包括多个，多个所述支撑结构分散安装于所述壳体的底部。

(三)有益效果

本发明提供的蓄热/冷器，换热流体从第一流体进出口或第二流体进出口进入壳体内，并与壳体内的固定介质发生热交换，储备热能或冷能；壳体的横截面面积先增大后减小，形成两端细中间粗的结构，在相同热流密度的条件下，减小两端固相介质的质量，增大末端温度梯度，削弱壳体内不同位置固相介质温度渐变引起斜温层沿换热流体流动方向非线性地迁移和扩展，提高换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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他的附图。

图1为本发明实施例蓄热/冷器的结构示意图。

图中：1、固相介质；2、第一流体进出口；3、第二流体进出口；4、中间段；51、第一渐变段；52、第二渐变段；6、内壁；7、外壁；8、保温层；9、支撑结构；10、均流装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。

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。

本发明实施例提供的蓄热/冷器，如图1所示，其包括壳体，壳体内填充固相介质1，固相介质1采用储热/冷密度高、传热性能好的固态颗粒材料或多孔材料作为蓄热或蓄冷介质。具体地，固态颗粒或多孔材料可以为金属、岩石、矿石、矿渣、混凝土中的一种或多种混合物，可以单层设置，也可以多层分层设置，对此，本发明实施例不做具体限定。壳体相对开设第一流体进出口2与第二流体进出口3，沿从第一流体进出口2至第二流体进出口3的方向，壳体的横截面面积先增大后减小。需要说明的是，纵向指的是换热流体从第一流体进出口2流向第二流体进出口3的流动方向，横向与纵向垂直。壳体的横截面面积先增大后减小，与此对应的，内部填充的固相介质1沿换热流体的流向先增多后减小，换热流体流经固相介质1进行换热，固相介质1吸收或释放能量从而实现热能或冷能的存储或释放。

本发明实施例中的蓄热/冷器，主体的横截面尺寸先增大后减小，呈中间粗两头细的结构，换热流体从第一流体进出口2进入或从第二流体进出口3进入，其进入端的截面面积均较小，在热流密度不变的条件下，减小固相介质的质量，从而能够增大末端温度场的温度梯度，削弱蓄热/冷器内部不同位置固相介质1温度渐变而引起斜温层沿换热流体流动方向非线性迁移和扩展，提高换热效率。其中，斜温层指的是换热流体与固相介质在换热过程中产生温度梯度较大的自然分层。同时，小截面作为换热流体进入的过渡段，可以保证气体能够均匀的流入。

具体地，主体包括柱状的中间段4及设置在中间段4两端的第一渐变段51和第二渐变段52，第一渐变段51的大径端与中间段4的一端相连，中间段4的另一端与第二渐变段52的大径端相连。第一流体进出口2设置第一渐变段51的小径端，第二流体进出口3设置在第二渐变段52的小径端。

其中，中间段4的横截面面积保持一致，可以为圆柱状或棱柱状。第一渐变段51和第二渐变段52的横截面尺寸从大径端向小径端逐渐减小，采用直线渐变或者弧线渐变的结构形式。当采用直线渐变的结构时，第一渐变段51和第二渐变段52呈圆锥台状；当采用弧线渐变的结构形式时，渐变段5呈半椭球状或半球状。优选的，第一渐变段51和第二渐变段52的外壁与中间段4的中轴线之间的夹角均为15°～75°，即圆锥台的母线与中间段4的中轴线之间的夹角可以为15°、30°、45°或75°；半椭球的外切线与中间段4的中轴线之间的夹角在15°和75°之间。其中，第一渐变段51和第二渐变段52两者的渐变形式可以相同，均为直线渐变或弧线渐变；也可以采用不同的渐变形式，即其中一个选用直线渐变形式，另一个选用弧线渐变形式，对此，本发明实施例不做具体限定。

另外，需要说明的是，本发明实施例中的蓄热/冷器，除第一流体进出口2和第二流体进出口3之外，还可以设置其他流体进出口，两两相对设置，形成多条供换热流体通过的流通管道，以便将储能和释能管道区分开。

具体地，壳体包括内壁6及外壁7，内壁6与外壁7之间存在间隙，该间隙内填充保温材料形成保温层8。在内壁6环绕的腔体内填充固相介质1。其中，内壁6和外壁7均选用强度高、性质稳定、导热系数低的金属材料钛、铝、钢等制成，两者可以选用同样的材质也可以选用不同的材质。内壁6和外壁7之间的间隙为真空环境，保温层8采用导热系数小、密度低、化学性质稳定且具有一定强度的保温材料制成，比如气凝胶毡、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、发泡水泥等。

在壳体的底部安装支撑结构9，该支撑结构9位于内壁6和外壁7之间。具体地，支撑结构9选用抗压强度大、化学性质稳定且导热系数低的金属或非金属材料制成，其可以呈圆环状，套设在内壁6的外侧提供支撑力，也可以设置多个支撑块通过多点支撑的方式提供支撑力支撑壳体内填充的介质。

进一步地，在第一流体进出口2和第二流体进出口3处分别设有均流装置10，以保证换热流体均匀通过固相介质1。该均流装置10可以为多孔介质，也可以为筛网或其他结构。

本发明实施例中的换热流体可以为气体也可以为液体或者气液混合物。其可以直接与固相介质1接触进行直接换热，也可以借助安装在壳体内的流通管道与固相介质1进行间接换热。

使用过程如下：储/释能前期，将固相介质1如固态颗粒装入壳体内。

储热阶段，高温的换热流体由第一流体进出口2流入壳体，通过均流装置10后更为均匀的进入固相介质1形成的填充床。高温换热流体在固相介质1的间隙间，通过和固相介质1直接或间接接触进行换热后温度降低，降温后的换热流体流出蓄热/冷器。固相介质1获得热能后，温度升高。当流出的换热流体温度达到一定温度时，关闭第一流体进出口2和第二流体进出口3，进入保温阶段，完成储热。

释热阶段，低温的换热流体由第二流体进出口3流入壳体，同样流经均流装置10后在高温固体颗粒表面进行热交换，获得固相介质1的热能后，换热流体温度升高，升温后的换热流体从顶部出口流出，同时固相介质1的温度下降。当高温流体在出口处温度到达到一定温度时，关闭第一流体进出口2和第二流体进出口3，完成释热。

储冷阶段，低温换热流体由第二流体进出口3流入壳体，之后通过均流装置10后更为均匀的进入固相介质1形成的填充床。低温的换热流体在固相介质1的间隙间，通过和固相介质1直接或间接接触进行换热后温度升高，升温后的换热流体流出壳体。固相介质1获得冷能后，温度降低。当流出的换热流体在出口处温度达到一定温度时，关闭第一流体进出口2和第二流体进出口3，进入保温阶段，完成储冷。

释冷阶段，高温的换热流体由第一流体进出口2流入壳体，同样流经均流装置10后在低温的固相介质1表面进行热交换，获得固相介质1的冷能后，换热流体的温度降低，降温后的换热流体流出壳体，同时固相介质1的温度升高。当低温流体在出口处的温度达到一定温度时，关闭第一流体进出口2和第二流体进出口3，完成释冷。

本发明实施例中的蓄热/冷器，壳体的横截面面积渐变，可以适用于换热温差较大、蓄冷和蓄热频繁的场合，减小固相介质1的质量，增大末端温度梯度，并有效削弱蓄热/冷器内不同位置处固相介质1温度渐变引起斜温层迁移和扩展，提高换热效率。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。