一种用于不同流体换热的蓄能式换热器及储能方法与流程

本发明属于蓄能式换热器，具体地说，涉及一种用于不同流体换热的蓄能式换热器及储能方法。

背景技术：

1、随着可再生能源和核能等缺乏可调节性、可控性新能源的大规模并网，其对电网的稳定运行带来了日益严峻的挑战，因此有效解决这一问题的大规模储能技术日渐受到越来越多人的关注。新型的大规模储能技术，如绝热压缩空气储能、热泵储能和液化空气储能技术，均需要将多余的电能以热力学能的形式进行存储，并在用电高峰时将其重新转化为电能。因此，新型储能技术的系统效率对换热器的效率非常敏感，从而对高效换热器的研发提出了更高的要求。

2、目前，常见的换热器根据其工作原理可以分为混合式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三种，其中混合式换热器的效率最高，但其传热过程伴随着传质，因而在不允许流体混合的场合无法使用；蓄能式换热器单位体积内的换热面积较高，因此换热效率居中，但其不同流体交替流经同一换热通道的特点使其难以避免流体间的接触；间壁式换热器有效避免流体间的接触，其冷热流体同时流经不同但相邻的通道，但间壁式换热器的紧凑程度不如蓄能式换热器，因此需要较大的体积和较高的造价以实现理想的换热效率，难以满足新型储能系统对高效紧凑换热器的要求。

3、有鉴于此特提出本发明。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

2、一种用于不同流体换热的蓄能式换热器及储能方法，包括固态蓄能介质、冷流体入口阀、冷流体通道、冷流体出口阀、热流体入口阀、热流体通道和热流体出口阀；所述固态蓄能介质与所述冷流体通道和所述热流体通道均直接接触；所述冷流体通道与所述热流体通道不联通；

3、所述冷流体入口阀和所述冷流体出口阀均开启，而所述热流体入口阀和所述热流体出口阀均关闭；

4、所述冷流体经所述冷流体入口阀进入所述冷流体通道，加热后的冷流体连通于冷流体出口阀，经所述冷流体出口阀流出；

5、所述热流体入口阀和所述热流体出口阀均开启，所述冷流体入口阀和所述冷流体的出口阀均关闭。

6、作为本发明的一种优选实施方式，所述热流体首先经所述热流体入口阀进入所述热流体通道，并在流动过程中从接触的固态蓄能介质中吸收其存储的冷能，经所述热流体出口阀流出，所述蓄能式换热器系统还包括内置活塞的缓冲罐，以平衡冷流体通道和热流体通道的压力。

7、作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄能式换热器的两端设置有导流挡板。

8、作为本发明的一种优选实施方式，所述固态蓄能介质可以为金属、陶瓷和相变储能的其中的一种或多种。

9、作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄能式换热器采用两组并联运行。

10、作为本发明的一种优选实施方式，所述储能系统的工作介质进入所述蓄能式换热系统其中一组开启的通道，储能系统的液态蓄能介质进入所述蓄能式换热系统另外一组开启的通道；所述储能系统的工作介质将所携带的热力学能传递给所述蓄能式换热系统中的固态蓄能介质，所述蓄能式换热系统中的固态蓄能介质的热能传递给所述储能系统的液态蓄能介质，并存储。

11、作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄热式换热器的蓄能和释能阶段均为动态过程。

12、本发明还公开一种用于不同流体换热的蓄能式换热器的储能方法，步骤如下：

13、s1、固态蓄能介质与冷流体通道和热流体通道均直接接触，但冷流体通道与热流体通道并不联通，因此在蓄能和释能过程中，冷热流体只会在各自的通道内流动，不会发生相互接触和掺混；在蓄冷过程中，如图所示，冷流体入口阀和冷流体出口阀均开启，而热流体入口阀和热流体出口阀均关闭，冷流体首先经冷流体入口阀进入冷流体通道，并在流动过程中将自身携带的冷能传递给其接触的固态蓄能介质，最后经冷流体出口阀流出，期间热流体因入口阀和出口阀关闭不发生任何流动；在释冷过程中，热流体入口阀和热流体出口阀均开启，而冷流体入口阀和冷流体的出口阀均关闭，热流体首先经热流体入口阀进入热流体通道，并在流动过程中从接触的固态蓄能介质中吸收其存储的冷能，最后经热流体出口阀流出，期间冷流体因入口阀和出口阀关闭不发生任何流动；

14、s2、由于冷热流体的工作压力有可能不同，而固态蓄能介质由于厚度较小难以承受过大的压差，本发明通过采用内置活塞的缓冲罐的设计以平衡冷流体通道和热流体通道的压力，从而在冷流体和热流体不接触的前提下，保证换热器内部通道的压力一致；例如，在蓄冷过程中，若冷流体的压力明显高于热流体的压力，则当冷流体进入缓冲罐时，会推动活塞向缓冲罐的热流体一侧移动，此时由于热流体入口阀和出口阀均关闭，热流体通道的压力会不断上升，最终与冷流体通道一致；这样的设计能够保证压差仅由蓄能式换热器的外壁来承担，内部固态蓄能材料由于不用承受压差而可以设计的非常细密、轻薄，以提升换热面积和换热效率；

15、s3、蓄能式换热器的两端设置有导流挡板，能够将各冷流体通道内的冷流体汇集在一起，同时将各热流体通道内的冷却后的热流体汇集在一起，并通过各自的管道导出系统外，从而避免了冷热流体的接触；

16、s4、由于一般情况下冷热流体间的换热是连续的，因此本发明采用了两个蓄能式换热器并联运行的设计，即当其中一个换热器处于蓄能过程中时，另外一个换热器必定在进行释能过程；

17、s5、当冷流体流经其中一个换热器的冷流体通道时，该换热器的热流体通道关闭，并处于蓄冷过程；此时，热流体流经另外一个换热器的热流体通道，该换热器的冷流体通道关闭，并处于释冷过程；当处于蓄冷过程的换热器蓄满冷能时，处于释冷过程的换热器也将存储的冷能释放完毕，此时两个换热器的工作模式将进行互换，通过改变阀门的启闭，将开始释冷过程，而之前处于释冷过程的换热器将开始蓄冷过程，从此反复循环，以保证换热过程不间断。

18、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

19、1、本发明提供了一种用于不同种类流体换热的蓄能式换热器，其结合了蓄能式换热器体积小、换热效率高的优点以及间壁式换热器避免不同流体相互接触的优点，因此能够更好地满足储能技术对高效、紧凑换热器的需求。

20、2、本发明提供了一种利用所述蓄能式换热器实现高效蓄冷的方法，其能够有效避免低温领域中间壁式换热器所面临的“夹点”问题以及蓄能式换热器所面临的低热容、高造价的问题，因此能够更好地满足储能技术对高效、经济地存储冷能的需求。

21、下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，包括固态蓄能介质(5)、冷流体入口阀(1)、冷流体通道(10)、冷流体出口阀(13)、热流体入口阀(2)、热流体通道(11)和热流体出口阀(12)；

2.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述热流体(9)首先经所述热流体入口阀(2)进入所述热流体通道(11)，并在流动过程中从接触的固态蓄能介质(5)中吸收其存储的冷能，经所述热流体出口阀(12)流出。

3.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述蓄能式换热器系统还包括内置活塞的缓冲罐(3)，以平衡冷流体通道(10)和热流体通道(11)的压力。

4.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述蓄能式换热器的两端设置有导流挡板(14)。

5.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述固态蓄能介质(5)可以为金属、陶瓷和相变储能的其中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述蓄能式换热器采用两组并联运行。

7.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述储能系统的工作介质进入所述蓄能式换热系统其中一组开启的通道，储能系统的液态蓄能介质进入所述蓄能式换热系统另外一组开启的通道；所述储能系统的工作介质将所携带的热力学能传递给所述蓄能式换热系统中的固态蓄能介质(5)，所述蓄能式换热系统中的固态蓄能介质(5)的热能传递给所述储能系统的液态蓄能介质，并存储。

8.根据权利要求1所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器，其特征在于，所述蓄热式换热器的蓄能和释能阶段均为动态过程。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种用于不同流体换热的蓄能式换热器的储能方法的步骤如下：

技术总结
本发明涉及蓄能式换热器技术领域，公开了一种用于不同流体换热的蓄能式换热器及储能方法，包括固态蓄能介质、冷流体入口阀、冷流体通道、冷流体出口阀、热流体入口阀、热流体通道和热流体出口阀；所述固态蓄能介质与所述冷流体通道和所述热流体通道均直接接触；所述冷流体通道与所述热流体通道不联通；所述冷流体入口阀和所述冷流体出口阀均开启，而所述热流体入口阀和所述热流体出口阀均关闭。本发明其结合了蓄能式换热器体积小、换热效率高的优点以及间壁式换热器避免不同流体相互接触的优点，因此能够更好地满足储能技术对高效、紧凑换热器的需求。

技术研发人员：薛皓白
受保护的技术使用者：薛皓白
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15