一种移动式填充床储热装置及其运行方法与流程

本发明涉及相变储能装置，具体涉及一种移动式填充床储热装置及其运行方法。

背景技术：

1、为解决热能供应与需求之间的不平衡矛盾，热能储存技术被广泛地应用于太阳能光热利用、工业余热回收、电力削峰填谷等技术领域。在这些技术之中，填充床储热装置因其结构简单、成本低廉和传热面积大等优势被认为是一种理想的储热结构。相变储能材料被封装在球形、方形和圆柱形的储热单元中后，将多个储热单元填充至储热罐内，不同储热单元之间存在空隙，载热介质从这些空隙中流过与储热单元内的相变储能材料进行换热，从而实现储热目的。

2、然而，传统的填充床储热装置内储热单元在换热过程中均保持固定不动，相变储能材料与储热单元壳体材料之间的换热方式以导热为主，并伴随着相变储能材料内部少量的自然对流，而大多数相变储能材料的导热系数较低，使得整体的换热性能通常比较差。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的填充床相变储热装置的换热性能较差的缺陷，从而提供一种移动式填充床储热装置及其运行方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种移动式填充床储热装置，包括：

3、储热件，其内部容纳有球形储能单元，球形储能单元的外径不大于1厘米，球形储能单元内腔中填充有相变储能材料；

4、入口布流器，安装在储热件内，球形储能单元设于入口布流器上方，入口布流器与球形储能单元之间安装有下支撑架；

5、入口锥形管，连通在储热件的入口端，入口锥形管内径较大的一端与储热件连接。

6、可选地，球形储能单元内腔中预留有空气腔。

7、可选地，入口锥形管安装在储热件的底部。

8、可选地，还包括出口锥形管，安装在储热件的出口端，出口锥形管内径较大的一端与储热件相连。

9、可选地，出口锥形管的入口侧安装有出口布流器。

10、可选地，出口布流器与球形储能单元之间安装有上支撑架。

11、可选地，出口锥形管内径较小的一端连通有出口流道，出口流道背离出口锥形管的一端安装有出口法兰盘。

12、可选地，入口锥形管内径较小的一端连通有入口流道，入口流道背离入口锥形管的一端安装有入口法兰盘。

13、本发明还提供一种移动式填充床储热装置的运行方法，应用本发明所述的移动式填充床储热装置，包括以下步骤：

14、载热介质从入口锥形管进入到储热件内，载热介质经过入口布流器在周向分布均匀后，驱动球形储能单元翻滚运动；

15、载热介质与球形储能单元接触时与球形储能单元换热以将能量存储到球形储能单元中的相变储能材料内；

16、载热介质输出到储热件外。

17、可选地，载热介质从储热件的底部输入，从储热件的顶部输出。

18、本发明技术方案，具有如下优点：

19、本发明提供的移动式填充床储热装置，在运行时，载热介质从入口锥形管进入到储热件内腔中，经过入口布流器在周向分布均匀后，驱动球形储能单元翻滚运动。载热介质与球形储能单元接触时与球形储能单元换热以将能量存储到球形储能单元中的相变储能材料内。储热件内球形储热单元的直径缩小至毫米级，增大了球形储热单元与载热介质流体的换热接触面积，提高了球形储热单元内相变储能材料的熔化速率。在储热过程中，球形储热单元在载热介质的带动下，可在储热件内上下翻滚移动，其内部相变储能材料的换热机制由导热为主转变为强制对流为主，对流换热系数得到显著增强，进一步增强了储热速率。由于球形储热单元的直径缩小，每个球形储热单元之间的空隙也缩小，故储热件内单位体积的相变储能材料的质量更大，能够增加储热件内的储热密度。

技术特征：

1.一种移动式填充床储热装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，所述球形储能单元(2)内腔中预留有空气腔(4)。

3.根据权利要求1或2所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，所述入口锥形管(7)安装在所述储热件(1)的底部。

4.根据权利要求1或2所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，还包括出口锥形管(8)，安装在所述储热件(1)的出口端，所述出口锥形管(8)内径较大的一端与所述储热件(1)相连。

5.根据权利要求4所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，所述出口锥形管(8)的入口侧安装有出口布流器(9)。

6.根据权利要求5所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，所述出口布流器(9)与所述球形储能单元(2)之间安装有上支撑架(10)。

7.根据权利要求4所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，所述出口锥形管(8)内径较小的一端连通有出口流道(11)，所述出口流道(11)背离所述出口锥形管(8)的一端安装有出口法兰盘(12)。

8.根据权利要求1或2所述的移动式填充床储热装置，其特征在于，所述入口锥形管(7)内径较小的一端连通有入口流道(13)，所述入口流道(13)背离所述入口锥形管(7)的一端安装有入口法兰盘(14)。

9.一种移动式填充床储热装置的运行方法，其特征在于，应用权利要求1至8任一项所述的移动式填充床储热装置，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的移动式填充床储热装置的运行方法，其特征在于，载热介质从储热件(1)的底部输入，从储热件(1)的顶部输出。

技术总结
本发明涉及相变储能装置技术领域，具体涉及一种移动式填充床储热装置及其运行方法。移动式填充床储热装置包括：储热件，其内部容纳有球形储能单元，球形储能单元的外径不大于1厘米，球形储能单元内腔中填充有相变储能材料；入口布流器，安装在储热件内，球形储能单元设于入口布流器上方，入口布流器与球形储能单元之间安装有下支撑架；入口锥形管，连通在储热件的入口端，入口锥形管内径较大的一端与储热件连接。在储热过程中，球形储热单元在载热介质的带动下，可在储热件内上下翻滚移动，其内部相变储能材料的换热机制由导热为主转变为强制对流为主，对流换热系数得到显著增强，进一步增强了储热速率。

技术研发人员：肖俊峰,鲁博辉,胡孟起,夏林,邵帅,连小龙,何欣欣,姜世杰,王一丰,卫星光,田新平
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16