一種低溫流體冷能儲存裝置及方法與流程

2023-11-03 02:20:03 2

本發明涉及一種低溫流體冷能儲存裝置及方法，屬於低溫技術領域。

背景技術：

在低溫工業領域，涉及到很多低溫液體汽化的工藝需求，現有技術一是：通過各類汽化器，如水浴式汽化器或空浴式汽化器，利用蒸汽熱或空氣熱汽化低溫液體，但同時需消耗蒸汽（如水浴式汽化器）或雖可以利用免費的空氣，但換熱效率低，不能長時間連續工作（如空浴式汽化器），且低溫液體的冷能均不能有效利用。現有技術二是：把低溫液體導入需要冷能的裝置，如正在運行的空分裝置的換熱器中，低溫液體被正流的流體復熱汽化出空分冷箱裝置，同時其冷能被空分冷箱內的流體利用；上述技術二雖然能有效利用低溫液體復熱時的冷能，但在運作上需與運行的空分裝置保持時間的一致性。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術存在的不足，而提供了一種能有效回收冷能，低溫流體的冷能回收效率高，儲冷裝置體積小，再利用時的低溫品位高，在冷能利用上又不受限於冷能源的低溫流體冷能儲存裝置及方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，一種低溫流體冷能儲存裝置，它至少包括：具有多個不同的儲冷單元C（C1、C2、…、Cn），這些不同的儲冷單元按工作沸點不同通過分層堆疊的方式組合在一起；儲存所述儲冷單元的儲冷容器T；使低溫流體通過所述儲冷容器T的通道；所述儲冷單元C、儲冷容器T以及通道之間通過管道和閥門相連通；在儲冷容器T外包覆有保溫的絕熱材料層。

作為優選：所述多個不同的儲冷單元C為球狀物或為棒狀物或為帶狀物或為折管或繞管物；

未進入儲冷工作狀態時，所述的儲冷單元C內含有儲冷常溫帶壓氣體介質或液體介質或固體介質；進入儲冷工作狀態時，所述儲冷單元C內的常溫帶壓氣體介質被全部液化或至少部分地被液化，或儲冷單元C內的帶壓氣體介質被全部固化或至少部分地被固化，或儲冷單元C內的帶壓液體介質被全部固化或至少部分地被固化。

作為優選：所述多個不同的儲冷單元C內的流體介質及其壓力相同或不同；所述的帶壓氣體介質為甲烷、乙烷，丙烷或天然氣等碳氫化合物，或為氟代烴或氯化物或氟氯化物，或為氬，或為這些氣體和氮氣按一定比例的混合氣體；

在儲冷工作狀態時，所述的儲冷單元C的分層堆疊順序從低溫區到高溫區為工作壓力下介質沸點由低到高或熔點由低到高。

作為優選：所述不同的分層堆疊儲冷單元C之間可以設置有分隔板構成的固定裝置，以防止工作狀態時所述不同儲冷單元C之間的混床。

作為優選：所述的儲冷容器T是帶壓的壓力容器或是不帶壓的常壓容器；

低溫流體經過所述的通道進入所述的儲冷容器T後，所述的低溫流體冷能儲存在所述的多個不同的儲冷單元C中，所述的低溫流體溫度升高後流出所述的儲冷容器；同理，常溫或高溫流體也可以通過所述的通道進入所述的儲冷容器後，儲存在所述的多個不同的儲冷單元C中的冷能傳遞給所述的常溫或高溫流體，所述的常溫或高溫流體溫度降低後流出所述的儲冷容器。

一種利用所述低溫流體冷能儲存裝置進行低溫流體冷能儲存方法，該方法包括：

一儲冷容器T中儲存有多個不同的儲冷單元C（C1、C2、…、Cn），儲冷單元C為球狀物、棒狀物或帶狀物，或是折管或繞管物；

未進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內含有儲冷常溫帶壓氣體介質或液體介質或固體介質；進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內的帶壓氣體介質被全部液化或至少部分地被液化；或進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內的帶壓氣體介質被全部固化或至少部分地被固化；或進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內的帶壓液體介質被全部固化或至少部分地被固化；

這些不同的儲冷單元C按工作沸點不同通過分層堆疊的方式組合在一起；低溫流體經與儲冷容器相連通的通道進入儲冷容器，與儲冷單元換熱，其冷能被儲冷單元儲存，其被加熱，並經與儲冷容器相連通的通道出儲冷容器；

相應地，常溫或高溫流體也可以通過通道進入儲冷容器，儲存在多個不同的儲冷單元C中的冷能傳遞給所述的常溫或高溫流體，所述的常溫或高溫流體溫度降低後通過通道流出所述的儲冷容器；進入儲冷容器的低溫流體或常溫或高溫流體可以是帶壓的，也可以是不帶壓的；為提高儲冷效率和儲冷時間，須給儲冷容器T覆蓋絕熱材料。

本發明所述不同的儲冷單元C裡面充填的流體介質及其壓力相同或不同，使得所述不同的儲冷單元C在儲冷工作狀態時，堆疊順序從低溫區到高溫區為介質沸點由低到高或介質熔點由低到高。

本發明採用該方法後，低溫流體的冷能回收效率高，且儲冷裝置的體積小，再利用時的低溫品位高；它具有能有效回收冷能，低溫流體的冷能回收效率高，儲冷裝置體積小，再利用時的低溫品位高，在冷能利用上又不受限於冷能源等特點。

附圖說明

圖1是本發明所述低溫流體冷能儲存裝置的一個實施例示意圖。

圖2是本發明所述低溫流體冷能儲存裝置的另一個實施例示意圖。

圖3是本發明所述低溫流體冷能儲存裝置的又一個實施例示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作詳細的介紹：圖1--3所示，本發明所述的一種低溫流體冷能儲存裝置，它至少包括：具有多個不同的儲冷單元C（C1、C2、…、Cn），這些不同的儲冷單元按工作沸點不同通過分層堆疊的方式組合在一起；儲存所述儲冷單元的儲冷容器T；使低溫流體通過所述儲冷容器T的通道；所述儲冷單元C、儲冷容器T以及通道之間通過管道和閥門相連通；在儲冷容器T外包覆有保溫的絕熱材料層；

所述多個不同的儲冷單元C為球狀物或為棒狀物或為帶狀物或為折管或繞管物；

未進入儲冷工作狀態時，所述的儲冷單元C內含有儲冷常溫帶壓氣體介質或液體介質或固體介質；進入儲冷工作狀態時，所述儲冷單元C內的常溫帶壓氣體介質被全部液化或至少部分地被液化，或儲冷單元C內的帶壓氣體介質被全部固化或至少部分地被固化，或儲冷單元C內的帶壓液體介質被全部固化或至少部分地被固化。

本發明所述多個不同的儲冷單元C內的流體介質及其壓力相同或不同；所述的帶壓氣體介質為甲烷、乙烷，丙烷或天然氣等碳氫化合物，或為氟代烴或氯化物或氟氯化物，或為氬，或為這些氣體和氮氣按一定比例的混合氣體；

在儲冷工作狀態時，所述的儲冷單元C的分層堆疊順序從低溫區到高溫區為工作壓力下介質沸點由低到高或熔點由低到高。

本發明所述不同的分層堆疊儲冷單元C之間可以設置有如分隔板等構成的固定裝置，以防止工作狀態時所述不同儲冷單元C之間的混床。

本發明所述的儲冷容器T是帶壓的壓力容器或是不帶壓的常壓容器；

低溫流體經過所述的通道進入所述的儲冷容器T後，所述的低溫流體冷能儲存在所述的多個不同的儲冷單元C中，所述的低溫流體溫度升高後流出所述的儲冷容器；同理，常溫或高溫流體也可以通過所述的通道進入所述的儲冷容器後，儲存在所述的多個不同的儲冷單元C中的冷能傳遞給所述的常溫或高溫流體，所述的常溫或高溫流體溫度降低後流出所述的儲冷容器。

一種利用所述低溫流體冷能儲存裝置進行低溫流體冷能儲存方法，該方法包括：

一儲冷容器T中儲存有多個不同的儲冷單元C（C1、C2、…、Cn），儲冷單元C為球狀物、棒狀物或帶狀物，或是折管或繞管物；

未進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內含有儲冷常溫帶壓氣體介質或液體介質或固體介質；進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內的帶壓氣體介質被全部液化或至少部分地被液化；或進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內的帶壓氣體介質被全部固化或至少部分地被固化；或進入儲冷工作狀態時，儲冷單元C內的帶壓液體介質被全部固化或至少部分地被固化；

這些不同的儲冷單元C按工作沸點不同通過分層堆疊的方式組合在一起；低溫流體經與儲冷容器相連通的通道進入儲冷容器，與儲冷單元換熱，其冷能被儲冷單元儲存，其被加熱，並經與儲冷容器相連通的通道出儲冷容器；

相應地，常溫或高溫流體也可以通過通道進入儲冷容器，儲存在多個不同的儲冷單元C中的冷能傳遞給所述的常溫或高溫流體，所述的常溫或高溫流體溫度降低後通過通道流出所述的儲冷容器；進入儲冷容器的低溫流體或常溫或高溫流體可以是帶壓的，也可以是不帶壓的；為提高儲冷效率和儲冷時間，須給儲冷容器T覆蓋絕熱材料。

本發明所述不同的儲冷單元C裡面充填的流體介質及其壓力相同或不同，使得所述不同的儲冷單元C在儲冷工作狀態時，堆疊順序從低溫區到高溫區為介質沸點由低到高或介質熔點由低到高。

實施例：

在圖1的實施例中，壓力為0.8MPaG、溫度為-150℃的純化乾燥空氣00通過管道G1和閥門V1進入帶壓的儲冷容器T1，儲冷容器T1中儲存有多個不同的儲冷單元C（C1、C2、…、Cn），n=35。儲冷單元C為直徑相等的圓柱形管子，它們並排疊放在一起。其中C1充填的是摩爾組分分別為60%和40%的甲烷和乙烷氣體，工作壓力為0.1MPaG；C1與-150℃的空氣00換熱，C1中的物質至少部分地液化，放出潛熱被氣體00吸收，氣體00溫度升高，如升到-148℃左右。其中C2充填的是摩爾組分分別為40%和60%的甲烷和乙烷氣體，工作壓力為0.1MPaG；C2與-148℃的空氣00換熱，C2中的物質至少部分地液化，放出潛熱被氣體00吸收，氣體00溫度繼續升高。而C3充填的是摩爾組分分別為30%和70%的甲烷和乙烷氣體，工作壓力為0.1MPaG。C4充填的是摩爾組分分別為20%和80%的甲烷和乙烷氣體，工作壓力為0.1MPaG；C5充填的是摩爾組分分別為10%和90%的甲烷和乙烷氣體，工作壓力為0.1MPaG；C6充填的是摩爾組分為100%的乙烷氣體，工作壓力為0.1MPaG；從C7到C16充填的是乙烷和丙烷氣體的不同摩爾比例混合物，工作壓力為0.1MPaG，液化溫度從低到高堆疊；從C16到C32充填的是丙烷和丁烷氣體的混合物，工作壓力為0.1MPaG，液化溫度從低到高堆疊；從C32到C35充填的是丁烷氣體，工作壓力從0.1MPaG到0.2MPaG，液化溫度從低到高堆疊。氣體00經依次與C1到C35換熱，其冷量依次被C1到C35吸收，其自身被復熱到約25℃出儲冷容器T1，並經管道G2和閥門V2出儲冷裝置。其冷量主要以C1到C35中的介質以部分液化成液體的形式儲存。由於儲冷容器T1的外層被良好的保溫絕熱材料所覆蓋或充填，絕熱冷損不大。

當需要利用儲冷容器T1中的冷量時，壓力為0.8MPaG、溫度為25℃的純化乾燥空氣01通過管道G2和閥門V2進入帶壓的儲冷容器T1。空氣01先與C35-C32換熱，Cn中的物質至少部分地氣化，吸收氣化潛熱，同時氣體01被冷卻，氣體01溫度降低，如降到20℃左右；空氣01再依次與C32-C1換熱，在此過程中，Cn中的物質至少部分地氣化，吸收氣化潛熱，氣體01逐步地冷卻，氣體01溫度降低，如降到-140℃左右出儲冷容器T1，並經管道G1和閥門V1出儲冷裝置。儲冷裝置中的冷量主要以C1到C35中的介質以部分氣化或全氣化的形式被氣體00帶走。

在圖2的實施例中，儲冷單元C（C1、C2、…、Cn）是球狀物；

在圖3的實施例中，儲冷單元C（C1、C2、…、Cn）是折管；

上述兩個實施例僅是本發明的優選實施方式，但本發明並不限制於以上描述的具體實施例。如儲冷單元C中的介質也可以在某種條件下相變成固狀，可以在固液氣三相或固氣二相或固液二相作為儲冷的方法。因此，在本發明的範疇下所作的各種變型或優化，也在本發明的保護範圍內。