本發(fā)明涉及一種低溫流體冷能儲存裝置及方法，屬于低溫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在低溫工業(yè)領(lǐng)域，涉及到很多低溫液體汽化的工藝需求，現(xiàn)有技術(shù)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(shí)需消耗蒸汽（如水浴式汽化器）或雖可以利用免費(fèi)的空氣，但換熱效率低，不能長時(shí)間連續(xù)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(xiàn)有技術(shù)二是：把低溫液體導(dǎo)入需要冷能的裝置，如正在運(yùn)行的空分裝置的換熱器中，低溫液體被正流的流體復(fù)熱汽化出空分冷箱裝置，同時(shí)其冷能被空分冷箱內(nèi)的流體利用；上述技術(shù)二雖然能有效利用低溫液體復(fù)熱時(shí)的冷能，但在運(yùn)作上需與運(yùn)行的空分裝置保持時(shí)間的一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(shí)的低溫品位高，在冷能利用上又不受限于冷能源的低溫流體冷能儲存裝置及方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)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(gè)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(diǎn)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(yōu)選：所述多個(gè)不同的儲冷單元C為球狀物或?yàn)榘魻钗锘驗(yàn)閹钗锘驗(yàn)檎酃芑蚶@管物；

未進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，所述的儲冷單元C內(nèi)含有儲冷常溫帶壓氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)或固體介質(zhì)；進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，所述儲冷單元C內(nèi)的常溫帶壓氣體介質(zhì)被全部液化或至少部分地被液化，或儲冷單元C內(nèi)的帶壓氣體介質(zhì)被全部固化或至少部分地被固化，或儲冷單元C內(nèi)的帶壓液體介質(zhì)被全部固化或至少部分地被固化。

作為優(yōu)選：所述多個(gè)不同的儲冷單元C內(nèi)的流體介質(zhì)及其壓力相同或不同；所述的帶壓氣體介質(zhì)為甲烷、乙烷，丙烷或天然氣等碳?xì)浠衔?，或?yàn)榉鸁N或氯化物或氟氯化物，或?yàn)闅?，或?yàn)檫@些氣體和氮?dú)獍匆欢ū壤幕旌蠚怏w；

在儲冷工作狀態(tài)時(shí)，所述的儲冷單元C的分層堆疊順序從低溫區(qū)到高溫區(qū)為工作壓力下介質(zhì)沸點(diǎn)由低到高或熔點(diǎn)由低到高。

作為優(yōu)選：所述不同的分層堆疊儲冷單元C之間可以設(shè)置有分隔板構(gòu)成的固定裝置，以防止工作狀態(tài)時(shí)所述不同儲冷單元C之間的混床。

作為優(yōu)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(jīng)過所述的通道進(jìn)入所述的儲冷容器T后，所述的低溫流體冷能儲存在所述的多個(gè)不同的儲冷單元C中，所述的低溫流體溫度升高后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(jìn)入所述的儲冷容器后，儲存在所述的多個(gè)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后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(jìn)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(gè)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(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)含有儲冷常溫帶壓氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)或固體介質(zhì)；進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)的帶壓氣體介質(zhì)被全部液化或至少部分地被液化；或進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)的帶壓氣體介質(zhì)被全部固化或至少部分地被固化；或進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)的帶壓液體介質(zhì)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(diǎn)不同通過分層堆疊的方式組合在一起；低溫流體經(jīng)與儲冷容器相連通的通道進(jìn)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，并經(jīng)與儲冷容器相連通的通道出儲冷容器；

相應(yīng)地，常溫或高溫流體也可以通過通道進(jìn)入儲冷容器，儲存在多個(gè)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后通過通道流出所述的儲冷容器；進(jìn)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(shí)間，須給儲冷容器T覆蓋絕熱材料。

本發(fā)明所述不同的儲冷單元C里面充填的流體介質(zhì)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(tài)時(shí)，堆疊順序從低溫區(qū)到高溫區(qū)為介質(zhì)沸點(diǎn)由低到高或介質(zhì)熔點(diǎn)由低到高。

本發(fā)明采用該方法后，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(shí)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(shí)的低溫品位高，在冷能利用上又不受限于冷能源等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述低溫流體冷能儲存裝置的一個(gè)實(shí)施例示意圖。

圖2是本發(fā)明所述低溫流體冷能儲存裝置的另一個(gè)實(shí)施例示意圖。

圖3是本發(fā)明所述低溫流體冷能儲存裝置的又一個(gè)實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹：圖1--3所示，本發(fā)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(gè)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(diǎn)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(gè)不同的儲冷單元C為球狀物或?yàn)榘魻钗锘驗(yàn)閹钗锘驗(yàn)檎酃芑蚶@管物；

未進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，所述的儲冷單元C內(nèi)含有儲冷常溫帶壓氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)或固體介質(zhì)；進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，所述儲冷單元C內(nèi)的常溫帶壓氣體介質(zhì)被全部液化或至少部分地被液化，或儲冷單元C內(nèi)的帶壓氣體介質(zhì)被全部固化或至少部分地被固化，或儲冷單元C內(nèi)的帶壓液體介質(zhì)被全部固化或至少部分地被固化。

本發(fā)明所述多個(gè)不同的儲冷單元C內(nèi)的流體介質(zhì)及其壓力相同或不同；所述的帶壓氣體介質(zhì)為甲烷、乙烷，丙烷或天然氣等碳?xì)浠衔铮驗(yàn)榉鸁N或氯化物或氟氯化物，或?yàn)闅?，或?yàn)檫@些氣體和氮?dú)獍匆欢ū壤幕旌蠚怏w；

在儲冷工作狀態(tài)時(shí)，所述的儲冷單元C的分層堆疊順序從低溫區(qū)到高溫區(qū)為工作壓力下介質(zhì)沸點(diǎn)由低到高或熔點(diǎn)由低到高。

本發(fā)明所述不同的分層堆疊儲冷單元C之間可以設(shè)置有如分隔板等構(gòu)成的固定裝置，以防止工作狀態(tài)時(shí)所述不同儲冷單元C之間的混床。

本發(fā)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(jīng)過所述的通道進(jìn)入所述的儲冷容器T后，所述的低溫流體冷能儲存在所述的多個(gè)不同的儲冷單元C中，所述的低溫流體溫度升高后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(jìn)入所述的儲冷容器后，儲存在所述的多個(gè)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后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(jìn)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(gè)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(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)含有儲冷常溫帶壓氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)或固體介質(zhì)；進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)的帶壓氣體介質(zhì)被全部液化或至少部分地被液化；或進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)的帶壓氣體介質(zhì)被全部固化或至少部分地被固化；或進(jìn)入儲冷工作狀態(tài)時(shí)，儲冷單元C內(nèi)的帶壓液體介質(zhì)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(diǎn)不同通過分層堆疊的方式組合在一起；低溫流體經(jīng)與儲冷容器相連通的通道進(jìn)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，并經(jīng)與儲冷容器相連通的通道出儲冷容器；

相應(yīng)地，常溫或高溫流體也可以通過通道進(jìn)入儲冷容器，儲存在多個(gè)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后通過通道流出所述的儲冷容器；進(jìn)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(shí)間，須給儲冷容器T覆蓋絕熱材料。

本發(fā)明所述不同的儲冷單元C里面充填的流體介質(zhì)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(tài)時(shí)，堆疊順序從低溫區(qū)到高溫區(qū)為介質(zhì)沸點(diǎn)由低到高或介質(zhì)熔點(diǎn)由低到高。

實(shí)施例：

在圖1的實(shí)施例中，壓力為0.8MPaG、溫度為-150℃的純化干燥空氣00通過管道G1和閥門V1進(jìn)入帶壓的儲冷容器T1，儲冷容器T1中儲存有多個(gè)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，它們并排疊放在一起。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(zhì)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(zhì)至少部分地液化，放出潛熱被氣體00吸收，氣體00溫度繼續(xù)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(jīng)依次與C1到C35換熱，其冷量依次被C1到C35吸收，其自身被復(fù)熱到約25℃出儲冷容器T1，并經(jīng)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(zhì)以部分液化成液體的形式儲存。由于儲冷容器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(dāng)需要利用儲冷容器T1中的冷量時(shí)，壓力為0.8MPaG、溫度為25℃的純化干燥空氣01通過管道G2和閥門V2進(jìn)入帶壓的儲冷容器T1?？諝?1先與C35-C32換熱，Cn中的物質(zhì)至少部分地氣化，吸收氣化潛熱，同時(shí)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(zhì)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，并經(jīng)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(zhì)以部分氣化或全氣化的形式被氣體00帶走。

在圖2的實(shí)施例中，儲冷單元C（C1、C2、…、Cn）是球狀物；

在圖3的實(shí)施例中，儲冷單元C（C1、C2、…、Cn）是折管；

上述兩個(gè)實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。如儲冷單元C中的介質(zhì)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(fā)明的范疇下所作的各種變型或優(yōu)化，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。