一种蓄冷系统及其运行方法与流程

1.本发明涉及冷能利用技术领域，特别涉及一种蓄冷系统及其运行方法。


背景技术：

2.液化天然气(lng)是气相天然气在脱硫、脱水脱二氧化碳处理后，经低温工艺液化而成的低温(-162℃)液体混合物。在供应给下游用户利用之前，必须将lng气化并加热至0℃以上输入管网。lng气化时会放出大量的冷量，每吨lng气化释放的冷能约为220kw
·
h。通过特定的工艺技术将这部分冷能进行回收和利用，则可以达到节能环保以及拓展lng产业链的目的。
3.目前，lng冷量已经应用于发电、空分、橡胶粉碎、干冰制造、冷库等工业的相关用冷设备中。利用lng与相应的用冷设备换热，以将lng释放的冷量传递给相应的用冷设备。
4.但是，lng在使用的过程中具有波动性和不连续性；同时，用冷设备的使用也具有波动性和不连续性，同时，用冷设备在不同的时间段对冷量也可能不同。因此，在使用过程中，会存在单位是时间内，lng释放的冷量远超出用冷设备使的需求，多余的冷量不能够有效的利用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种蓄冷系统，蓄冷和用冷同时进行时，能够将多余的冷量储存起来，保证对外部介质释放的冷量的充分回收和利用，提高冷量的利用率。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.根据本发明的一个方面，本发明提供了一种蓄冷系统，包括用于储存浅冷蓄冷剂的第一腔室、用于储存深冷蓄冷剂的第二腔室、用于向用冷设备供冷的用冷管路以及具有相互换热的蓄冷通道以及介质通道的换热器；所述用冷管路的出口与所述第一腔室连通，以将向用冷设备供冷后的浅冷蓄冷剂输送至所述第一腔室内；所述用冷管路的入口连接所述第二腔室，以能够选择性的接收所述第二腔室内的深冷蓄冷剂；所述介质通道用于供外部介质通过；所述蓄冷通道的入口与所述第一腔室连通，以能够接收所述第一腔室内的浅冷蓄冷剂，使得浅冷蓄冷剂吸收所述介质通道内的外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；所述蓄冷通道的出口分别与用冷管路的入口和所述第二腔室连通，以能够选择性的将所述蓄冷通道中的深冷蓄冷剂输送至所述第二腔室内储存，或将深冷蓄冷剂输送至用冷管路。
8.在一些实施例中，所述蓄冷通道的入口还与所述第二腔室连通，以能够将所述第二腔室内的深冷蓄冷剂输送至所述蓄冷通道内。
9.在一些实施例中，所述蓄冷系统还包括液相管、供液管以及进出液管；所述进出液管的一端与所述第二腔室连通，另一端与所述液相管的一端以及所述供液管的一端连接；所述液相管的另一端连接所述蓄冷通道的出口和用冷设备的入口；所述供液管的另一端与所述蓄冷通道的入口连通。
10.在一些实施例中，所述蓄冷系统还包括一个蓄冷罐，所述第一腔室和所述第二腔
室形成于所述蓄冷罐内。
11.在一些实施例中，所述蓄冷罐内设置有隔板，所述隔板将所述蓄冷罐内部分隔出所述第一腔室和所述第二腔室；所述隔板能够沿所述蓄冷罐的内壁滑动。
12.在一些实施例中，所述第一腔室和所述第二腔室于所述蓄冷罐内分层，所述隔板布置于浅冷蓄冷剂和深冷蓄冷剂之间。
13.在一些实施例中，所述第一腔室和所述第二腔室上下分层，所述隔板水平设置。
14.根据本发明的一个方面，本发明提供了一种上述蓄冷系统的运行方法，其特征在于，包括步骤：使所述第一腔室内的浅冷蓄冷剂输送至所述蓄冷通道内，与外部介质换热，使得浅冷蓄冷剂吸收外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；使所述蓄冷通道中的深冷蓄冷剂输送至用冷设备换热，将冷量传递至用冷设备，而使深冷蓄冷剂变成浅冷蓄冷剂后，储存至所述第一腔室内。
15.在一些实施例中，当外部介质释放的冷量大于用冷设备的需求时，使所述蓄冷通道中的一部分深冷蓄冷剂输送至所述第二腔室内储存，以使得用冷和蓄冷同步进行。
16.在一些实施例中，当外部介质释放的冷量小于用冷设备的需求时，使所述第二腔室内的深冷蓄冷剂输送至用冷设备，以补充供冷。
17.由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：
18.本发明中，换热器具有用于换热的蓄冷通道以及介质通道；介质通道用于供外部介质通过；蓄冷通道的入口与第一腔室连通，以能够接收第一腔室内的浅冷蓄冷剂，使得浅冷蓄冷剂吸收介质通道内的外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂，从而将外部介质的冷量储存在深冷蓄冷剂中。
19.蓄冷通道的出口与用冷设备的入口和第二腔室连通，以能够选择性的将深冷蓄冷剂中的冷量传递给用冷设备，用于用冷设备的供冷，或将深冷蓄冷剂储存于第二腔室内，以使得冷量随深冷蓄冷剂储存于第二腔室内。
20.进一步地，第二腔室与用冷设备的入口连通，以能够选择性的将第二腔室内的深冷蓄冷剂输送至用冷设备。通过蓄冷通道的出口与和第二腔室连通以及第二腔室与用冷设备的入口连通，以在外部介质释放的冷量大于用冷设备的需求或者用冷设备不工作时，能够将储存冷量的蓄冷剂输送至第二腔室内储存，以存储冷量。或者，当外部介质释放的冷量少于用冷设备的需求或者外部介质释放冷量的过程中断时，能够将第二腔室内储存的冷量补充用于或者单独用于用冷设备的供冷，从而保证了对外部介质释放的冷量的充分回收和利用，提高冷量的利用率。
附图说明
21.图1是本发明蓄冷系统第一实施例的结构示意图。
22.图2是本发明蓄冷系统中蓄冷罐的第一实施例的结构示意图。
23.图3是本发明蓄冷系统中蓄冷罐的第二实施例的结构示意图。
24.图4是本发明蓄冷系统第一实施例的第一使用模式的连接示意图。
25.图5是本发明蓄冷系统第一实施例的第二使用模式的连接示意图。
26.图6是本发明蓄冷系统第一实施例的第三使用模式的连接示意图。
27.图7是本发明蓄冷系统第一实施例的第四使用模式的连接示意图。
28.图8是本发明蓄冷系统第一实施例的第五使用模式的连接示意图。
29.图9是本发明蓄冷系统第二实施例的结构示意图。
30.图10是本发明蓄冷系统第三实施例的结构示意图。
31.图11是本发明蓄冷系统第二实施例的第六使用模式的连接示意图。
32.附图标记说明如下：
33.100、蓄冷罐；110、第一腔室；120、第二腔室；130、隔板；200、换热器；300、输送装置；400、用冷管路；410、用冷设备；500、输出管；610、进出液管；620、液相管；630、供液管；700、换热管；710、介质管路；800、控制器；900、供电系统。
具体实施方式
34.体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
35.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.图1是本发明蓄冷系统第一实施例的结构示意图。
37.参阅图1，本实施例中，蓄冷系统包括一个蓄冷罐100、换热器200、输送装置300以及用冷管路400。蓄冷罐100内储存有蓄冷剂，蓄冷剂在换热器200中与外部介质换热而吸收外部介质的冷量，以将冷量传递给用冷管路400上的用冷设备410，以向用冷设备410供冷。输送装置300用于驱动蓄冷剂流动，为蓄冷剂在蓄冷系统中流动提供动力。
38.图2是本发明蓄冷系统中蓄冷罐的第一实施例的结构示意图。
39.参阅图1和图2，本实施例中，蓄冷罐100设置为一个，单个蓄冷罐100竖向设置，蓄冷罐100内储存有蓄冷剂。
40.蓄冷剂选用冰点低(不易冻结)、沸点高(常温下液态)、比重大(蓄冷容积小)、比热大(蓄冷剂的重量少，降低投资)、无毒、闪点高(安全性好)以及价格低的物质，如烃类物质如正戊烷、异戊烷、异己烷、己烯；醇类物质如乙醇、甲醇水溶液、乙二醇水溶液；烃的卤化物衍生物如五氟丙烷、七氟丙烷；及氨水等。
41.蓄冷罐100为内部中空的结构，本实施例中，蓄冷剂在蓄冷罐100内形成有浅冷蓄冷剂以及温度比浅冷蓄冷剂低的深冷蓄冷剂；浅冷蓄冷剂吸收冷量而形成深冷蓄冷剂。
42.本实施例中，浅冷蓄冷剂和深冷蓄冷剂均为液态。本实施例中，蓄冷罐100内设置有隔板130，隔板130将蓄冷罐100内部分隔出第一腔室110和第二腔室120，隔板130水平布置于浅冷蓄冷剂和深冷蓄冷剂之间。
43.隔板130不与蓄冷罐100的内壁固定，使得隔板130能够沿蓄冷罐100的内壁滑动。
44.本实施例中，蓄冷罐100上还连接有输出管500、进出液管610、液相管620以及供液管630。
45.输出管500的入口连接于蓄冷罐100的上部，与第一腔室110连通。输出管500用于向外部排放或输送浅冷蓄冷剂。本实施例中，输出管500上设置有阀门。
46.进出液管610的一端与蓄冷罐100的第二腔室120连通，以能够向外输送深冷蓄冷剂或将深冷蓄冷剂输送回第二腔室120内。
47.进出液管610的另一端分别与液相管620的一端以及供液管630的一端连接。本实施例中，液相管620以及供液管630上均设置有阀门。
48.本实施例中，进出液管610连接于蓄冷罐100的底部，以便于在重力的作用下将第二腔室120内的深冷蓄冷剂排放至进出液管610。
49.液相管620用于接收从换热器200输送出的深冷蓄冷剂，或者将深冷蓄冷剂从第二腔室120导入至用冷设备410供冷。
50.供液管630与换热器200的连接，以能够将第二腔室120内的深冷蓄冷剂输通过供冷管630和换热器200，输送至用冷管路400的用冷设备410内，给用冷设备410供冷。
51.在一些实施例中，蓄冷系统不具有进出液管610，液相管620和供液管630分别连接于蓄冷罐100上与第二腔室120连通。
52.本实施例中，蓄冷罐100的外周设置有保温层，保温层可由发泡材料制成，以避免蓄冷罐100内的蓄冷剂与外部环境的热交换，有效的避免冷量的流失。
53.图3是本发明蓄冷系统中蓄冷罐的第二实施例的结构示意图。
54.参阅图3，蓄冷罐100水平设置，第一腔室110和第二腔室120于蓄冷罐100内水平间隔设置，隔板130竖立于浅冷蓄冷剂和深冷蓄冷剂之间。隔板130能够随蓄冷罐100的内部在水平方向上滑动，并保持竖向状态。
55.在另一些实施例中，蓄冷罐100设置为两个，两个蓄冷罐100均为内部中空的结构，一个蓄冷罐100的内部形成第一腔室110，另一个蓄冷罐100的内部形成第二腔室120，两个蓄冷罐100的底部相通或者相隔离。
56.再次参阅图1，蓄冷系统还包括换热管700，换热器200串接于换热管700上。换热器200具有相互换热的蓄冷通道(图中未标出)以及介质通道(图中未标出)，蓄冷通道用于供蓄冷剂流过，介质通道用于供外部介质流过，以使得蓄冷通道内的蓄冷剂吸收外部介质的冷量。蓄冷通道的入口和出口与换热管700连通。冷源介质通道与介质管路710连通，介质管路710将外部冷源介质导入冷源介质通道内，外部冷源介质在冷源介质通道内将冷量释放并传递至蓄冷通道内的蓄冷剂内。
57.本实施例中，外部介质为lng，蓄冷剂在蓄冷通道内吸收外部介质的冷量。在一些实施例中，外部介质为液态的氧氮氩等工业气体。
58.本实施例中，换热管700的入口与输出管500的出口连接，以使得蓄冷通道的入口与第一腔室110连通，以能够接收第一腔室110内的浅冷蓄冷剂，使得浅冷蓄冷剂吸收介质通道内的外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂。
59.本实施例中，换热管700的入口还与供液管630的一端连接，以使得蓄冷通道的入口与第二腔室120连通，以能够将第二腔室120内的深冷蓄冷剂引入蓄冷通道内，深冷蓄冷剂吸收外部介质的冷量。
60.换热管700的出口分别与液相管620的一端以及用冷管路400的入口连接，使得蓄冷通道的出口分别与用冷管路400的入口和第二腔室120连通，以能够选择性的将蓄冷通道中的深冷蓄冷剂输送至第二腔室120内储存，或将深冷蓄冷剂输送至用冷管路400中。
61.再次参阅图1，用冷管路400的入口连接换热管700的出口和液相管620的一端，用冷管路400上设置有阀门。用冷管路400上的阀门设置于用冷设备410和用冷管路400的入口之间。
62.通过用冷管路400上的阀门以及液相管620上的阀门，用冷管路400能够选择性的接收第二腔室120内的深冷蓄冷剂，或者选择性的接收换热管700出口处的深冷蓄冷剂。
63.参阅图1，本实施例中，输送装置300设置为一个，并串接于换热管700上，输送装置300为输送泵，为蓄冷剂在蓄冷系统中的流动提供动力。输送装置300设置于换热器200的上游或下游。
64.本实施例中，输送装置300设置于换热管700上时，以将第一腔室110内的浅冷蓄冷剂通过输出管500抽取至蓄冷通道内，或者将第二腔室120内的深冷蓄冷剂通过供液管630抽取至蓄冷通道内。
65.本实施例中，蓄冷系统还包括控制器800，控制器800与外部供电系统900连接，蓄冷系统中的阀门以及输送装置300均与控制器800电连接，并受控于控制器800。
66.图4是本发明蓄冷系统第一实施例的第一使用模式的连接示意图。
67.参阅图4，当外部介质释放的冷量等于或趋近用冷设备410的需求时，打开输出管500上的阀门和用冷管路400上的阀门，关闭液相管620和供液管630上的阀门，使得第一腔室110内的浅冷蓄冷剂依次通过换热器200内的蓄冷通道和用冷设备410后，回到第一腔室110内，以使得浅冷蓄冷剂在蓄冷通道内吸收外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；深冷蓄冷剂向用冷设备410供冷，而将冷量传递至用冷设备410，并变成浅冷蓄冷剂后回到第一腔室110内。
68.图5是本发明蓄冷系统第一实施例的第二使用模式的连接示意图。
69.参阅图5，当外部介质释放的冷量大于用冷设备410的需求时，打开输出管500、用冷管路400以及液相管620上的阀门，关闭供液管630上的阀门，使得第一腔室110内的浅冷蓄冷剂通过换热器200换热后，形成深冷蓄冷剂，将深冷蓄冷剂分别输送至第二腔室120内储存，以及将深冷蓄冷剂输送至用冷管路400上向用冷设备410供冷。
70.图6是本发明蓄冷系统第一实施例的第三使用模式的连接示意图。
71.参阅图6，当外部冷源介质没有供应冷量时，打开供液管630和用冷管路400上的阀门，关闭输出管500以及液相管620上的阀门，使得第二腔室120内的深冷蓄冷剂依次经过换热器200内的蓄冷通道和用冷设备410，以将冷量传递至用冷设备410后，变成浅冷蓄冷剂，并输送至到第一腔室110内。
72.图7是本发明蓄冷系统第一实施例的第四使用模式的连接示意图。
73.参阅图7，当外部介质停止释放冷量且用冷设备410工作时，打开用冷管路400以及液相管620上的阀门，关闭输出管500和供液管630上的阀门，使得第二腔室120中的深冷蓄冷剂向用冷管路400上的用冷设备410供冷，且深冷蓄冷剂变成浅冷蓄冷剂输送至第一腔室110内。
74.图8是本发明蓄冷系统第一实施例的第五使用模式的连接示意图。
75.参阅图8，当外部介质释放冷量且用冷设备410不需要冷量时，打开输出管500上的阀门和液相管620上的阀门，关闭用冷管路400和供液管630上的阀门，使得第一腔室110内的浅冷蓄冷剂在蓄冷通道内吸收外部介质的冷量，并变成深冷蓄冷剂后，输送至第二腔室120内储存。
76.图9是本发明蓄冷系统第二实施例的结构示意图。
77.本实施例中，蓄冷罐100、换热器200、用冷设备410以及相应的管路连接参照上述实施例，在此不再赘述。
78.本实施例中，输送装置300设置为两个，两个输送装置300分别设置于输出管500上和用冷管路400上，以能够通过控制相应的阀门开度或输送泵的泵速来控制蓄冷剂的流量和流向。
79.在一些实施例中，输出管500上的输送装置300可以为潜液泵，潜液泵设置于输出管500的入口处，且位于第一腔室110内。
80.图10是本发明蓄冷系统第三实施例的结构示意图。
81.本实施例中，蓄冷罐100、换热器200、用冷设备410以及相应的管路连接参照第一实施例，在此不再赘述。
82.液相管620设置为两根，本实施例中，两根液相管620，一根直接连接在蓄冷罐100上，另一根连接在进出液管610上。
83.在一些实施例中，两根液相管620的一端可以均连接在进出液管610上，或者均直接连接在蓄冷罐100上。
84.两根液相管620：一根用于接收换热器700中输送来的深冷蓄冷剂，以将深冷蓄冷剂储存在第二腔室120内；另一根用于将第二腔室120内的深冷蓄冷剂输送至用冷设备410内，给用冷设备供冷。
85.本实施例中，在输出管500的入口和用于将深冷蓄冷剂输送至用冷设备410的那一根液相管620的入口均设置有输送装置，该输送装置为潜液泵。输出管500的入口处的潜液泵位于第一腔室内。液相管620的入口处的潜液泵设置于第二腔室内。
86.在本实施例中，输出管500的入口处的潜液泵设置在隔板130的上表面上，能够随隔板130一起移动。输出管500伸入第一腔室内的一端为柔性管制成。即输出管500的入口设置于第一腔室110的底部。
87.本发明中，蓄冷系统第二实施例适用于蓄冷系统第一实施例的几种使用模式，参阅上述使用模式的连接和控制方法，在此不再赘述。
88.图11是本发明蓄冷系统第二实施例的第六使用模式的连接示意图。
89.参阅图11，当外部介质释放的冷量小于用冷设备410的需求时，打开输出管500、液相管620以及用冷管路400上的阀门，关闭供液管630上的阀门，使得第一腔室110内的浅冷蓄冷剂依次通过换热器200内的蓄冷通道和用冷设备410，以使得浅冷蓄冷剂在蓄冷通道内吸收外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；深冷蓄冷剂向用冷设备410供冷，而将冷量传递至用冷设备410，并变成浅冷蓄冷剂；同时，使得第二腔室120中的深冷蓄冷剂向用冷管路400上的用冷设备410供冷，且深冷蓄冷剂变成浅冷蓄冷剂，用冷管路400中的浅冷蓄冷剂输送至第一腔室110内。
90.本发明中的蓄冷系统的几种模式能够共用，通过设置相应的输送装置300以及阀
门，控制蓄冷剂的流向和流量。本实施例中的所有阀门可以为线性控制阀，以能够控制开度。本实施例中部分阀门可用三通阀代替。
91.本发明中，第二腔室120与第一腔室110相隔离，以能够有效的避免浅冷蓄冷剂和深冷蓄冷剂发生混合而热交换，以有效的保证冷量储存在深冷蓄冷剂中。
92.蓄冷通道的入口与第一腔室110连通，以能够接收第一腔室110内的浅冷蓄冷剂，使得浅冷蓄冷剂吸收介质通道内的外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂，从而将外部介质的冷量储存在深冷蓄冷剂中。
93.蓄冷通道的出口与用冷设备410的入口和第二腔室120连通，以能够选择性的将深冷蓄冷剂中的冷量传递给用冷设备410，用于用冷设备410的供冷，或将深冷蓄冷剂储存于第二腔室120内，以使得冷量随深冷蓄冷剂储存于第二腔室120内。
94.进一步地，通过蓄冷通道的出口与和第二腔室120连通以及第二腔室120与用冷设备410的入口连通，以在外部介质释放的冷量大于用冷设备410的需求或者用冷设备410不工作时，能够将储存冷量的蓄冷剂输送至第二腔室120内储存，以存储冷量。或者，当外部介质释放的冷量少于用冷设备410的需求或者外部介质释放冷量的过程中断时，能够将第二腔室120内储存的冷量补充用于或者单独用于用冷设备410的供冷，从而保证了对外部介质释放的冷量的充分回收和利用，提高冷量的利用率。
95.基于上文的描述，本发明还提供了一种上述蓄冷系统的运行方法，包括步骤：
96.使第一腔室110内的浅冷蓄冷剂输送至蓄冷通道内，与外部介质换热，使得浅冷蓄冷剂吸收外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；使蓄冷通道中的深冷蓄冷剂输送至用冷设备410换热，将冷量传递至用冷设备410，而使深冷蓄冷剂变成浅冷蓄冷剂后，储存至第一腔室110内。
97.当外部介质释放的冷量大于用冷设备410的需求时，使第一腔室110内的浅冷蓄冷剂输送至蓄冷通道内，与外部介质换热，使得浅冷蓄冷剂吸收外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；使蓄冷通道中的一部分深冷蓄冷剂输送至用冷设备410换热，将冷量传递至用冷设备410，而使深冷蓄冷剂变成浅冷蓄冷剂后，储存至第一腔室110内。同时，使蓄冷通道中的一部分深冷蓄冷剂输送至第二腔室120内储存，以使得用冷和蓄冷同步进行。
98.当外部介质释放的冷量小于用冷设备410的需求时，使第一腔室110内的浅冷蓄冷剂输送至蓄冷通道内，与外部介质换热，使得浅冷蓄冷剂吸收外部介质的冷量，而变成深冷蓄冷剂；使蓄冷通道中的深冷蓄冷剂输送至用冷设备410换热，将冷量传递至用冷设备410，而使深冷蓄冷剂变成浅冷蓄冷剂后，储存至第一腔室110内。同时，使第二腔室120内的深冷蓄冷剂输送至用冷设备410，以补充用冷设备410的供冷。
99.虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。