CN113686188A - 一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***包括储热单元、输送单元、释热单元以及储热棒；所述储热单元包括第一换热腔、输送腔、出口气流腔以及入口气流腔；所述输送单元包括可移动设备以及设置于所述可移动设备上的存储腔；所述释热单元包括第一换热腔、第二换热腔、输送腔、出口气流腔以及入口气流腔；所述第一换热腔以及存储腔均用于存储所述储热棒；所述输送单元在储热单元与释热单元之间移动用于运输储热棒，并与所述输送腔进行对接；所述移动储能***具有储热单元模块化、储释热过程无需储热车长时间等待、日储释热循环效率高及综合运行成本低的优点，适用于余废热利用等领域。
Description
技术领域
本发明属于节能技术领域，具体涉及一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法。
背景技术
储热技术是解决余废热利用、提高能源利用效率的重要手段之一。该技术借助储热材料吸收工业余废热中的热量，实现对热量的存储或释放。而针对于远距离热能存储及利用问题，常采用移动储能技术将化工厂、热电厂等高能耗工业***的余废热存储起来，而后转运至距离较远的用热单位进行利用，如集中供热、供热水、备用热源等。总结而言，移动储能技术的主要优势在于回收利用工业余废热，提高能源利用率。但现阶段的移动储能技术仍存在一定不足：采用车辆进行远距离运输，即利用安装储能装置的车辆进行热量的充热、运输及释热，而储能装置常集成固定于车辆上，使在充热及释热过程中，储热车及驾驶人员需要进行长时间等待(约3-4小时)，造成热量的循环利用效率降低、灵活性不高，综合运行维护及用工成本增加，制约着移动储热技术在余废热利用中的推广应用。
针对现有移动储能技术存在的储释热时间长、储能车辆日循环利用率低、运行成本高的问题，如何提供一种储释热过程无需储热车长时间等待，热循环效率高，降低综合运行成本的长距离移动储能***及运行方法，成为当前亟待解决的重要问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***通过优化设计储热单元、输送单元、释热单元以及储热棒的结构，节约了整个储释热过程的时间，提高了日储释热循环效率，降低了综合运行成本，具有良好的工业化应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种储热棒长距离移动储能***，所述移动储能***包括储热单元、输送单元、释热单元以及储热棒；
所述储热单元包括第一换热腔以及并列设置于所述第一热腔一侧的输送腔；所述第一换热腔的顶端和底端还独立地设置有气流腔；
所述输送单元包括可移动设备以及设置于所述可移动设备上的存储腔；
所述释热单元包括第一换热腔以及并列设置于所述第一换热腔一侧的输送腔；所述第一换热腔的另一侧并列设置有第二换热腔；所述第一换热腔的顶端和底端还独立地设置有气流腔；
所述第一换热腔以及所述存储腔均用于存储所述储热棒；
所述输送单元在储热单元与释热单元之间移动用于运输储热棒，并与所述输送腔进行对接。
本发明中，所述储热单元和释热单元均包括第一换热腔、输送腔以及2个气流腔，这4个腔室的结构紧凑，节省了占地空间；输送腔的设计极大地提高了储热棒的循环使用效率，节省等待时间；此外，释热单元还包括第二换热腔，可供其他***对回收的热量进行利用，具有较好的经济效益。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述第一换热腔顶端的气流腔为出口气流腔，底端的气流腔为入口气流腔。
优选地，所述储热单元的出口气流腔包括设置于气体出口内部的气流腔出口挡板以及贯穿于所述出口气流腔底部和所述第一换热腔顶部的气体出口管。
优选地，所述释热单元的出口气流腔包括贯穿于所述出口气流腔底部和所述第一换热腔顶部的气体出口管。
优选地，所述气体出口管不少于2个，且均匀布置，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述入口气流腔包括设置于气体入口内部的气流腔入口挡板以及贯穿于所述入口气流腔顶部和所述第一换热腔底部的气体入口管。
本发明中，气流腔的出入口挡板用于调节气体流量。
优选地，所述气体入口管不少于2个，且均匀布置，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述入口气流腔内沿气体进入的方向，所述气体入口管的长度逐渐变长。
本发明中，气体入口管的结构设计可保证通过各根气体入口管的气体流量相对均匀，避免由于气流不均匀进入造成的热量分布不均问题。
优选地，所述入口气流腔的内壁设置有保温层。
本发明中，各个保温层的设计可避免储释热过程中的热量散失。
作为本发明优选的技术方案，所述第一换热腔的侧壁顶端设置有贯通于所述输送腔的第一换热腔入口。
优选地，所述第一换热腔入口的下沿设置有上部托举板。
优选地，所述上部托举板朝所述第一换热腔的方向向下倾斜，倾斜角度为2～8°，例如2°、3°、4°、5°、6°、7°或8°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一换热腔内部、与设有第一换热腔入口侧壁相邻的两个侧壁上，对称设置有轨道，且规定对称设置的轨道为1组。
优选地，所述轨道为长条状平板结构。
优选地，所述轨道用于放置储热棒。
优选地，沿所述第一换热腔的高度方向上至少设置2组轨道，例如2组、3组、4组、5组、6组、7组或8组等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，每组轨道均向下倾斜，且下倾方向一致，但倾斜的角度独立地为2～8°，例如2°、3°、4°、5°、6°、7°或8°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，轨道的下倾方向一致是指轨道的同一端向同一个方向倾斜。
优选地，相邻两组轨道间交错布置，形成供所述储热棒通过的蛇形通道。
优选地，所述第一换热腔的侧壁底端设置有贯通于所述输送腔的第一换热腔出口。
优选地，所述第一换热腔出口的上沿设置有第一换热腔出口移动竖板。
本发明中，第一换热腔出口移动竖板可沿竖直方向上下移动，当竖板向下移动后，将阻挡储热棒的滚动，当竖板向上移动后，储热棒通过第一换热腔出口滚动进入输送腔。
优选地，所述第一换热腔出口的下沿设置有下部托举板。
优选地，所述下部托举板朝所述输送腔的方向向下倾斜，倾斜角度为2～8°，例如2°、3°、4°、5°、6°、7°或8°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一换热腔的内壁设置有保温层。
本发明中，位于最顶端的轨道下倾方向与上部托举板的下倾方向一致，位于最底端的轨道下倾方向与下部托举板的下倾方向一致，且为了方便运输储热棒以及避免储热棒的损坏、掉落，轨道的一端应与上部托举板或下部托举板的端部相邻。
作为本发明优选的技术方案，所述输送腔内设置有储热棒传送装置。
优选地，所述储热棒传送装置包括上部滚轴、下部滚轴，分别套设于上部滚轴和下部滚轴两端之间的链条以及设置于所述链条上的托举齿。
本发明中，下部滚轴与外部传动装置相连，启动外部传动装置使下部滚轴发生转动，即可带动链条转动，实现运送功能。
优选地，所述托举齿的上下两端的端面呈圆弧状，左右两端的截面呈尺寸不同的扇，且小尺寸的扇形一端与所述链条相连。
优选地，所述输送腔的侧壁中上部设置有输送腔入口，用于与所述输送单元对接。
优选地，所述输送腔入口处设置有输送腔入口挡板。
优选地，所述输送腔的侧壁下部设置有输送腔出口，用于与所述输送单元对接。
优选地，所述输送腔出口处设置有输送腔出口挡板。
优选地，所述输送腔的内壁设置有保温层。
作为本发明优选的技术方案，所述可移动设备包括输热车。
优选地，所述存储腔尾部的侧壁顶端设置有输送单元入口。
本发明中，由于存储腔设置于输热车的车体上，因此，尾部即指车辆尾部的方向。
优选地，所述输送单元入口处设置有输送单元入口挡板。
优选地，所述存储腔尾部的侧壁底端设置有输送单元出口。
优选地，所述输送单元出口处设置有输送单元出口挡板。
优选地，所述存储腔的内壁设置有保温层。
优选地，所述输送单元出口上部的存储腔内壁与所述保温层间设置有输送单元内挡板。
本发明中，输送单元内挡板可沿竖直方向上下移动，当其向下移动后，将阻挡储热棒的滚动，当其向上移动后，未有内挡板的阻挡，储热棒通过输热车出口滚动而出。
优选地，所述存储腔内部、与设有输送单元入口侧壁相邻的两个侧壁上，对称设置有轨道，且规定对称设置的轨道为1组。
优选地，所述轨道为长条状平板结构。
优选地，所述轨道用于放置储热棒。
优选地，沿所述存储腔的高度方向上至少设置2组轨道，例如2组、3组、4组、5组、6组、7组或8组等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。。
优选地，每组轨道均向下倾斜，且下倾方向一致，但倾斜的角度独立地为2～8°，例如2°、3°、4°、5°、6°、7°或8°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，相邻两组轨道间交错布置，形成供所述储热棒通过的蛇形通道
作为本发明优选的技术方案，所述释热单元的出口气流腔内壁设置有保温层。
作为本发明优选的技术方案，所述第二换热腔内设置有分隔板。
优选地，所述分隔板为设置于所述第二换热腔顶端中部的竖直隔板时，将所述第二换热腔内部分隔为U形腔室。
优选地，所述U形腔室内设置有贯穿于所述第二换热腔顶端的U形管。
优选地，所述分隔板为沿水平方向、上下交错设置于所述第二换热腔侧壁的水平隔板时，将所述第二换热腔内部分隔为蛇形腔室。
优选地，所述蛇形腔室内设置有与所述水平隔板相适应的蛇形管，所述蛇形管的两个端部均贯穿于所述第二换热腔的顶端。
优选地，所述第二换热腔靠近所述第一换热腔一侧的侧壁顶端与所述出口气流腔相连通。
优选地，所述第二换热腔远离所述第一换热腔一侧的侧壁顶端设置有释热单元气体出口。
优选地，靠近所述释热单元气体出口处设置有释热单元出口挡板。
优选地，所述第二换热腔内壁设置有保温层。
作为本发明优选的技术方案，所述储热棒包括对称设置于两端的滚动端以及与所述滚动端相连的缩颈段。
本发明中，通过两端滚动端及缩颈段的设置，可以使储热棒整体沿着轨道平稳滚动，避免储热棒滚动过程中出现的左右偏斜及卡死问题。
优选地，所述滚动端的直径为所述储热棒最大直径的0.5～0.8倍，例如0.5倍、0.6倍、0.7倍或0.8倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述滚动端的轴向长度与所述轨道的宽度相等。
优选地，所述储热棒两端的缩颈段之间设置有环形凹槽或通孔。
优选地，所述环形凹槽不少于8个，例如8个、9个、10个、11个、12个、13个或14个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，相邻两个环形凹槽的宽度和深度均不相等。
本发明中，同一个加热棒上的环形凹槽不进行均匀布置，且相邻两个环形凹槽的宽度和深度均不相等，更进一步地，相邻的储热棒之间环形凹槽不能一一对应，采用错乱分布形式以促进换热。
本发明中，多个储热棒紧邻时，环形凹槽的设置将在相邻储热棒间形成气流通道，同时增大高温气体与储热棒间的接触面积，促进换热；此外，由于相邻环形凹槽的深度和宽度均不相等，将形成大小不一的气流通道，促进高温气体流经环形凹槽后产生的紊流，进一步促进高温气体与储热棒间的充分接触，促进换热过程。
本发明中，通孔发挥的作用与环形凹槽相同，因此通孔的设置方向各异。
优选地，所述储热棒的内部设置有轴向筋板或径向筋板。
作为本发明优选的技术方案，所述储热棒内填充有储热材料。
优选地，所述储热材料包括相变材料和/或热化学材料。
优选地，所述可相变材料包括水合盐和/或石蜡。
优选地，所述热化学材料包括石灰和/或铝粉。
本发明中，储热材料不仅限于上述材料，还可包括其他储能密度较大的材料。
另一方面，本发明提供了一种上述移动储能***的运行方法，所述运行方法包括以下步骤：
(1)向储热单元的第一换热腔内填充储热棒；来自工业***的300～1100℃的气体通过储热单元第一换热腔底端的气流腔进入到第一换热腔内，与储热棒进行换热，换热后的气体通过储热单元第一换热腔顶端的气流腔排出；
(2)通过储热单元的输送腔将步骤(1)中换热后的储热棒运送到输送单元的存储腔内，然后通过输送单元运输到释热单元；
(3)通过释热单元的输送腔将输送单元存储腔内的储热棒运送到释热单元的第一换热腔内；-10～30℃的空气通过释热单元第一换热腔底端的气流腔进入到第一换热腔内，与储热棒进行一次换热；换热后的空气温度升高到250～1050℃，然后通过释热单元第一换热腔顶端的气流腔进入到第二换热腔进行二次换热，经过二次换热后的空气排出进行后续利用；
(4)步骤(3)中经一次换热后的储热棒再通过释热单元的输送腔运输回输送单元的存储腔内；再由输送单元将储热棒运送回储热单元中进行步骤(1)的储热操作，实现循环。
更具体地，所述运行方法还包括以下步骤：
第一阶段：当储热单元内部各层储热棒与高温气体达到或接近热平衡后，完成储热棒的充热过程；然后进行储热棒的传送过程，包括如下操作：
a)关闭气流腔出口挡板及气流腔入口挡板；
b)开启输送腔入口挡板及输送单元入口挡板，同时，下移输送单元内挡板；通过调整输热车的位置，使输送单元入口挡板的一端伸入至输送腔入口的下沿；
c)启动连接下部滚轴的外部传动机构，使下部滚轴顺时针转动，转动的下部滚轴将带动与上部滚轴和下部滚轴配合的链条及位于链条上的托举齿顺时针运动；
d)上移开启第一换热腔出口移动竖板，位于第一换热腔内，且未有第一换热腔出口移动竖板阻挡的储热棒，将受重力的作用，沿着各层下倾的轨道向下滚动。而后，依次从第一换热腔出口滚动而出；
e)滚动而出的各根储热棒进一步受下部托举板的托举和导向作用，将储热棒送入托举齿上端的圆弧形凹槽内。由于各托举齿在链条的带动下顺时针运动，将起到顺时针运输各根储热棒的作用；
f)在将储热棒运输至输送单元入口挡板时，受输送单元入口挡板的托举及下倾导向作用，各根储热棒滚动进入输热车存储腔，而后沿着各层轨道向下滚动，并依次由下至上填满输热车存储腔；
g)完成步骤f)后关闭输送腔入口挡板及输送单元入口挡板。
通过上述步骤，实现对输送单元内各根储热棒的快速填充及运输。
第二阶段：当输热车将充满热的各根储热棒运输至释热单元后，需将充满热的各根储热棒输送进入释热单元，其操作步骤如下：
a)关闭释热单元出口挡板及气流腔入口挡板；
b)开启输送腔出口挡板及输送单元出口挡板，并通过调整输热车的位置，使输送单元出口挡板的一端伸入至输送腔出口的下沿；
c)启动连接下部滚轴的外部传动机构，使下部滚轴顺时针转动，转动的下部滚轴将带动与上部滚轴和下部滚轴配合的链条及位于链条上的托举齿顺时针运动；
d)上移输送单元内挡板，位于输热车存储腔内、且未有输送单元内挡板阻挡的储热棒，将受重力的作用，沿着各层下倾的轨道向下滚动。而后，依次从输送单元出口滚动而出；
e)滚动而出的各根储热棒进一步受输送单元出口挡板的托举和导向作用，将储热棒送入托举齿上端的圆弧形凹槽内。由于各托举齿在链条的带动下顺时针运动，将起到顺时针输运各根储热棒的作用；
f)在将储热棒运输至第一换热腔入口时，受上部托举板的托举及下倾导向作用，使各根储热棒由第一换热腔入口滚动进入第一换热腔，而后沿着各层轨道向下滚动，并依次由下至上填满第一换热腔；
g)完成步骤f)后关闭输送腔入口挡板及输送单元出口挡板。
通过上述步骤，实现对释热单元内各根储热棒的快速填充。
第三阶段：当释热单元内部各层储热棒与周围气体进行热交换，完成释热过程后，需将释热后的储热棒运送回储热单元进行重新储热，其操作步骤如下：
a)关闭释热单元出口挡板及气流腔入口挡板；
b)开启输送腔入口挡板及输送单元入口挡板，同时，下移输送单元内挡板；通过调整输热车的位置，使输送单元入口挡板的一端伸入至输送腔入口的下沿；
c)启动连接下部滚轴的外部传动机构，使下部滚轴逆时针转动，转动的下部滚轴将带动与上部滚轴和下部滚轴配合的链条及位于链条上的托举齿逆时针运动；
d)上移开启第一换热腔出口移动竖板，位于第一换热腔内，且未有第一换热腔出口移动竖板阻挡的储热棒，将受重力的作用，沿着各层下倾的轨道向下滚动。而后，依次由位于下部的第一换热腔出口滚动而出；
e)滚动而出的各根储热棒进一步受下部托举板的托举和导向作用，将储热棒送入托举齿上端的圆弧形凹槽内。由各托举齿在链条的带动下逆时针运动，将起到逆时针运输各根储热棒的作用；
f)在将储热棒运输至输送单元入口挡板时，受输热车入口挡板的托举及下倾导向作用，使各根储热棒由输送单元入口滚动进入输热车存储腔，而后沿着各层轨道向下滚动，并依次由下至上填满输热车存储腔；
g)完成步骤f)后关闭输送腔入口挡板及输送单元入口挡板。
通过上述步骤，实现对输热车内各根储热棒的快速填充及运输。
第四阶段：当输热车将释热后的各根储热棒运输至储热单元后，将释热后的各根储热棒输送进入储热单元，包括如下操作：
a)关闭气流腔出口挡板及气流腔入口挡板；
b)开启输送腔出口挡板及输送单元出口挡板，并通过调整输热车的位置，使输送单元出口挡板的一端伸入至输送腔出口的下沿；
c)启动连接下部滚轴的外部传动机构，使下部滚轴逆时针转动，转动的下部滚轴将带动与上部滚轴和下部滚轴配合的链条及位于链条上的托举齿逆时针运动；
d)上移输送单元内挡板，位于输热车存储腔内、且未有输送单元内挡板阻挡的储热棒，将受重力的作用，沿着各层下倾的轨道向下滚动。而后，依次从输送单元出口滚动而出；
e)滚动而出的各根储热棒进一步受输送单元出口挡板的托举和导向作用，将储热棒送入托举齿上端的圆弧形凹槽内。由于各托举齿在链条的带动下逆时针运动，将起到逆时针运输各根储热棒的作用；
f)在将储热棒运输至第一换热腔入口时，受上部托举板的托举及下倾导向作用，使各根储热棒由第一换热腔入口滚动进入第一换热腔，而后沿着各层轨道向下滚动，并依次由下至上填满储热端第一换热腔；
g)完成步骤f)后，关闭输送腔出口挡板及输送单元出口挡板。
通过上述步骤，实现对储热单元内各根储热棒的快速填充。
而后循环以上第一至第四阶段，实现对各根储热棒的长距离连续快速储热及释热过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述移动储能***采用储热棒作为储热元件，通过将其在储热单元、输送单元、释热单元之间的灵活装载及卸载，极大地减少了输送单元在充热及释热过程中的等待时间；
(2)本发明所述移动储能***在储热单元、输送单元以及释热单元内，采用具有滚动优势的圆柱状储热棒及倾斜布置的轨道，借助重力效果，使各根储热棒沿着轨道自由下落，实现将储热棒快速有序的填充入储热单元、输送单元以及释热单元，进一步提高移动储热***的储热及释热效率；
(3)本发明所述移动储能***综合优化储能***结构，有效提高了移动储热***的日储、释热循环效率，降低了综合运行成本，具有较好的工业化应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的移动储能***中储热单元的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的移动储能***中输送单元的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的移动储能***中释热单元的结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的移动储能***中储热棒的结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的移动储能***中储热棒最大直径处的径向截面图；
图6是本发明实施例2提供的移动储能***中储热棒最大直径处的径向截面图；
图7是本发明实施例3提供的移动储能***中储热棒最大直径处的径向截面图；
图8是本发明实施例1提供的移动储能***中多根储热棒的排列示意图；
图9是本发明实施例1提供的移动储能***中储热棒及轨道布置的侧视结构示意图；
图10是本发明实施例1提供的移动储能***中储热棒及轨道布置的俯视结构示意图；
图11是本发明实施例1提供的移动储能***中储热棒传送装置立体结构示意图；
图12是本发明实施例1提供的移动储能***中储热单元卸载储热棒的流程示意图；
图13是本发明实施例1提供的移动储能***中释热单元装载储热棒的流程示意图；
图14是本发明实施例1提供的移动储能***中释热单元卸载储热棒的流程示意图；
图15是本发明实施例1提供的移动储能***中储热单元装载储热棒的流程示意图。
其中，1-储热单元，2-输送单元，3-释热单元，4-储热棒，5-第一换热腔，6-输送腔，7-出口气流腔，8-入口气流腔，9-输热车，10-存储腔，11-第二换热腔，12-气流腔出口挡板，13-气体出口管，14-气流腔入口挡板，15-气体入口管，16-保温层，17-第一换热腔入口，18-上部托举板，19-轨道，20-第一换热腔出口，21-第一换热腔出口移动竖板，22-下部托举板，23-储热棒传送装置，24-上部滚轴，25-下部滚轴，26-链条，27-托举齿，28-输送腔入口，29-输送腔入口挡板，30-输送腔出口，31-输送腔出口挡板，32-输送单元入口，33-输送单元入口挡板，34-输送单元出口，35-输送单元出口挡板，36-输送单元内挡板，37-分隔板，38-U形管，39-释热单元气体出口，40-释热单元出口挡板，41-滚动端，42-缩颈段，43-环形凹槽，44-轴向筋板，45-径向筋板，46-储热材料。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***包括储热单元1、输送单元2、释热单元3以及储热棒4；
所述储热单元1包括第一换热腔5以及并列设置于所述第一换热腔5一侧的输送腔6；所述第一换热腔5的顶端和底端还独立地设置有气流腔；所述储热单元1的结构示意图如图1所示；
所述输送单元2包括输热车9以及设置于所述输热车9上的存储腔10；所述输送单元2的结构示意图如图2所示；
所述释热单元3包括第一换热腔5以及并列设置于所述第一换热腔5一侧的输送腔6；所述第一换热腔5的另一侧并列设置有第二换热腔11；所述第一换热腔5的顶端和底端还独立地设置有气流腔；所述释热单元3的结构示意图如图3所示；
所述储热棒4的结构示意图如图4所示；且所述储热棒4最大直径处的径向截面图如图5所示；
所述第一换热腔5以及所述存储腔10均用于存储所述储热棒4；
所述输送单元2在储热单元1与释热单元3之间移动用于运输储热棒4，并与所述输送腔6进行对接。
所述第一换热腔5顶端的气流腔为出口气流腔7，底端的气流腔为入口气流腔8；所述储热单元1的出口气流腔7包括设置于气体出口内部的气流腔出口挡板12以及贯穿于所述出口气流腔7底部和所述第一换热腔5顶部的气体出口管13；所述释热单元3的出口气流腔7包括贯穿于所述出口气流腔7底部和所述第一换热腔5顶部的气体出口管13；所述气体出口管13为6个，且均匀布置；
所述入口气流腔8包括设置于气体入口内部的气流腔入口挡板14以及贯穿于所述入口气流腔8顶部和所述第一换热腔5底部的气体入口管15；所述气体入口管15为6个，且均匀布置；所述入口气流腔8内沿气体进入的方向，所述气体入口管15的长度逐渐变长；所述入口气流腔8的内壁设置有保温层16。
所述第一换热腔5的侧壁顶端设置有贯通于所述输送腔6的第一换热腔入口17；所述第一换热腔入口17的下沿设置有上部托举板18；所述上部托举板18朝所述第一换热腔5的方向向下倾斜，倾斜角度为6°；
所述第一换热腔5内部、与设有第一换热腔入口17侧壁相邻的两个侧壁上，对称设置有长条状平板结构的轨道19，且规定对称设置的轨道19为1组；沿所述第一换热腔5的高度方向上设置8组轨道19；每组轨道19均向下倾斜，且下倾方向一致，倾斜的角度均为6°；相邻两组轨道19间交错布置，形成供所述储热棒4通过的蛇形通道；所述轨道19用于放置储热棒4，而多根储热棒4的排列示意图如图8所示；储热棒4及轨道19的侧视结构示意图如图9所示，俯视结构示意图如图10所示；
所述第一换热腔5的侧壁底端设置有贯通于所述输送腔6的第一换热腔出口20；所述第一换热腔出口20的上沿设置有第一换热腔出口移动竖板21；所述第一换热腔出口20的下沿设置有下部托举板22；所述下部托举板22朝所述输送腔6的方向向下倾斜，倾斜角度为6°；所述第一换热腔5的内壁设置有保温层16。
所述输送腔6内设置有储热棒传送装置23；所述储热棒传送装置23的立体结构示意图如图11所示；所述储热棒传送装置23包括上部滚轴24、下部滚轴25，分别套设于上部滚轴24和下部滚轴25两端之间的链条26以及设置于所述链条26上的托举齿27；所述托举齿27的上下两端的端面呈圆弧状，左右两端的截面呈尺寸不同的扇形，且小尺寸的扇形一端与所述链条26相连；
所述输送腔6的侧壁中上部设置有输送腔入口28；所述输送腔入口28处设置有输送腔入口挡板29；所述输送腔6的侧壁下部设置有输送腔出口30；所述输送腔出口30处设置有输送腔出口挡板31；所述输送腔6的内壁设置有保温层16。
所述可移动设备包括输热车9；所述存储腔10尾部的侧壁顶端设置有输送单元入口32；所述输送单元入口32处设置有输送单元入口挡板33；所述所述存储腔10尾部的侧壁底端设置有输送单元出口34；所述输送单元出口34处设置有输送单元出口挡板35；所述存储腔10的内壁设置有保温层16；
所述输送单元出口34上部的存储腔10内壁与所述保温层16间设置有输送单元内挡板36；所述存储腔10内部、与设有输送单元入口32侧壁相邻的两个侧壁上，对称设置有长条状平板结构的轨道19，且规定对称设置的轨道19为1组；沿所述存储腔10的高度方向上设置6组轨道19；每组轨道19均向下倾斜，下倾方向一致，且倾斜的角度均为6°；相邻两组轨道19间交错布置，形成供所述储热棒4通过的蛇形通道。
所述释热单元3的出口气流腔7和所述第二换热腔11的内壁均设置有保温层16。所述第二换热腔11内设置有分隔板37；所述分隔板37为设置于所述第二换热腔11顶端中部的竖直隔板，将所述第二换热腔11内部分隔为U形腔室；所述U形腔室内设置有贯穿于所述第二换热腔11顶端的U形管38；
所述第二换热腔11靠近所述第一换热腔5一侧的侧壁顶端与所述出口气流腔7相连通；所述第二换热腔11远离所述第一换热腔5一侧的侧壁顶端设置有释热单元气体出口39；靠近所述释热单元气体出口39处设置有释热单元出口挡板40。
所述储热棒4包括对称设置于两端的滚动端41以及与所述滚动端41相连的缩颈段42；所述滚动端41的直径为所述储热棒4最大直径的0.5倍；所述滚动端41的轴向长度与所述轨道19的宽度相等；所述储热棒4两端的缩颈段42之间设置有环形凹槽43；相邻两个环形凹槽43的宽度和深度均不相等；所述储热棒4的内部填充的储热材料46为石蜡。
上述移动储能移动的运行方法包括以下步骤：
(1)向储热单元1的第一换热腔5内填充储热棒4；来自工业***的1100℃的气体通过储热单元1的入口气流腔8进入到第一换热腔5内，与储热棒4进行换热，换热后的气体通过储热单元1的出口气流腔7排出；
(2)通过储热单元1的输送腔6将步骤(1)中换热后的储热棒4运送到输热车9的存储腔10内，其中，储热单元1中储热棒4的卸载过程如图12所示；然后通过输热车9运输到释热单元3；
(3)通过释热单元3的输送腔6将存储腔10内的储热棒4运送到释热单元3的第一换热腔5内，其中，向释热单元3装载储热棒4的过程如图13所示；
将10℃的空气通过释热单元3的入口气流腔8进入到第一换热腔5内，与储热棒4进行一次换热；换热后的空气温度升高到380℃，然后通过释热单元3的出口气流腔7进入到第二换热腔11内与U形管38内的冷水进行二次换热，经过二次换热后的空气通过释热单元气体出口39排出；
(4)步骤(3)中经一次换热后的储热棒4再通过释热单元3的输送腔6运输回输热车9的存储腔10内，其中，释热单元3中储热棒4的卸载过程如图14所示；然后，再由输热车9将储热棒4运送回储热单元1进行步骤(1)的储热操作，实现循环，其中，向储热单元1装载储热棒4的过程如图15所示。
实施例2：
本实施例提供了一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***参照实施例1中的移动储能***，区别在于：
①储热单元1和释热单元3的上部托举板18以及下部托举板22的倾斜角度均为2°，所有轨道19的倾斜角度同样为2°；
②所述滚动端41的直径为所述储热棒4最大直径的0.8倍；
③所述储热棒4的内部设置有轴向筋板44，所述储热棒4最大直径处的径向截面如图6所示。
所述运行方法参照实施例1中的运行方法，区别在于：步骤(1)的工业气体温度为600℃；步骤(3)中采用30℃的空气进行一次换热，一次换热后的空气温度达300℃。
实施例3：
本实施例提供了一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***参照实施例1中的移动储能***，区别在于：
①储热单元1和释热单元3的上部托举板18以及下部托举板22的倾斜角度均为8°，所有轨道19的倾斜角度同样为8°；
②所述滚动端41的直径为所述储热棒4最大直径的0.6倍；
③所述储热棒4的内部设置有径向筋板45，所述储热棒4最大直径处的径向截面如图7所示。
所述运行方法参照实施例1中的运行方法，区别在于：步骤(1)的工业气体温度为800℃；步骤(3)中采用-10℃的空气进行一次换热，一次换热后的空气温度达380℃。
实施例4：
本实施例提供了一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***参照实施例1中的移动储能***，区别仅在于：所述储热棒4两端的缩颈段42之间不设置环形凹槽43。
所述运行方法参照实施例1中的运行方法，区别在于：步骤(3)中经一次换热后的空气温度升高到100℃。
本实施例中的储热棒没有设置环形凹槽，导致换热效率较低。
实施例5：
本实施例提供了一种储热棒长距离移动储能***及其运行方法，所述移动储能***参照实施例1中的移动储能***，区别仅在于：所述储热棒4两端的缩颈段42之间的环形凹槽43均匀分布，且所有环形凹槽43等宽等深。
所述运行方法参照实施例1中的运行方法，区别在于：步骤(3)中经一次换热后的空气温度升高到200℃。
本实施例中环形凹槽的均一化设置，导致换热效率较低。
综合上述实施例可以看出，本发明所述移动储能***采用储热棒作为储热元件，通过将其在储热单元、输送单元、释热单元之间的灵活装载及卸载，极大地减少了输送单元在充热及释热过程中的等待时间；所述移动储能***采用具有滚动优势的圆柱状储热棒及倾斜布置的轨道，借助重力效果，使各根储热棒沿着轨道自由下落，实现将储热棒快速有序的填充入储热单元、输送单元以及释热单元，进一步提高移动储热***的储热及释热效率；所述移动储能***综合优化储能***结构，有效提高了移动储热***的日储、释热循环效率，降低了综合运行成本，具有较好的工业化应用前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的***和详细方法，但本发明并不局限于上述***和详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述***和详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种储热棒长距离移动储能***，其特征在于，所述移动储能***包括储热单元、输送单元、释热单元以及储热棒；
所述储热单元包括第一换热腔以及并列设置于所述第一换热腔一侧的输送腔；所述第一换热腔的顶端和底端还独立地设置有气流腔；
所述输送单元包括可移动设备以及设置于所述可移动设备上的存储腔；
所述释热单元包括第一换热腔以及并列设置于所述第一换热腔一侧的输送腔；所述第一换热腔的另一侧并列设置有第二换热腔；所述第一换热腔的顶端和底端还独立地设置有气流腔；
所述第一换热腔以及所述存储腔均用于存储所述储热棒；
所述输送单元在储热单元与释热单元之间移动用于运输储热棒，并与所述输送腔进行对接。
2.根据权利要求1所述的移动储能***，其特征在于，所述第一换热腔顶端的气流腔为出口气流腔，底端的气流腔为入口气流腔；
优选地，所述储热单元的出口气流腔包括设置于气体出口内部的气流腔出口挡板以及贯穿于所述出口气流腔底部和所述第一换热腔顶部的气体出口管；
优选地，所述释热单元的出口气流腔包括贯穿于所述出口气流腔底部和所述第一换热腔顶部的气体出口管；
优选地，所述气体出口管不少于2个，且均匀布置；
优选地，所述入口气流腔包括设置于气体入口内部的气流腔入口挡板以及贯穿于所述入口气流腔顶部和所述第一换热腔底部的气体入口管；
优选地，所述气体入口管不少于2个，且均匀布置；
优选地，所述入口气流腔内沿气体进入的方向，所述气体入口管的长度逐渐变长；
优选地，所述入口气流腔的内壁设置有保温层。
3.根据权利要求1或2所述的移动储能***，其特征在于，所述第一换热腔的侧壁顶端设置有贯通于所述输送腔的第一换热腔入口；
优选地，所述第一换热腔入口的下沿设置有上部托举板；
优选地，所述上部托举板朝所述第一换热腔的方向向下倾斜，倾斜角度为2～8°；
优选地，所述第一换热腔内部、与设有第一换热腔入口侧壁相邻的两个侧壁上，对称设置有轨道，且规定对称设置的轨道为1组；
优选地，所述轨道为长条状平板结构；
优选地，所述轨道用于放置储热棒；
优选地，沿所述第一换热腔的高度方向上至少设置2组轨道；
优选地，每组轨道均向下倾斜，且下倾方向一致，但倾斜的角度独立地为2～8°；
优选地，相邻两组轨道间交错布置，形成供所述储热棒通过的蛇形通道；
优选地，所述第一换热腔的侧壁底端设置有贯通于所述输送腔的第一换热腔出口；
优选地，所述第一换热腔出口的上沿设置有第一换热腔出口移动竖板；
优选地，所述第一换热腔出口的下沿设置有下部托举板；
优选地，所述下部托举板朝所述输送腔的方向向下倾斜，倾斜角度为2～8°；
优选地，所述第一换热腔的内壁设置有保温层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的移动储能***，其特征在于，所述输送腔内设置有储热棒传送装置；
优选地，所述储热棒传送装置包括上部滚轴、下部滚轴，分别套设于上部滚轴和下部滚轴两端之间的链条以及设置于所述链条上的托举齿；
优选地，所述托举齿的上下两端的端面呈圆弧状，左右两端的截面呈尺寸不同的扇形，且小尺寸的扇形一端与所述链条相连；
优选地，所述输送腔的侧壁中上部设置有输送腔入口，用于与所述输送单元对接；
优选地，所述输送腔入口处设置有输送腔入口挡板；
优选地，所述输送腔的侧壁下部设置有输送腔出口，用于与所述输送单元对接；
优选地，所述输送腔出口处设置有输送腔出口挡板；
优选地，所述输送腔的内壁设置有保温层。
5.根据权利要求1-4任一项所述的移动储能***，其特征在于，所述可移动设备包括输热车；
优选地，所述存储腔尾部的侧壁顶端设置有输送单元入口；
优选地，所述输送单元入口处设置有输送单元入口挡板；
优选地，所述存储腔尾部的侧壁底端设置有输送单元出口；
优选地，所述输送单元出口处设置有输送单元出口挡板；
优选地，所述存储腔的内壁设置有保温层；
优选地，所述输送单元出口上部的存储腔内壁与所述保温层间设置有输送单元内挡板；
优选地，所述存储腔内部、与设有输送单元入口侧壁相邻的两个侧壁上，对称设置有轨道，且规定对称设置的轨道为1组；
优选地，所述轨道为长条状平板结构；
优选地，所述轨道用于放置储热棒；
优选地，沿所述存储腔的高度方向上至少设置2组轨道；
优选地，每组轨道均向下倾斜，且下倾方向一致，但倾斜的角度独立地为2～8°；
优选地，相邻两组轨道间交错布置，形成供所述储热棒通过的蛇形通道。
6.根据权利要求1-5任一项所述的移动储能***，其特征在于，所述释热单元的出口气流腔内壁设置有保温层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的移动储能***，其特征在于，所述第二换热腔内设置有分隔板；
优选地，所述分隔板为设置于所述第二换热腔顶端中部的竖直隔板时，将所述第二换热腔内部分隔为U形腔室；
优选地，所述U形腔室内设置有贯穿于所述第二换热腔顶端的U形管；
优选地，所述分隔板为沿水平方向、上下交错设置于所述第二换热腔侧壁的水平隔板时，将所述第二换热腔内部分隔为蛇形腔室；
优选地，所述蛇形腔室内设置有与所述水平隔板相适应的蛇形管，所述蛇形管的两个端部均贯穿于所述第二换热腔的顶端；
优选地，所述第二换热腔靠近所述第一换热腔一侧的侧壁顶端与出口气流腔相连通；
优选地，所述第二换热腔远离所述第一换热腔一侧的侧壁顶端设置有释热单元气体出口；
优选地，靠近所述释热单元气体出口处设置有释热单元出口挡板；
优选地，所述第二换热腔内壁设置有保温层。
8.根据权利要求1-7任一项所述的移动储能***，其特征在于，所述储热棒包括对称设置于两端的滚动端以及与所述滚动端相连的缩颈段；
优选地，所述滚动端的直径为所述储热棒最大直径的0.5～0.8倍；
优选地，所述滚动端的轴向长度与轨道的宽度相等；
优选地，所述储热棒两端的缩颈段之间设置有环形凹槽或通孔；
优选地，所述环形凹槽不少于8个；
优选地，相邻两个环形凹槽的宽度和深度均不相等；
优选地，所述储热棒的内部设置有轴向筋板或径向筋板。
9.根据权利要求1-8任一项所述的移动储能***，其特征在于，所述储热棒内填充有储热材料；
优选地，所述储热材料包括相变材料和/或热化学材料；
优选地，所述相变材料包括水合盐和/或石蜡；
优选地，所述热化学材料包括石灰和/或铝粉。
10.一种如权利要求1-9任一项所述移动储能***的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括以下步骤：
(1)向储热单元的第一换热腔内填充储热棒；来自工业***的300～1100℃的气体通过储热单元第一换热腔底端的气流腔进入到第一换热腔内，与储热棒进行换热，换热后的气体通过储热单元第一换热腔顶端的气流腔排出；
(2)通过储热单元的输送腔将步骤(1)中换热后的储热棒运送到输送单元的存储腔内，然后通过输送单元运输到释热单元；
(3)通过释热单元的输送腔将输送单元存储腔内的储热棒运送到释热单元的第一换热腔内；-10～30℃的空气通过释热单元第一换热腔底端的气流腔进入到第一换热腔内，与储热棒进行一次换热；换热后的空气温度升高到250～1050℃，然后通过释热单元第一换热腔顶端的气流腔进入到第二换热腔进行二次换热，经过二次换热后的空气排出进行后续利用；
(4)步骤(3)中经一次换热后的储热棒再通过释热单元的输送腔运输回输送单元的存储腔内；再由输送单元将储热棒运送回储热单元中进行步骤(1)的储热操作，实现循环。
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