[發明專利]一種氣化吸熱-壓縮放熱耦合的冷量回收方法

無效

• 申請號: 201410359443.X
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104165067A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 許未晴;王佳;張勝利;蔡茂林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F01B29/10
• 分類號: F01B29/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于壓縮空氣能量存儲與利用領域，涉及液化空氣儲能系統的熱功轉換系統。

背景技術：

化石燃料的燃燒帶來的環境污染問題日益嚴重。表現為PM2.5指數大范圍超標，全年霧霾天數逐年上升，二氧化碳排放不斷增長，這一切與化石燃料的燃燒密不可分。

因此，在化石燃料燃燒技術研究不斷開展的同時，新能源技術的探索也在大幅推進。目前各國積極發展風能、核能、太陽能等新能源。在我國新能源的使用在總能源中的占比僅7％，預計在2020年將達到15％

可再生能源作為新能源的重要組成部分，是技術上和成本上最具競爭力的新能源形式，如風能和太陽能。目前可再生能源的使用在總能源中的占比僅1.5％，預計在2020年將達到6％。2011年，世界風電和光伏發電總裝機容量分別達到2.38億千瓦和0.69億千瓦。然而，風能和太陽能等可再生能源具有間歇性和不穩定性的特點，雖然裝機容量巨大，但目前并不能大規模接入電網應用。

可再生能源的大規模儲存技術可以解決上述問題，截至目前，世界上僅有美、德等國家完成少量壓縮空氣儲能電站的建立，其原因是壓縮空氣儲能系統需要巨大的天然洞穴存儲壓縮空氣。因此，壓縮空氣儲能技術并未廣泛應用。

液化空氣儲能可以將儲能空間需求減小97％，相比傳統壓縮空氣儲能以其儲能密度高的優點，適用于可再生能源的大規模儲存，具有廣闊的應用前景。

液化空氣儲能原理：電能需求小于電網供給時，多余的電能驅動電機帶動氣體液化系統，空氣進入液化空氣系統，經過壓縮和冷卻變成低溫液化空氣，將電能以液化空氣的形式儲存；電能需求大于電網供給時，采用低溫泵將低溫儲液罐的液化空氣增壓后，與常溫的空氣換熱，液化空氣吸熱后氣化，壓力升高并膨脹推動渦輪發電，實現液化空氣的熱功轉換。

液化空氣氣化吸熱過程中會產生大量的“冷量”，而冷量是液化空氣儲存能量的重要組成部分，冷量的回收利用是液化空氣儲能技術中的關鍵問題。

等溫膨脹是理論上氣體膨脹做功達到最多的方法，其條件是在膨脹過程中吸收足夠的熱量保持氣體溫度不變，對于液氮(液化空氣)熱功轉換來說，熱源取自常溫大氣，要實現等溫膨脹必須加強換熱。1997年Knowlen提出錐形結構的活塞增大換熱面積，以逼近等溫膨脹，但沒有進行實驗驗證。2006年Wen提出將少量液氮直接注入水池的方法加強換熱，其優點是由于水的比熱大溫度基本保持不變，避免了采用傳統體積龐大的空氣換熱器，且換熱系數高，易于實現等溫膨脹。2010年Clarke采用實驗觀測的方法研究了注入過程的流動現象及射流的結構。

采用液氮(液化空氣)直接注入常溫水的方法，雖然能夠加強換熱，但大量冷量存儲于水中，通常用于液氮(液化空氣)制備過程中壓縮環節，但回收結構復雜，冷量損失大，冷量回收難度大，如圖2。

發明內容

本發明的目的：

提供一種液化空氣儲能系統用冷量高效回收方法。

本發明的優點：氣態空氣充入液化空氣產生微氣泡增加換熱面積，避免了大型換熱器的使用，減小了冷量的損失，提高了換熱率。

附圖說明

圖1是氣化吸熱-壓縮放熱耦合的冷量回收原理圖。

1.工作罐，2.壓縮機，3.注入管

圖2是傳統的冷量回收原理圖。

4.液化空氣儲罐，5.壓縮機，6.工作罐，7.換熱管

圖3氣化吸熱-壓縮放熱耦合的冷量回收具體實施方式。

8.兩位閥，9.工作罐，10.風扇，11.換熱管，12.活塞缸，13.換熱罐，14.換熱器，15.兩位閥，16.注入管，17.管路，18.管路

本發明的技術方案：

由工作罐(1)、壓縮機(2)和注入管(3)組成，工作罐(1)中裝有液化空氣和氣態空氣，注入管(3)一端與工作罐(1)連接，接口處于液面以下，另一端與壓縮機(2)的排氣口連接，氣體被壓縮的同時注入工作罐(1)，液化空氣吸收壓縮產生的熱并氣化。

注入管：插入工作罐(2)端是圓形、方形、多邊形等多種幾何形狀的多孔結構。

壓縮機：可以是容積型和速度型。

具體實施方式：