一种基于开-闭耦合式热力循环的热功转换机构的利记博彩app
【专利摘要】本发明是一种基于开-闭耦合式热力循环的热功转换机构，属于压缩空气能量存储与利用领域。
【发明内容】
主要面向液化空气储能系统，提出了一种开-闭耦合热力循环的实现方法，可大幅提高液化空气的热功转换效率，提高液态空气的能量利用率，提高储能系统整体效率。液化空气气化吸热过程中会产生大量的“冷量”，而冷量是液化空气储存能量的重要组成部分，本发明采用冷量利用与热功转换耦合的直接利用方式，通过在传统热力循环的基础上引入一个压缩循环，直接将冷量转化为机械功，以提高液化空气能量-机械功转换率。该系统机构可以同时对液化空气的膨胀能和冷能进行利用，实现系统机构效率的大幅提高。
【专利说明】一种基于开-闭耦合式热力循环的热功转换机构
【技术领域】
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[0001]本发明属于压缩空气能量存储与利用领域，涉及液态空气储能系统的热功转换系统。
【背景技术】
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[0002]化石燃料的燃烧带来的环境污染问题日益严重。表现为PM2.5指数大范围超标，全年雾霾天数逐年上升，二氧化碳排放不断增长，这一切与化石燃料的燃烧密不可分。
[0003]因此，在化石燃料燃烧技术研究不断开展的同时，新能源技术的探索也在大幅推进。目前各国积极发展风能、核能、太阳能等新能源。在我国新能源的使用在总能源中的占比仅7%，预计在2020年将达到15%
[0004]可再生能源作为新能源的重要组成部分，是技术上和成本上最具竞争力的新能源形式，如风能和太阳能。目前可再生能源的使用在总能源中的占比仅1.5%，预计在2020年将达到6%。2011年，世界风电和光伏发电总装机容量分别达到2.38亿千瓦和0.69亿千瓦。然而，风能和太阳能等可再生能源具有间歇性和不稳定性的特点，虽然装机容量巨大，但目前并不能大规模接入电网应用。
[0005]可再生能源的大规模储存技术可以解决上述问题，截至目前，世界上仅有美、德等国家完成少量压缩空气储能电站的建立，其原因是压缩空气储能系统需要巨大的天然洞穴存储压缩空气。因此，压缩空气储能技术并未广泛应用。
[0006]液化空气储能可以将储能空间需求减小97%，相比传统压缩空气储能以其储能密度高的优点，适用于可再生能源的大规模储存，具有广阔的应用前景。
[0007]液化空气储能原理:电能需求小于电网供给时，多余的电能驱动电机带动气体液化系统，空气进入液化空气系统，经过压缩和冷却变成低温液化空气，将电能以液化空气的形式储存；电能需求大于电网供给时，采用低温泵将低温储液罐的液化空气增压后，与常温的空气换热，液化空气吸热后气化，压力升高并膨胀推动涡轮发电，实现液化空气的热功转换。
[0008]液化空气气化吸热过程中会产生大量的“冷量”，而冷量是液化空气储存能量的重要组成部分，冷量的充分利用是液化空气储能技术中的关键问题。
[0009]目前存在两种解决该问题的技术路线。
[0010]一种基于传统空气分离系统的间接利用方式，利用“冷量”将常温空气冷却，并含有“冷量”的空气导入传统空气分离系统，制成工业产品液态氮和液态氧，以提高液化空气能量利用率。
[0011]另一种是冷量利用与热功转换耦合的直接利用方式，通过在传统热力循环的基础上引入一个压缩循环，直接将冷量转化为机械功，以提高液化空气能量-机械功转换率。
[0012]综上所述，储能系统的直接目标是输出机械功从而转换为电能，而后者是一种冷量直接利用的方式，从而具有提高储能系统效率的潜力。因此，液化空气热功转换技术是液化空气储能系统亟待解决的关键技术。
[0013]1996年Ordonez首次提出以液氮为动力的发动机，使液氮吸收热量气化，气化后压力增加，然后将液氮作为压力源来驱动涡轮或活塞输出功，做功完毕的低压氮气通过排气口排出，如图1，Ordonez采用开式循环利用液氮受热膨胀的特性实现热功转换，然后以开式循环为基础分析了液氮中所储存的能量。
[0014]1998年Knowlen采用闭式朗肯循环，将液氮作为冷源在做功工质压缩过程中吸收压缩热，利用液氮与大气环境的温差来实现冷能与机械功的转换，通过理论分析得出单位质量的液氮可实现热功转换300-450kJ/kg，而液氮热功转换的潜力为760kJ/kg，理论效率为40% -60%。1998年Plummer利用上述原理加工了实验样机，并测得单位质量实际热功转换量为190kJ/kg，即实际效率为25%。2000年Ordonez采用一种改进的闭式布雷顿循环实现了理论效率的提高，得到单位质量热功转换量482kJ/kg，即理论效率为63%。
[0015]冷能是液氮从外界吸热而具有的将热能转换为机械能的能力，膨胀能是液氮气化后压力上升而具有的对外界膨胀做功的能力。两种能量的性质截然不同，为此，2007年陈海生将开式循环技术应用于液化空气储能系统，实现了膨胀能-机械功的转换，并利用冷能制备液化空气，作为下一个储能循环热功转换的原料。但液化空气的制备循环会带来冷能的损失，从而导致热功转换效率的大幅下降。因此，寻找一种膨胀能与冷能耦合热功转换的热力循环是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0016]本发明的目的:
[0017]提出一种提高液化空气热功转换效率的热功转换技术。
[0018]本发明的优点:直接将液化空气的冷能转换为机械能，提高冷能的利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是开-闭耦合式热力循环的热功转换机构原理图
[0020]1.两位阀，2.工作罐，3.风扇，4.换热管，5.活塞缸，6.换热罐，7.换热器，8.两位阀，9.注入管，10.管路，11.管路
[0021]本发明的技术方案:
[0022]由工作罐(2)、换热罐(6)和活塞缸⑷组成，与换热罐(5)连接的管路(11)分成两个支路，一路串联两位阀(I)后与工作罐(2)连接，另一路连接两位阀(8)，与两位阀
(I)连接的注入管(9)插入工作罐(2)中液面以下，与两位阀(I)连接的管路(10)插入工作罐(2)中液面以上，换热罐￠)与活塞缸(5)之间串联换热管(4)，换热管(4)外放置风扇(3)，换热罐￠)内置换热器(7)，完成气化-压缩过程、膨胀过程和排气过程。
[0023]气化-压缩过程:两位阀(I)处于下位，两位阀(8)处于断开状态，活塞缸(5)处于推程，换热罐￠)中的气体被压缩，通过连接管路进入工作罐(2)的底部，压缩气体与液化空气直接接触换热，液化空气受热气化，工作罐(2)压力上升。
[0024]膨胀过程:两位阀(I)处于上位，两位阀(8)处于断开状态，活塞缸(5)处于回程，气化产生的空气和压缩气体混合，通过管路进入换热罐￠)，混合气体通过换热器(7)，与换热罐出)内的换热流体进行充分换热，温度上升，气体膨胀，推动活塞缸(5)的活塞对外做功。
[0025]排气过程:两位阀(I)处于下位，两位阀(8)处于连通状态，活塞缸(5)处于推程，换热罐(6)液面上升，气体通过两位阀(8)排出，气体压力保持不变，接近大气压。
[0026]风扇:在活塞运动过程中，风扇(3)始终保持启动状态，对换热管(4)进彳丁加热，使换热流体温度稳定在室温，为换热罐(6)内的换热过程提供稳定的热量来源。
[0027]注入管:插入工作罐(2)端是圆形、方形、多边形等多种几何形状的多孔结构。
【权利要求】
1.一种基于开-闭耦合式热力循环的热功转换机构，其特征在于:由工作罐(2)、换热罐(6)和活塞缸(4)组成，与换热罐(5)连接的管路(11)分成两个支路，一路串联两位阀(I)后与工作罐(2)连接，另一路连接两位阀(8)，与两位阀(I)连接的注入管(9)插入工作罐(2)中液面以下，与两位阀(I)连接的管路(10)插入工作罐(2)中液面以上，换热罐(6)与活塞缸(5)之间串联换热管(4)，换热管(4)外放置风扇(3)，换热罐￠)内置换热器(7)，完成气化-压缩过程、膨胀过程和排气过程。
2.权利要求1所述的气化-压缩过程，其特征在于:两位阀(I)处于下位，两位阀(8)处于断开状态，活塞缸(5)处于推程，换热罐(6)中的气体被压缩，通过连接管路进入工作罐(2)的底部，压缩气体与液化空气直接接触换热，液化空气受热气化，工作罐(2)压力上升。
3.权利要求1所述的膨胀过程，其特征在于:两位阀(I)处于上位，两位阀(8)处于断开状态，活塞缸(5)处于回程，气化产生的空气和压缩气体混合，通过管路进入换热罐(6)，混合气体通过换热器(7)，与换热罐￠)内的换热流体进行充分换热，温度上升，气体膨胀，推动活塞缸(5)的活塞对外做功。
4.权利要求1所述的排气过程，其特征在于:两位阀(I)处于下位，两位阀(8)处于连通状态，活塞缸(5)处于推程，换热罐(6)液面上升，气体通过两位阀(8)排出，气体压力保持不变，接近大气压。
5.权利要求1所述的风扇，其特征在于:在活塞运动过程中，风扇(3)始终保持启动状态，对管路(4)进行加热，使换热流体温度稳定在室温，为换热罐￠)内的换热过程提供稳定的热量来源。
6.权利要求1所述的注入管，其特征在于:插入工作罐(2)端是圆形、方形、多边形等多种几何形状的多孔结构。
【文档编号】F01B29/10GK104179531SQ201410356979
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】许未晴, 王佳, 张胜利, 蔡茂林 申请人:北京航空航天大学