CN110005594A - 一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法，包括活塞、固体换热层、缸体、泵和散热器，缸体中装有气体和储热液体，活塞设置在缸体内，固体换热层的一端与活塞连接，另一端与储热液体接触，固体换热层随活塞上下运动，缸体、泵和散热器串联形成散热回路。本发明在传统压缩空气系统的基础上引入大比表面积的固体换热层和液体储热层，形成气‑固‑液耦合的三层换热结构，利用固体换热层增大压缩空气与液体储热层的换热面积，实现压缩热从气体向液体储热层的快速传递，利用大热容的液体储热层吸收压缩热稳定缸体温度，实现等温压缩，提高压缩空气系统及其储能系统的效率。

Description

一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法

技术领域：

本发明属于压缩空气系统以及压缩空气储能领域，具体涉及一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法。

背景技术：

目前，世界各国积极发展风能、太阳能和生物质能等多种新能源。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％。

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。

压缩空气储能技术致力于解决可再生能源的大规模储存的问题，截至目前，世界上已有美、德等国家完成压缩空气储能电站的建立。等温压缩技术作为新一代压缩空气储能技术的提出，其目的是为解决压缩空气储能效率低的问题，现有技术中大多数压缩空气储能系统都是基于绝热压缩，由于气体压缩时间短，压缩热量不能及时向环境传导，温度迅速上升，压缩功增加，大约有一半的电力转换成了热量并散失。

因此，如何提供一种换热效率高从而提高工作效率的液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法的是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置及其方法，用于提高压缩机效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置，包括活塞、固体换热层、缸体、泵和散热器；

所述缸体中装有气体和储热液体，所述活塞设置在所述缸体内，所述固体换热层的一端与所述活塞连接，另一端与所述储热液体接触，所述固体换热层随活塞上下运动，所述缸体、所述泵和所述散热器串联形成散热回路。

需要说明的是：所述泵设置于所述缸体的下方。

优选的，所述固体换热层的结构为多孔结构、网状结构、翅片结构、管状结构或丝状结构。

优选的，所述缸体的侧壁设置有排气口和进气口。

一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法，包括以下过程：吸气过程、压缩过程、排气过程和液体循环过程；

所述吸气过程：活塞从下止点开始向上运动，打开进气口，关闭排气口，将环境空气吸入缸体；

压缩过程：活塞从上止点开始向下运动，进气口和排气口均关闭，缸体内气体被挤压产生热，温度上升，气体与固体换热层接触，压缩热迅速传递至固体换热层中储存，固体换热层随活塞的运动并进入储热液体中，固体换热层与储热液体的接触面积逐渐增大，迅速把热量传递给储热液体，储热液体的热容远大于气体，储热液体吸热后，温度小幅上升；

排气过程：活塞接近下止点时，打开排气口输出高压气体；

液体循环过程：当水温上升至给定值后，启动泵驱动储热液体从缸体排出，进入散热器中，在散热器中进行冷却，再经泵回流至缸体，温度下降趋近于环境温度，储热液体在缸体中保持一定的水位。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置及其方法，其有益效果为：

本发明引入大比表面积的固体换热层和液体储热层，形成气-固-液耦合的三层换热结构，利用固体换热层增大压缩空气与液体储热层的换热面积，实现压缩热从气体向液体储热层的快速传递，利用大热容的液体储热层吸收压缩热稳定缸体温度，实现等温压缩，提高压缩空气系统及其储能系统的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明提出的等温压缩方法原理图；

1.活塞，2.固体换热层，3.缸体，4.气体，5.储热液体，6.进气口，7. 泵，8.排气口，9.散热器。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置，包括活塞1、固体换热层2、缸体3、泵7和散热器9；

所述缸体3中装有气体4和储热液体5，所述活塞1设置在所述缸体3内，所述固体换热层2的一端与所述活塞1连接，另一端与所述储热液体5接触，所述固体换热层2随活塞上下运动，所述缸体3、所述泵7和所述散热器9串联形成散热回路。

更进一步地，所述固体换热层2的结构为多孔结构、网状结构、翅片结构、管状结构或丝状结构。

更进一步地，所述缸体3的侧壁设置有排气口8和进气口6。

一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法的工作过程分为吸气过程、压缩过程、排气过程和液体循环过程。

吸气过程：活塞1从下止点开始向上运动，打开进气口6，关闭排气口8，将环境空气吸入缸体3。

压缩过程：活塞1从上止点开始向下运动，进气口6和排气口8均关闭，缸体3内气体4被挤压产生热，温度上升，气体4与固体换热层2接触，压缩热迅速传递至固体换热层2中储存，固体换热层2随活塞1的运动并进入储热液体5中，固体换热层2与储热液体5的接触面积逐渐增大，迅速把热量传递给储热液体5，储热液体5的热容远大于气体4，储热液体5吸热后，温度小幅上升。

排气过程：活塞1接近下止点时，打开排气口8输出高压气体4。

液体循环过程：当水温上升至给定值后，启动泵7驱动储热液体5从缸体3 排出，进入散热器9中，在散热器9中进行冷却，再经泵7回流至缸体3，温度下降趋近于环境温度，储热液体5在缸体3中保持一定的水位。

本发明中公开的方法可应用于空气压缩机中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置，其特征在于：包括活塞(1)、固体换热层(2)、缸体(3)、泵(7)和散热器(9)；

所述缸体(3)中装有气体(4)和储热液体(5)，所述活塞(1)设置在所述缸体(3)内，所述固体换热层(2)的一端与所述活塞(1)连接，另一端与所述储热液体(5)接触，所述固体换热层(2)随活塞上下运动，所述缸体(3)、所述泵(7)和所述散热器(9)串联形成散热回路。

2.权利要求1所述的一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置其特征在于：所述固体换热层(2)的结构为多孔结构、网状结构、翅片结构、管状结构或丝状结构。

3.权利要求1所述的一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩装置，其特征在于：所述缸体(3)的侧壁设置有排气口(8)和进气口(6)。

4.一种液态介质储热和活塞传热的等温压缩方法，其特征在于，包括以下过程：吸气过程、压缩过程、排气过程和液体循环过程；

所述吸气过程：活塞(1)从下止点开始向上运动，打开进气口(6)，关闭排气口(8)，将环境空气吸入缸体(3)；

所述压缩过程：所述活塞(1)从上止点开始向下运动，所述进气口(6)和所述排气口(8)均关闭，所述缸体(3)内所述气体(4)被挤压产生热，温度上升，所述气体(4)与固体换热层(2)接触，压缩热传递至所述固体换热层(2)中储存，所述固体换热层(2)随所述活塞(1)的运动并进入储热液体(5)中，所述固体换热层(2)与所述储热液体(5)的接触面积逐渐增大，把热量传递给所述储热液体(5)，所述储热液体(5)吸热后，温度上升；

所述排气过程：所述活塞(1)接近下止点时，打开所述排气口(8)输出高压气体；

所述液体循环过程：当水温上升至给定值后，启动泵(7)驱动所述储热液体(5)从所述缸体(3)排出，进入散热器(9)中，在所述散热器(9)中进行冷却，再经所述泵(7)回流至所述缸体(3)，温度下降至环境温度，所述储热液体(5)在所述缸体(3)中保持水位。