CN113803959A - 家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统及运行方法，该系统由压缩装置、级末冷却器、蓄热罐、冷箱、深冷膨胀机、气液分离器、液空储罐、再热器、燃气热水器、液泵、膨胀发电装置组成。该系统运行模式包括液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式；本发明在常规液化空气储能系统的基础上增设了燃气热水器和蓄热罐，通过废热辅助加热高压空气，提高了进入膨胀发电装置的空气的温度和做功能力，并且该系统可以保证在电价高峰或者停电情况下依然能够正常工作；增设燃气热水器的目的是在断电时利用燃气燃烧的热能加热制备好的高压液化空气，使之吸热气化，然后进入膨胀发电装置做功发电，以达到保证电能供应，同时提供生活热水的目的。

Description

家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统及运行方法
技术领域
本发明属于储能发电技术领域，具体涉及一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统及运行方法。
背景技术
目前的家用热水器绝大部分直接利用电能加热电热丝，以此加热生活用水，其缺点一是电耗大，二是能源来源单一，完全依托于电能工作。燃气热水器则不受此限制，使用天然气燃烧，通过强制对流换热和导热加热生活用水，稳定性好，利用天然气直接燃烧产生的热能，更加环保，低碳，高效。
同时考虑用电高峰期停电以及高峰电价造成更大的居民经济支出等问题。
在相当一部分农村及城镇区域，甚至少部分城市，在用电高峰期尤其是夏季用电高峰，过载带来的停电风险是不容忽视的。电能在人类社会的地位毋庸赘言，为了能够获取稳定输出的电能，必须准备传统供电之外的备用计划。
传统的家庭发电一般使用柴油发电机，通过燃烧柴油将柴油化学能转化为热能，再转化为机械能最终转化为电能，虽然能够比较稳定的供给家庭用电，但是其缺点如下，一是柴油发电机功率有限，仅限紧急使用；二是系统单一，能源综合利用率低；三是柴油为高链碳氢化合物，燃烧污染严重。
而波峰电价与波谷电价相差甚远，根据2020国家电网数据，居民用电：峰时每度电为0.5224元/度，低谷电价为0.1750元/度。在现有一级电价的基础上，在一级电价的基础上，一级电价提高了2.4点、每千瓦时0.5224元、每千瓦时0.1元、二级电价0.6224元、第三级电价0.3元、0.8224元。波峰电价是波谷电价的近3倍。
在这种背景下，需要在低谷电价时利用液化空气储能的方法将电能储存于液化空气中，而在波峰电价或停电时释放液空中储存的压力能用于膨胀做功发电供给居民生活，具备降低居民经济支出、应对短期停电的优良潜力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统及运行方法，该系统在低谷电价时利用低价电能通过小型空气液化设备制取液化空气储能；而在电价高峰或者停电时，利用燃气热水器燃烧回热，加热液化空气，通过膨胀机膨胀发电以达到保证电能供应的目的；此外可以利用液化空气膨胀释放的冷能，在夏天给建筑供冷，节约能源。本发明创新性地利用构建合理稳定可靠的家用燃气热水器-储能-释能耦合系统，从而达到绿色健康生活的目的。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统，由压缩装置1、级末冷却器2、蓄热罐3、冷箱4、深冷膨胀机5、气液分离器6、液空储罐7、再热器8、燃气热水器9、液泵10、膨胀发电装置11所组成；所述压缩装置1末级出口与级末冷却器2热端入口连通，级末冷却器2热端出口经由冷箱4与深冷膨胀机5的入口连通，深冷膨胀机5的出口与气液分离器6的入口连通，气液分离器6的气侧出口通过冷箱4连通至压缩装置1的入口，重复循环；气液分离器6的液侧出口连通至液空储罐7的入口，液空储罐7的出口连通液泵10的入口，液泵10的出口经由冷箱4连通再热器8的冷端入口，再热器8的冷端出口连通膨胀发电装置11；所述压缩装置1的多级压缩机内置级间冷却器的冷端出口连通蓄热罐3的入口，同时级末冷却器2的冷端出口连通蓄热罐3的入口；蓄热罐3的出口连通再热器8的热端入口，蓄热罐3的出口连通膨胀发电装置11的多级膨胀机内置级间再热器的热端入口；所述燃气热水器9的烟气出口连通冷箱4的入口。
该系统在传统液化空气储能的基础上，增设了燃气热水器9和蓄热罐3，通过压缩装置1在压缩过程中压缩完成后产生的高温高压气流在级末冷却器2内换热产生的废热以及燃气热水器9燃烧后烟气产生的废热辅助加热高压空气，提高了进入膨胀发电装置的空气的温度和做功能力，并且该系统保证在电价高峰或者停电情况下依然能够正常工作，清洁、高效、低价地供给家庭用电。
所述家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统的运行方法，包括液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式，在低谷电价时运行液化空气储能模式，利用液化空气储能的方法将电能储存于液化空气中；而在波峰电价或停电时运行燃气燃烧发电模式，释放液空中储存的压力能用于膨胀做功发电供给居民生活，具体如下：
液化空气储能模式：
常温常压的空气在过滤和净化去除掉空气内的水和CO2及固体杂质后，进入压缩装置1；空气在压缩装置1内经过多级压缩机压缩后，压力提升；为了降低每级压缩机进口的空气温度，多级压缩机之间内置了级间冷却器，利用储热介质与上级压缩机出口的高温空气进行表面换热，降低空气温度后进入下一级压缩机进行压缩，换热后的高温储热介质进入蓄热罐3存储；
压缩后的高温高压空气进入级末冷却器2，与储热介质进行表面换热降温，高压空气换热后温度降低；
高压空气进入冷箱4进一步深冷降温，温度降低至-100℃以下；高压深冷空气进入深冷膨胀机5进行膨胀做功，压力降低至常压，温度进一步降低，部分空气发生液化，同时回收一部分功，深冷膨胀机5出口为低温的气液两相混合空气；
将深冷膨胀机出口的气液两相混合空气送入气液分离器6，气液两相混合空气在气液分离器6内发生相分离，上部气相空气经由冷箱4吸热后返回压缩装置1继续流程，下部液相空气进入液空储罐7，电能以液化空气形式储存；
液化空气储能模式在低谷电价时利用低价电能通过上述流程制取液化空气用于储能；
燃气燃烧发电模式：
将燃气及空气送入燃气热水器9内燃烧，加热冷水以提供生活热水，同时燃烧后的高温尾气送入冷箱4，供给液空气化所需热量，提升燃烧效率和系统效率；
从液空储罐7输出的常压液相空气，经由液泵10加压后，压力上升而温度不变，仍为液相空气，又经冷箱4吸热气化，变为高压常温的气相空气，该气相空气经过再热器8与高温储热介质进一步吸热升温，最后进入膨胀发电装置11做功发电，出口空气状态为常压、低于100℃，释放储存的液化空气中的能量，输出稳定家庭用电；
燃气燃烧发电模式在波峰电价或停电时通过燃气热水器9的热量加热液态空气，释放液态空气中储存的压力能用于膨胀做功发电，供给居民生活，同时提供生活用热水。
本发明系统的液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式，两种模式可以单独运行，也可以同时运行，具有良好的稳定性与独立性；所述燃气热水器9的加热水量及燃烧尾气提供的热量取决于运行模式，在两种模式同时运行时，目的是提供生活热水，燃气燃烧的大部分热量用于加热冷水，通过水量较大、尾气热量较小；在燃气燃烧发电模式单独运行的情况下，目的是提供稳定的电能，燃气燃烧的大部分热量用于加热液化空气使之吸热气化进入膨胀发电装置11做功发电，通过水量较小、尾气热量较大；通过控制燃气热水器的输入燃气量、冷水量以及空气液化流程时间来达到两种运行模式耦合条件下的能量储存、释放过程，取得理想的储能和发电效果。
相对于常规的传统液化空气储能系统，本发明家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统仅须在原有的液化空气储能系统基础上增设燃气热水器9、蓄热罐3等装置，而这些设备本身结构简单、价格低廉、性能稳定，所以该家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统有望取得显著的节能及经济效益，可以达到如下有益效果：
(1)本系统能够使得在低谷电价时稳定制取用于储能的液化空气；而在高峰电价时利用热燃气热水器回热加热液空使其膨胀发电，减少居民经济支出。
(2)本系统创新性地利用液空储能、燃气燃烧、膨胀发电的配合保证合理稳定可靠高效的家用热水器-储能-释能耦合系统，从而达到绿色健康生活的目的。
(3)本系统能够利用高温储热介质中存储的热能加热做功空气，以及回收高压空气膨胀功，节约能源、提高系统效率。
(4)能本系统够利用液化空气膨胀释放的冷能，在夏天给建筑供冷，充分利用系统能源潜力。
(5)本系统能够通过控制燃气热水器的输入燃气量、冷水量以及空气液化流程时间来达到两种运行模式耦合条件下的能量储存、释放过程，取得理想的储能和发电效果。
附图说明：
图1是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式：
如图1所示，本发明一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统，由压缩装置1、级末冷却器2、蓄热罐3、冷箱4、深冷膨胀机5、气液分离器6、液空储罐7、再热器8、燃气热水器9、液泵10、膨胀发电装置11所组成；所述压缩装置1末级出口与级末冷却器2热端入口连通，级末冷却器2热端出口经由冷箱4与深冷膨胀机5的入口连通，深冷膨胀机5的出口与气液分离器6的入口连通，气液分离器6的气侧出口通过冷箱4连通至压缩装置1的入口，重复循环；气液分离器6的液侧出口连通至液空储罐7的入口，液空储罐7的出口连通液泵10的入口，液泵10的出口经由冷箱4连通再热器8的冷端入口，再热器8的冷端出口连通膨胀发电装置11；所述压缩装置1的多级压缩机内置级间冷却器的冷端出口连通蓄热罐3的入口，同时级末冷却器2的冷端出口连通蓄热罐3的入口；蓄热罐3的出口连通再热器8的热端入口，蓄热罐3的出口连通膨胀发电装置11的多级膨胀机内置级间再热器的热端入口；所述燃气热水器9的烟气出口连通冷箱4的入口。
该系统在传统液化空气储能的基础上，增设了燃气热水器9和蓄热罐3，通过压缩装置1在压缩过程中压缩完成后产生的高温高压气流在级末冷却器2内换热产生的废热以及燃气热水器9燃烧后烟气产生的废热辅助加热高压空气，提高了进入膨胀发电装置的空气的温度和做功能力，并且该系统保证在电价高峰或者停电情况下依然能够正常工作，清洁、高效、低价地供给家庭用电。
作为本发明的优选实施方式，所述压缩装置1为2-4级压缩机并配有级间冷却器，结构简单，压比高；其中空气由压缩装置1入口由大气直接引入；同时压缩装置1中的各级压缩机之间的级间冷却器引出与压缩空气表面换热的储热介质至蓄热罐3进行储热，换热前的储热介质均为常温常压状态；
所述的级末冷却器2利用储热介质与高温空气进行表面换热，空气温度降低，储热介质被加热后由级末冷却器2冷端出口进入蓄热罐3储存；
所述蓄热罐3接受来自压缩装置1和级末冷却器2的储热介质，并从下部出口引入再热器8和膨胀发电装置11，为再热器8和膨胀发电装置11的内置级间再热器提供热端热源；
作为本发明的优选实施方式，所述冷箱4，具体结构为填充床式蓄冷器，利用球形颗粒石子作为填充填料来存储和释放冷能，工作温度范围为-198℃～30℃，采用多罐蓄冷的方式运行；释放冷能时，冷却由级末冷却器2过来的高压空气，冷能来源为气液分离器6上部的气相空气在冷箱4中的升温吸热、液泵10出口的高压低温液态空气在冷箱4中气化吸热以及电能补冷；从液泵7输出的高压液态空气在冷箱4内气化吸热，由液态空气转变为气态空气：热能来源为燃气热水器9输出的燃烧尾气热量；
所述深冷膨胀机5，用于使低温空气液化；高压低温的空气在深冷膨胀机5内膨胀做功后，温度和压力都下降；膨胀过程中，部分空气发生液化，深冷膨胀机5出口处为气液两相混合空气；
所述气液分离器6，用于分离低温的气液两相空气，采用离心分离、丝网过滤的原理，将深冷膨胀机5处达到液化温度的空气进行分离，气相空气在冷箱换热后返回压缩装置1，液相空气进入液空储罐7；
作为本发明的优选实施方式，所述液空储罐7，用于储存液化空气，属低温压力容器，液空储罐7的钢瓶材料选用奥氏体不锈钢或者铝合金，要求钢瓶同时具有良好的保温效果和泄压安全阀，在设计上要求避免过高的集中应力和附加应力；
所述再热器8，用于预热进入膨胀发电装置11的空气；在再热器8内，由蓄热罐3来的高温导热油与空气进行换热，将空气加热后再进入膨胀发电装置11；
所述燃气热水器9，将燃气及空气送入燃气热水器9内燃烧，加热冷水以提供生活热水，同时燃烧后的80-120℃尾气送入冷箱4，供给液空气化所需热量，提升燃烧效率，保证清洁燃烧，同时为燃气燃烧发电模式提供初始动力；
所述液泵10，用于进一步压缩常压低温的液化空气，从液空储罐7输出的液态空气，经过压缩后压力大幅上升。
作为本发明的优选实施方式，所述膨胀发电装置11，由2-4台膨胀机和级间再热器组成，用于高温高压空气做功；膨胀机连接有对应功率的小型发电机，用于将气体做功的机械能转换为电能；同时配有变压器，将发电机产生的不稳定电能转换为稳定的家庭使用的220V电压。
作为本发明的优选实施方式，所述压缩装置1中的内置级间冷却器、级末冷却器2、蓄热罐3、再热器8以及膨胀发电装置11中的内置级间再热器，以上换热器的储热介质均为液态导热油，且导热油在整个系统内呈闭环状态，依靠液泵10推动液态导热油在各个换热器内工作；液态导热油具体的用量和在各个换热器之间的流速根据系统容量和需求功率来确定。
本发明家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统的运行方法，包括液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式，在低谷电价时运行液化空气储能模式，利用液化空气储能的方法将电能储存于液化空气中；而在波峰电价或停电时运行燃气燃烧发电模式，释放液空中储存的压力能用于膨胀做功发电供给居民生活，具体如下：
液化空气储能模式：
常温常压的空气在过滤和净化去除掉空气内的水和CO2及固体杂质后，进入压缩装置1；空气在压缩装置1内经过多级压缩机压缩后，压力提升；为了降低每级压缩机进口的空气温度，多级压缩机之间内置了级间冷却器，利用储热介质与上级压缩机出口的高温空气进行表面换热，降低空气温度后进入下一级压缩机进行压缩，换热后的高温储热介质进入蓄热罐3存储；
压缩后的高温高压空气进入级末冷却器2，与储热介质进行表面换热降温，高压空气换热后温度降低；
高压空气进入冷箱4进一步深冷降温，温度降低至-100℃以下；高压深冷空气进入深冷膨胀机5进行膨胀做功，压力降低至常压，温度进一步降低，部分空气发生液化，同时回收一部分功，深冷膨胀机5出口为低温的气液两相混合空气；
将深冷膨胀机出口的气液两相混合空气送入气液分离器6，气液两相混合空气在气液分离器6内发生相分离，上部气相空气经由冷箱4吸热后返回压缩装置1继续流程，下部液相空气进入液空储罐7，电能以液化空气形式储存；
液化空气储能模式在低谷电价时利用低价电能通过上述流程制取液化空气用于储能；
燃气燃烧发电模式：
将燃气及空气送入燃气热水器9内燃烧，加热冷水以提供生活热水，同时燃烧后的高温尾气送入冷箱4，供给液空气化所需热量，提升燃烧效率和系统效率；
从液空储罐7输出的常压液相空气，经由液泵10加压后，压力上升而温度不变，仍为液相空气，又经冷箱4吸热气化，变为高压常温的气相空气，该气相空气经过再热器8与高温储热介质进一步吸热升温，最后进入膨胀发电装置11做功发电，出口空气状态为常压、低于100℃，释放储存的液化空气中的能量，输出稳定家庭用电；
燃气燃烧发电模式在波峰电价或停电时通过燃气热水器9的热量加热液态空气，释放液态空气中储存的压力能用于膨胀做功发电，供给居民生活，同时提供生活用热水。
本发明系统的液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式，两种模式可以单独运行，也可以同时运行，具有良好的稳定性与独立性；所述燃气热水器9的加热水量及燃烧尾气提供的热量取决于运行模式，在两种模式同时运行时，目的是提供生活热水，燃气燃烧的大部分热量用于加热冷水，通过水量较大、尾气热量较小；在燃气燃烧发电模式单独运行的情况下，目的是提供稳定的电能，燃气燃烧的大部分热量用于加热液化空气使之吸热气化进入膨胀发电装置11做功发电，通过水量较小、尾气热量较大；通过控制燃气热水器的输入燃气量、冷水量以及空气液化流程时间来达到两种运行模式耦合条件下的能量储存、释放过程，取得理想的储能和发电效果。
该系统的液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式配合运行，在低谷电价时利用液化空气储能的方法将电能储存于液化空气中，而在波峰电价或停电时释放液空中储存的压力能用于膨胀做功发电供给居民生活，具备降低居民经济支出、应对短期停电的优良潜力。

Claims (6)

1.一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统，其特征在于：由压缩装置(1)、级末冷却器(2)、蓄热罐(3)、冷箱(4)、深冷膨胀机(5)、气液分离器(6)、液空储罐(7)、再热器(8)、燃气热水器(9)、液泵(10)、膨胀发电装置(11)所组成；
所述压缩装置(1)末级出口与级末冷却器(2)热端入口连通，级末冷却器(2)热端出口经由冷箱(4)与深冷膨胀机(5)的入口连通，深冷膨胀机(5)的出口与气液分离器(6)的入口连通，气液分离器(6)的气侧出口通过冷箱(4)连通至压缩装置(1)的入口，重复循环；气液分离器(6)的液侧出口连通至液空储罐(7)的入口，液空储罐(7)的出口连通液泵(10)的入口，液泵(10)的出口经由冷箱(4)连通再热器(8)的冷端入口，再热器(8)的冷端出口连通膨胀发电装置(11)；
所述压缩装置(1)的多级压缩机内置级间冷却器的冷端出口连通蓄热罐(3)的入口，同时级末冷却器(2)的冷端出口连通蓄热罐(3)的入口；蓄热罐(3)的出口连通再热器(8)的热端入口，蓄热罐(3)的出口连通膨胀发电装置(11)的多级膨胀机内置级间再热器的热端入口；
所述燃气热水器(9)的烟气出口连通冷箱(4)的入口。
2.如权利要求1所述的一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统，其特征在于：该系统在液化空气储能的基础上，增设了燃气热水器(9)和蓄热罐(3)，通过压缩装置(1)在压缩过程中压缩完成后产生的高温高压气流在级末冷却器(2)内换热产生的废热以及燃气热水器(9)燃烧后烟气产生的废热辅助加热高压空气，提高了进入膨胀发电装置的空气的温度和做功能力，并且该系统保证在电价高峰或者停电情况下依然能够正常工作，清洁、高效、低价地供给家庭用电。
3.如权利要求1所述的一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统，其特征在于：
所述压缩装置(1)为2-4级压缩机并配有级间冷却器，结构简单，压比高；其中空气由压缩装置(1)入口由大气直接引入；同时压缩装置(1)中的各级压缩机之间的级间冷却器引出与压缩空气表面换热的储热介质至蓄热罐(3)进行储热，换热前的储热介质均为常温常压状态；
所述的级末冷却器(2)利用储热介质与高温空气进行表面换热，空气温度降低，储热介质被加热后由级末冷却器(2)冷端出口进入蓄热罐(3)储存；
所述蓄热罐(3)接受来自压缩装置(1)和级末冷却器(2)的储热介质，并从下部出口引入再热器(8)和膨胀发电装置(11)，为再热器(8)和膨胀发电装置(11)的内置级间再热器提供热端热源；
所述冷箱(4)，具体结构为填充床式蓄冷器，利用球形颗粒石子作为填充填料来存储和释放冷能，工作温度范围为-198℃～30℃，采用多罐蓄冷的方式运行；释放冷能时，冷却由级末冷却器(2)过来的高压空气，冷能来源为气液分离器(6)上部的气相空气在冷箱(4)中的升温吸热、液泵(10)出口的高压低温液态空气在冷箱(4)中气化吸热以及电能补冷；从液泵(7)输出的高压液态空气在冷箱(4)内气化吸热，由液态空气转变为气态空气：热能来源为燃气热水器(9)输出的燃烧尾气热量；
所述深冷膨胀机(5)，用于使低温空气液化；高压低温的空气在深冷膨胀机(5)内膨胀做功后，温度和压力都下降；膨胀过程中，部分空气发生液化，深冷膨胀机(5)出口处为气液两相混合空气；
所述气液分离器(6)，用于分离低温的气液两相空气，采用离心分离、丝网过滤的原理，将深冷膨胀机(5)处达到液化温度的空气进行分离，气相空气在冷箱换热后返回压缩装置(1)，液相空气进入液空储罐(7)；
所述液空储罐(7)，用于储存液化空气，属低温压力容器，液空储罐(7)的钢瓶材料选用奥氏体不锈钢或者铝合金，要求钢瓶同时具有良好的保温效果和泄压安全阀，在设计上要求避免过高的集中应力和附加应力；
所述再热器(8)，用于预热进入膨胀发电装置(11)的空气；在再热器(8)内，由蓄热罐(3)来的高温导热油与空气进行换热，将空气加热后再进入膨胀发电装置(11)；
所述燃气热水器(9)，将燃气及空气送入燃气热水器(9)内燃烧，加热冷水以提供生活热水，同时燃烧后的80-120℃尾气送入冷箱(4)，供给液空气化所需热量，提升燃烧效率，保证清洁燃烧，同时为燃气燃烧发电模式提供初始动力；
所述液泵(10)，用于进一步压缩常压低温的液化空气，从液空储罐(7)输出的液态空气，经过压缩后压力大幅上升。
所述膨胀发电装置(11)，由2-4台膨胀机和级间再热器组成，用于高温高压空气做功；膨胀机连接有对应功率的小型发电机，用于将气体做功的机械能转换为电能；同时配有变压器，将发电机产生的不稳定电能转换为稳定的家庭使用的220V电压。
4.如权利要求1所述的一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统，其特征在于：
所述压缩装置(1)中的内置级间冷却器、级末冷却器(2)、蓄热罐(3)、再热器(8)以及膨胀发电装置(11)中的内置级间再热器，以上换热器的储热介质均为液态导热油，且导热油在整个系统内呈闭环状态，依靠液泵(10)推动液态导热油在各个换热器内工作；液态导热油具体的用量和在各个换热器之间的流速根据系统容量和需求功率来确定。
5.权利要求1至4任一项所述的一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统的运行方法，其特征在于：包括液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式，在低谷电价时运行液化空气储能模式，利用液化空气储能的方法将电能储存于液化空气中；而在波峰电价或停电时运行燃气燃烧发电模式，释放液空中储存的压力能用于膨胀做功发电供给居民生活，具体如下：
液化空气储能模式：
常温常压的空气在过滤和净化去除掉空气内的水和CO2及固体杂质后，进入压缩装置(1)；空气在压缩装置(1)内经过多级压缩机压缩后，压力提升；为了降低每级压缩机进口的空气温度，多级压缩机之间内置了级间冷却器，利用储热介质与上级压缩机出口的高温空气进行表面换热，降低空气温度后进入下一级压缩机进行压缩，换热后的高温储热介质进入蓄热罐(3)存储；
压缩后的高温高压空气进入级末冷却器(2)，与储热介质进行表面换热降温，高压空气换热后温度降低；
高压空气进入冷箱(4)进一步深冷降温，温度降低至-100℃以下；高压深冷空气进入深冷膨胀机(5)进行膨胀做功，压力降低至常压，温度进一步降低，部分空气发生液化，同时回收一部分功，深冷膨胀机(5)出口为低温的气液两相混合空气；
将深冷膨胀机出口的气液两相混合空气送入气液分离器(6)，气液两相混合空气在气液分离器(6)内发生相分离，上部气相空气经由冷箱(4)吸热后返回压缩装置(1)继续流程，下部液相空气进入液空储罐(7)，电能以液化空气形式储存；
液化空气储能模式在低谷电价时利用低价电能通过上述流程制取液化空气用于储能；
燃气燃烧发电模式：
将燃气及空气送入燃气热水器(9)内燃烧，加热冷水以提供生活热水，同时燃烧后的高温尾气送入冷箱(4)，供给液空气化所需热量，提升燃烧效率和系统效率；
从液空储罐(7)输出的常压液相空气，经由液泵(10)加压后，压力上升而温度不变，仍为液相空气，又经冷箱(4)吸热气化，变为高压常温的气相空气，该气相空气经过再热器(8)与高温储热介质进一步吸热升温，最后进入膨胀发电装置(11)做功发电，出口空气状态为常压、低于100℃，释放储存的液化空气中的能量，输出稳定家庭用电；
燃气燃烧发电模式在波峰电价或停电时通过燃气热水器(9)的热量加热液态空气，释放液态空气中储存的压力能用于膨胀做功发电，供给居民生活，同时提供生活用热水。
6.如权利要求5所述的一种家用燃气热水器耦合液化空气储能反应器系统的运行方法，其特征在于：
该系统的液化空气储能模式和燃气燃烧发电模式，两种模式单独运行或同时运行，具有良好的稳定性与独立性；所述燃气热水器(9)的加热水量及燃烧尾气提供的热量取决于运行模式，在两种模式同时运行时，目的是提供生活热水，燃气燃烧的大部分热量用于加热冷水，通过水量较大、尾气热量较小；在燃气燃烧发电模式单独运行的情况下，目的是提供稳定的电能，燃气燃烧的大部分热量用于加热液化空气使之吸热气化进入膨胀发电装置(11)做功发电，通过水量较小、尾气热量较大；通过控制燃气热水器的输入燃气量、冷水量以及空气液化流程时间来达到两种运行模式耦合条件下的能量储存、释放过程，取得理想的储能和发电效果。
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