技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體壓縮及儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及以調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣溫度提高儲(chǔ)氣效率的高壓儲(chǔ)氣裝置及調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

高壓氣體在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用廣泛，尤其在大型工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，需要對(duì)大容量的高壓氣體儲(chǔ)罐進(jìn)行頻繁的充放氣。同時(shí)，一種新興的儲(chǔ)能技術(shù)，即壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，已經(jīng)開始在全球推廣應(yīng)用。該技術(shù)采用空氣作為儲(chǔ)能介質(zhì)，空氣壓縮為儲(chǔ)能過(guò)程，空氣膨脹為釋能過(guò)程；壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)一般為日循環(huán)工作模式，因此在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中需要對(duì)儲(chǔ)氣裝置進(jìn)行頻繁的充放氣循環(huán)。

在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于透平膨脹機(jī)對(duì)進(jìn)氣壓力有一定的要求，儲(chǔ)氣室從最高儲(chǔ)氣壓力放氣到透平膨脹機(jī)最低進(jìn)氣壓力時(shí)，放氣過(guò)程結(jié)束，因而充氣過(guò)程也是由該壓力開始。記儲(chǔ)氣室最高和最低儲(chǔ)氣壓力分別為p_h和p_l，并定義儲(chǔ)氣室儲(chǔ)氣效率為儲(chǔ)氣室在壓力p_h至壓力p_l范圍內(nèi)放氣量與儲(chǔ)氣量之比，即η＝m_out/m_in。

充氣過(guò)程中，由于進(jìn)氣溫度較高，加之充氣過(guò)程中儲(chǔ)氣室產(chǎn)生的壓縮熱效應(yīng)，充氣結(jié)束時(shí)儲(chǔ)氣室內(nèi)的溫度T_h將高于充氣開始時(shí)的溫度(環(huán)境溫度)T₀，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程p*M_mol＝ρ*R*T，儲(chǔ)氣室的充氣量m_in為：

m_in＝(ρ_h-ρ₀)*V＝(p_h/T_h-p₀/T₀)*V

儲(chǔ)氣過(guò)程中，儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體通過(guò)壁面與環(huán)境換熱，由于儲(chǔ)氣過(guò)程較長(zhǎng)，儲(chǔ)氣室內(nèi)最終溫度降低至環(huán)境溫度T₀，同時(shí)儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力降低至p₀’，但儲(chǔ)氣量不變，也即儲(chǔ)氣密度不變。

放氣過(guò)程中，由于儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力持續(xù)降低，產(chǎn)生膨脹制冷效應(yīng)，放氣結(jié)束時(shí)儲(chǔ)氣室內(nèi)的溫度T_l將低于放氣開始時(shí)的溫度T₀，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程p*M_mol＝ρ*R*T，儲(chǔ)氣室的充氣量m_out為：

m_out＝(ρ₀-ρ_l)*V＝(p₀/T₀-p_l/T_l)*V

放氣結(jié)束后，儲(chǔ)氣室以低壓狀態(tài)靜置長(zhǎng)時(shí)間后再重新充氣，此過(guò)程中儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體通過(guò)壁面與環(huán)境換熱，儲(chǔ)氣室內(nèi)最終溫度升高至環(huán)境溫度T₀，同時(shí)儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力升高至p₀，充放氣循環(huán)完成。

則儲(chǔ)氣室的儲(chǔ)氣效率為：

η＝m_out/m_in＝[T₀/T_h*(p_h/p₀)-1]/[1-T₀/T_l*(p_l/p₀)]

對(duì)于某一壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，T₀*p_h/p₀和T₀*p_l/p₀為常數(shù)，分別記為C₁和C₂，則儲(chǔ)氣室儲(chǔ)氣效率為：

η＝(C₁/T_h-1)/(1-C₂/T_l)

顯然，儲(chǔ)氣效率η在隨最高溫度T_h降低而增大，且隨最低溫度T_l升高而增大。

綜上所述，充氣過(guò)程中由于氣溫上升導(dǎo)致實(shí)際充氣量減少，而放氣過(guò)程中由于氣溫降低又導(dǎo)致實(shí)際放氣量進(jìn)一步減少，充放氣過(guò)程中的溫度變化降低了儲(chǔ)氣裝置的充放氣循環(huán)量，從而影響壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率和經(jīng)濟(jì)效益。如果能夠在儲(chǔ)氣裝置充放氣過(guò)程中使氣腔內(nèi)的溫度保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，將顯著提高儲(chǔ)氣裝置的單位容積循環(huán)量，進(jìn)而提高儲(chǔ)能效率和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的是提供以調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣溫度提高儲(chǔ)氣效率的高壓儲(chǔ)氣裝置及調(diào)節(jié)方法，解決高壓氣體儲(chǔ)氣裝置在充放氣過(guò)程中溫度變化降低了儲(chǔ)氣裝置的充放氣循環(huán)量的問(wèn)題。