【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于壓縮空氣儲能，尤其涉及一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置及方法。
技術介紹
1、空氣壓縮過程會產生大量的壓縮熱，這部分熱能通常回收用于供暖，但供暖需求只發生在冬季，這導致其他季節（春、夏、秋季）的壓縮熱通常浪費，使得熱能的回收利用效率不高。這種現象同樣發生在工業余熱、太陽能利用等領域，迫切需要熱能跨季節存儲和利用。
2、近年來，研究人員發現一些壓卡材料的熵變可達到~100j/(kg·k)，特別是具有玻璃相的塑晶壓卡材料，具有可以由微小壓力驅動主動控制熱量釋放的特點，這為空氣壓縮過程的壓縮熱回收存儲提供了新方法，有利于更好地提升余熱的利用效率，有望實現低品位廢熱的高效回收、穩定存儲、遠距離運輸和可控再利用。
技術實現思路
1、基于以上現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置及方法，解決了低品位壓縮熱利用率低的問題，實現了熱能的跨季節存儲和利用。
2、為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：
3、一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，包括空氣壓縮回路、壓縮熱存儲回路和壓縮熱釋放回路；
4、所述空氣壓縮回路用于將環境空氣分級壓縮，并將壓縮空氣儲存在壓縮空氣儲罐之中，供給工業用戶使用；
5、所述壓縮熱存儲回路通過其中循環的換熱流體將空氣分級壓縮產生的壓縮熱運輸到儲熱裝置中存儲；
6、所述壓縮熱釋放回路通過換熱流體將儲
7、進一步地，所述空氣壓縮回路包括第一級壓縮機、第一冷卻器、第二級壓縮機、第二冷卻器、壓縮空氣儲罐和工業用戶；
8、所述第一級壓縮機的入口端用于接收環境空氣，所述第一級壓縮機的出口端與所述第一冷卻器的第一入口端連接，所述第一冷卻器的第一出口端與所述第二級壓縮機的入口端連接，所述第二級壓縮機的出口端與所述第二冷卻器的第一入口端連接，所述第二冷卻器的第一出口端與所述壓縮空氣儲罐入口端連接，所述壓縮空氣儲罐出口端與所述工業用戶連接。
9、進一步地，所述壓縮熱存儲回路包括第一冷卻器、第二冷卻器、第一循環泵、第一三通閥、第二三通閥、第三蝶閥、儲熱裝置和第四蝶閥；
10、所述第一循環泵的入口端與所述第一三通閥的入口端連接，所述第一三通閥的第一出口端與所述第二冷卻器的第二入口端連接，所述第一三通閥的第二出口端與所述第一冷卻器的第二入口端連接，所述第一冷卻器的第二出口端與第二三通閥的第一入口端連接，所述第二冷卻器的第二出口端與所述第二三通閥的第二入口端連接，所述第二三通閥的出口端與所述第三蝶閥入口端連接，所述第三蝶閥出口端與所述儲熱裝置入口端連接，所述儲熱裝置出口端與所述第四蝶閥入口端連接，所述第四蝶閥出口端與所述第一循環泵入口端連接。
11、進一步地，所述壓縮熱釋放回路包括第一冷卻器、第二冷卻器、第一循環泵、第一三通閥、第二三通閥、第一蝶閥、用戶供暖單元、第二蝶閥、儲熱裝置、第五蝶閥、第二循環泵和第六蝶閥；
12、所述第一循環泵的入口端與所述第一三通閥的入口端連接，所述第一三通閥的第一出口端與所述第二冷卻器的第二入口端連接，所述第一三通閥的第二出口端與所述第一冷卻器的第二入口端連接，所述第一冷卻器的第二出口端與所述第二三通閥的第一入口端連接，所述第二冷卻器的第二出口端與所述第二三通閥的第二入口端連接，所述第二三通閥的出口端與所述第一蝶閥入口端連接，所述第一蝶閥出口端與所述用戶供暖單元第一入口端連接，所述用戶供暖單元第一出口端與所述第二蝶閥入口端連接，所述第二蝶閥出口端與所述第一循環泵入口端連接；
13、所述儲熱裝置出口端與所述第五蝶閥入口端連接，所述第五蝶閥出口端與所述用戶供暖單元第二出口端連接，所述用戶供暖單元第二出口端與所述第二循環泵入口端連接，所述第二循環泵出口端與所述第六蝶閥入口端連接，所述第六蝶閥出口端與所述儲熱裝置入口端連接。
14、進一步地，所述儲熱裝置包括前封頭、壓力驅動器、前管板、筒身（22）、折流板、后管板、后封頭、換熱管和壓卡材料；
15、所述筒身一側分別設有進口與出口，所述筒身上均勻間隔布置有折流板，所述筒身的前端部和后端部分別設有前管板和后管板，所述前管板和后管板之間固定安裝有若干根換熱管?，每根換熱管中填充有壓卡材料；所述換熱管的前端設有壓力驅動器，所述前管板的前側設有前封頭，所述后管板的后側設有后封頭，通過前封頭和后封頭將整個儲熱裝置密封。
16、進一步地，所述壓卡材料包括但不限于amp、間碳硼烷等具有塑晶玻璃相的壓卡材料。
17、本專利技術還提供了一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲方法，其采用如上述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，所述存儲方法包括：
18、空氣壓縮過程和壓縮熱存儲過程發生在夏季時段：
19、空氣壓縮過程：環境空氣經過第一級壓縮機壓縮，然后進入第一冷卻器釋放壓縮熱能；壓縮空氣經過第二級壓縮機進一步壓縮，然后進入第二冷卻器釋放壓縮熱能；最后，壓縮空氣進入壓縮空氣儲罐，供給工業用戶使用；
20、壓縮熱存儲過程：第一蝶閥、第二蝶閥、第五蝶閥和第六蝶閥關閉，第三蝶閥和第四蝶閥開啟；第一循環泵啟動，換熱流體流經第一冷卻器和第二冷卻器將熱能提取出來，經過第二三通閥和第三蝶閥流入儲熱裝置，將壓縮熱能儲存在壓卡材料之中；然后，換熱流體經第四蝶閥返回第一循環泵。
21、進一步地，換熱流體流經儲能裝置，折流板使換熱流體在筒身中曲折流動，充分釋放熱能，更好的與壓卡材料熱交換，使材料溫度升高，在高溫條件下，材料晶系由斜立方晶系變為立方晶系。降溫到常溫后，在常溫條件下，從立方晶系變為過冷立方晶系。
22、進一步地，空氣壓縮過程和壓縮熱釋放過程發生在冬季時段：
23、空氣壓縮過程：環境空氣經過第一級壓縮機壓縮，然后進入第一冷卻器釋放壓縮熱能；壓縮空氣經過第二級壓縮機進一步壓縮，然后進入第二冷卻器釋放壓縮熱能；最后，壓縮空氣進入壓縮空氣儲罐，供給工業用戶使用；
24、壓縮熱釋放過程：第五蝶閥和第六蝶閥開啟，第三蝶閥和第四蝶閥關閉；壓力驅動器啟動，對壓卡材料施加壓力，材料溫度升高；第二循環泵啟動，換熱流體經第六蝶閥進入儲熱裝置，與壓卡材料熱交換，換熱流體溫度升高，經第五蝶閥流入用戶供暖單元，釋放熱量給用戶供熱，換熱流體溫度降低，經第二循環泵和第六蝶閥返回儲熱裝置；
25、此時，儲熱裝置中儲存的熱量釋放出來，第一蝶閥和第二蝶閥開啟；第一循環泵啟動，換熱流體流經第一冷卻器和第二冷卻器將壓縮熱能提取出來，經過第二三通閥和第一蝶閥流入用戶供暖單元，釋放熱量給用戶供熱，然后流經第二蝶閥返回第一循環泵。
26、進一步地，當需要儲熱裝置釋放存儲的熱量時，壓力驅動器啟動，對換熱管中的壓卡材料施加壓力，材料發生固固相變，由過冷立本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，包括空氣壓縮回路、壓縮熱存儲回路和壓縮熱釋放回路；
2.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述空氣壓縮回路包括第一級壓縮機（1）、第一冷卻器（2）、第二級壓縮機（3）、第二冷卻器（4）、壓縮空氣儲罐（5）和工業用戶（6）；
3.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述壓縮熱存儲回路包括第一冷卻器（2）、第二冷卻器（4）、第一循環泵（7）、第一三通閥（8）、第二三通閥（9）、第三蝶閥（13）、儲熱裝置（14）和第四蝶閥（15）；
4.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述壓縮熱釋放回路包括第一冷卻器（2）、第二冷卻器（4）、第一循環泵（7）、第一三通閥（8）、第二三通閥（9）、第一蝶閥（10）、用戶供暖單元（11）、第二蝶閥（12）、儲熱裝置（14）、第五蝶閥（16）、第二循環泵（17）和第六蝶閥（18）；
5.如權利要
6.如權利要求5所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述壓卡材料（27）為AMP、間碳硼烷具有塑晶玻璃相的壓卡材料。
7.一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲方法，其采用如權利要求1-6任意一項所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述存儲方法包括：
8.如權利要求7所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲方法，其特征在于，換熱流體流經儲能裝置（14），折流板（23）使換熱流體在筒身（22）中曲折流動，充分釋放熱能，能夠與壓卡材料（27）熱交換，使材料溫度升高，在高溫條件下，材料晶系由斜立方晶系變為立方晶系；降溫到常溫后，在常溫條件下，從立方晶系變為過冷立方晶系。
9.如權利要求7所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲方法，其特征在于，所述存儲方法還包括：
10.如權利要求9所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲方法，其特征在于，當需要儲熱裝置（14）釋放存儲的熱量時，壓力驅動器（20）啟動，對換熱管（26）中的壓卡材料（27）施加壓力，材料發生固固相變，由過冷立方晶系變為斜立方晶系，同時放出熱量，材料溫度升高，換熱流體流經儲熱裝置與材料進行熱交換，將儲存的壓縮熱能提取出來給用戶供熱。
...【技術特征摘要】
1.一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，包括空氣壓縮回路、壓縮熱存儲回路和壓縮熱釋放回路；
2.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述空氣壓縮回路包括第一級壓縮機（1）、第一冷卻器（2）、第二級壓縮機（3）、第二冷卻器（4）、壓縮空氣儲罐（5）和工業用戶（6）；
3.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述壓縮熱存儲回路包括第一冷卻器（2）、第二冷卻器（4）、第一循環泵（7）、第一三通閥（8）、第二三通閥（9）、第三蝶閥（13）、儲熱裝置（14）和第四蝶閥（15）；
4.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述壓縮熱釋放回路包括第一冷卻器（2）、第二冷卻器（4）、第一循環泵（7）、第一三通閥（8）、第二三通閥（9）、第一蝶閥（10）、用戶供暖單元（11）、第二蝶閥（12）、儲熱裝置（14）、第五蝶閥（16）、第二循環泵（17）和第六蝶閥（18）；
5.如權利要求1所述的一種基于固態壓卡效應的壓縮空氣系統余熱跨季節存儲裝置，其特征在于，所述儲熱裝置（14）包括前封頭（19）、壓力驅動器（20）、前管板（21）、筒身（22）、折流板（23）、后管板（24）、后封頭（25）、換熱管（...
【專利技術屬性】
技術研發人員：折曉會，路新亮，張欣，韓鵬，戴照峰，
申請(專利權)人：石家莊鐵道大學，
類型：發明
國別省市：
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