[发明专利]压缩空气储能蓄热系统的设计方法及设计装置

权利要求书

1.一种压缩空气储能蓄热系统的设计方法，其特征在于，所述压缩空气储能蓄热系统包括：

蓄热装置、压缩机、储气装置、多级膨胀机，所述蓄热装置包括多个蓄热器，所述蓄热器包括多个子蓄热器，所述子蓄热器包括第一管、第二管、第三管，所述第三管、所述第二管、所述第一管从外到内顺次套设，且所述第二管与所述第一管之间限定出用于填充蓄热介质的蓄热腔，所述第一管限定出第一换热腔，所述第三管和所述第二管之间限定出第二换热腔，且同一个所述蓄热器的多个所述第一换热腔及多个所述第二换热腔并联连接于所述蓄热装置的换热流路，且至少部分所述蓄热器的所述第一换热腔及所述第二换热腔可选择性地与所述换热流路连通，所述压缩机与所述换热流路相连，所述储气装置的进口和出口分别连接于所述换热流路的两端，多级所述膨胀机串联连接于所述换热流路；

所述设计方法包括：

基于所述膨胀机的工作参数、换热介质的物理参数、所述第一换热腔的尺寸，确定每个所述蓄热器包含的所述子蓄热器的个数N；

基于相邻的两级所述膨胀机中前级膨胀机的出口与后级膨胀机的进口温差、所述换热介质的物理参数、所述蓄热介质的物理参数、所述蓄热器的工作时间、所述子蓄热器的个数N、所述第一管的外径、所述子蓄热器的长度，确定所述蓄热腔的厚度δ_middle；

基于所述第一换热腔的尺寸、所述蓄热腔的厚度δ_middle，确定所述第二管的外径和确定所述第二换热腔的外径。

2.根据权利要求1所述的压缩空气储能蓄热系统的设计方法，其特征在于，所述基于所述膨胀机的工作参数、换热介质的物理参数、所述第一换热腔的尺寸，确定每个所述蓄热器包含的所述子蓄热器的个数N，包括：

应用公式

A_in＝πr₁²，A_out＝A_in，

确定每个所述蓄热器包含的所述子蓄热器的个数N，其中q_{m_e}为膨胀机的质量流量，ρ_h为热换热介质密度，v为释能时换热介质的流动速度，A_in为所述第一换热腔的横截面积，A_out为所述第二换热腔的横截面积，r₁为所述第一换热腔的半径。

3.根据权利要求1所述的压缩空气储能蓄热系统的设计方法，其特征在于，所述基于相邻的两级所述膨胀机中前级膨胀机的出口与后级膨胀机的进口温差、所述换热介质的物理参数、所述蓄热介质的物理参数、所述蓄热器的工作时间、所述子蓄热器的个数N、所述第一管的外径、所述子蓄热器的长度，确定所述蓄热腔的厚度δ_middle，包括：

基于相邻的两级所述膨胀机中前级膨胀机的出口与后级膨胀机的进口温差、所述换热介质的物理参数、所述蓄热介质的物理参数、所述蓄热器的工作时间，确定所述蓄热器的所述蓄热介质的体积V_salt；

基于所述蓄热介质的体积V_salt、所述子蓄热器的个数N、所述第一管的外径、所述子蓄热器的长度，确定所述蓄热腔的厚度δ_middle。

4.根据权利要求3所述的压缩空气储能蓄热系统的设计方法，其特征在于，所述基于相邻的两级所述膨胀机中前级膨胀机的出口与后级膨胀机的进口温差、所述换热介质的物理参数、所述蓄热介质的物理参数、所述蓄热器的工作时间，确定所述蓄热器的所述蓄热介质的体积V_salt，包括：

应用公式

确定所述蓄热介质的体积V_salt，其中q_{m_e}为膨胀机的质量流量，C_p为换热介质的定压比热容，T_c^out为所述前级膨胀机的出口温度，T_cⁱⁿ为所述后级膨胀机的进口温度，β为散热损失，t_h为每个所述蓄热器的释能时间，C_{p_salt}为所述蓄热介质的比热，ρ_salt为所述蓄热介质的密度，ΔT为所述蓄热介质的工作温度区间。