喷淋换热式压缩空气储能系统

　　液压气动专利讲坛（18）喷淋换热式压缩空气储能系统张国贤（上海大学上海200444）1等温压缩-等温膨胀的条件为空气压缩与膨胀的一个热力学循环过程，在绝热条件下将环境温度为15°C、初始压力0.1MPa的空气压缩到半容积（V=0.5）时，空气温度将上升到87°C.通过缸筒壁面散热，在等压条件下缸筒内空气下降到环境温度，则缸筒内压缩空气容积将下降为V=0.4，再经过绝热膨胀到V=0.77，则缸筒内压缩空气将聚冷到-51°C，通过缸筒壁面与环境的热交换而达到环境温度时，缸筒内压缩空气在等压条件下进―步膨胀到V=1.由此可见，在高压缩比时，空气压缩或膨胀过程中的换热量是很大的，有效换热是实现等温过程的关键。

　　蓄能器从某个温度上升或冷却到另一个温度，是需要经历一段时间的，该段时间便是该蓄能器的热时间常数，仅当压缩过程足够慢，亦即压缩或膨胀时间较大于蓄能器的热时间常数，才可能实现等温压缩或膨胀过程。这就是在开式蓄能器中要解决的关键问题。

　　喷淋换热式蓄能器系统专利剖析传动与控制方向教学与科研工作。

　　为喷淋换热式蓄能器系统。该系统为开式蓄能器系统，其关键装置是由液压系统320驱动的等温压缩-膨胀气-液缸302.在其缸盖上设有喷淋头334，在压缩过程时，由喷淋头334喷出的冷却水雾对压缩空气进行充分冷却；在膨胀过程时，由喷淋头334喷出的加热水雾对压缩空气进行充分升温，从而保证实现等温压缩和等温膨胀。水循环是由水泵324完成的，其泵出的水通过外置换热器322进行热交换。

　　喷淋头334喷出的水雾使单位流量的液体具有极大的表面积，可与压缩空气进行充分的热交换。如果喷淋头334喷出的是水珠或连续的水流，则其换热效果明显下降。喷淋头334喷出的是水珠还是水雾，与雷诺数Re以及奥内佐格数Oh（Ohnesorgenumber）有关。奥内佐格数Oh的表达式为：Oh=弘=we流体粘性力」惯性力X表面张力其物理意义为流体粘性力与惯性力和表面张力之积的平方根之比，Oh越大，表示其粘性力越大。直径3mm的雨滴，其Oh数约0.002.为喷淋头喷淋状态与Re及Oh的关系图。

　　由可见，增大Re或增大Oh都可以改进雾化效果，从Oh及Re的定义可知，提高流体粘度可以提第58页高Oh数，但会降低Re数，这不是一个好办法。

　　从Oh的物理意义出发，降低流体的表面张力既可以提高Oh数，又不会影响Re数，可见是行之有效的方法。对于纯水而言，Re大于10 000才能实现雾化。如果在水中添加表面活性剂，则可显著提高Oh数，从而Re只要大于7 000就可以实现雾化。

　　在保证雾化前提下，减小Re的好处是可以降低流体速度，亦即降低了泵送流体的功耗。换热流体的质量流量与换热量成正比，即有：保证总换热量所需的质量流量可以通过提高喷淋头的流速实现，但这样会增大泵功耗，所以更好的方法是采用多个喷淋头。

　　有一点需要考虑，即空气在高压下溶解于水的特（上接第54页）当应急操作四位六通控制转阀至"手关"的阀位时，操作手动泵可将B气液罐内的液压油泵入液压缸的有杆腔，拉动活塞杆缩回，驱使执行器关闭阀门，而液压缸的无杆腔的液压油回流至A气液罐。

　　"导通阀位“操作四位六通控制转阀至"导通"的阀位时，A、B气液罐导通，以使A、B两罐的液压油油位高度致。

　　5结语根据"油气管道关键设备国产化项目"中气液联动执行机构的基本技术要求和给定的研制技术参数，性，为压力对空气在水中溶解度的影响关系。由可见溶解度近似正比于压力。在压缩过程中，部分空气溶解于水中而没有存储到储气罐，换言之造成了部分能量损失。在膨胀过程中，则有溶解于水中的部分空气会析出。

　　*后尚需考虑到由于喷淋水雾导致压缩或膨胀的不再是干空气，而是湿空气，即不能再以理想气体定理的相关公式分析，而必须根据空气湿度分析压缩或膨胀的热力学过程。

　　本发明专利提出的方法可用于前二期介绍的压缩空气储能系统。

　　注：有志于该类产品二次创新开发的企业可与本刊编辑部联系。本文综合分析国内外天然气管道气液联动阀门执行机构的技术现状，通过试制、试验、验证，该产品取得了成功。