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一种超临界co2耦合相变储能材料的供热系统
技术领域
1.本实用新型涉及物理储能技术领域，具体涉及一种超临界co2耦合相变储能材料的供热系统。


背景技术：

2.2020年，“双碳”目标下，可再生能源开发得到前所未有的重视，在高比例不稳定的可再生能源消纳压力下，多省地方政府及电网公司提出集中式“新能源+储能”配套发展政策，2021年中央首次明确了储能是碳达峰、碳中和的关键支撑技术，储能技术对新能源大规模普及的价值充分体现并成共识，“风光水火储一体化”、“源网荷储一体化”推动储能市场与“风光”发电新能源市场繁荣共进。
3.目前，储热装置大都采用熔融盐储热，熔融盐具有低蒸气压，低的粘度，具有良好的传热性能等优点。但其依然存在问题：一是由于熔融盐的不稳定性，高温容易发生热分解反应；二是熔融盐凝固点高，在低温时容易固化，容易堵塞管道，限制了使用的温度范围，并且粘性会随着温度的变化发生改变，增加了泵送功率；三是熔融盐对储存装置材料技术要较高，装置成本高。
4.市面上主要是采用镁砖固体储热，采用热风循环作为中间换热介质，但其空气和水的换热系数远远小于水水换热系数，同样换热功率，换热器体积远远大于水水换热器，造成储热系统占地面积大。
5.由于采用空气作为中间换热介质，且空气和水的换热系数远远小于水水换热系数，因此，换热效果差；同样换热功率，换热器体积远远大于水水换热器。


技术实现要素：

6.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的储能装置的换热效果差的问题，从而提供一种超临界co2耦合相变储能材料的供热系统。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种超临界co2耦合相变储能材料的供热系统，包括：co2压缩机，所述co2压缩机的出口与预热器的第一气体入口连接；超临界co2换热器，所述超临界co2换热器与所述预热器的第二气体入口连接，由所述co2压缩机流出的超临界co2与所述超临界co2换热器流出的超临界co2在所述预热器内进行换热；储热装置，与所述预热器的第一气体出口连接，所述储热装置用于加热由所述预热器流出的换热后的超临界co2，并加热至设定温度，所述设定温度的超临界co2回流至所述超临界co2换热器内；水源，与所述超临界co2换热器连接，所述设定温度的超临界co2与所述水热交换，所述水转变为蒸汽排出所述超临界co2换热器；冷却器，与所述预热器的第二气体出口连接，所述设定温度的超临界co2在所述超临界co2换热器内降温后，经所述预热器进入所述冷却器内冷却后回流至所述co2压缩机入口。
8.进一步地，还包括惰性气体储罐，所述惰性气体储罐设于所述冷却器与所述co2压缩机之间。
9.进一步地，所述惰性气体储罐与所述co2压缩机之间设有阀体。
10.进一步地，还包括压力感应装置，所述压力感应装置设于所述co2压缩机的入口处。
11.进一步地，所述储热装置内设有至少一个电加热器。
12.进一步地，所述储热装置与所述超临界co2换热器之间设有调节阀，所述调节阀用于控制所述设定温度的超临界co2的流量比例。
13.进一步地，所述水源与所述冷却器的连接管路上设有泵体。
14.进一步地，所述水源为水箱。
15.进一步地，所述水为除盐水。
16.进一步地，所述超临界co2换热器换热器采用微通道换热器或管壳式换热器。
17.本实用新型技术方案，具有如下优点：
18.本实用新型提供的超临界co2耦合相变储能材料的供热系统，包括：co2压缩机，所述co2压缩机的出口与预热器的第一气体入口连接；超临界co2换热器，所述超临界co2换热器与所述预热器的第二气体入口连接，由所述co2压缩机流出的超临界co2与所述超临界co2换热器流出的超临界co2在所述预热器内进行换热；储热装置，与所述预热器的第一气体出口连接，所述储热装置用于加热由所述预热器流出的换热后的超临界co2，并加热至设定温度，所述设定温度的超临界co2回流至所述超临界co2换热器内；水源，与所述超临界co2换热器连接，所述设定温度的超临界co2与所述水热交换，所述水转变为蒸汽排出所述超临界co2换热器；冷却器，与所述预热器的第二气体出口连接，所述设定温度的超临界co2在所述超临界co2换热器内降温后，经所述预热器进入所述冷却器内冷却后回流至所述co2压缩机入口。
19.该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统由于使用超临界co2和水进行换热，换热系数远远大于空气和水的换热系数，提高了该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统的换热效率；同时，该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统的结构简单，易实现小型化，有效的减小占地面积；且相变储热材料稳定；储热密度高：可提供500℃以上稳定热源，相变潜热高，且工作温区宽，不存在低温堵塞连接管道问题；由于该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统的工作温度高且合适，系统可以采用普通耐热钢，降低工程难度，降低工程造价。
20.该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统采用超临界co2，临界密度0.448g/m3接近于液体，大于气体2个数量级，传热效率高，做功能力强；同时，超临界co2的黏性接近于气体，较液体小于2个数量级，因此，流动性强，易于扩散，使得系统循环损耗小、临界温度和压力较低，容易达到超临界状态，便于工程应用。
21.较常用的惰性气体，超临界流体的密度大、压缩性好，系统设备结构紧凑、体积小；且具有无毒、不燃、稳定的优点，对臭氧层无破坏，廉价易得。
22.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型提供的超临界co2耦合相变储能材料的供热系统原理图。
25.附图标记说明：
26.1、co2压缩机；2、预热器；21、第一气体入口；22、第二气体入口；23、第一气体出口；24、第二气体出口；3、超临界co2换热器；4、储热装置；41、电加热器；5、水源；6、冷却器；7、惰性气体储罐；8、阀体；9、泵体；10、蒸汽。
具体实施方式
27.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
28.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
30.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以
意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
32.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
33.请参阅图1所示，本实用新型提供了一种超临界co2耦合相变储能材料的供热系统，包括：co2压缩机1，所述co2压缩机1的出口与预热器2的第一气体入口21连接；超临界co2换热器3，所述超临界co2换热器3与所述预热器2的第二气体入口22连接，由所述co2压缩机1流出的超临界co2与所述超临界co2换热器3流出的超临界co2在所述预热器2内进行换热；储热装置4，与所述预热器2的第一气体出口23连接，所述储热装置4用于加热由所述预热器2流出的换热后的超临界co2，并加热至设定温度，设定温度的超临界co2回流至所述超临界co2换热器3内；冷却器6，与所述预热器2的第二气体出口24连接，所述设定温度的超临界co2在所述超临界co2换热器3内降温后，经所述预热器2进入所述冷却器6内冷却后回流至所述co2压缩机1入口。
34.该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统储热时，开启储热装置4，对储热装置4进行加热，直至加热到设定温度(以600℃为例)；该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统放热时，开启co2压缩机1，该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统中的超临界co2泵入co2压缩机1内，co2压缩机1对超临界co2进行压缩，同时，超临界co2与预热器2连接，使得超临界co2进入预热器2。其中，预热器2中从超临界co2换热器3中流出的co2温度较高，可以用来预加热co2压缩机1流入的超临界co2，该方式可以有效地减少热损失。同时，预热器2可以降低进入冷却器6的超临界co2的温度，进一步降低系统能量损失及压缩机能耗。
35.经预热器2预热后的超临界co2进入储热装置4，控制储热装置4进行放热，超临界co2被储热装置4加热成设定温度500～600℃，然后，将设定温度的超临界co2通入超临界co2换热器3，使设定温度的超临界co2与水在超临界co2换热器3内进行热交换，从而将超临界co2换热器3中的水加热成蒸汽10，蒸汽10可用于进行后续供热使用。超临界co2经换热后温度降低。随后，降温后的超临界co2再次进入预热器2，超临界co2进一步可以作为预热器2的热源加热，加热循环中入口中的超临界co2，流经预热器2后的超临界co2温度降低后，再被冷却器6冷却，回到co2压缩机1入口，从而完成一次放热循环。
36.该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统由于使用超临界co2和水进行换热，换热系数远远大于空气和水的换热系数，提高了该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统的换热效率；同时，该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统的结构简单，易实现小型化，有效地减小占地面积；且相变储热材料稳定；储热密度高：可提供500℃以上稳定热源，相变潜热高，且工作温区宽，不存在低温堵塞连接管道问题；由于该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统的工作温度高且合适，系统可以采用普通耐热钢，降低工程难度，降低工程造价。
37.该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统采用超临界co2，临界密度0.448g/m3接近于液体，大于气体2个数量级，传热效率高，做功能力强；同时，超临界co2的黏性接近于气体，较液体小于2个数量级，因此，流动性强，易于扩散，使得系统循环损耗小、临界温度和压力较低，容易达到超临界状态，便于工程应用；较常用的惰性气体，超临界流体的密度大、压缩性好，系统设备结构紧凑、体积小；且具有无毒、不燃、稳定的优点，对臭氧层无破坏，廉价易得。
38.储热材料采用一种基于轻金属的相变储热合金复合材料，该材料由轻金属和非金属复合构成；其中，轻金属作为连续的集体，承担结构材料和封装材料的功能，以及承担导热通道的功能；非金属承担储热的功能。
39.其中，轻金属是相对密度小于5的金属，分为有色轻金属和稀有轻金属两类，有色轻金属主要有铝、镁、钙、钾等；稀有轻金属有锂、铍、铷、铯、铍等。
40.在一些可选的实施例中，该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统还包括惰性气体储罐7，所述惰性气体储罐7设于所述冷却器6与所述co2压缩机1之间。该惰性气体储罐7内设有惰性气体，用于对该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统进行补充，维持系统压力稳定。在本实施例中，该惰性气体储罐7内的气体为co2气体。
41.该惰性气体还可以为氮气、氖气、氩气、氪气等。
42.在一些可选的实施例中，该超临界co2耦合相变储能材料的供热系统还包括压力感应装置(图中未示出)，所述压力感应装置设于所述co2压缩机1的入口处。该压力感应装置在系统中，控制惰性气体储罐7中的气体流入系统中。具体地，压力感应装置为压力传感器。
43.在一些可选的实施例中，所述储热装置4内设有至少两个电加热器41。该电加热器41的设置，可以有效地对储热装置4进行加热，从而将储热装置4加热到设定温度。
44.具体地，所述储热装置4与所述超临界co2换热器3之间设有调节阀，所述调节阀(图中未示出)用于控制所述设定温度的超临界co2的流量比例，该设置方式，可有效的保证从储热装置4流出的设定温度的超临界co2的温度恒定，避免出现设定温度的超临界co2在运输的过程中出现温度的变化。
45.其中，调节阀可以为电动阀，电磁阀，也可以为手动阀，或上述三者的任意组合。如，可以电磁阀和手动阀均设置。
46.在一些可选的实施例中，所述水源5与所述冷却器6的连接管路上设有泵体9。该泵体9的设置，可以有效的控制从水源5进入冷却器6内的水量。
47.在本实施例中，所述水源5为水箱；所述水为除盐水。利用除盐水可以防止水在连接管路、冷却器6、超临界co2换热内结垢，避免结垢影响换热。
48.具体地，所述超临界co2换热器3采用微通道换热器或管壳式换热器。其中，微通道换热器为通道当量直径在10-1000μm的换热器。管壳式换热器的结构简单，且造价低，流通截面较宽，易于清洗水垢。实际使用中，可以根据实际需求自行选择。
49.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。