工程熱物理所小型膨脹機研究取得新進展

　　壓縮空氣儲能系統因具有使用壽命長、儲能效率較高、經濟性能好、維護成本低、環境友好等特點，是目前儲能技術的研發熱點。其中小型壓縮空氣儲能系統因其具有應用靈活、便捷等優點，被廣泛用于分布式能源系統、備用電源、汽車動力或者低溫制冷系統。

　　空氣膨脹機作為小型壓縮空氣儲能系統的關鍵部件，其性能對整個儲能系統具有重要影響。近年來，國內外研究人員開展了多種壓縮空氣膨脹機的研究，包括葉片式、旋轉式、三角轉子、往復活塞式等各種形式，其中活塞式空氣膨脹機與常見的活塞式內燃機工作相似，可以通過改造內燃機氣缸得到，方便生產，因此得到廣泛的關注與研究，但活塞式膨脹機存在效率低、進氣泄露等問題。

　　近期，中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心科研人員研發了一種多級單閥結構的活塞式膨脹機（圖1），該膨脹機的最高工作壓力為7MPa，每級氣缸的進氣閥位于氣缸頂部，排氣孔位于活塞下止點位置，在一個工作循環中包括進氣、膨脹、排氣及壓縮過程。相對于雙閥結構，單閥結構的活塞式膨脹機具有結構簡單、進氣密封性好等優點。

　　研究人員對該單閥結構的活塞式膨脹機內部流場結構和氣動性能進行了試驗和數值模擬研究。數值計算結果顯示該膨脹機在500rpm時，氣體流量為112kg/h，氣動效率為78%。同時分析得到了氣缸內壓力損失系數隨曲軸轉角的變化曲線，在進氣階段壓力損失迅速上升，存在壓力損失最大值；在排氣初始階段也存在一個局部壓力損失尖峰，在局部形成較大的壓力損失；壓縮過程的壓力損失較小，且小于膨脹過程的壓力損失。初步試驗結果與數值模擬結果吻合度較高，數據具有較高的可靠性。相關研究成果已發表在國際雜志Journal of Energy Institute上。

多級活塞式膨脹機實驗臺