[發明專利]慣性能積蓄裝置

有效

• 申請號: 201280012237.0
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN103547797A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 卡爾馬里亞·德弗里斯
• 申請（專利權）人: S4能源公司
• 主分類號: F03G3/08
• 分類號: F03G3/08;F03D9/02;F16F15/167
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 張敬強;嚴星鐵

本發明涉及一種慣性能積蓄裝置，其允許，例如，吸收與用于生產能量的單位，比如風力渦輪機，有關的能量生產和/或消耗中的波動。這種類型的裝置也可以用于恢復并且隨后以其它方式存儲或使用制動和/或減速能量。裝置也可能用于穩定轉速。

各種類型的儲能系統是已知的。一種類型基于飛輪，也就是說在能量的輸入停止后，至少一個通過輸入能量設置為旋轉的質量在慣性的作用下可以繼續旋轉。旋轉質量連接至馬達，該馬達構成在能量儲存期間輸入能量的機構，或在能量恢復期間的發電機。飛輪越重并且越能以盡可能低的摩擦快速旋轉，則越能存儲更多的能量。飛輪軸承的問題，或更普遍的是其如何樞軸安裝的問題，因此成為關鍵。

在一些類型的飛輪中，軸承通過應用電磁力部分地減輕飛輪的重量。

另一種類型在PCT申請PCT/NL2009/000248有所描述。這種慣性能積蓄裝置包括框架并且安裝有至少一個飛輪，以便其可以相對于框架繞旋轉軸線旋轉，還包括用于使飛輪的至少一個面暴露在氣體壓力下的機構，該氣體壓力通過與施加到飛輪的大致相對的面的壓力相比，產生用于至少部分地補償飛輪重量的向上的差壓力，如借助于圍繞暴露在氣體壓力下的所述飛輪的面的所謂氣流減速機構。其所指出的是，在這種裝置中不僅飛輪軸承至少部分地減輕飛輪的重量，由此增加其壽命，而且每千瓦時的成本也被大大減少。這些氣流減速機構使得在泄漏空間中在壓頭中產生差降成為可能。其通常形成于飛輪和與框架一體的表面之間。在實施方式中，這些氣流減速機構包括迷宮密封。在這種密封中，氣體流路包括一系列特殊的特征以在壓頭中產生差降(“壓頭差”)。例如，氣體通道的橫截面交替的減小和擴大。

現在，在根據所述PCT申請的裝置的實驗比例模型中顯現出高出尋常的總能量損失，并且其結果是飛輪可以傳遞能量，例如給一個或多個其他器械充電，的時間段相對變短。因此所述裝置不能以經濟可行的方式運轉。

本發明針對基于轉子的慣性能積蓄裝置的進一步的改進。

本發明的總的目的是改進這種裝置的效率。

本發明的進一步的目的是減少這種裝置的能量損失。

根據本發明，慣性能積蓄裝置包括限定了轉子室的殼體，至少一個轉子，其具有底端面和大致相對的頂端面，所述轉子安裝在所述轉子室中以便其能夠相對于所述殼體繞垂直旋轉軸線旋轉以留有間隙，其中密封設置于隔開所述轉子室的上部和所述轉子室的底部的所述間隙中，用于將在所述底部中的所述轉子的至少底端面暴露在氣體壓力下的機構，與被施加給所述上部中的大致相對的頂端面的壓力相比，所述氣體壓力產生至少部分地補償所述轉子的重量的向上的差壓力，并且所述裝置設置有用于減少所述上部中的壓力的機構。

根據本發明的慣性能積蓄裝置具有殼體，其除了所描述的必要的連接之外，通常相對于環境密封。殼體的內壁限定了轉子室。在該轉子室中安裝有轉子。轉子的輪廓由頂端面和與該頂端面相對的底端面以及端面之間的直壁限定。轉子可以繞垂直旋轉軸線旋轉。通常旋轉軸從轉子的兩個端面延伸進入合適的軸承，該軸承設置在殼體的頂部和底部中。至少在使用過程中，間隙存在于殼體的內壁與轉子的外周之間。在間隙中有密封，其位置將在下文作更詳盡的論述。該密封將轉子室的上部與下部分離。在轉子的底面包含于下部中的同時，其頂面包含于上部中。所述裝置設置有機構(以下也稱作真空機構或第二機構)，其用于減少上部中的壓力，例如100毫巴以下，比如50、10或5毫巴。還存在機構(也稱作第一機構)，其用于以相對于轉子室的上部的壓力的過壓例如100毫巴向轉子的底端面吹氣以此來抬起該轉子，從而補償該轉子的重量并因此減少軸承上的負載。由于在上部中的低壓，包含于轉子室中的氣體與轉子之間的摩擦很小。與根據PCT申請PCT/NL2009/000248的裝置相比摩擦損耗明顯減小，允許所述裝置以經濟可行的方式運轉。

有利的是，第一機構以這樣的方式設計，以便作用于轉子的底端面上的絕對氣壓小于大氣壓力，例如在100-200毫巴的范圍內。

轉子可能是直筒型。又或者其可以具有錐形，有利的是，轉子是頂面朝下安裝的去頂圓錐體，以致較大的直徑位于頂部。這種結構的效果是所述裝置具有自調節懸浮。在轉子室的底部(暫時)增加的氣體壓力將進一步的向上抬起所述轉子，但是同時在密封中的氣體通道增加，從而減少壓力差降，并且因此底面與頂面之間的壓力差減小，結果懸浮降低，總的效果是轉子懸浮幾乎沒有變化。同樣地(暫時)減少的氣流將得到補償。這使得所述轉子在使用過程中可以自動保持在恒定的懸浮層。有利的是，轉子的圓周壁與其垂直旋轉軸線之間的角度在0.25-10°的范圍內，更優選的是在3°以上，比如1°。