[發明專利]一種可使氣體等溫縮放的內控溫液體活塞裝置

有效

• 申請號: 201310077734.5
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103161774A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 姜彤;陳偉麗;畢經天
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F04F1/10
• 分類號: F04F1/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于液體活塞技術領域和壓縮空氣儲能領域，尤其涉及一種利用液體活塞的補熱控溫技術，具體涉及一種可使氣體等溫縮放的內控溫液體活塞裝置。

背景技術

儲能技術已被視為電網運行過程中的重要組成部分，其中壓縮空氣儲能應用較為廣泛。但壓縮空氣儲能存在一定的局限性，壓縮空氣儲能的主要缺點是通常與燃氣輪機配合，需要消耗燃氣，產生環境污染，易泄露，能量密度低，且空氣壓縮、膨脹時，溫度變化劇烈，對設備的傷害較大，造成檢修成本高。

近年來，已有研究將液體活塞應用于壓縮空氣儲能中，解決了壓縮空氣儲能所帶來的環境污染問題，但空氣壓縮/膨脹過程多為絕熱或自由膨脹過程，溫度變化劇烈，產生熱量不易保存，壓縮空氣勢能不能完全利用，儲能利用效率低。?

國內外現有的液體活塞中，每個活塞腔都由單一高壓容器組成，無蓄液單元部分設計，更無腔內溫控單元。其弊端在于氣體縮放過程多為絕熱、自由膨脹過程，使得壓縮空氣釋放能量效率低。

發明內容

本發明針對壓縮空氣儲能的壓縮過程中存在熱量損失和膨脹時低溫導致壓強下降能量損耗大的問題，提出一種可使氣體等溫縮放的內控溫液體活塞裝置。

本發明采用的技術方案為：

兩個液體活塞腔的頂部分別與高壓氣體管道和低壓氣體管道連接；兩個液體活塞腔的底部與外部水力設備連接；液體活塞腔內設置多個腔內蓄液單元。

所述外部水力設備為包括液壓活塞機構、液壓馬達在內的由液體勢能差驅動的設備，利用外部水力設備實現液體勢能與其他形式能量之間的轉換。

所述腔內蓄液單元以導熱材料構造，用于存儲液體，增大與氣體的接觸面積，促進液體和氣體的熱交換，基于液體比熱大的特點，利用穩定的液體溫度控制氣體溫度，限制溫度變化在一定范圍內。

所述腔內蓄液單元有兩種基本結構，分別為上部開放底部封閉的水槽結構以及上部主體封閉下部通過管道連接至在活塞腔底部液面以下的水包結構；在此基礎上采用噴淋式、液體循環式、濾氣式三種控溫方法進一步增強控溫效果

所述腔內蓄液單元第一種基本結構，即上部開放底部封閉的水槽結構形式為：若干個腔內蓄液單元按縱向置于液體活塞腔內，腔內蓄液單元與液體活塞腔內壁之間存在空隙，液體和氣體可以從空隙中通過，利用氣體對流方式實現溫度控制。

所述腔內蓄液單元第二種基本結構，水包結構形式為：腔內蓄液單元的上部主體以封閉的水箱或管道形式置于液體活塞腔內，腔內蓄液單元底部通過管道接至液體活塞腔底部液面以下，當液面低于腔內蓄液單元時，由于上端封閉，上部主體結構里的液體會留存，通過氣體對流方式實現對氣體的溫度控制。

為進一步提高對流效果，無論是水槽結構和水包結構形式，都可以增加散熱片等輔助設施增大導熱部分的面積，提高液體和氣體間熱交換的能力。。

所述噴淋式控溫方法為：腔內蓄液單元采用兩種基本結構的一種，其水槽結構的底部或水包結構的上部主體的底部設置水孔，當液面低于腔內蓄液單元底部后，液體會從水孔中流出形成向下噴淋的效果，增強液體和氣體的熱交換。

所述濾氣式控溫方法為：腔內蓄液單元為水槽結構，若干個腔內蓄液單元按縱向置于液體活塞腔內，腔內蓄液單元與液體活塞腔內壁之間存在空隙，在水槽結構的上方中央位置設置擋板，截斷腔內蓄液單元上方的氣道，構造局部微型液體活塞，使氣體以氣泡形式通過蓄液單元，加強氣體和液體之間的熱交換。

所述液體循環式控溫方法為：當液面低于腔內蓄液單元主體后，水包結構的腔內蓄液單元下部管道的一端或兩端接入水泵，驅動液體活塞腔底部的液體和腔內蓄液單元內的液體循環；或采用額外的管道和水泵，將液體活塞腔底部的液體送入水槽結構蓄液單元內，形成液體循環增強液體和氣體熱交換。

所述腔內蓄液單元的第一種基本結構的底部或第二種基本結構的上部主體密閉處設有閥門，閥門關閉時腔內蓄液單元具有蓄液能力，閥門打開時腔內蓄液單元內外的水混合，使腔內蓄液單元內外液體溫度一致。

所述腔內蓄液單元的構造方式及控溫方法可任意組合使用。

所述液體活塞腔采用內部液體吸放熱對氣體進行溫度控制，當長時間工作時液體溫度會超過允許的范圍。此時可以利用液體活塞腔底部液體端口排出液體，重新從其他合適液體源處獲得合適溫度的液體泵入活塞腔。

本發明的有益效益包括以下幾個方面：