[發明專利]用于在壓縮和/或膨脹系統中改進熱傳遞的裝置

無效

• 申請號: 201380015975.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN104254691A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: E·D·英格索爾;J·R·毛努斯
• 申請（專利權）人: 通用壓縮股份有限公司
• 主分類號: F04B35/00
• 分類號: F04B35/00;F03D9/02;F04B39/06;F04B53/08;F02C6/16;F04F1/02;F15B1/02;F15B1/24
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳愛國

相關申請的交叉引用

本申請要求在2012年1月25日提交的、申請號為61/590,383、標題為“用于在壓縮和/或膨脹裝置中優化熱傳遞的變量分離熱傳遞裝置(Variable?Separation?Heat?Transfer?Device?for?Optimizing?Heat?Transfer?Within?a?Compression?and/or?Expansion?Device)”的臨時專利申請，以及在2012年1月25日提交的、申請號為61/590,402、標題為“設計用于在壓縮和/或膨脹裝置中改進熱傳遞的絲網狀散熱片(Wire?Mesh?Fin?Design?for?Improved?Heat?Transfer?Within?a?Compression?and/or?Expansion?Device)”的臨時專利申請的優先權，二者的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明通常涉及用于氣體例如空氣等的壓縮和/或膨脹的系統、裝置和方法，特別地涉及用于在氣體的壓縮和/或膨脹期間優化熱傳遞的系統、裝置和方法。

背景技術

例如，在壓縮空氣能量存儲系統中，可以使用一些已知的用于壓縮和/或膨脹氣體例如空氣和/或用于加壓和/或泵送液體例如水的裝置、方法和系統。在一些壓縮空氣的裝置和系統中，液壓致動器能夠用于移動或壓縮壓力容器內的空氣。例如，致動器能夠移動壓力容器內的液體，以使液體壓縮壓力容器內的空氣。

用于壓縮和/或膨脹氣體和/或用于加壓和/或泵送液體的這種已知的裝置和系統能夠例如在壓縮或膨脹過程期間改變氣體溫度。例如，壓縮氣體能夠將熱能從其潛在形式轉換成可測量形式，由此提高氣體的溫度。各種熱傳遞機構能夠用于在壓縮過程期間從被壓縮的氣體中移除熱量。在一些已知的裝置和系統中，在壓力容器內被壓縮的氣體中的熱能也可以傳遞給用于壓縮氣體的液體。

對于已知的熱傳遞裝置存在許多技術和商業上的挑戰，并且改變熱傳遞裝置的材料和結構通常會導致在熱效率、壓降損失、制造成本和難度、部件數量、結構完整性、壓縮缸/膨脹缸的所需尺寸以及能量存儲密度(即壓縮排氣溫度)等方面的折衷。例如，基于金屬擠壓的熱電容可以由單獨地裝配在一起并機械加工成容納支撐結構的數百個部件構成。這種電容可以具有高電容體積分數(即，由電容材料占據的氣缸容積的分比)，但擠壓制造過程限制了熱電容元件的尺寸和薄度(thinness)。平板聚合物熱電容也受到類似缺點的影響。

因此，需要改進和/或優化熱傳遞元件以及用于在壓縮和/或膨脹過程期間在用于壓縮和/或膨脹氣體的這種裝置和系統內的氣體和液體之間傳遞熱的方法。

發明內容

在壓縮空氣儲能(中的壓縮器/膨脹器裝置的結構對于系統有效期內的技術和經濟性能至關重要。這種裝置和系統用于壓縮和/或膨脹氣體例如空氣，在熱力學過程期間釋放和/或吸收熱量。壓縮器/膨脹器可以包括具有熱電容以用于在氣體被壓縮/膨脹時向和/或從氣體傳遞熱量的一個或多個氣缸。因為系統的熱力循環會影響CAES系統的往返AC-AC效率、電力以及儲能密度，所以需要改進和優化熱電容子系統。由此，本發明聚焦于用于改進壓縮/膨脹系統的總體性能和成本的熱傳遞裝置的設計和構造。

因此，本文介紹了用于在用于壓縮和/或膨脹氣體例如空氣的裝置或系統內優化熱傳遞的系統、方法和裝置。在一些實施例中，壓縮空氣裝置和/或系統可以包括致動器，例如能夠用于在壓力容器中壓縮氣體的液壓致動器。致動器可以被致動以將液體移動到壓力容器中，以使液體壓縮氣缸或壓力容器內的氣體。在這種壓縮器/膨脹器的裝置或系統中，在壓縮和/或膨脹過程期間，熱量能夠傳遞給用于壓縮空氣的液體。壓縮器和/或膨脹器的處理可以包括能夠用于在壓縮和/或膨脹過程期間在氣體和液體之間傳遞熱能的熱傳遞元件。熱傳遞元件可以定位在壓縮器和/或膨脹器裝置的氣壓缸的內部中以增加氣壓缸內的直接或間接接觸氣體的表面積，由此改善熱傳遞。

在一個方面，一種壓縮和膨脹系統包括在其中具有可變容積的工作腔的壓力容器。壓力容器具有管道，通過該管道能夠將至少一種流體引入工作腔以及從工作腔中排出。該系統進一步包括熱傳遞元件，所述熱傳遞元件設置在工作腔內并包括熱傳遞元件層以及散熱片和間隔元件中的至少一種。壓力容器可操作用于壓縮被引入到工作腔內的流體，以使熱能從壓縮流體傳遞到熱傳遞元件，并進一步可操作用于使被引入到工作腔內的流體膨脹，以使熱能從熱傳遞元件傳遞到膨脹流體。

在一個實施例中，流體從包括液體、氣體、蒸汽、懸浮液、氣霧劑及其組合的組中選擇。