一種用于等溫壓縮空氣儲能的內控溫液體活塞裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于液體活塞技術領域和壓縮空氣儲能技術領域，尤其涉及一種用于等溫壓縮空氣儲能的內控溫液體活塞裝置，包括：壓力容器(25)連接低壓氣體管道(2)和高壓氣體管道(1)，底部連接液壓勢能轉換裝置(36)，腔內設置促進氣液熱交換的填料(27)或塔板(29)，腔內上方設置液體分布器(46)，控溫液體注入裝置(31)兩端分別與壓力容器上部和下部連接。該裝置有氣體儲能和釋能兩種工作方式；控溫液體注入裝置、液體分布器使控溫液體從壓力容器上部均勻流下，氣體與液體直接接觸進行快速熱交換；填料、平板的設置增加了氣液進行熱交換的接觸面積和接觸時間，提高容器內氣液熱交換效率。該裝置利用液體比熱大的特點控制氣體溫度，以實現近似的氣體等溫縮放效果。

Internal temperature liquid piston device for isothermal compressed air energy storage

The invention belongs to the technical field of liquid piston and compressed air energy storage technology field, especially relates to a temperature controlling device of liquid piston, isothermal compressed air energy storage includes a pressure vessel (25) is connected with the low pressure gas pipeline (2) and the high-pressure gas pipeline (1), the bottom is connected with the hydraulic potential energy conversion device (36). Promote the gas-liquid heat exchange cavity is provided with filler (27) or plate (29), set the liquid distributor above the cavity (46), temperature control liquid injection device (31) is connected between the upper and lower pressure vessel. The device has a gas storage and energy release work in two ways; temperature control liquid injection device, liquid distributor to make the temperature control fluid from the pressure vessel at the upper part of the uniform flow, gas and liquid fast direct contact heat exchange; filling, plate set increase the gas-liquid contact area and the contact time of the heat exchange, improve the efficiency of gas-liquid heat exchange container. The device controls the temperature of the gas by using the characteristic of the specific heat of the liquid, so as to realize the approximate isothermal scaling effect of the gas.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于液體活塞
和壓縮空氣儲能
，尤其涉及一種用于等溫壓縮空氣儲能的內控溫液體活塞裝置。
技術介紹
隨著電力系統的發展，儲能技術對電網的穩定性和經濟性起到越來越重要的作用。同時，儲能技術輔助新能源發電，能有效解決新能源波動性、間歇性、隨機性等問題，使之形成持續穩定的能量輸出。然而現有的大容量儲能技術只有抽水蓄能和壓縮空氣儲能。抽水蓄能有對地理環境要求苛刻，建設周期長等等缺點；而壓縮空氣儲能則沒有這些方面的限制。但傳統壓縮空氣儲能技術存在一定的局限性，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，易泄漏，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。雖然近年來液體活塞技術已經用于壓縮空氣儲能中來，解決了對環境污染的問題，但空氣壓縮/膨脹過程多為絕熱或者自由膨脹過程，溫度變化劇烈，產生熱量不易保存，壓縮空氣勢能利用不完全，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。
技術實現思路
針對傳統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，本專利技術提出了一種用于等溫壓縮空氣儲能的內控溫液體活塞裝置，包括：壓力容器與低壓氣體管道和高壓氣體管道相連，壓力容器底部與液壓勢能轉換裝置相連，壓力容器腔內設置有促進氣液熱交換的填料或塔板或混合采用填料和塔板，壓力容器上方設置液體分布器，控溫液體注入裝置兩端分別與壓力容器上部和下部連接。所述裝置有氣體儲能和釋能兩種工作方式：所述氣體儲能工作方式是指，壓力容器內預置低壓氣體，各個氣體管道封閉，液壓勢能轉換裝置用外部能量將液體送入該壓力容器內，對氣體進行壓縮，氣體壓縮完成后送入高壓氣體管道；所述氣體釋能工作方式是指，在釋能時，通過高壓氣體管道將高壓空氣送入壓力容器內部，氣體膨脹驅動液體通過液壓勢能轉換裝置對外做功，完成后氣體送入低壓氣體管道。所述裝置的控溫過程為：氣體壓縮儲能與膨脹釋能過程中，控溫液體注入裝置將控溫液體送入壓力容器上部，控溫液體通過液體分布器在容器內均勻分布后從容器上部流下，氣體與液體直接接觸進行熱交換；采用塔板和填料來劃分氣體和液體流經途徑，液體流經填料時在填料間形成液膜，塔板延緩氣體的流動，延長了氣體的流通路徑，同時塔板上可保留一定高度的液層，氣體通過塔板上設置的篩孔、浮閥或泡罩，穿過塔板上的液層，增大了液體與氣體的接觸面積和接觸時間，利用液體控制氣體體積變化時溫度波動，實現近似的等溫過程。所述高壓氣體管道與壓力容器有兩種連接方式：一種方式為高壓氣體管道只連接在壓力容器頂部，同時作為高壓氣體出氣口和入氣口，通過強制液體循環實現氣體溫度控制，即控溫液體注入裝置從壓力容器上方注入液體，液體分布器使液體均勻流下，氣體通過塔板、填料的作用與液體充分進行熱交換；另一種方式為高壓氣體管道分別連接壓力容器的頂部和底部，頂部為高壓出氣口，底部為高壓入氣口，氣體膨脹過程中，高壓氣體從底部高壓入氣口送入壓力容器，在氣體膨脹逐漸上升的過程中，首先與壓力容器中已有液體進行熱量交換，底部塔板一定程度上阻擋了氣體的上升，增加了氣液接觸面積和接觸時間，使氣體充分與底部液體進行熱交換，當壓力容器上部氣體積累到一定量后，再采用強制液體循環方式對液體進行控溫，同時將液體送至液壓勢能轉換裝置做功，膨脹結束后，氣體從低壓氣體管道排出。所述壓力容器采用三種控溫技術，包括：單純采用填料塔技術，單純采用板式塔技術，混合采用填料塔和板式塔技術，來增加液體和氣體的接觸面積，控制液體和氣體流動方向，促進兩者充分接觸混合，實現氣體與液體間的高速熱質交換，利用液體比熱大的特點實現氣體變化近似等溫的過程。所述填料塔技術是指容器內采用填料對容器空間進行填充，液體通過液體分布器在容器內均勻分布后從容器上部流下，流經填料時，在填料表面形成液膜，增大了氣體與液體的接觸面積，提高熱質交換效率。所述板式塔技術是指容器內設置塔板，在塔板設置篩孔或浮閥或泡罩，并且在塔板設置有溢流堰、降液管，其中溢流堰使塔板能保持一定厚度的液層；氣體在氣壓差的作用下穿過篩孔與液層充分進行熱量交換，或氣體通過齒縫進入液層，被泡罩或浮閥分散成許多細小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質提供大量的界面；液體通過塔板橫向流動，氣體通過篩孔或齒縫縱向流動，氣體和液體通過不同的路徑流動，增加了接觸面積和接觸時間，從而實現快速熱質交換。所述混合采用填料塔和板式塔技術是指在壓力容器上部填充填料，下部設置塔板；氣體壓縮膨脹時集中在壓力容器上部，控溫液體在填料中形成液膜，促進氣液進行充分熱交換；壓力容器下部塔板的一定程度上減緩了氣體的流動，使氣體流動的距離變長，提高了換熱效率。所述控溫液體注入裝置一端直接連入液體分布器，另一端連接壓力容器下部的液體或合適壓強的液體源，液體從壓力容器上部送入，通過液體分布器均勻流下，在儲能、釋能過程中為氣體控溫，以實現近似的等溫變化過程，包括以下兩種實現方式：利用水泵或者液壓活塞實現壓力容器內部液體自循環，克服容器內液面到容器上部的高度差所導致的液體壓強差做功，將下部液體抽至上部，對氣體溫度進行控制；利用水泵或者液壓活塞通過外部能量做功將外部合適的水源抽入壓力容器上部；所述控溫液體注入裝置也可省去，直接采用液壓勢能轉換裝置通過外部能量做功直接將外部低壓液體抽入壓力容器上部。所述液壓勢能轉換裝置包括水力設備，水力設備連接外部水源，水力設備可以為液壓活塞機構、各種抽蓄發電機組、水泵水輪發電機組或液壓馬達，液壓活塞機構包括液壓活塞組及其控制運行的液壓控制機構，液壓控制機構包括直線電機、曲柄電機、電動液壓伺服機構。所述液體分布器的上方增設附加控溫裝置，可在液體分布器上方增設噴頭對上方氣體噴淋液體以控制溫度，或增設管道，管道一端靠近容器頂部，另一端位于液體分布器的下方，液體在液體分布器上方形成一定高度的液層，以減少液體分布器上方的氣體體積，氣體則通過增設的管道送出到高壓出氣口和低壓出氣口。所述裝置在壓力容器下部設置內部蓄氣單元或在壓力容器外部設置蓄氣緩沖裝置；膨脹前氣體應預先送入蓄氣單元或蓄氣緩沖裝置，當采用蓄氣單元時，氣體體積增大，從蓄氣單元溢出，實現熱質交換；當采用蓄氣緩沖裝置時，膨脹前應打開連接壓力容器的管道的閥門，氣體注入壓力容器，同時液體驅動液壓釋能轉換單元進行做功，做功的同時在壓力容器內實現氣體與液體的快速熱質交換。所述壓力容器采用成對或多個壓力容器成組運行來提高效率，即兩個壓力容器的頂部分別與高壓氣體管道和低壓氣體管道相連，兩個壓力容器的底部與高壓氣體管道相連，兩個壓力容器之間通過液壓勢能轉換裝置連接；初始時刻，兩個壓力容器中必有一個壓力容器內充滿液體，另外一個壓力容器內只有少量液體。本專利技術的有益效益包括以下幾個方面：(1)本專利技術對傳統壓縮空氣儲能技術進行改造，以液體為介質對空氣進行壓縮和釋放，減少了損耗。同時利用液體比熱容大的特點，穩定氣體溫度變化，提高了壓縮空氣中能量的利用效率。穩定氣體溫度變化解決了氣體縮放時劇烈溫度變化對設備的損壞和危害，同時也降低了對儲能設備硬件要求本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于等溫壓縮空氣儲能的內控溫液體活塞裝置，包括：壓力容器與低壓氣體管道和高壓氣體管道相連，壓力容器底部與液壓勢能轉換裝置相連，壓力容器腔內設置有促進氣液熱交換的填料或塔板或混合采用填料和塔板，壓力容器上方設置液體分布器，控溫液體注入裝置兩端分別與壓力容器上部和下部連接；所述裝置有氣體儲能和釋能兩種工作方式：所述氣體儲能工作方式是指，壓力容器內預置低壓氣體，各個氣體管道封閉，液壓勢能轉換裝置用外部能量將液體送入該壓力容器內，對氣體進行壓縮，氣體壓縮完成后送入高壓氣體管道；所述氣體釋能工作方式是指，在釋能時，通過高壓氣體管道將高壓空氣送入壓力容器內部，氣體膨脹驅動液體通過液壓勢能轉換裝置對外做功，完成后氣體送入低壓氣體管道。

【技術特征摘要】
1.一種用于等溫壓縮空氣儲能的內控溫液體活塞裝置，包括：壓力容器與低壓氣體管道和高壓氣體管道相連，壓力容器底部與液壓勢能轉換裝置相連，壓力容器腔內設置有促進氣液熱交換的填料或塔板或混合采用填料和塔板，壓力容器上方設置液體分布器，控溫液體注入裝置兩端分別與壓力容器上部和下部連接；所述裝置有氣體儲能和釋能兩種工作方式：所述氣體儲能工作方式是指，壓力容器內預置低壓氣體，各個氣體管道封閉，液壓勢能轉換裝置用外部能量將液體送入該壓力容器內，對氣體進行壓縮，氣體壓縮完成后送入高壓氣體管道；所述氣體釋能工作方式是指，在釋能時，通過高壓氣體管道將高壓空氣送入壓力容器內部，氣體膨脹驅動液體通過液壓勢能轉換裝置對外做功，完成后氣體送入低壓氣體管道。2.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述裝置的控溫過程為：氣體壓縮儲能與膨脹釋能過程中，控溫液體注入裝置將控溫液體送入壓力容器上部，控溫液體通過液體分布器在容器內均勻分布后從容器上部流下，氣體與液體直接接觸進行熱交換；采用塔板和填料來劃分氣體和液體流經途徑，液體流經填料時在填料間形成液膜，塔板延緩氣體的流動，延長了氣體的流通路徑，同時塔板上可保留一定高度的液層，氣體通過塔板上設置的篩孔、浮閥或泡罩，穿過塔板上的液層，增大了液體與氣體的接觸面積和接觸時間，利用液體控制氣體體積變化時溫度波動，實現近似的等溫過程。3.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述高壓氣體管道與壓力容器有兩種連接方式：一種方式為高壓氣體管道只連接在壓力容器頂部，同時作為高壓氣體出氣口和入氣口，通過強制液體循環實現氣體溫度控制，即控溫液體注入裝置從壓力容器上方注入液體，液體分布器使液體均勻流下，氣體通過塔板、填料的作用與液體充分進行熱交換；另一種方式為高壓氣體管道分別連接壓力容器的頂部和底部，頂部為高壓出氣口，底部為高壓入氣口，氣體膨脹過程中，高壓氣體從底部高壓入氣口送入壓力容器，在氣體膨脹逐漸上升的過程中，首先與壓力容器中已有液體進行熱量交換，底部塔板一定程度上阻擋了氣體的上升，增加了氣液接觸面積和接觸時間，使氣體充分與底部液體進行熱交換，當壓力容器上部氣體積累到一定量后，再采用強制液體循環方式對液體進行控溫，同時將液體送至液壓勢能轉換裝置做功，膨脹結束后，氣體從低壓氣體管道排出。4.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，所述壓力容器采用三種控溫技術，包括：單純采用填料塔技術，單純采用板式塔技術，混合采用填料塔和板式塔技術，來增加液體和氣體的接觸面積，控制液體和氣體流動方向，促進兩者充分接觸混合，實現氣體與液體間的高速熱質交換，利用液體比熱大的特點實現氣體變化近似等溫的過程。5.根據權利要求4所述裝置，其特征在于，所述填料塔技術是指容器內采用填料對容器空間進行填充，液體通過液體分布器在容器內均勻分布后從容器上部流下，流經填料時，在填料表面形成液膜，增大了氣體與液體的接觸面積，提高熱質交換效率。6.根據權利要求4所述裝置，其特征在于，所述板式塔技術是指容器內設置塔板，在塔板設置篩孔或浮閥或泡罩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜彤，鄭祥常，陳紫薇，傅昊，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11