一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于液体活塞技术领域和压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置，包括：压力容器(25)连接低压气体管道(2)和高压气体管道(1)，底部连接液压势能转换装置(36)，腔内设置促进气液热交换的填料(27)或塔板(29)，腔内上方设置液体分布器(46)，控温液体注入装置(31)两端分别与压力容器上部和下部连接。该装置有气体储能和释能两种工作方式；控温液体注入装置、液体分布器使控温液体从压力容器上部均匀流下，气体与液体直接接触进行快速热交换；填料、平板的设置增加了气液进行热交换的接触面积和接触时间，提高容器内气液热交换效率。该装置利用液体比热大的特点控制气体温度，以实现近似的气体等温缩放效果。

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.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液体活塞
和压缩空气储能
，尤其涉及一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置。
技术介绍
随着电力系统的发展，储能技术对电网的稳定性和经济性起到越来越重要的作用。同时，储能技术辅助新能源发电，能有效解决新能源波动性、间歇性、随机性等问题，使之形成持续稳定的能量输出。然而现有的大容量储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能。抽水蓄能有对地理环境要求苛刻，建设周期长等等缺点；而压缩空气储能则没有这些方面的限制。但传统压缩空气储能技术存在一定的局限性，主要缺点是通常与燃气轮机配合，需要消耗燃气，产生环境污染，易泄漏，能量密度低，且空气压缩、膨胀时，温度变化剧烈，对设备的伤害较大，造成检修成本高。虽然近年来液体活塞技术已经用于压缩空气储能中来，解决了对环境污染的问题，但空气压缩/膨胀过程多为绝热或者自由膨胀过程，温度变化剧烈，产生热量不易保存，压缩空气势能利用不完全，储能利用效率低。国内外现有的液体活塞中，每个活塞腔都由单一高压容器组成，无蓄液单元部分设计，更无腔内温控单元。其弊端在于气体缩放过程多为绝热、自由膨胀过程，使得压缩空气释放能量效率低。
技术实现思路
针对传统压缩空气储能的压缩过程中存在热量损失和膨胀时低温导致压强下降能量损耗大的问题，本专利技术提出了一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置，包括：压力容器与低压气体管道和高压气体管道相连，压力容器底部与液压势能转换装置相连，压力容器腔内设置有促进气液热交换的填料或塔板或混合采用填料和塔板，压力容器上方设置液体分布器，控温液体注入装置两端分别与压力容器上部和下部连接。所述装置有气体储能和释能两种工作方式：所述气体储能工作方式是指，压力容器内预置低压气体，各个气体管道封闭，液压势能转换装置用外部能量将液体送入该压力容器内，对气体进行压缩，气体压缩完成后送入高压气体管道；所述气体释能工作方式是指，在释能时，通过高压气体管道将高压空气送入压力容器内部，气体膨胀驱动液体通过液压势能转换装置对外做功，完成后气体送入低压气体管道。所述装置的控温过程为：气体压缩储能与膨胀释能过程中，控温液体注入装置将控温液体送入压力容器上部，控温液体通过液体分布器在容器内均匀分布后从容器上部流下，气体与液体直接接触进行热交换；采用塔板和填料来划分气体和液体流经途径，液体流经填料时在填料间形成液膜，塔板延缓气体的流动，延长了气体的流通路径，同时塔板上可保留一定高度的液层，气体通过塔板上设置的筛孔、浮阀或泡罩，穿过塔板上的液层，增大了液体与气体的接触面积和接触时间，利用液体控制气体体积变化时温度波动，实现近似的等温过程。所述高压气体管道与压力容器有两种连接方式：一种方式为高压气体管道只连接在压力容器顶部，同时作为高压气体出气口和入气口，通过强制液体循环实现气体温度控制，即控温液体注入装置从压力容器上方注入液体，液体分布器使液体均匀流下，气体通过塔板、填料的作用与液体充分进行热交换；另一种方式为高压气体管道分别连接压力容器的顶部和底部，顶部为高压出气口，底部为高压入气口，气体膨胀过程中，高压气体从底部高压入气口送入压力容器，在气体膨胀逐渐上升的过程中，首先与压力容器中已有液体进行热量交换，底部塔板一定程度上阻挡了气体的上升，增加了气液接触面积和接触时间，使气体充分与底部液体进行热交换，当压力容器上部气体积累到一定量后，再采用强制液体循环方式对液体进行控温，同时将液体送至液压势能转换装置做功，膨胀结束后，气体从低压气体管道排出。所述压力容器采用三种控温技术，包括：单纯采用填料塔技术，单纯采用板式塔技术，混合采用填料塔和板式塔技术，来增加液体和气体的接触面积，控制液体和气体流动方向，促进两者充分接触混合，实现气体与液体间的高速热质交换，利用液体比热大的特点实现气体变化近似等温的过程。所述填料塔技术是指容器内采用填料对容器空间进行填充，液体通过液体分布器在容器内均匀分布后从容器上部流下，流经填料时，在填料表面形成液膜，增大了气体与液体的接触面积，提高热质交换效率。所述板式塔技术是指容器内设置塔板，在塔板设置筛孔或浮阀或泡罩，并且在塔板设置有溢流堰、降液管，其中溢流堰使塔板能保持一定厚度的液层；气体在气压差的作用下穿过筛孔与液层充分进行热量交换，或气体通过齿缝进入液层，被泡罩或浮阀分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面；液体通过塔板横向流动，气体通过筛孔或齿缝纵向流动，气体和液体通过不同的路径流动，增加了接触面积和接触时间，从而实现快速热质交换。所述混合采用填料塔和板式塔技术是指在压力容器上部填充填料，下部设置塔板；气体压缩膨胀时集中在压力容器上部，控温液体在填料中形成液膜，促进气液进行充分热交换；压力容器下部塔板的一定程度上减缓了气体的流动，使气体流动的距离变长，提高了换热效率。所述控温液体注入装置一端直接连入液体分布器，另一端连接压力容器下部的液体或合适压强的液体源，液体从压力容器上部送入，通过液体分布器均匀流下，在储能、释能过程中为气体控温，以实现近似的等温变化过程，包括以下两种实现方式：利用水泵或者液压活塞实现压力容器内部液体自循环，克服容器内液面到容器上部的高度差所导致的液体压强差做功，将下部液体抽至上部，对气体温度进行控制；利用水泵或者液压活塞通过外部能量做功将外部合适的水源抽入压力容器上部；所述控温液体注入装置也可省去，直接采用液压势能转换装置通过外部能量做功直接将外部低压液体抽入压力容器上部。所述液压势能转换装置包括水力设备，水力设备连接外部水源，水力设备可以为液压活塞机构、各种抽蓄发电机组、水泵水轮发电机组或液压马达，液压活塞机构包括液压活塞组及其控制运行的液压控制机构，液压控制机构包括直线电机、曲柄电机、电动液压伺服机构。所述液体分布器的上方增设附加控温装置，可在液体分布器上方增设喷头对上方气体喷淋液体以控制温度，或增设管道，管道一端靠近容器顶部，另一端位于液体分布器的下方，液体在液体分布器上方形成一定高度的液层，以减少液体分布器上方的气体体积，气体则通过增设的管道送出到高压出气口和低压出气口。所述装置在压力容器下部设置内部蓄气单元或在压力容器外部设置蓄气缓冲装置；膨胀前气体应预先送入蓄气单元或蓄气缓冲装置，当采用蓄气单元时，气体体积增大，从蓄气单元溢出，实现热质交换；当采用蓄气缓冲装置时，膨胀前应打开连接压力容器的管道的阀门，气体注入压力容器，同时液体驱动液压释能转换单元进行做功，做功的同时在压力容器内实现气体与液体的快速热质交换。所述压力容器采用成对或多个压力容器成组运行来提高效率，即两个压力容器的顶部分别与高压气体管道和低压气体管道相连，两个压力容器的底部与高压气体管道相连，两个压力容器之间通过液压势能转换装置连接；初始时刻，两个压力容器中必有一个压力容器内充满液体，另外一个压力容器内只有少量液体。本专利技术的有益效益包括以下几个方面：(1)本专利技术对传统压缩空气储能技术进行改造，以液体为介质对空气进行压缩和释放，减少了损耗。同时利用液体比热容大的特点，稳定气体温度变化，提高了压缩空气中能量的利用效率。稳定气体温度变化解决了气体缩放时剧烈温度变化对设备的损坏和危害，同时也降低了对储能设备硬件要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置，包括：压力容器与低压气体管道和高压气体管道相连，压力容器底部与液压势能转换装置相连，压力容器腔内设置有促进气液热交换的填料或塔板或混合采用填料和塔板，压力容器上方设置液体分布器，控温液体注入装置两端分别与压力容器上部和下部连接；所述装置有气体储能和释能两种工作方式：所述气体储能工作方式是指，压力容器内预置低压气体，各个气体管道封闭，液压势能转换装置用外部能量将液体送入该压力容器内，对气体进行压缩，气体压缩完成后送入高压气体管道；所述气体释能工作方式是指，在释能时，通过高压气体管道将高压空气送入压力容器内部，气体膨胀驱动液体通过液压势能转换装置对外做功，完成后气体送入低压气体管道。

【技术特征摘要】
1.一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置，包括：压力容器与低压气体管道和高压气体管道相连，压力容器底部与液压势能转换装置相连，压力容器腔内设置有促进气液热交换的填料或塔板或混合采用填料和塔板，压力容器上方设置液体分布器，控温液体注入装置两端分别与压力容器上部和下部连接；所述装置有气体储能和释能两种工作方式：所述气体储能工作方式是指，压力容器内预置低压气体，各个气体管道封闭，液压势能转换装置用外部能量将液体送入该压力容器内，对气体进行压缩，气体压缩完成后送入高压气体管道；所述气体释能工作方式是指，在释能时，通过高压气体管道将高压空气送入压力容器内部，气体膨胀驱动液体通过液压势能转换装置对外做功，完成后气体送入低压气体管道。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置的控温过程为：气体压缩储能与膨胀释能过程中，控温液体注入装置将控温液体送入压力容器上部，控温液体通过液体分布器在容器内均匀分布后从容器上部流下，气体与液体直接接触进行热交换；采用塔板和填料来划分气体和液体流经途径，液体流经填料时在填料间形成液膜，塔板延缓气体的流动，延长了气体的流通路径，同时塔板上可保留一定高度的液层，气体通过塔板上设置的筛孔、浮阀或泡罩，穿过塔板上的液层，增大了液体与气体的接触面积和接触时间，利用液体控制气体体积变化时温度波动，实现近似的等温过程。3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述高压气体管道与压力容器有两种连接方式：一种方式为高压气体管道只连接在压力容器顶部，同时作为高压气体出气口和入气口，通过强制液体循环实现气体温度控制，即控温液体注入装置从压力容器上方注入液体，液体分布器使液体均匀流下，气体通过塔板、填料的作用与液体充分进行热交换；另一种方式为高压气体管道分别连接压力容器的顶部和底部，顶部为高压出气口，底部为高压入气口，气体膨胀过程中，高压气体从底部高压入气口送入压力容器，在气体膨胀逐渐上升的过程中，首先与压力容器中已有液体进行热量交换，底部塔板一定程度上阻挡了气体的上升，增加了气液接触面积和接触时间，使气体充分与底部液体进行热交换，当压力容器上部气体积累到一定量后，再采用强制液体循环方式对液体进行控温，同时将液体送至液压势能转换装置做功，膨胀结束后，气体从低压气体管道排出。4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述压力容器采用三种控温技术，包括：单纯采用填料塔技术，单纯采用板式塔技术，混合采用填料塔和板式塔技术，来增加液体和气体的接触面积，控制液体和气体流动方向，促进两者充分接触混合，实现气体与液体间的高速热质交换，利用液体比热大的特点实现气体变化近似等温的过程。5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述填料塔技术是指容器内采用填料对容器空间进行填充，液体通过液体分布器在容器内均匀分布后从容器上部流下，流经填料时，在填料表面形成液膜，增大了气体与液体的接触面积，提高热质交换效率。6.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述板式塔技术是指容器内设置塔板，在塔板设置筛孔或浮阀或泡罩...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，郑祥常，陈紫薇，傅昊，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11