可变压力容器制造技术

本公开涉及一种可变压力容器。该容器包括液体室和气体室以及液体室与气体室之间的可移动屏障。容器具有体积、第一冲程和第二冲程。液体室和气体室各自具有响应于第一冲程和第二冲程而改变的可变体积。气体室具有外部壁，其中，外部壁的至少一部分是导热的并且允许热量通过外部壁传递。液体室与气体室之间的可移动屏障的移动使得液体室的体积和气体室的体积彼此替代。气体室的体积和液体室的体积之和大致恒定并且大致等于可变压力容器的体积。

Variable pressure vessel

The present disclosure relates to a variable pressure vessel. The container comprises a liquid chamber and a gas chamber, and a movable barrier between the liquid chamber and the gas chamber. The container has volume, first stroke and second stroke. The liquid chamber and the gas chamber each have variable volume in response to the first stroke and the second stroke. The gas chamber has an external wall, wherein at least part of the external wall is thermally conductive and allows heat to be transmitted through the external wall. The movable barrier between the liquid chamber and the gas chamber moves the volume of the liquid chamber and the volume of the gas chamber to one another. The volume of the gas chamber and the volume of the liquid chamber are approximately constant and roughly equal to the volume of the variable pressure vessel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变压力容器
本公开涉及可变压力容器并且具体地涉及可在能量存储系统中使用的可变压力容器。
技术介绍
气体的压缩在许多技术中是非常重要的过程。当压缩或缩小理想气体或接近于理想气体的体积时，除了气体压力增加之外，还会产生热量。当由于气体压缩而产生的热量通过例如与周围环境的热交换从压缩气体去除时，该过程是等温的。气体的膨胀是与压缩过程相对的过程。在膨胀期间，气体压力降低并且热量通过气体膨胀而消耗。为了实现等温条件，例如通过从周围环境到膨胀气体的传热来供应由膨胀气体消耗的热量。气体压缩/气体膨胀通常用于压缩空气能量储存系统(CAES)中的能量的储存，等温状态允许能量损失最小化，并且因此最大化整体存储效率。在实际操作中，真正的或理论上的等温压缩/等温膨胀即使不是不可能的也是困难的。为了实现真正的或理论上的等温压缩/等温膨胀，在压缩气体/膨胀气体与周围环境之间需要存在零温差。这需要无限的传热面积或无限的传热时间或两者。现实的压缩过程/膨胀过程可以在不同程度上接近理论上的等温压缩/等温膨胀。在这里，术语伪等温压缩用于描述等熵与真等温之间的压缩。在伪等温压缩中，一些热量从压缩气体去除，但是该热量比真正等温压缩时要去除的热量少。最近，PCT申请PCT/CA2013/050972和PCT/CA2015/050137中公开了用于气体的伪等温压缩和膨胀的过程和装置。现有技术参考文献示出了基于使用液体的压缩和膨胀的过程，该液体被泵入到气体/液体压缩设备中并从气体/液体膨胀设备中推出。液体起到“液体活塞”的作用。在现有技术参考文献中，液体和压缩/膨胀气体直接接触(即，存在气-液界面)。在这些公开中，热量通过以下机理中的一个或任何组合从压缩气体传递到周围环境。加热通过压缩设备的壁从压缩气体直接传递到周围环境。热量首先通过气体和液体活塞的界面从气体间接传递到液体活塞，并且然后从液体传递到周围环境。热量首先从气体间接传递到固体散热器，然后从固体散热器传递到液体，并且最后从液体传递到周围环境。此外，传热机理在膨胀期间是相同的，但是热量在相反的反向上(从周围环境朝向膨胀气体)传递。如上所述，在现有技术参考文献中，存在直接的气液接触。接触气体的液体表面的存在导致了几个问题。以下列出这些问题中的一些。气体在液体中的溶解(在气体压力增加期间)、随后发生溶解的气体从液体释放以及气体气泡的形成(在气体压力下降期间)导致压缩效率和膨胀效率中的每个的降低。当形成液体表面的波动和其他类型的移动且液体起泡时，压缩/膨胀设备的液体的一部分(形成液体活塞)与离开压缩/膨胀设备的气体一起由于(但不限于)压缩/膨胀容器中的液体的移动而损失。当液体的一部分与压缩或膨胀气体一起从压缩/延伸设备排出时，这导致压缩效率/膨胀效率的降低，并且还导致压缩/膨胀设备的液体的损失。起泡可以是以下两个主要过程的结果：气泡通过气液界面夹带在液体中；以及当由于压力下降和/或温度升高而使溶解的气体从液体中释放时形成气泡。本过程与当打开瓶子且饮料上方的压力降低时在碳酸饮料中形成气体(二氧化碳)气泡类似。因此，提供一种提供改善的传热机理的可变压力容器将是有益的。
技术实现思路
本公开涉及可变压力容器。该容器包括液体室和气体室以及液体室与气体室之间的可移动屏障。容器具有体积、第一冲程和第二冲程。液体室和气体室各自具有响应于第一冲程和第二冲程而改变的可变体积。气体室具有外部壁，其中，外部壁的至少一部分是导热的并且允许热量通过外部壁的至少一部分传递。液体室与气体室之间的可移动屏障的移动导致液体室的体积和气体室的体积彼此替代。气体室的体积和液体室的体积之和是大致恒定的并且大致等于可变压力容器的体积。可移动屏障可具有可响应于第一冲程和第二冲程而为大致恒定的表面面积。可移动屏障可为囊状件。可移动屏障可为柔性的。可移动屏障可为聚合物袋状件。气体室可由板和可移动屏障限定。板可具有高导热性。板可为金属板、金属合金板、碳复合材料板。空气室可由内部管和柔性外部囊状件限定。可移动屏障可为波纹管。波纹管可包括位于波纹管内部的波纹管元件以在波纹管完全收缩时占据波纹管的中央部分。可移动屏障可为多个囊状件。可移动屏障可为长型蛇状柔性管。压力容器可由壁限定，气体室可至少部分地由可移动屏障限定，并且液体室可为气体室与压力容器的壁之间的体积。气体室可由板和可移动屏障限定。板可为金属板、金属合金板或碳复合材料板。气体室可由内部中空圆柱形管和可移动屏障限定。可移动屏障可在内部中空圆柱形管的外部。可移动屏障可在内部中空圆柱形管的内部。内部中空圆柱形管限定内部体积，并且内部体积可与液体室流动连通并形成液体室的一部分。内部中空圆柱形管限定内部体积，并且内部体积可与可在压力容器的外部的入口和出口流动连通。内部中空圆柱形管的内部体积可填充有传热流体。内部中空圆柱形管可由金属、金属合金或碳复合材料制成。可变压力容器可为大致圆柱形的容器。压力容器可由壁限定，气体室可至少部分地由可移动屏障限定，并且气体室可为液体室与压力容器的壁之间的体积。可变压力容器可为大致圆柱形的容器，并且可移动屏障可为在其每个端部处附接到大致圆柱形的容器的大致管状的囊状件，并且气体室可由大致管状的囊状件和大致圆柱形的容器限定。液体室和气体室之间具有界面，并且能够计算界面的传热系数的值为K＝[P1V1AΔT/δtstroke)]In(p1/p2)并且在气体压缩过程中，p1是初始气体压力，p2是在压缩之后的最终气体压力，A是传热的表面，ΔT是初始温度与最终温度之间的差，tstroke是压缩冲程的时间，V1是在压缩冲程开始时的气体体积，δ是壁厚度，并且在气体膨胀的过程中，V1是在膨胀循环结束时的气体体积，p1是在气体膨胀开始时的气体压力，p2是在膨胀结束时的最终气体压力，并且界面的材料的传热系数大于或等于所计算的K。进一步的特征将在以下详细描述的过程中进行描述或将变得显而易见。附图说明现在将参考附图仅通过示例的方式对实施方式进行描述，在附图中：图1是示出气体在可变体积外壳内部的并且液体在可变体积外壳外部以及附接到泵的可变压力容器的示意图；图2是与图1中示出的可变压力容器类似的可变压力容器的示意图，但是图2示出了液体在可变体积外壳内部且气体在可变体积外壳外部；图3是与图1中示出的可变压力容器类似的可变压力容器的示意图，但是图3示出了作为波纹管的可变体积外壳；图4是与图3中示出的波纹管类似的波纹管的示意图，但是图4示出了完全挤压的波纹管以及位于波纹管的中央部分中的元件；图5是与图1中示出的可变压力容器类似的示意图，但是图5示出了以流动连接的多个可变体积外壳；图6是与图1中示出的可变压力容器类似的示意图，但是图6示出了作为长型柔性管的可变体积外壳的替代实施方式；图7是与图1中示出的可变压力容器类似的示意图，但是图7示出了作为导热板和柔性囊状件的可变体积外壳，并且示出了处于压缩冲程中的泵；图8是与图1中示出的可变压力容器类似的示意图，但是图8示出了大致完全压缩的泵；图9是与图7和图8中示出的可变压力容器类似的示意图，但是图9示出了处于膨胀冲程中的泵；图10是与图6中示出的可变压力容器类似的示意图，但是图10示出了内部中空管和外部套管，并且内部管填充有传热流体并且与可变压力容器外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可变压力容器，具有体积、第一冲程和第二冲程，所述可变压力容器包括：液体室，具有响应于所述第一冲程和所述第二冲程而改变的可变体积；气体室，具有响应于所述第一冲程和所述第二冲程而改变的可变体积，所述气体室具有外部壁，其中，所述外部壁的至少一部分是导热的并允许热量通过所述外部壁的至少一部分传递；以及可移动屏障，在所述液体室与所述气体室之间，并且其中，所述可移动屏障的移动使得所述液体室的体积和所述气体室的体积彼此替代，并且所述气体室的体积加上所述液体室的体积是大致恒定的并且大致等于所述可变压力容器的体积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.25 US 62/260,240;2016.01.03 US 62/274,350;1.可变压力容器，具有体积、第一冲程和第二冲程，所述可变压力容器包括：液体室，具有响应于所述第一冲程和所述第二冲程而改变的可变体积；气体室，具有响应于所述第一冲程和所述第二冲程而改变的可变体积，所述气体室具有外部壁，其中，所述外部壁的至少一部分是导热的并允许热量通过所述外部壁的至少一部分传递；以及可移动屏障，在所述液体室与所述气体室之间，并且其中，所述可移动屏障的移动使得所述液体室的体积和所述气体室的体积彼此替代，并且所述气体室的体积加上所述液体室的体积是大致恒定的并且大致等于所述可变压力容器的体积。2.根据权利要求1所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障具有响应于所述第一冲程和所述第二冲程而大致恒定的表面面积。3.根据权利要求1或2所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障是囊状件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障是柔性的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障是聚合物袋状件。6.根据权利要求1或2所述的可变压力容器，其中，所述气体室由板和所述可移动屏障限定。7.根据权利要求6所述的可变压力容器，其中，所述板具有高导热性。8.根据权利要求6所述的可变压力容器，其中，所述板是金属板、金属合金板或碳复合材料板。9.根据权利要求1或2所述的可变压力容器，其中，空气室由内部管和柔性外部囊状件限定。10.根据权利要求1或2所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障是波纹管。11.根据权利要求10所述的可变压力容器，还包括：波纹管元件，位于所述波纹管内部，以在所述波纹管完全收缩时占据所述波纹管的中央部分。12.根据权利要求1或2所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障是多个囊状件。13.根据权利要求1或2所述的可变压力容器，其中，所述可移动屏障是长型蛇状柔性管。14.根据权利要求1至13中任一项所述的可变压力容器，其中，所述压力容器由壁限定，所述气体室至少部分地由所述可移动屏障限定，并且所述液体室是所述气体室与所述压力容器的壁之间的体积。15.根据权利要求14所述的可变压力容器，其中，所述气体室由板和...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特·卡拉马涅夫，
申请(专利权)人：爱斯卡润特能源公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA