用于在压缩和/或膨胀系统中改进热传递的装置制造方法及图纸

一种压缩和膨胀系统包括在其中具有可变容积的工作腔的压力容器。压力容器具有管道，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出。该系统进一步包括热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种。压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从压缩流体传递到热传递元件，并进一步可操作用于使被引入到工作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求在2012年1月25日提交的、申请号为61/590,383、标题为“用于在压缩和/或膨胀装置中优化热传递的变量分离热传递装置(Variable Separation Heat Transfer Device for Optimizing Heat Transfer Within a Compression and/or Expansion Device)”的临时专利申请，以及在2012年1月25日提交的、申请号为61/590,402、标题为“设计用于在压缩和/或膨胀装置中改进热传递的丝网状散热片(Wire Mesh Fin Design for Improved Heat Transfer Within a Compression and/or Expansion Device)”的临时专利申请的优先权，二者的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术通常涉及用于气体例如空气等的压缩和/或膨胀的系统、装置和方法，特别地涉及用于在气体的压缩和/或膨胀期间优化热传递的系统、装置和方法。
技术介绍
例如，在压缩空气能量存储系统中，可以使用一些已知的用于压缩和/或膨胀气体例如空气和/或用于加压和/或泵送液体例如水的装置、方法和系统。在一些压缩空气的装置和系统中，液压致动器能够用于移动或压缩压力容器内的空气。例如，致动器能够移动压力容器内的液体，以使液体压缩压力容器内的空气。用于压缩和/或膨胀气体和/或用于加压和/或泵送液体的这种已知的装置和系统能够例如在压缩或膨胀过程期间改变气体温度。例如，压缩气体能够将热能从其潜在形式转换成可测量形式，由此提高气体的温度。各种热传递机构能够用于在压缩过程期间从被压缩的气体中移除热量。在一些已知的装置和系统中，在压力容器内被压缩的气体中的热能也可以传递给用于压缩气体的液体。对于已知的热传递装置存在许多技术和商业上的挑战，并且改变热传递装置的材料和结构通常会导致在热效率、压降损失、制造成本和难度、部件数量、结构完整性、压缩缸/膨胀缸的所需尺寸以及能量存储密度(即压缩排气温度)等方面的折衷。例如，基于金属挤压的热电容可以由单独地装配在一起并机械加工成容纳支撑结构的数百个部件构成。这种电容可以具有高电容体积分数(即，由电容材料占据的气缸容积的分比)，但挤压制造过程限制了热电容元件的尺寸和薄度(thinness)。平板聚合物热电容也受到类似缺点的影响。因此，需要改进和/或优化热传递元件以及用于在压缩和/或膨胀过程期间在用于压缩和/或膨胀气体的这种装置和系统内的气体和液体之间传递热的方法。
技术实现思路
在压缩空气储能(中的压缩器/膨胀器装置的结构对于系统有效期内的技术和经济性能至关重要。这种装置和系统用于压缩和/或膨胀气体例如空气，在热力学过程期间释放和/或吸收热量。压缩器/膨胀器可以包括具有热电容以用于在气体被压缩/膨胀时向和/或从气体传递热量的一个或多个气缸。因为系统的热力循环会影响CAES系统的往返AC-AC效率、电力以及储能密度，所以需要改进和优化热电容子系统。由此，本专利技术聚焦于用于改进压缩/膨胀系统的总体性能和成本的热传递装置的设计和构造。因此，本文介绍了用于在用于压缩和/或膨胀气体例如空气的装置或系统内优化热传递的系统、方法和装置。在一些实施例中，压缩空气装置和/或系统可以包括致动器，例如能够用于在压力容器中压缩气体的液压致动器。致动器可以被致动以将液体移动到压力容器中，以使液体压缩气缸或压力容器内的气体。在这种压缩器/膨胀器的装置或系统中，在压缩和/或膨胀过程期间，热量能够传递给用于压缩空气的液体。压缩器和/或膨胀器的处理可以包括能够用于在压缩和/或膨胀过程期间在气体和液体之间传递热能的热传递元件。热传递元件可以定位在压缩器和/或膨胀器装置的气压缸的内部中以增加气压缸内的直接或间接接触气体的表面积，由此改善热传递。在一个方面，一种压缩和膨胀系统包括在其中具有可变容积的工作腔的压力容器。压力容器具有管道，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出。该系统进一步包括热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种。压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从压缩流体传递到热传递元件，并进一步可操作用于使被引入到工作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。在一个实施例中，流体从包括液体、气体、蒸汽、悬浮液、气雾剂及其组合的组中选择。在另一实施例中，热传递元件基本是圆柱形。在进一步的实施例中，热传递元件的外径基本类似于工作腔的直径。在一种实施方式中，热传递元件的竖直轴线平行于工作腔的竖直轴线。在另一实施例中，热传递元件包括多层。至少有一层可以包括丝网。在一个实施例中，热传递元件包括被设置用于在热传递元件的相邻层之间保持间隔的间隔元件。在另一实施方式中，间隔元件被配置用于从流体和热传递元件层中的至少一方吸收热能。在另一实施例中，热传递元件层包括从内径到外径的螺旋件。可以包括在内径和外径之间限定路径的散热片。散热片可以限定蛇形路径，并且可以包括金属板。螺旋件也可以包括金属板。在进一步的实施例中，热传递元件包括内环和外环中的至少一种。在一些实施方式中，热传递元件的密度在其中立体地变化。密度可以沿热传递元件的竖直轴线变化。在另一实施例中，热传递元件可操作用于将从压缩流体接收的热能传递到工作腔的外部。在进一步的实施例中，压力容器可操作用于促使从压缩流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递到工作腔内的第二流体。在一个实施例中，压力容器进一步可操作用于促使从工作腔内的第二流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递到膨胀流体。在另一实施例中，压力容器进一步可操作用于促使排出工作腔中的至少一部分第二流体，从而移除从热传递元件传递到第二流体的至少一部分热能。在另一方面，一种在压缩和膨胀系统中优化热传递的方法，所述方法包括将第一数量的流体引入到该系统的压力容器的可变容积的工作腔内。压力容器包括管道，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出。压力容器进一步包括热传递元件，所述热传递元件设置在工作腔内并具有一层以及散热片和间隔元件中的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩和膨胀系统，包括：在其中具有可变容积的工作腔并且具有管道的压力容器，通过该管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出；以及设置在工作腔内的热传递元件，所述热传递元件包括热传递元件层以及散热片和间隔元件中的至少一种，压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从压缩流体传递到热传递元件，并且压力容器可操作用于使被引入到工作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.25 US 61/590,383;2012.01.25 US 61/590,4021.一种压缩和膨胀系统，包括：
在其中具有可变容积的工作腔并且具有管道的压力容器，通过该
管道能够将至少一种流体引入工作腔以及从工作腔中排出；以及
设置在工作腔内的热传递元件，所述热传递元件包括热传递元件
层以及散热片和间隔元件中的至少一种，
压力容器可操作用于压缩被引入到工作腔内的流体，以使热能从
压缩流体传递到热传递元件，并且压力容器可操作用于使被引入到工
作腔内的流体膨胀，以使热能从热传递元件传递到膨胀流体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体从包括液体、气
体、蒸汽、悬浮液、气雾剂及其组合的组中选择。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件基本是圆
柱形的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的外径基
本类似于工作腔的直径。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的竖直轴
线平行于工作腔的竖直轴线。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件包括多层。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，至少有一层包括丝网。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件包括被设
置用于在热传递元件的相邻层之间保持间隔的多个间隔元件。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述间隔元件被配置用于
从流体和热传递元件层中的至少一方吸收热能。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，热传递元件层包括从内
径到外径的螺旋件。
11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括在内径和外径之间
限定路径的散热片。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热片限定蛇形路
径。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热片包括金属板。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述螺旋件包括金属板。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件进一步
包括内环和外环中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的密度
在其中立体地变化。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件的密度
沿其竖直轴线变化。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热传递元件可操作
用于将从压缩流体接收的热能传递到工作腔的外部。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器进一步可
操作用于促使从压缩流体传递到热传递元件的热能从热传递元件传递
到工作腔内的第二流体。
20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器进一步可
操作用于促使从工作腔内的第二流体传递到热传递元件的热能从热传
递元件传递到膨胀流体。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器进一步可
操作用于促使排出工作腔中的至少一部分第二流体，从而移除从热传

【专利技术属性】
技术研发人员：E·D·英格索尔，J·R·毛努斯，
申请(专利权)人：通用压缩股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US