用于对气体进行压缩和膨胀的装置制造方法及图纸

一种用于对气体进行压缩和膨胀的装置(10)，包括室(22)；可相对于所述室(22)移动的容积式装置(24)；第一阀和第二阀(26，28)，所述阀可启动以控制气体流入或流出所述室(22)；及控制器(80)，其用于控制所述第一阀和第二阀(26，28)的启动以选择性地在压缩模式和膨胀模式之间切换操作，在所述第一模式进行操作的过程中，通过选择性地改变所述第一阀和第二阀中的至少一个的活动定时，从而可达成模式的可选择切换。包括所述装置的储能系统通过用于传动的旋转装置可操作地连接至输入/输出装置，从而在切换过程中保持旋转方向和旋转速度，并且可使得所述输入/输出装置与电网同步。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气体压缩和膨胀装置，以及操作所述装置的方法，本专利技术尤其但不限于包括此类气体压缩和膨胀装置的储能装置。
技术介绍
许多储能过程涉及工作气体的压缩机及/或膨胀机，作为技术的一部分。例如，现有的CAES (压缩空气储能)之类的储能技术及其变化技术使用压缩机和膨胀机对气体进行处理，如本申请人的在先申请WO 2009/044139中公开的新储能技术。业已开发出某些旋转机械装置以沿两个方向操作气流，尽管各方向的效率通常较低。然而，大多数的旋转机械装置通常配置为对仅沿一个方向的气流进行操作，因此，不得不设置用于进气和排气循环的独立机械装置。本申请人意识到需有改进的气体压缩和膨胀装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于对气体进行压缩和膨胀的装置，包括:用于接收气体的室；可相对于所述室移动的容积式装置；第一阀和第二阀，所述阀可启动以控制气体流入或流出所述室；及控制器，用于控制所述第一阀和第二阀的启动定时；其中，所述控制器配置为选择性地在压缩模式和膨胀模式之间切换所述容积式装置的操作模式，所述压缩模式下，通过所述容积式装置对接收入所述室中的气体进行压缩，所述膨胀模式下，通过所述容积式装置对接收入所述室中的气体进行膨胀，在以所述第一模式进行操作的过程中，通过选择性地改变所述第一阀和第二阀中的至少一个的启动定时，可达成选择性地从所述两个模式中的第一模式切换为所述两个模式中的第二模式。通过这种方式，提供了一种装置，其中的容积式装置(通常为往复活塞之类的直线容积式装置)可在压缩模式和膨胀模式之间无缝地切换操作。—实施例中，所述容积式装置连接至旋转装置(例如，旋转轴)，所述旋转装置用于在所述容积式装置和输入/输出装置(例如，电力生成器的电动机/发电机，引擎或机械传动器)之间传递机械动力，并且所述控制器配置为在所述旋转装置连续沿与所述第一模式相关的预定方向旋转的同时，旋转性地从所述第一模式切换为所述第二模式。较佳地，这一配置使得可在对与其连接的所述旋转装置和输入/输出装置造成最小影响的情况下在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换，从而可达成快速的模式切换。较佳地，本实施例使得电网同步电动机/发电机在作为电动机工作与作为发电机工作之间切换，而不丧失电网同步性。一实施例中，所述旋转装置配置为转换旋转运动和直线运动(例如，曲柄轴)。一实施例中，所述第一和第二阀配置为将所述室选择性地连接至高压区或低压区。压缩模式下，所述第一和第二阀配置为允许气体从所述低压区流至所述室并且允许压缩气体从所述室流至所述高压区。膨胀模式下，所述第一和第二阀配置为允许气体从所述高压区流至所述室并且允许膨胀气体从所述室流至所述低压区。一实施例中，所述第一阀配置为将所述室连接至所述低压区，并且所述第二阀配置为将所述室连接至所述高压区。一实施例中，所述装置配置为在任何一个时间仅允许所述低压区和高压区中的一个连接至所述室(例如，同一时间仅允许所述第一阀和第二阀中有一个打开，其连接至各自的区域)。所述控制器可配置为，若所述切换操作需要将与其中一区的连接打开，所述控制器则将与另一区的连接关闭。一实施例中，所述第一和第二阀配置为仅当发生预定条件时自动打开(即，无需利用所述控制器进行启动)。例如，所述第一和第二阀分别配置为仅当所述阀两侧的气体压力大致相等的时候自动打开。这样，存在低压区和高压区会使得所述第一和第二阀不可能同时打开。若阀业已关闭，则所述控制器向该阀发出的关闭信号为冗余，因此，所述控制器可配置为在不改变操作模式的情况下向另一模式提供阀关闭信号。无论是以压缩模式还是膨胀模式工作，所述用于另一模式的阀关闭信号在循环中的同一点提供，并且一旦所述阀打开时将仅启动一次。一实施例中，所述第一和第二阀中的至少一个配置为，所述至少一个阀当其两端的气体压力大致相等时打开。例如，所述第一和第二阀中的至少一个可配置为，所述至少一个阀当其两端的气体压力大致相等是自打开的(例如，无需控制器发出启动信号)。另一实施例中，当处于所述膨胀模式过程中，所述至少一个阀配置为阻止气体从所述室完全排出，并且所述容积式装置配置为将所述室中的残余气体压缩至大致等于所述至少一个阀的另一端的气体压力的压力。所述容积式装置可配置为，随着其从第一形态(例如，第一活塞位置)移动至第二形态(例如，第二活塞位置)而在所述压缩模式下对接收于所述室中的气体进行压缩，并且在随着其从所述第二形态移动至所述第一形态而对气体进行膨胀。在压缩模式期间的第一切换操作中，所述控制器配置为允许气体随着所述容积式装置从所述第一形态移动(例如，开始移动)至所述第二形态而从所述室流至所述低压区(即，防止对所述室中的气体进行压缩)。在压缩模式期间的第二切换操作中，所述控制器配置为允许气体随着所述装置从所述第二形态移动(例如，开始移动)至所述第一形态而从所述高压区流至所述室(即，允许用于膨胀的高压气体而不是用于压缩的低压气体再次进入所述室中)。在膨胀模式期间的第一切换操作中，所述控制器配置为随着所述容积式装置从所述第一形态移动(例如，开始移动)至所述第二形态而防止气体从所述室流至所述低压区(即，对接收于所述室中的已膨胀气体进行压缩)。在膨胀模式期间的第二切换操作中，所述控制器配置为随着所述容积式装置从所述第二形态移动(例如，开始移动)至所述第一形态而防止气体从所述高压区流至所述室。一实施例中，所述控制器还配置为选择性地将所述容积式装置的操作切换为能耗为最小的未负载模式。例如，所述控制器可配置为，在从所述第一模式到所述第二模式的选择性地切换过程中，所述控制器选择性地将所述容积式装置的操作切换至未负载模式(即，通过使得所述容积式装置的操作从所述第一模式变为所述未负载模式并且从所述未负载模式变为所述第二模式)。一实施例中，在所述未负载模式下，所述第一阀和第二阀中至少有一个保持为打开，从而既不对所述室中的气体进行压缩也不进行膨胀。另一实施例中，所述第一阀和第二阀中至少有一个保持为关闭，以允许对接收于所述室中的气体进行压缩和再膨胀(例如，其结果为较小的总能耗)。一实施例中，本装置形成可逆系统的一部分，其中仅包括一个如前所述的、能够以压缩和膨胀模式操作的容积式装置，藉此使得系统成本和尺寸为最小。例如，可提供这样的储能系统，其仅使用一个热泵/热引擎来进行充电和放电。所述装置还包括:另一用于接收气体的室；可相对于所述另一室移动的另一容积式装置(例如，另一往复活塞)；及第三阀和第四阀，所述阀可启动以控制气体流入或流出所述另一室；其中所述控制器配置为选择性地在压缩模式和膨胀模式之间切换所述另一容积式装置的操作模式，所述压缩模式下，通过所述另一容积式装置对接收入所述另一室中的气体进行压缩，所述膨胀模式下，通过所述另一容积式装置对接收入所述另一室中的气体进行膨胀，在以所述第一模式进行操作的过程中，通过选择性地改变所述第三阀和第四阀中的至少一个的启动定时，可达成选择性地从所述两个模式中的第一模式切换为所述两个模式中的第二模式。一实施例中，所述控制器配置为在大致相同的时刻分别将第一容积式装置和另一容积式装置的操作从第一模式切换为第二模式。一实施例中，所述第一容积式位置的第一模式和所述另一容积式装置的第一模式为相对应的模式(即，各为压缩模式或各为膨胀模式)。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.29 GB 1012743.91.种用于对气体进行压缩和膨胀的装置，包括: 用于接收气体的室； 可相对于所述室移动的容积式装置； 第一阀和第二阀，所述阀可启动以控制气体流入或流出所述室；及 控制器，用于控制所述第一阀和第二阀的启动定时； 其中，所述控制器配置为选择性地在压缩模式和膨胀模式之间切换所述容积式装置的操作模式，所述压缩模式下，通过所述容积式装置对接收入所述室中的气体进行压缩，所述膨胀模式下，通过所述容积式装置对接收入所述室中的气体进行膨胀，在以所述第一模式进行操作的过程中，通过选择性地改变所述第一阀和第二阀中的至少一个的启动定时，可达成选择性地从所述两个模式中的第一模式切换为所述两个模式中的第二模式。2.权利要求1所述的装置，其中所述容积式装置连接至旋转装置，所述旋转装置用于在所述容积式装置和输入/输出装置之间传递机械动力，并且所述控制器配置为，在所述旋转装置连续沿与所述第一模式相关的预定方向移动的同时，选择性地从所述第一模式切换为所述第二模式。3.权利要求1或2所述的装置，其中所述第一和第二阀配置为将所述室选择性地连接至高压区或低压区。4.权利要求3所述的装置，其中所述装置配置为在任何一个时间仅允许所述低压区和高压区中的一个连接至所述室。5.权利要求4所述的装置，其中所述控制器配置为，若所述切换操作需要将与其中一区的连接打开，所述控制器则将与另一区的连接关闭。6.前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器配置为，在不改变操作模式的情况下为另一模式提供阀关闭信号。7.前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器还配置为选择性地将所述容积式装置的操作切换为能耗为最小的未负载模式。8.前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置还包括: 用于接收气体的另一室； 可相对于所述另一室移动的另一容积式装置；及 第三阀和第四阀，所述阀可启动以控制气体流入或流出所述另一室； 其中所述控制器配置为选择性地在压缩模式和膨胀模式之间切换所述另一容积式装置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·塞巴斯蒂安·豪斯，詹姆斯·麦克纳斯滕，
申请(专利权)人：等熵有限公司，
类型：
国别省市：