壓縮機和/或膨脹機裝置制造方法及圖紙

本文描述了用于操作液壓致動裝置/系統的系統及方法。例如，用于壓縮和/或膨脹氣體的系統及方法能夠包括：至少一個壓力容器，所述至少一個壓力容器限定有內部區域，所述內部區域用于保持液體體積或氣體體積中的至少一種；以及致動器，所述致動器聯接到所述壓力容器并且與所述壓力容器流體連通。所述致動器能夠具有第一操作模式，在所述第一操作模式下，設置在所述壓力容器內的液體體積移動以壓縮氣體并使氣體移動離開所述壓力容器。所述致動器能夠具有第二操作模式，在所述第二操作模式下，設置在所述壓力容器內的液體體積通過進入所述壓力容器內的膨脹氣體而移動。所述系統還能夠包括熱傳遞裝置，所述熱傳遞裝置構造為將熱量傳遞到由所述壓力容器保持的液體體積或氣體體積中的至少一種或從液體體積或氣體體積中的至少一種傳遞熱量。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】壓縮機和/或膨脹機裝置本申請是名稱為“壓縮機和/或膨脹機裝置”、申請日為2010年5月21日、國際申請號為PCT/US2010/035795、國家申請號為201080028681.2的專利技術專利申請的分案申請。相關申請的交叉引用本申請要求2009年5月22日提交的名稱為“壓縮機和/或膨脹機裝置”的美國臨時專利申請序列N0.61/216，942的優先權和權益，該申請的全部公開內容通過參引的方式并入本文。
本專利技術整體上涉及用于氣體比如空氣的壓縮和/或膨脹的系統、裝置及方法，并且具體地涉及一種包括允許從被壓縮和/或膨脹的氣體交換熱和/或將熱交換給該氣體的特征的裝置。
技術介紹
傳統地，發電廠的大小定為適應峰值電力需求。發電廠會在它們能夠如何快速起動和關閉方面受限制，并且完全關閉發電廠通常不可行。電力輸出限制與起動和關閉限制的組合限制了電廠最佳地滿足波動的電力需求的能力。這些限制可能引致增大的溫室氣體排放、增大的總燃料消耗、和/或潛在的更高的運行費用、以及其他缺點。為電廠補充能量存儲系統可以產生存儲電力以用于以后使用的能力，這可以允許電廠以使這些缺點最小化的方式完成波動的消費者需求。能量存儲系統可以改進發電廠的總運行費用、可靠性、和/或排放曲線。但是，現有的能量存儲技術存在缺點。作為示例，蓄電池、飛輪、電容器和燃料電池可以提供快速響應時間并且可以有助于補償臨時斷電，但是具有有限的能量存儲能力并且可能實施成本高。安裝其他更大容量的系統比如泵吸式水力系統需要特定的地質形成，該地質形成不是在所有位置處均可或得。間歇式發電地點比如一些風力發電廠可能具有超過傳輸能力的容量。缺少合適的能量存儲系統，這種間歇式發電地點可能不能以全容量進行操作。當發電地點能夠以高于可傳輸的速率產生能量時，間歇式發電地點可以獲益于大小能夠定為存儲能量的存儲系統。當由間歇地點產生的電力低于傳輸線路容量時所存儲的能量可以通過傳輸線路釋放。壓縮空氣能量存儲(CAES)系統是用于以壓縮空氣的形式存儲能量的有限使用的另一種已知類型的系統。CAES系統可以用于當電力需求為低時，典型地在夜晚期間，以壓縮空氣的形式存儲能量，并且隨后當需求為高時，典型地在白天期間釋放能量。這種系統包括壓縮機，該壓縮機通常以恒定的速度進行操作以壓縮用于存儲的空氣。與壓縮機分離的渦輪機和渦輪膨脹機典型地用于膨脹壓縮空氣以發電。但是，渦輪機和渦輪膨脹機常常需要壓縮空氣以較恒定的壓力比如大約35個大氣壓提供。另外地或可選地，壓力高于35個大氣壓的空氣可能需要在渦輪機中膨脹之前被節流，從而導致另外的損耗，該損耗也減小系統的效率和/或減小存儲結構可以容納的能量密度。另外，為了增大通過渦輪機膨脹的每單位空氣產生的電能，在這種系統中的壓縮空氣常常在膨脹之前通過燃燒化石燃料預加熱到升高的溫度(例如，l，000°c )，這增大了存儲能量的成本、減小總效率、并且產生與能量存儲相關聯的排放。用于將能量存儲為壓縮空氣的已知CAES型系統具有多級壓縮機，該多級壓縮機可以包括冷卻壓縮機的級之間的空氣的級間冷卻器和/或在壓縮之后冷卻空氣的級后冷卻器。但是，在這種系統中，為了使級間冷卻器有效地工作，在壓縮的每個級期間在被冷卻之前空氣仍然必須達到顯著的溫度，這將引入系統的低效率。由此，需要提供具有改進的效率的CAES型系統。
技術實現思路
本文描述了用于操作液壓致動裝置/系統的系統和方法。在一個實施例中，系統包括:至少一個限定有內部區域的壓力容器，所述內部區域用于保持液體體積或氣體體積中的至少一種；以及致動器，所述致動器聯接至所述壓力容器并且與所述壓力容器流體連通。所述致動器具有第一操作模式，在所述第一操作模式下，設置在所述壓力容器內的液體體積被移動以壓縮氣體并且使氣體移動離開所述壓力容器。所述致動器能夠具有第二操作模式，在所述第二操作模式下，設置在所述壓力容器內的液體體積被進入所述壓力容器內的膨脹氣體移動。所述系統還能夠包括熱傳遞裝置，所述熱傳遞裝置構造為將熱傳遞給由所述壓力容器保持的液體體積或氣體體積中的至少一種或從該液體體積或氣體體積中的至少一種傳遞熱。【附圖說明】圖1是根據實施例的空氣壓縮和膨脹能量系統的示意圖；圖2A是根據一個實施例的空氣壓縮和膨脹能量系統的示意圖，其示出了壓縮循環期間的能量流；圖2B是根據一個實施例的空氣壓縮和膨脹能量系統的示意圖，其示出了膨脹循環期間的能量流；圖3A示出了壓縮機/膨脹機裝置的一個實施例的單個級；圖3B是沿圖3A的橫截面3B-3B截取的一個分隔器的橫截面圖，并且示出了在壓力容器的空氣內的點與壓力容器內的熱通過其傳遞的表面之間的平均最小距離的圖示；圖4A-圖4C示出了可以增大壓力容器內的熱傳遞表面積的分隔器的各種構型的橫截面；圖5A-圖5C示出了在根據一個實施例的壓縮或膨脹循環的不同級中的空氣/液體界面；圖6示出了根據一個實施例的帶有熱交換器的容器，所述熱交換器可以用于將熱傳遞給壓力容器的液體或從壓力容器的液體傳遞熱；圖7A示出了根據一個實施例的多級壓縮機/膨脹機裝置；圖7B-圖7E示出了在壓縮循環期間處于不同的級中的圖7A的多級壓縮機/膨脹機裝置；圖7F-圖71示出了在膨脹循環期間處于不同的級中的圖7A的多級壓縮機/膨脹機裝置；圖8示出了結合到風力渦輪機中的根據一個實施例的壓縮空氣存儲系統；圖9示出了根據一個實施例的壓縮機/膨脹機裝置的示意橫截面圖，所述壓縮機/膨脹機裝置構造為使得其可以結合到風力渦輪機的塔中；以及圖10示出了在通過根據一個實施例的用于改變存儲結構空氣壓力的壓縮機/膨脹機裝置進行膨脹的期間在不同級處的壓力水平的圖表。【具體實施方式】本文公開了用于以改進的效率將能量存儲為比如空氣的壓縮氣體和/或從所存儲的壓縮氣體產生能量的系統和方法。所述裝置的多個方面可以涉及在空氣的壓縮期間和在空氣的膨脹期間在熱力學和/或機械效率方面的改進。空氣壓縮的能量流特征由各種能量流的組合構成，包括“做功能量流”和“熱能量流”。熟悉本領域的技術人員將理解術語“能量”、“做功”、“熱量”、“溫度”、“壓力”、“體積”和“密度”之間的區別。本討論通過以這些術語的確切的熱力學意義使用這些術語進行，并且不用于教導區別。眾所周知的氣體壓縮動力學是比如空氣的氣體當其被壓縮時溫度升高。熱量和溫度的熱力學概念相互關連，使得沒有熱量流出壓縮氣體的氣體壓縮過程導致最大的氣體溫度升高。這種零熱量流動過程稱為“絕熱”過程。相比之下，如果熱量以充分的速率流出壓縮氣體，則氣體可以壓縮而沒有溫度變化。這種恒定溫度的過程稱為“等溫”壓縮。對于給定的氣體體積減小，絕熱壓縮過程導致最高的氣體壓力、最高的氣體溫度、和最高的做功消耗。相比之下，對于相同的體積減小，等溫壓縮過程導致最低的壓力、最低的氣體溫度(即，與起始溫度相同)、和最低的做功消耗。涉及中間水平的熱量流動的過程導致氣體壓力、氣體溫度和做功消耗的中間值。本領域的技術人員將認識到，理想的等溫空氣壓縮過程是理論極限，其在現實中僅能夠通過結合較冷的散熱器來實現；盡管其是用于空氣壓縮/膨脹討論和分析的有用度量。因為其可以影響壓力、溫度和做功，接近等溫氣體壓縮過程的能力可以用于設計能量存儲裝置。用于壓縮空氣能量存儲裝置的基本目標是使被消耗以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種系統，包括：壓力容器，所述壓力容器限定有內部區域，在所述內部區域中容納液體和氣體中的至少一種；致動器，所述致動器聯接到所述內部區域并且與所述內部區域流體連通，所述致動器具有第一操作模式，在所述第一操作模式中，所述致動器將所述液體引入所述內部區域內，以壓縮所述氣體并且將所述壓縮氣體從所述內部區域排放，所述致動器具有第二操作模式，在所述第二操作模式中，在所述內部區域中接收壓縮氣體以將所述液體從所述內部區域移位到所述致動器內；以及熱傳遞裝置，所述熱傳遞裝置設置在所述壓力容器內，并且構造為當所述致動器在所述第一模式中操作時將熱能傳遞離開所述氣體，并且當所述致動器在所述第二模式中操作時將熱能傳遞到所述氣體。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：J·A·阿博恩，E·D·英格索爾，
申請(專利權)人：通用壓縮股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US