CN104285060A - 用于能量捕集的使用液压马达的压缩气体系统 - Google Patents

用于能量捕集的使用液压马达的压缩气体系统 Download PDF

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CN104285060A CN201380023922.8A CN201380023922A CN104285060A CN 104285060 A CN104285060 A CN 104285060A CN 201380023922 A CN201380023922 A CN 201380023922A CN 104285060 A CN104285060 A CN 104285060A
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Abstract

可以单独或组合地使用各种技术来允许使用压缩气体的能量的有效储存和回收。在某些实施例中，通过将在气体压缩期间被加压的分离出的热交换液体的解压，液压马达可以捕集所释放的能量。可以与热机相结合地使用特定实施例。根据一些实施例，压缩气体储存单元可以包括在液体部分与气体部分之间的气液界面，并且液压泵/马达捕集通过被压缩气体的引入而移位的液体的能量。

Description

用于能量捕集的使用液压马达的压缩气体系统
对于相关申请的交叉引用
本非临时专利申请主张于在2012年3月16日提交的美国临时专利申请No.61/612,196的优先权，该案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。本非临时专利申请还主张于在2012年4月12日提交的美国临时专利申请No.61/623,491的优先权，该案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
背景技术
压缩空气能够以与铅酸电池相当的密度来储存能量。而且，压缩气体不涉及与电池相关联的问题，诸如有限的使用寿命、材料可获得性或环境友好性。因此，在本领域中需要允许以压缩气体的形式储存能量并通过使压缩气体膨胀来回收能量的设备和方法。
发明内容
可以单独或组合地使用各种技术来通过压缩气体储存能量和回收能量。在某些实施例中，在气体压缩过程中加压而分离出的热交换液体，液压马达可以捕集通过对该分离出的热交换液体解压而释放的能量。特定实施例可以结合热机来应用。根据一些实施例，压缩气体储存单元可以包括在液体部分与气体部分之间的气液界面，并且液压泵/马达捕集由于压缩气体的流入而发生移位的液体的能量。
附图说明
图1是图示压缩气体能量储存系统的一个实施例的简化示意图。
图2是图示压缩气体能量储存系统的一个实施例的简化示意图。
图3是图示压缩气体能量储存系统的一个实施例的简化示意图。
图4是图示压缩气体能量储存系统的一个实施例的简化示意图。
图5A是图示在压缩模式中的压缩气体能量储存系统的多级实施例的简化示意图。
图5B是图示在膨胀模式中的压缩气体能量储存系统的多级实施例的简化示意图。
图6是图示压缩气体能量储存系统的一个实施例的简化示意图。
图7是图示热机的一个实施例的简化示意图。
图8示出使用泡沫的能量处置系统的一个实施例的简化视图。
图9A至图9D示出在能量输送模式中的气缸的简化截面图。
图9E是膨胀冲程中的气体压力对曲柄转角的高度简化曲线图。
图10所示为活塞位置对曲柄转角。
图11示出根据一个实施例的凸轮驱动活塞的一种可能配置。
图12示出可以用于能量储存的多级近等温(near-isothermal)压缩机/膨胀机的实施例。
图12A示出以级间热交换器为特征的多级近等温压缩机/膨胀机。
图13A至图13D示出根据一个实施例的泵吸方案。
图14示出用于改变凸轮驱动的液压泵的流速的机构的实施例。
图15A至图15E示出仅由一种或两种类型的气缸构造的多级压缩气体能量储存系统的各种实施例。
具体实施方式
描述了使用压缩气体作为能量储存介质的能量储存回收系统的美国专利公开案No.2011/0115223(“‘223公开案”)出于所有目的以引用的方式全文并入本文中。在‘223公开案中所描述的特定设备和方法可以使用一个可逆机构，该可逆机构包括一个可移动的部件，该部件可以在腔室内移动以压缩气体以及从膨胀的气体中回收能量。
‘223公开案描述了多种气体压缩和膨胀技术，其中一些在存在液体时发生以实现在气液界面上的热传导。在此使用的术语“湿”指的是在存在用于热交换的液体时发生的气体压缩和/或膨胀过程。
图1是图示在可逆压缩机/膨胀机设备102与各种其他系统元件之间的关系的压缩气体能量储存系统100的示意图。具体地说，可逆压缩机/膨胀机设备102包括围出腔室105的壁104，可移动部件106被腔室105接收。
流体通过阀门120和122进出腔室105。具体地说，在压缩模式中，气体从入口124通过阀门120被吸入该腔室内。由该可移动部件压缩的气体然后通过阀门122和第一气液分离器132流向压缩气体储存单元130。
在操作的膨胀模式中，压缩的气体从压缩气体储存单元130通过阀门122流入该腔室。已经在该腔室内膨胀并驱动可移动部件的气体，被然后通过阀门120和第二气液分离器134流出该腔室。
在图1中所示的特定实施例中，该可移动部件包括被配置为在该腔室内往复的活塞。然而，并不限于此，并且根据替代实施例，该可移动部件可以被配置为经历其他形式的运动，包括但是不限于旋转(例如，涡轮机)。
在图1中所示的特定实施例也示出机械联动装置108的使用，其包括旋转轴，用于在气体压缩模式中将能量传送到该腔室以驱动该可移动部件，以及在气体膨胀模式中通过被驱动的可移动部件从该腔室向外输送能量。然而，并不限于此，并且在各种实施例中，可以使用其他形式的联动装置，包括但不限于液压联动装置、气动联动装置、磁联动装置和电磁联动装置。
而且，虽然在图1中所示的特定实施例示出活塞杆和曲柄轴的形式的机械联动装置的使用，但是并不限于此。替代实施例可以使用其他形式的机械联动装置，包括但是不限于链条、传送带、驱动从动联动装置、枢轴联动装置、Peaucellier-Lipkin联动装置、Sarrus联动装置、Scott Russel联动装置、Chebyshev联动装置、Hoekins联动装置、旋转斜盘或摇摆盘联动装置、曲轴联动装置、Watts联动装置、轨道从动轮联动装置和凸轮联动装置。凸轮联动装置可以使用不同形状的凸轮，包括但不限于正弦线和其他形状。在Jones所编撰的“Ingenious Mechanisms for Designers and Inventors,Vols.I and II”(TheIndustrial Press(New York 1935))中，描述了各种类型的机械联动装置，出于所有目的，该部分内容以引用的方式全文并入本文中。
如在‘223公开案中所广泛描述，为了能量储存和回收的效率，热力学考虑倾向于在窄的温度范围内发生的气体压缩和膨胀。这可以通过引入液体来与发生压缩或膨胀的气体进行热交换来实现。而且，可以使用具有大的表面积的气液界面来促成这种气液热交换。
因此，图1示出通过泵140和喷头142向腔室105内引入由液滴组成的薄雾。在用于能量储存的操作的压缩模式中，来自冷液体储存单元154的液体通过泵流过多路阀门170，以与在该腔室内被压缩的气体进行热交换。在操作的膨胀模式中，来自热液体储存单元152的液体通过多路阀门170被泵入，以与在该腔室内的膨胀的气体进行热交换。
在热交换之后，在该腔室内的气液混合物流过分离器以回收被引入的液体以备再次利用。因此，在操作的膨胀模式中，在减小的压力下的膨胀的气液混合物流过第二气液分离器134。从中分离出的冷却的液体然后流向冷液体储存器154。
在图1中的分离器上的箭头指示当气液混合物被引入来进行分离时的流动方向。在操作的其他模式期间，气体可以朝与该箭头相反的方向流动，但几乎不发生或完全不发生分离。
在操作的压缩模式中，在提高的压力下的压缩的气液混合物流过第一气液分离器132。从中分离的温热的液体然后流向热液体储存器152。
在刚刚描述的能量储存(气体压缩)和回收(气体膨胀)方案中，在为了与压缩气体热交换而引入的液体的提高压力的过程中所消耗的能量，可以表示系统的损失。因此，特定实施例可以寻求通过使被分离出的加压液体发生膨胀来回收这部分能量。
因此，图1示出在第一气液分离器和热液体储存器之间的液压马达160的定位。在分离时，令加压液体流过液压马达。这将驱动液压马达，其能量可以被用来改善该系统的整体效率。
例如，该液压马达可以与驱动活塞或被活塞驱动的联动装置(例如，诸如曲柄轴的机械联动装置)相连接。以这种方式，由该液压马达汲取的任何功可以减少用于驱动该系统(作为压缩机)所需的功，或者添加到由该系统(作为膨胀机)所产生的功。替代地，该液压马达可以连接到发电机以便以电的形式来回收能量。
替代地或与将液压马达与联动装置连接相结合地，在特定实施例中，由被压缩液体的膨胀所驱动的液压马达所产生的能量可以用于驱动泵，该泵使液体流入该腔室内以与在该腔室中被压缩的气体发生热交换。
在此特定实施例中，注意到，在膨胀模式中由分离器134分离出的液体处于环境压力下。因此，不能利用液压马达来回收能量。
然而，如果以多级来执行膨胀，被加压液体可能在中间级中仍然在环境压力之上。因此，一些量的能量可能被保留以用于回收。下面结合图5B来详细描述此方法。
返回到图1，注意到，热能量的交换可以进一步增强该系统的效率。例如，在操作的压缩模式中，在位置A和/或B处经由散热器去除热量可以减小由被压缩的气体所经历的温度改变，由此改善效率。另外，在位置A处冷却该气体增大了该气体的密度，并且因此，增大了储存槽130的能量密度。相反，在操作的膨胀模式中，从热源向位置A和/或B施加热能可以增强可供该系统输出的能量的量。可以通过使用热交换器结构来完成与散热器/热源的热能的这样的交换。
图2示出另一个实施例，其中，可以通过液压马达来回收来自利用被压缩气体作为储存介质的储存系统的能量。具体地说，在能量储存系统200的本实施例中，压缩气体储存单元202包括气体部分202a和液体部分202b，并且其间存在气液界面201。
图2的特定实施例示出沿着自由的气液界面接触的气体部分和液体部分。然而，并不限于此，替代实施例可以提供在气体部分与液体部分之间的可移动分隔件。
如之前结合图1的实施例所描述，该气体部分与压缩/膨胀腔室203流体连通。该液体部分通过液压马达/泵206与液体储存器204流体连通。
具体地说，相对于液体部分来选择性地引入和移除液体可以稳定在气体部分内的压力，允许压缩气体储存单元在窄的压力范围内摄入和输出气体，使操作简化。而且，从该储存单元流出的液体移动所产生的能量可以被该液压马达/泵捕集。
例如，在气体膨胀模式中的操作中，压缩气体从该压缩气体储存单元的气体部分流出。为了保持在该压缩气体储存单元的该气体部分内的压力，液压马达/泵作为泵来操作，使液体从该液体储存器流向该液体部分。
然而，在气体压缩模式中的操作中，压缩气体流入该压缩气体储存单元。这继而使得在该气体部分内的气压升高，使液体从该液体部分移位。发生移位的液体移动通过作为马达的液压马达/泵，减小了气压并且使其返回到标称值。由该液压马达/泵输出的能量可以被用于其他目的(例如，用于驱动用于喷头209的液体泵和/或用于驱动关于可移动部件的联动装置)。
可以以多种方式将在图1和图2的实施例中图示的基本方法组合。现在结合图3至图5B来描述这些方式。
具体地说，图3是示出包括用于能量捕集的两个液压马达的能量储存和回收系统300的一个实施例的简化视图。如之前结合图1所述，液压马达302被配置为通过从被压缩的气液混合物分离出的液体的解压来驱动。如之前结合图2所述，液压马达/泵304被配置为响应于压缩气体的储存，被通过压缩气体储存单元的液体部分的加压而移位的液体作为马达驱动。由这些液压马达中的一者或两者输出的能量可以用于执行有用功。
图4是示出包括用于能量捕集的两个液压马达的能量储存和回收系统400的又一个实施例的简化视图。该实施例类似于图3的实施例，不同之处在于单个冷液体储存器402用于收纳在由气液分离器404在膨胀时分离出的液体，并且作为储存器来储存来自压缩气体储存单元408的液体部分406的液体。
截至目前所描述和说明的特定实施例已经使用单级的气体压缩和膨胀。然而，如在‘223公开案中详细所述，压缩和/或膨胀可以在多个级上发生。刚刚所述的方式也适用于在多个级上出现压缩和/或膨胀的实施例。
例如，图5A至图5B示出多级能量储存和回收系统500的一个实施例。该系统类似于图4的实施例，不同之处在于它包括使用了气体压缩和膨胀的三个级。
具体地说，低压级502包括两个独立的腔室504a和504b，每一个腔室均具有在其中可移动的部件(此处为活塞570)，用于将气体压缩或者通过使气体膨胀来驱动。中间级506包括单个腔室508，其中布置了可移动部件(同样为活塞572)。包括单个腔室511的最后的高压级510位于中间级与压缩气体储存单元512之间，并且还包括在其中可移动的活塞574。
图5A示出在压缩模式中运行的系统500的操作。在此操作模式中，分别从位于第一级502、第二级506和第三级510的高压侧上的气液分离器520、522和524所接收的气液混合物中，分离出被加压的液体。
液压马达530、532和534继而被配置为通过被加压的分离出的液体的解压而被驱动，该被加压的分离出的液体流向热液储存器540。这些被驱动的液压马达执行有用功，包括但不限于液体泵542中的一个的操作，用于使液体从冷液储存器544流出来与正在被压缩的气体发生热交换。
图5A还示出压缩气体储存单元512的液体部分512a，其与冷液储存器544流体连通。当压缩气体进入储存单元512时，液体发生移位并且驱动液压马达/泵546。此被驱动的液压马达/泵可以执行有用功，包括但不限于液体泵542的操作，用于使液体从冷液储存器544流出来与正在被压缩的气体发生热交换。进一步注意到，从储存单元流向冷液储存器的发生移位的液体的压力也可以用于减少在压缩模式中由泵所消耗的能量的量。
通常，液压马达530、532、534和/或546可以链接到驱动活塞570a、570b、572、574或被活塞570a、570b、572、574驱动的曲柄轴。以这种方式，由该等液压马达汲取的任何功减少了用于驱动系统500(作为压缩机)所需的功，或者添加到由该系统(作为膨胀机)产生的功。
图5B示出在膨胀模式中运行的系统500的操作。在该操作模式中，分别从位于第三级510、第二级506和第一级502的低压侧上的气液分离器522、520和526接收的气液混合物中，分离出液体。
注意到，由气液分离器526收纳的气液混合物通常充分膨胀，并且因此，从中分离出的液体可能不表现出可观的压力。因此，分离出的液体返回到冷液储存器，而不是通过液压马达。
然而，由气液分离器522和520收纳的气液混合物通常不充分膨胀。因此，从中分离出的液体可以表现出充足的压力以保证从中回收能量。因此，分离出的液体分别经由液压马达532和530流向冷液储存器。
同样，可以通过这些被驱动的液压马达来执行有用功。在一些实施例中，来自这些被驱动的液压马达的功可以用于操作该等液体泵542中的一个，使得从热液储存器540流出液体来与正在膨胀的气体发生热交换。在特定实施例中，来自被驱动的液压马达的功可以用于驱动与可移动部件连接的联动装置。在某些实施例中，来自被驱动的液压马达的功可以用于驱动液体流回到该压缩气体储存单元的液体部分内，以稳定其中的气压，如现在所论述。
具体地说，当压缩气体离开储存单元512时，液压泵/马达546被驱动以使液体从冷液储存单元流回到该压缩气体储存单元的液体部分内。所流回的液体可以使在储存单元的气体部分512b中的剩余气体的压力稳定。
进一步注意，图5A至图5B的设备500包括被泵580驱动的液体回路，该泵被配置为向系统中的点A输送热能。在压缩中，通过泵580将冷液体输送到点A来进行热交换。在膨胀中，通过泵580将加热的液体输送到点B来进行热交换。此泵580表示又一种可能的从被驱动的液压马达接收能量的方案。虽然未明确地示出，但是本文所论述的其他实施例的一个或多个可以类似地被配置为也包括这样的液体回路，以向点A输送适当类型的热能。
虽然上述说明关注的是包括可逆压缩机/膨胀机的设备，但并不限于此。替代实施例可以使用专用于压缩或膨胀的独立结构，这些独立结构可以通过共同的联动装置(例如以下图6中的旋转轴605)来在相互间实现选择性的机械连接。
具体地说，图6示出能量储存和回收系统600的一个替代实施例，该能量储存和回收系统600包括专用压缩机601，该专用压缩机与包括液体部分606的压缩气体储存单元608流体连通。压缩气体储存单元608又与专用膨胀机650流体连通。
气液分离器604位于该专用压缩机与该压缩气体储存单元之间。从分离器604分离出并流向热液储存器603的液体的解压缩，可以被液压马达654利用来执行有用功。这样的有用功的实例包括驱动液体泵656中的一个来喷射液体，或者驱动液压泵/马达658以选择性地使液体流入该压缩气体储存单元的液体部分内，以便保持其中的气体压力。
虽然上述说明关注的是使用气体储存单元的设备，但并不限于此。替代实施例可以采用缺少任何气体储存能力的热机的形式，其中，已经被压缩的气体因此被膨胀以执行有用功。在图7中示出热机700的这样的一个实施例，其中，在腔室701中的压缩之前，气体流过逆流热交换器702。在那里，它被热暴露到另一股压缩气体，该另一股压缩气体向腔室750流动以在腔室750内膨胀。对于相应的节点A和B的加热和冷却的施加可以驱动这个过程，使得通过轴705来执行有用功。
与先前的实施例相同地，由气液分离器710，从自压缩机701接收的压缩的气液混合物中，所分离出的加压液体，可以流向液压马达740。在液压马达740中的液体的解压可以用于执行有用功，例如，驱动液体泵742。
图7示出热机的一个实施例，该热机使用用于气流的闭环，以允许气体维持在高于环境压力甚至是低压下。这样的闭环配置可以增大这样的设备的能量密度。然而，并不限于此，并且，热机设备的替代实施例可以接收处于环境压力下的入口气体来进行压缩，然后输出被膨胀为基本上环境压力的气体。
根据另外的其他替代实施例，可以将热机功能与气体储存相结合，例如，其中，压缩气体可以经由逆流热交换器来进入和离开压缩气体储存单元。这样的压缩气体储存单元可以包括通过液压泵/马达与冷液储存器流体连通的液体部分。
1.一种设备，包括：
元件，其为可移动的以压缩在腔室内的气体；
喷头，其被配置为与在所述腔室内正被压缩的气体进行气液热交换；
气液分离器，其被配置为从自该腔室接收的压缩气液混合物中分离出加压液体；以及
液压马达，其被配置为通过所述加压液体的解压而被驱动。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括与所述元件连接的联动装置，其中，所述液压马达与所述联动装置物理连接。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述联动装置包括旋转轴。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液压马达与泵物理连接，其中所述泵与所述喷头液体连通。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述腔室通过所述气液分离器与下一个压缩级流体连通。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述腔室通过所述气液分离器与逆流热交换器流体连通。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述腔室通过所述气液分离器与压缩气体储存单元流体连通。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述腔室与所述压缩气体储存单元的气体部分流体连通，所述压缩气体储存单元进一步包括液体部分。
9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括在所述气体部分与所述液体部分之间的气液界面。
10.根据权利要求6所述的设备，进一步包括液压泵/马达，所述液压泵/马达被配置为被从所述液体部分流出的液体驱动。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述液压泵/马达与泵物理连通，所述泵与所述喷头液体连通。
12.根据权利要求8所述的设备，进一步包括在所述液体部分与所述气体部分之间的可移动分隔件。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括专用压缩机。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括可逆压缩机/膨胀机。
15.根据权利要求14所述的设备，进一步包括：
第二气液分离器，所述第二气液分离器被配置为从自所述腔室接收的膨胀的气液混合物中分离出第二加压液体；以及
第二液压马达，所述第二液压马达被配置为通过所述第二加压液体的解压而被驱动。
16.一种设备，包括：
压缩气体储存单元，其包括：气体部分，所述气体部分与腔室流体连通，所述腔室接收可移动的元件以将气体压缩；液体部分，所述液体部分通过液压泵/马达与液体储存器液体连通；以及，在所述气体部分与所述液体部分之间的气液界面。
17.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：
气液分离器，所述气液分离器被配置为从自所述腔室接收的压缩的气液混合物中分离出加压液体；以及
液压马达，所述液压马达被配置为通过所述加压液体的解压而被驱动。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括专用压缩机。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括可逆压缩机/膨胀机。
通过加压液体的膨胀驱动的液压马达的选择性使用也可以用于增强设备的热力学性能。图12示出可以用于能量储存的多级近等温压缩机/膨胀机的实施例。
在此架构中，以喷洒液滴或连续液流的形式来向压缩腔室内引入液体。在压缩期间，液体的高热容从正被压缩的气体去除压缩的热量。
液滴提供了用于与气体快速热交换的大的表面积。气体因为液体的存在而具有有限的温度升高。较低温度的操作使得储存热液体和压缩气体更加经济。
被压缩的气体可以通过膨胀机以逆循环来运行，以产生动力。在膨胀过程中引入液体喷雾将防止显著的温度降低，并且因此将增大该过程的动力输出。
在图12中所示的特定配置具有三个级。然而，该能量储存系统可以包括任何数量的级。
在图12的架构中，来自一个级的气体和液体被供应到下一个级且没有热交换。如果引入的液体喷雾与摄入的气体温度相同，则排放的气液混合物将因为压缩的热量而处于略高的温度下。因此，压缩的热量将在所有的级中在气体中和在液体中累积。
从最后一个压缩机级排放的气体将在中等高的温度下。所排放的气体被在逆流热交换器中的冷液源冷却，然后进入储存槽。
排放的液体在高温和高压下。通过使排放的液体通过液压马达，液压马达将液体压力降为环境压力，排放的液体的能量的一部分得以回收。
结果产生的热液体在环境压力下被储存到隔离槽中。隔离低压液体储存器比隔离高压液体储存器便宜。
因为在进入气槽之前降低了气体温度，所以储存气槽的能量密度可以保持与级间热交换器的情况大体相同。
符合图12的大体架构的实施例可以消除对于级间液压泵的需要，该级间液压泵可以将排放的液体压力降低为环境压力。在图12A中示出利用这样的级间液压泵的配置的实例。
相比之下，根据图12的架构，因为从一个级排放的液体在其高压下，所以下一级的液体泵将花费较少的功率来将液体泵入到(下一级)压缩腔室。这将减少损失，并且因此增大效率。
与在图12中相同的架构可以消除对于级间热交换器的需要，该级间热交换器可以在较低的温度增量下运行。相比之下，在图12的架构中所仅有的热交换器将在中等高的温度增量下运行。通常，在热交换介质之间的高的温度增量下，热交换器更有效果，且更有效率。
在中等高的温度的液体储存器中储存的热量的量高于级间热交换器的情况。这将导致系统的更高的热效率。
热液体储存器的温度可以被优化以在低成本下获得最大化的效率。液体温度可以高到足以获得高的热效率，但是不可以高到使得隔离液体槽过度昂贵。
1.一种设备，包括：
低压湿压缩级；
第一气液分离器，所述第一气液分离器被配置为分离从所述低压湿压缩级接收的第一加热加压液体；
高压湿压缩级，所述高压湿压缩级被配置为接收所述第一加热加压液体；
第二气液分离器，所述第二气液分离器被配置为分离从所述高压湿压缩级接收的第二加压液体，所述第二加压液体包含从所述低压湿压缩级和从所述高压湿压缩级传递的累积的热量；以及
热交换器，所述热交换器被配置为将所述累积的热量从所述第二加压液体转移给用于湿膨胀过程的液体流。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述高压湿压缩级是可逆的，以执行所述湿膨胀过程。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热交换器包括逆流热交换器。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个被配置为进行往复运动。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个包括与曲柄轴连接的活塞。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个被配置为进行旋转运动。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个包括涡轮机。
8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括热隔离液体储存槽，所述热隔离液体储存槽被配置为在暴露给所述热交换器之前接收所述第二加压液体。
9.根据权利要求1所述的设备，进一步包括液压马达，所述液压马达被配置为通过所述第二加压液体的解压来回收能量。
能量处置系统可以利用可压缩的液体泡沫来储存和回收能量。在某些实施例中，通过对泡沫的气体组分进行压缩来储存能量，其中该泡沫的液体组分在宽广的气液界面上吸收热量，以增强压缩的热力学效率。被压缩的泡沫可以被储存在压力容器中。可以通过使该泡沫膨胀并驱动可移动部件来释放所储存的能量。在泡沫的气体组分与液体组分之间的热交换可以用于增强在膨胀期间气相的热力学效率。
在较小的温度改变(例如，大体等温)的条件下的空气的压缩和膨胀可以导致显著的热力学效率。实现这样的条件的一种方式是利用在空气与具有高热容的液体介质之间的热交换。一种可能的液体介质是水。
美国专利公开案No.2011/0115223在此出于所有目的以引用的方式全文并入本文中。‘223公开案详细描述了可以用于与和液体的热交换相结合地执行气体的压缩和/或膨胀的方法和设备。应当明白，在此所述的实施例包括在‘223公开案中所描述的一个或多个概念。
液体泡沫包括由作为膜的液体组分分隔的、呈气泡形式的气体成分的混合物。液体泡沫可以在气泡密度上不同，但是通常表现出在气体与液体之间的极大的表面积。
在气体与液体之间的这个大的表面积允许在界面上的高的热交换率。并且，如果液体表现出高的热容，泡沫可以作为用于在热力学有利条件下的气体压缩和膨胀的适用介质。
图8示出被配置为利用泡沫来用于能量处置的设备的实施例的简化视图。具体地说，系统800包括腔室802，在该腔室中具有可移动部件804。
虽然图8示出呈往复固体活塞形式的可移动部件，但是也可以使用多种不同类型的可移动部件。一些类型的可移动部件可以被配置为经历在该腔室内的往复运动。这样的往复部件的实例包括但是不限于固体活塞(包括自由活塞)、液体活塞、液体和固体活塞的组合以及弹性膜片。
特定类型的可移动部件可以被配置为经历在该腔室内的旋转运动。这样的旋转部件的实例包括但不限于涡轮机、奎西透平(quasi-turbine)涡轮机、转子、摆线马达、卷轴、轮叶、瓣片、螺钉和齿轮。
该可移动部件与联动装置806选择性连接。虽然图8以活塞杆的形式示出机械联动装置，但并不限于此。该联动装置可以包括一种或几种形式，包括但不限于在本质上为机械的、液压的、气动的、电磁的或静电的联动装置。
可以使用多种机械联动装置。实例包括但不限于多节点的齿轮系统，诸如行星齿轮系统。机械联动装置的实例包括诸如曲柄轴的轴、链条、传送带、驱动从动联动装置、枢轴联动装置、Peaucellier-Lipkin联动装置、Sarrus联动装置、Scott Russel联动装置、Chebyshev联动装置、Hoekins联动装置、旋转斜盘或摇摆盘联动装置、曲轴联动装置、Watt联动装置、轨道从动联动装置以及凸轮联动装置。凸轮联动装置可以使用不同形状的凸轮，包括但不限于正弦线和其他形状。在Jones所编撰的“Ingenious Mechanisms for Designers andInventors,Vols.I and II”(The Industrial Press(New York 1935))中，描述了各种类型的机械联动装置，出于所有目的，该部分内容以引用的方式全文并入本文中。
该联动装置可以被能源808选择性地驱动以压缩在该腔室内存在的流体。这样的能源的实例包括但不限于涡轮机(例如，蒸汽、风力、燃气)、马达(例如柴油发动机)、电动机/发电机和其它。
该联动装置也可以被在该腔室内膨胀的流体选择性地驱动。此联动装置可以被配置为驱动电机械，如图所示，可以是电动机或发电机。在某些实施例中，该发电机可以与另一个装置共用，例如诸如风力、蒸汽或燃气涡轮机的涡轮发电机。根据某些实施例，在这一点上，诸如多节点齿轮系统(例如行星齿轮)的联动装置可以很适用。
该腔室被配置为接收呈液体泡沫820形式的可压缩流体。已知许多类型的液体泡沫。一些类型的液体泡沫用于农业应用，例如，在田中的农作物边界的标注。
可以适用于能量处置的其他泡沫是泡沫灭火剂。一种类型的这样的泡沫是蛋白质泡沫。通过诸如羽毛和蹄角粉的颗粒状角质蛋白的水解来产生蛋白质泡沫(蛋白水解物)。可以包括稳定添加剂和抑制剂来用于防腐蚀、粘度控制与抗细菌分解的目的。
氟蛋白泡沫(包括成膜氟蛋白泡沫)在除了蛋白质泡沫的其他成分之外还包含氟表面活性剂。这些表面活性剂可以增大泡沫粘度和/或改变泡沫的其他性质，诸如气泡密度。
在灭火中使用的水液成膜泡沫也可以用在根据各个实施例的能量处置中。这样的水液成膜泡沫可以由含氟表面活性剂和合成起泡剂的组合来形成。可以通过含氟表面活性剂的作用来产生该水液膜，该含氟表面活性剂将泡沫溶液的表面张力减小到在碳氢化合物的表面上可以支撑该溶液的程度。
也在灭火中使用耐醇性水液成膜泡沫。可以从合成洗涤剂、含氟化合物和多糖类聚合物的组合中产生这样的泡沫。多糖类聚合物成分形成膜，该膜可以防止诸如极性溶剂的元素破坏泡沫。
也可以使用表现出中等或高级膨胀特性的合成洗涤剂泡沫。此类合成泡沫是合成发泡剂和稳定剂的混合物。如在本文中使用，高级膨胀泡沫可以表现出高于200:1的膨胀比。中等膨胀泡沫可以表现出从大约20:1至200:1的膨胀比。低级膨胀泡沫可以表现出不超过大约20:1的膨胀比。
可以通过使用从泵823接收液流的发泡机822来产生泡沫。这样的发泡装置可以通常涉及将呈浓缩形式的材料(诸如表面活性剂、清洁剂、起泡剂等)从各自的来源824、826引入气体和液体的流内，然后混合。
可以被引入到液体中以促进发泡的材料的实例包括但不限于角叉菜胶、月桂基醚硫酸钠、月桂基硫酸钠和月桂基硫酸铵。
可以以被动的方式(例如，通过文丘里管结构)、主动地通过泵吸或通过该两种手段的某种组合来完成这样的引入。可以通过诸如搅拌或通气的技术来从液体和气体产生泡沫。
一旦被产生，该泡沫可以流入该腔室内以压缩。该可移动部件在该腔室内的移位减少了用于保存泡沫的气体组分的可用容积。源自气体压缩的热量被传递跨过该气液界面的较宽的表面积，减少了液体组分表现出高热容的气体所经历的温度改变。
一旦泡沫被压缩，可以将其向上游供应，例如，向下一个压缩级807供应。当已经将泡沫压缩到期望压力时，泡沫的气体成分可以流向压力容器809以储存。
在特定实施例中，压缩泡沫本身可以直接地流向压力容器。在这样的实施例中，需要小心地将泡沫保持在其压缩状态中，而不是在其存储时过度地消解以致改变基本性质。
在特定情况下，将泡沫维持在较高的温度下可以用以减少/避免泡沫消解。因此，根据一些实施例，在压缩期间从气体组分向液体组分传送的热量可以被保存在压力容器中以有助于将泡沫保持在未消解状态中。可以利用来自各个来源(内部和/或外部)的热量来用于这个目的。
因此，在一些实施例中，可以将压力容器的温度保持在期望温度或接近期望的温度，以便减少/避免泡沫消解。可以通过利用隔热夹套和/或与容器壁热交换的温控液体的循环来实现这样的温度控制。
在特定情况下，已经观察到被暴露给电场的气泡膜具有显著的更长的使用寿命。这可以归因于具有能增大膜壁厚度的电场。根据特定实施例，该效应可以用于稳定用于能量储存或用于其他目的的泡沫的结构。
在压力容器内的各种类型的内部涂层也可以用于抑制压缩泡沫的消解。可以在压力容器与周围的机械之间使用振动和/或脉动阻尼器，以便减少在压缩泡沫内存在的气泡的破裂或聚集。
根据某些实施例，在该泡沫的压缩气体组分储存在该压力容器中之前，压缩泡沫可以有意地流过消泡装置(在图8中被示出为830)。这样的消泡加速了泡沫消解过程，将该泡沫分解为液体组分和气体组分。
可以使用多种消泡技术。此类技术的实例包括但是不限于使用液滴来喷洒泡沫、施加声能、执行重力分离、执行离心分离和使泡沫通过物理网格(应变)。
泡沫中仅压缩气体组分被储存，可以避免因泡沫储存时间过长所产生的消解问题。这种方法也可以减少压力储存容器的容积和成本，因为泡沫中的不可压缩的液体组分不会占用其中的空间。
然而，此方法可能涉及压缩气体的重新泡沫化以在膨胀时实现热交换。具体地说，通过气体膨胀回收能量可以包括压缩的逆过程。
即，压缩气体流向膨胀机。压缩气体的膨胀推动可移动部件以驱动发电机。
在某些实施例中，压缩气体呈泡沫中的气体组分的形式。然而，并不限于此。在某些实施例中，压缩气体在其储存之前或之后，具有从压缩泡沫分离出(例如，通过图8的消泡器830)的气体的形式。
根据某些实施例，气体膨胀可以在与发生泡沫压缩相同的腔室中发生。这种对于泡沫膨胀和泡沫压缩使用同一可逆设备可以减少系统元件的数量，并且因此减少采购和维护那些部件的成本。
替代地，泡沫的膨胀可以发生在专用于此目的的独立腔室中。这样的专用膨胀机的使用可以特别适合于泡沫膨胀与压缩同时发生的实施例中。一个实例是可以连续获得热能来源来驱动泡沫膨胀与泡沫压缩同时发生的热机配置。
在膨胀后，在特定实施例中，泡沫可以被消泡，其中气体组分和液体组分被分离。膨胀后的此类消泡器在图8的特定实施例中被示出为832。
替代实施例可以使用闭合系统，其中，膨胀的泡沫被保留并再循环以在下一个压缩循环中用作输入。这样的闭合手段可以避免初始形态形成的成本和相关前体的消耗。泡沫前体的实例可以包括但不限于颗粒、蛋白质、天然洗涤剂、合成洗涤剂、表面活性剂、润湿剂、发泡剂及其它。
根据特定实施例的泡沫可以使用各种材料来作为液体和/或气体组分。一些典型的泡沫可以包括在液态水内的空气气泡。然而，在各个实施例中可以使用其他气体/气体混合物，包括但不限于不易燃气体，如氦气、氮气和二氧化碳。可以使用的气体的其他可能候选气体包括：烃，诸如戊烷、丙烷、丁烷、异丁烷、氢、氮氧化物；其它惰性气体，诸如氩气；制冷化合物，诸如CFC；和/或，它们的混合物。
并且，虽然上面的论述关注的是包含水的水液泡沫的使用，但并不限于此。根据替代实施例，可以使用除水以外的液体。其他候选液体的实例包括但不限于油或其他有机液体。
如上所述，在该泡沫的液体组分与气体组分之间的热传递用于增强压缩和/或膨胀过程的热力学效率。也可以通过在压缩和膨胀循环期间对负责气体或泡沫的摄入和/或排放的阀门的时序上施加小心的控制来增强能量处置的效率。在‘223公开案中以及在美国专利申请No.13/552,580中详细描述了在阀门时序上的此类控制，美国专利申请No.13/552,580在2012年7月18日被提交，并且出于所有目的通过引用的方式全文并入本文中。
如在‘223公开案中广泛地论述，在某些操作模式下，可以通过在受控条件下的膨胀驱动可移动部件，来回收以压缩气体形式储存的能量。在某些实施例中，该可移动部件可以包括活塞，该活塞被在气缸内膨胀的气体驱动以进行往复运动。
如在‘223公开案中以及本文中进一步所述，液体可以在此能量输送模式(或膨胀模式或排放模式)期间被引入，以便与膨胀气体交换热量。图9A至图9D示出在此能量输送模式中的气缸的简化截面图。
具体地说，图9A示出在膨胀冲程的开始时接近气缸902的上止点(TDC)的活塞900的位置。此时，在气缸头和高压侧之间的阀门904打开以允许压缩气体流入气缸。
图9B示出被膨胀的气体驱动的、在向下方向上朝下止点(BDC)位置移动的活塞900。此时，阀门904仍然打开，以继续允许压缩气体进入气缸。
图9C示出进一步向下朝BDC位置移动的活塞900。此时，阀门904闭合，暂停压缩气体的流动，使得允许体积V进入气缸。该压缩气体的现有体积的持续膨胀继续将活塞向下驱动。
图9D示出膨胀冲程的结尾，其中，活塞900在BDC位置处。根据特定条件和操作参数，在这个点处，气体体积V可以充分地(或可以不充分地)膨胀到特定压力(例如，接近最后膨胀级的环境压力或接近中间膨胀级的预期摄入压力)。
在图9A至图9D中所示的膨胀冲程之后是排气冲程。其中，在气缸与低压侧之间的阀门打开，使得当往复活塞开始朝TDC向上移动进入下一个膨胀冲程时，膨胀的气体从气缸流出。
图9E是从TDC(曲柄转角＝0°)至BDC(曲柄转角＝180°)的膨胀循环的气体压力对曲柄转角的高度简化曲线图。该附图示出气体的膨胀，并且因此，会被热传导影响的任何温度改变在膨胀冲程的早期阶段急剧发生。因此，可能难以在此短时间范围上实现对于高效率操作的热交换的量所期望的水与空气质量比。
图9A至图9D也示出摄入高压阀门904打开较短的时间段，其间，允许高压空气进入气缸。用于打开/闭合阀门的这个窄的窗口可以对于其设计构成挑战，并且特别是对于主动地控制阀门以仅允许所选体积的压缩气体进行膨胀构成挑战。
因此，在一些实施例中，可能需要使用在TDC附近花费更多时间的活塞运动曲线。这样的活塞运动曲线可以增大在摄入过程期间所喷洒的水的量。而且，它可以增强所喷洒的液滴与空气的混合，并且因此增强在空气与所喷洒的液滴之间的热交换的效率。
另外，在TDC处花费更多时间的活塞运动曲线也可以松弛要求高压侧阀门操作的简短定时窗口。它也可以减小泵吸损失，并且逆转阀门流动。
图10示出了活塞位置对曲柄转角。图10示出根据各个实施例，可以将活塞运动曲线配置为相对于TDC对称或不对称。
根据某些实施例，用于实现期望的活塞运动曲线的一种方法可以是通过使用凸轮驱动的活塞。在图11中示出凸轮驱动的活塞的一种可能配置1100。
在该配置中，两个凸轮1101和1102沿着轴线A在同一轴1103上旋转。跟随器1104具有在跟随器上固定的两个辊1106、1108，它们接触各自对应的凸轮1102和1101的表面。凸轮1101提供了用于将活塞向TDC推动的力，并且另一个凸轮1102提供向BDC的力。
也可以使用其他凸轮驱动的活塞配置。在一种替代配置中，两个凸轮可以在具有或没有弹簧的情况下在两个不同的轴和/或一个从动辊上运行。
使用凸轮驱动的活塞机构的实施例可以减小飞轮的大小。某些实施例可以消除十字头组装、负载逆转和润滑需要。
用于产生定制的活塞运动曲线的另一种方法可以是使用在曲柄和活塞杆之间的多十字头/多连接杆机械联动装置。在这样的配置中，曲柄轴以近恒定的速度旋转，但是在曲柄销和活塞之间存在多个联动装置。
可以在曲线上而不是直线上引导十字头。在这样的实施例中，整体运动使得在TDC处的活塞驻留时间大于其在BDC处的时间。
1.一种设备，包括：
气缸，所述气缸接收往复活塞，所述往复活塞被配置为通过使气体膨胀来允许所述气体从高压侧通过阀门进入所述气缸，来使所述往复活塞从TDC位置驱动到BDC位置；以及
机械联动装置，所述机械联动装置被配置为增强所述活塞在所述TDC位置处的驻留时间。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述机械联动装置包括凸轮和凸轮从动器。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述凸轮从动器包括辊。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述凸轮包括负责将所述活塞移动到TDC的第一凸轮，并且，所述机械联动装置进一步包括负责将所述活塞移动到BDC的第二凸轮。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述机械联动装置包括曲柄。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述机械联动装置包括十字头。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，在曲线上引导所述十字头。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述机械联动装置被配置为以对称的方式来增强在所述TDC位置处的驻留时间。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述机械联动装置被配置为以不对称的方式来增强在所述TDC位置处的驻留时间。
传递可变时序操作的凸轮的使用不限于往复的可移动部件。根据其他实施例，也可以利用凸轮或其他结构以可变时序来操作负责引入用于热交换的液体的泵组件。
凸轮操作的液压柱塞可以产生如图13A中所示的液体流的异形脉冲。该凸轮推动移动膜，以通过单向排出阀门使液体在该腔室内移位。该凸轮然后拉动该移动膜以从单向摄入阀门摄入补充液体。在吸入冲程期间没有发生液体泵吸。
多个凸轮操作的液压柱塞的组合可以用于产生如图13B中所示的任何液体泵吸曲线。此类方法允许在所有时间发生泵吸。
能量储存系统的有效率操作可能需要这样的泵吸曲线，该泵吸曲线在最小化喷射寄生损失的同时最大化循环的热效率。可以使用多个凸轮操作的液压活塞来产生这样的有效率的泵吸曲线，并且各个凸轮的曲线和时序彼此不同。
图13B的方法要求这些液压柱塞在排放端上连接在一起。而且，在压缩腔室上安装的喷嘴可以连接在一起，并且通过柱塞的排放管线被供应。这些分别在图13C至13D中示出。
虽然在图13C至图13D中所示的布置中，所有的柱塞供应所有的喷嘴，但是也可以使用其他布置。多个柱塞可以供应在该腔室中的喷嘴的子集。
在图13B至图13D中所示的实施例可以减少或消除流入该腔室的液体的脉动。脉动的液体加速到最大流速，并且然后减速回到零速度。
相比之下，在图13B至13D的实施例中所示的方法中，液体从一个速度加速/减速到略高/略低的速度。因此，可以在较低的加速度限制下获得喷淋泵的恰当时序，由此减少空穴的可能性。
与脉动的液体方法相关地产生的另一个问题是在柱塞运动的每一个循环中将排放管线加压并且然后减压。因为液体是略微可压缩的，所以在排放管线中的液体的体积作为可压缩弹簧，其减小了泵的容积效率。
管道的柔性也会降低泵的容积效率。在液体中和在管道中的频繁的压力循环也会产生热量，其降低了泵的机械效率。
根据实施例所提出的泵曲线可以显著地减少这些损失渠道。这是因为它显著地减小了压力循环的幅度。
对于脉动液体方法产生的另一个问题是：当柱塞处于吸入冲程中或静止时，来自压缩腔室的空气可以进入液体管线，并且流回液体泵。这将减小泵的容积效率，并且将加到压缩腔室的死区体积(dead volume)。同样地，可以通过如图13B至图13D中所示的实施例来避免这样的问题。
1.一种设备，包括：
在排放管线上连接在一起的多个凸轮操作的液压柱塞，各个凸轮的轮廓和时序互不相同；以及
多个喷嘴，所述多个喷嘴被安装在气体压缩腔室内，并且被所述排放管线连接在一起并被所述排放管线供应。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，全部的所述多个凸轮操作的液压柱塞供应全部的所述喷嘴。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，多个凸轮操作的液压柱塞供应所述喷嘴的子集。
对于根据实施例的多级压缩空气能量储存系统的精确的控制的实施可以因为组件的复杂度和数量而是挑战性的。例如，可能没有在运行期间对每一级的压力比直接控制的方式。
而是，压力比被确定为保持贯穿系统的质量流，并且也保持储存槽的最高压力。通常，当减小在一个级中的质量流时，在其他级中的压力比增大(并且，容积效率降低)，以匹配减小的质量流速。
然而，如现在在此所述，用于控制系统性能的一种方法可以是增大或减小在每级中的死区体积。根据某些实施例，可以通过增大或减小活塞气缸顶部间隙来实现对于死区体积的这样的控制。
用于改变死区体积的另一种技术可以是用可移动膜添加小的体积。该膜可以被定位以产生期望的额外的死区体积。
这样的额外的死区体积可以具有远小于1的缸径行程比(例如，细长气缸)，以便与壁热交换。或者，该额外的死区体积可以是远大于1的缸径行程比(例如，盘状气缸)，以便接收喷洒液滴并且确保合适的热交换。
1.一种方法，包括：
通过改变在湿压缩级中的死区体积的量来控制能量储存设备的操作。
根据各个实施例的用于控制压缩空气能量储存系统的操作的另一种方法可以是改变液体喷雾的流速。改变液体喷洒速度可以导致压缩的更高/更低的热量和更高/更低的排放温度。
为了增强系统性能并实现更好的控制操作，可以改变液体流速同时保持其他操作条件不变。在与压缩机相同的轴上运行的凸轮操作的液压泵可以不具有改变流速的灵活性。
具体地，当环境温度小于液体喷雾的冰点时，将液体喷洒到摄入的环境空气内可能不可行。在这样的情况下，在最低压力级中消除液体喷雾。空气会通过绝热压缩循环，并且将被加热到较高的温度，然后被供应到第二和随后的压缩级(如果存在的话)。
一种用于改变液体流速的方法是使用围绕泵的旁通管。在正常的操作中，旁通管闭合，并且，将泵吸的水的100％喷洒到气缸内。当旁通管完全打开时，泵吸的水的100％通过旁通管，并且0％被喷洒到压缩腔室内。可以通过在0.0％和100.0％之间改变旁通阀门的百分比来改变向压缩腔室内流动的液体的流速。
用于改变凸轮操作的液压泵的流速的另一种方法是使用用于改变活塞的排量距离(swept distance)的机构。可以机械地或电子地致动这样的机构。
例如，如图14的具体实施例中所示，杠杆臂可以向柱塞传送凸轮的平移。改变枢轴的位置可以改变柱塞泵的冲程。
1.一种方法，包括：
通过改变流入湿压缩级内的喷洒液体的流速来控制能量储存设备的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用围绕液体泵的旁通管来完成所述流速的改变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用用于改变凸轮操作的液压泵的柱塞的排量距离的机构来实现所述流速的改变。
根据某些实施例，可以使用有限数量的气缸类型/大小来构造多级压缩气体能量储存系统。这样的方法可以通过减少该级特有的新气缸的设计的开发时间来节约资源。
例如，某些实施例可以仅使用单一类型的气缸来构造两级机器。在图15A中示出一种这样的布置。该图图示了4-1布置，其中，作为两级压缩机的第一级，并行地连接四个小(S)气缸。第二级由仅一个小气缸构成。
诸如图15A中的系统的最大压力取决于小气缸类型的最大压力额定值以及气缸的最大压力比能力。其他两级配置是可能的，例如，2-1、3-1、5-1、5-2和其他组合。
可以使用一种或两种类型的气缸来构造根据一个实施例的三级系统。可能(但是复杂)的配置是全部由小气缸构成的16-4-1布置。
图15B示出使用1-4-1布置的替代实施例。最低压力级是大(L)气缸，并且该系统的其余部分由小(S)气缸构成。图15B的中间级是四个小气缸的并联连接。在三级中的大气缸和小气缸的其他这样的组合也是可能的，例如，1-3-1、3-16-5。
图15C示出另一个替代实施例。该系统包括三级机器的4-1-1布置。在该配置中，大气缸的设计压力可以大于第三级的最大摄入压力。图15D是示出在图15C的系统中的两种类型的气缸之间在大小上的差别的图示。
图15E示出由两种类型的气缸构成的4-1-4-1架构(四级)。在该布置中，每级的平均压力比值较低，因此，气缸的容积效率增大。
此类结构的不同级可以以不同的速度来旋转，以实现一个或多个目的。例如，在不同速度下的操作可以用于平衡质量流，遵循期望的功率输入/输出，或者增大效率。根据每一种气缸类型和另外的所需组件的成本/价格，可以设计出针对各种类型应用的最优布置，来达成每单元功率的期望成本。
1.一种设备，包括：
多个压缩级，所述多个压缩级被限定为第一大小的压缩机和比所述第一大小小的第二大小的压缩机，至少一个级包括并联布置的多个压缩机，所述并联布置的多个压缩机与包括单个压缩机的下一级流体连通；以及
压缩气体储存单元，所述压缩气体储存单元被配置为接收和储存压缩气体。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个级包括湿压缩级。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个级包括多个往复压缩机。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个级包括多个旋转压缩机。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个压缩机是所述第一大小的，并且所述单个压缩机是所述第二大小的。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个压缩机是所述第二大小的，并且所述单个压缩机是所述第一大小的。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个级是可逆的以执行湿压缩或湿膨胀。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述压缩气体储存单元被配置为从所述下一级接收所述压缩气体。

Claims (28)

1.一种设备，包括：
元件，所述元件是可移动的以压缩在腔室内的气体；
喷头，所述喷头被配置为与在所述腔室内正被压缩的气体进行气液热交换；
气液分离器，所述气液分离器被配置为从自所述腔室接收的压缩气液混合物中分离出加压液体；以及
液压马达，所述液压马达被配置为通过所述加压液体的解压而被驱动。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括与所述元件连接的联动装置，其中所述液压马达与所述联动装置物理连接。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述联动装置包括旋转轴。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液压马达与泵物理连接，所述泵与所述喷头液体连通。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述腔室通过所述气液分离器来与下一个压缩级流体连通。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述腔室通过所述气液分离器来与逆流热交换器流体连通。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述腔室通过所述气液分离器来与压缩气体储存单元流体连通。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述腔室与所述压缩气体储存单元的气体部分流体连通，所述压缩气体储存单元还包括液体部分。
9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括在所述气体部分与所述液体部分之间的气液界面。
10.根据权利要求6所述的设备，进一步包括液压泵/马达，所述液压泵/马达被配置为被从所述液体部分流出的液体所驱动。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述液压泵/马达与泵物理连接，所述泵与所述喷头液体连通。
12.根据权利要求8所述的设备，进一步包括在所述液体部分与所述气体部分之间的可移动分隔件。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括专用压缩机。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括可逆压缩机/膨胀机。
15.根据权利要求14所述的设备，进一步包括：
第二气液分离器，所述第二气液分离器被配置为从自所述腔室接收的膨胀的气液混合物中分离出第二加压液体；以及
第二液压马达，所述第二液压马达被配置为被所述第二加压液体的解压而驱动。
16.一种设备，进一步包括：
压缩气体储存单元，所述压缩气体储存单元包括气体部分、液体部分以及在所述气体部分与所述液体部分之间的气液界面，其中，所述气体部分与腔室流体连通，所述腔室容纳一个通过移动以将气体压缩的元件；所述液体部分通过液压泵/马达与液体储存器液体连通。
17.根据权利要求16所述的设备，进一步包括：
气液分离器，所述气液分离器被配置为从自所述腔室接收的压缩的气液混合物中分离出加压的液体；以及液压马达，所述液压马达被配置为通过所述加压的液体的解压而被驱动。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括专用压缩机。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，在所述腔室内可移动的所述元件包括可逆压缩机/膨胀机。
20.一种设备，包括：
低压湿压缩级；
第一气液分离器，所述第一气液分离器被配置为分离出第一加热的加压的液体，所述第一加热的加压的液体接收自所述低压湿压缩级；
高压湿压缩级，所述高压湿压缩级被配置为接收所述第一加热的加压的液体；
第二气液分离器，所述第二气液分离器被配置为分离出从所述高压湿压缩级接收的第二加压的液体，所述第二加压的液体包含从所述低压湿压缩级和从所述高压湿压缩级传递的累积热量；以及
热交换器，所述热交换器被配置为将来自所述第二加压的液体的累积热量转移给用于湿膨胀过程的液体流。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述高压湿压缩级是可逆的以执行所述湿膨胀过程。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述热交换器包括逆流热交换器。
23.根据权利要求20所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个被配置为进行往复运动。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个包括与曲柄轴连接的活塞。
25.根据权利要求20所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个被配置为进行旋转运动。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述第一湿压缩级和所述第二湿压缩级中的至少一个包括涡轮机。
27.根据权利要求20所述的设备，进一步包括热隔离液体储存槽，所述热隔离液体储存槽被配置为在暴露给所述热交换器之前接收所述第二加压的液体。
28.根据权利要求20所述的设备，进一步包括液压马达，所述液压马达被配置为通过所述第二加压的液体的解压来回收能量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111706477A (zh) * 2020-06-23 2020-09-25 陆盛宏 一种温差蓄能发电装置及其发电方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115263455B (zh) * 2022-06-09 2024-07-30 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 氢气等温膨胀与氢燃料电池联合运行系统及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009034548A2 (en) * 2007-09-13 2009-03-19 Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) Multistage hydraulic gas compression/expansion systems and methods
US20100326066A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
US20110070032A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-24 Scott Raymond Frazier Underwater compressed fluid energy storage system
US20120019009A1 (en) * 2009-06-29 2012-01-26 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4497015B2 (ja) * 2005-04-01 2010-07-07 トヨタ自動車株式会社 熱エネルギ回収装置
US8225606B2 (en) * 2008-04-09 2012-07-24 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using rapid isothermal gas expansion and compression
US20110094212A1 (en) * 2009-10-28 2011-04-28 Gabor Ast Compressed air energy storage system with reversible compressor-expander unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009034548A2 (en) * 2007-09-13 2009-03-19 Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) Multistage hydraulic gas compression/expansion systems and methods
US20100326066A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
US20120019009A1 (en) * 2009-06-29 2012-01-26 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
CN102365458A (zh) * 2009-06-29 2012-02-29 光帆能源公司 使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储系统
US20110070032A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-24 Scott Raymond Frazier Underwater compressed fluid energy storage system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111706477A (zh) * 2020-06-23 2020-09-25 陆盛宏 一种温差蓄能发电装置及其发电方法

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