CN109952428A - 一种液压-气动的能量储存及回收系统 - Google Patents

Abstract

一种液压‑气动的能量储存及回收系统，包含：密封的一第一容器及密封的一第二容器，当中的每一个容器均可引入一定体积的液体，且所述引入的液体可从所述容器被气动式推进；一涡轮机，设置在所述第一及第二容器之间且与一发电机耦合，用以在所述被气动式推进的液体造成所述涡轮机转动时产生动力；一收集‑运送设备，位于所述第一及第二容器的外部，用以收集从所述涡轮机以重力引出且已能量耗尽的液体，并且用以运送所述收集的液体至所述第一及第二容器的其中一个，以便使用在随后的多个能量回收循环中。

Description

一种液压-气动的能量储存及回收系统

技术领域

本发明涉及可维持多个能量系统的领域。更具体来说，本发明关于一种液压-气动的能量储存及回收的系统。

背景技术

由现有技术已知许多基于流体的能量储存及回收的系统。

一种类型为抽水蓄能系统，时常被称为水电站。在所述水电站中，水储存于一上贮藏器中，并在高电力需求期间，将水通过重力引出被释放到一下贮藏器，位于所述下贮藏器的一涡轮机配置用以产生动力。在低成本非高峰时段的期间，当电力需求较少时，通过从所述下贮藏器将所述水泵送回所述上贮藏器来回收。

然而，为了使多个所述抽水蓄能系统在经济上可实行，需要设立多个大规模水电站。要实现这样的动力水平，只有当所述储存水必须通过重力引出沿着特定的高度来输送时，不仅需要高资金成本来建造用于多个所述贮藏器和多个泵系统的多个挡土墙，也需要显着的操作成本用于将所述输送水泵送回所述上贮藏器，因而降低所述抽水蓄能系统的收益性。

与多个所述水电站相关的另一个缺点为来自上贮藏器和下贮藏器的水蒸发速率高。并且，多个特定位置的所述水电站只能设立在多个非常具体的位置，所述具体位置的特征为一合适的地形景观，所述合适的地形景观未必在多个电力线附近，因此可能对公用事业公司没有益处。

另一种已知基于流体的能量储存及回收的系统是一压缩空气的能量储存系统，通过所述压缩空气的能量储存系统将环境空气压缩并在压力下储存于一地下洞穴中。当有电力需求时，所述加压空气被加热并在一膨胀涡轮机中膨胀，以驱动一发电机来产生动力。

美国专利文献US 7,281,371公开一种以泵送水力的储存及分配的压缩空气系统，所述系统包括一水的第一贮藏器及一水和空气的第二贮藏器。连接至所述第二贮藏器的一气压来源在所述第二贮藏器中形成一压头。连接至所述第一贮藏器的一泵/涡轮机-马达/发电机也连接至一区域能源网。在需求高峰期间，所述压头驱使所述水穿过所述泵/涡轮机-马达/发电机来产生动力，所述动力将被运送至所述网。在低需求期间，所述泵/涡轮机-马达/发电机将水泵送回所述第二贮藏器，以使所述压头再生。多个所述贮藏器可为多个地道或多个废弃的矿井。

此类现有技术的系统为能量密集型，因为必须将水从所述第一贮藏器泵送回所述第二贮藏器，以便于所述第二贮藏器再生所述压头，而不在所述水流动于所述第一和所述第二储存器之间的期间产生动力。此类现有技术的系统的另一个缺点为需要在不同高度配置及维持多个地下贮藏器。

本发明的一个目的为提供一种液压-气动的能量储存及回收的系统，所述系统在经济上可实行且相较于多个现有技术的系统可产生更多的动力。

本发明的另一个目的为提供一种液压-气动的能量储存及回收的系统，所述系统不需依赖于多个特定的地质或地下特征。

本发明的多个其他目的或优点将随着描述的进行而变得显而易见。

发明内容

本发明提供一种液压-气动的能量储存及回收系统，包含：密封的一第一容器及密封的一第二容器，当中的每一个容器均可引入一定体积的液体，且所述引入的液体可从所述容器被气动式推进；一涡轮机，被设置在所述第一及所述第二容器之间且与一发电机耦合，用以在所述被气动式推进的液体造成所述涡轮机转动时产生动力；及一收集-运送设备，位于所述第一及所述第二容器的外部，用以收集从所述涡轮机以重力引出且已能量耗尽的液体，并且用以运送所述收集的液体至所述第一及所述第二容器的其中一个，以便使用在随后的多个能量回收循环中。

如本文所述，所述收集-运送设备可同时兼具一收集设备及一运送设备的功能，所述收集设备用以收集从所述涡轮机以重力引出且已能量耗尽的液体，而所述运送设备用以运送所述收集的液体至所述第一及所述第二容器的其中一个，或者，可选择地，所述运送设备可与所述收集设备分离，并于所述液体被收集后再运转。

所述引入的液体可通过一定体积的储存压缩空气的方式来气动式推进，所述一定体积的储存压缩空气为可相对于所述第一容器及所述第二容器中的每一个来产生。

一方面，所述系统更包含：一有角度的导管，被引入至所述第一容器及所述第二容器中的每一个，使得所述有角度的导管的一第一部向下延伸至一对应的容器的一内部中，及所述有角度的导管的一第二部从所述第一部侧向延伸，且在所述对应的容器上方延伸，并终止于一喷嘴，所述喷嘴适用于排出高压液体；及一装置，如一控制阀，用于释放所述储存压缩空气，以造成被引入所述第一容器的所述液体的体积的至少一部分将通过所述有角度的导管及所述喷嘴被气动式推进，直到撞击所述涡轮机的多个叶片以产生动力，其中所述涡轮机位于从所述喷嘴排出的所述高压液体的一流动路径中。

另一方面，所述系统更包含另一装置，用于相对于所述第一容器及所述第二容器中的每一个储存一定体积的所述压缩空气。用于相对于所述第一容器及所述第二容器中的每一个储存一定体积的所述压缩空气的所述另一装置包含：一压缩机；一空气罐，与所述压缩机流体连通，在所述空气罐中的所述压缩空气可在一适当的压力下储存；及一空气导管，可控制的流体连通于所述第一容器和所述第二容器中的每一个的其中对应的一个的一内部及可控制的流体连通于所述空气罐的一内部，如此一旦设定所述空气导管与所述对应的容器的所述内部流体连通，所述引入的液体气就可被气动式的推进至所述喷嘴。

另一方面，一旦注入所述液体至所述对应的容器的所述内部中，就产生所述一定体积的储存压缩空气。当所述收集设备为一贮藏器，所述贮藏器用于接收从所述涡轮机排出的所述收集的已能量耗尽的液体；而所述运送设备为一泵，所述泵用于将所述高压液体从所述贮藏器运送至所述对应的容器的内部中时，可产生足够高压的所述压缩空气压力。所述第一容器及所述第二容器均为热绝缘用以保留热能，所述热能于空气被压缩的期间产生。

另一方面，所述收集-运送设备是位于正下方的一水平及固定的表面，且所述收集-运送设备设置在分别形成于所述第一容器及所述第二容器中的两个可闭合的开口之间，所述收集的液体升高至所述表面上方，且被引入至保持打开的两个所述开口的其中一个中。

又一方面，所述收集-运送设备为由一马达所驱动的一枢接表面，且所述枢接表面设置在分别形成于所述第一容器及所述第二容器中的两个所述可闭合的开口之间，所述收集的液体沿着所述枢接表面向下流动，且被引入至保持打开的两个所述开口的其中一个中。

本发明也针对一种液压-气动的能量储存及回收的方法，所述方法包含：

a)提供密封的一第一容器及密封的一第二容器；

b)将一液体引入所述第一容器中；

c)相对于所述第一容器储存一第一体积的流体能量；

d)释放所述第一体积的能量，而造成所述液体的至少一部分被引入至所述第一容器中并被气动式推进；

e)引导所述被推进的液体从所述第一容器流至一涡轮机来产生动力；

f)在所述第一容器及所述第二容器外部，收集从所述涡轮机以重力引出且已能量耗尽的液体；

g)运送所述收集的液体至所述第二容器；

h)相对于所述第二容器储存一第二体积的流体能量；

i)释放所述第二体积的能量，而造成所述液体的至少一部分被引入至所述第二容器中并被气动式推进；及

j)引导所述被推进的液体从所述第二容器流至所述涡轮机来产生动力。

附图说明

图1为一现有技术的液压-气动的能量储存及回收系统的一示意图，通过所述系统可气动式推进一液体以产生电能；

图2为根据本发明的一实施例的一液压-气动的能量储存及回收方法的一流程图；

图3a及图3b分别为根据本发明的所述实施例的所述液压-气动的能量储存及回收系统的两个阶段的一示意图；

图4a及图4b分别为根据本发明的所述实施例的一收集设备的两个状态的一示意图；及

图5a至图5d分别为根据本发明的另一实施例的所述液压-气动的能量储存及回收系统的四个阶段的一示意图。

具体实施方式

本发明为一储存能量的系统，所述系统利用通过压缩空气所施加的一力来迫使一定体积的水或任何其它适合的流体移位到一发电元件上。当一循环水被回收时，所述系统也可产生动力。虽然下文的描述是使用水作为通过气动能源所推动的一介质，但可理解的是本发明也适用于其他流体类型的使用。

图1说明一现有技术的压缩空气储存能量的系统，所述系统通过压缩空气来迫使水的移位以产生电能。所述系统10包含一密封的容器11，所述密封的容器11部分地被水填满(例如，大约70％)。所述容器11通过一空气导管13与一压缩机12流体连通，一控制阀14可操作地连接于所述空气导管13。一控制阀16可操作地连接于一水导管15，所述水导管15被引入至所述容器11中，使得所述水导管15的一第一端延伸靠近所述容器11的底部，而所述水导管15的一第二端终止于一喷嘴17，所述喷嘴17适用于排出一股高压水。一冲击式涡轮机19，例如一波耳吞轮机(Pelton wheel)，用以通过撞击所述冲击式涡轮机19的多个轮廓叶片的一水射流方向上的改变所引起的冲击来产生一力矩，所述冲击式涡轮机19位于所述喷嘴17的一流动路径上，且所述冲击式涡轮机19坚固地连接于一轴杆110，所述轴杆110机械式地耦接于一发电机111。所述发电机111连接至一电池组112，所述电池组112用以储存电能。如下文所述，所述系统以两种周期进行运转：一充电周期及一放电周期。

充电周期：

所述充电周期在低成本的非高峰时段执行，像是在夜晚期间。在第一步骤中，所述阀16保持关闭且所述阀14保持打开。接着，所述压缩机12被启动以压缩所述容器11中的一内部18的空气，直到到达一适当的压力(例如，大约40巴(bar))。然后，所述压缩机12停止运转且所述阀14关闭，同时所述压缩空气保持储存于所述内部18中，直到开始放电。

放电周期：

所述放电周期在高成本的高峰时段执行，像是在白天期间，此时电能的成本昂贵。在第一步骤中，所述阀14保持关闭且所述阀16打开。因此，在所述内部18中的所述压缩空气的压力迫使水从所述容器11通过所述管道15向外移位。一旦所述水到达所述喷嘴17，所述加压水被排出且引起所述涡轮机19及所述轴杆110转动。此转动通过所述发电机111被转换成电能，所述电能可被直接运送至一负载，出售给一电网，或由所述电池组112所储存。

然而，图1的所述现有技术的系统不够有效率，因为引起所述涡轮机19转动的所述被排出的水应该要优选地被回收及被运送回所述容器11，以便在接续的多个所述充电/放电周期的期间被重复利用。所述水的回收为能量密集型，假如不用于后续的多个周期，则会减少净能量输出。

广义上来说，图2说明根据本发明的一实施例的一液压-气动能量储存及回收的方法。在步骤62中，一第一体积的流体能量相对于一第一容器被储存。当步骤64中的所述第一体积的流体能量被释放，一定体积的水通过步骤66中的一定体积的压缩空气从所述第一容器被推进，且在步骤68中被引导至的一涡轮机，使得所述涡轮机回应于一喷射的水流而转动，从而产生动力。在步骤72中，已能量耗尽的推进水在步骤70中从外部被收集到所述第一容器中，且所述已能量耗尽的推进水在与所述第一容器相同的高度下被引导至一第二容器，无论是在地面上或地面下，并且也从外部被引导至一收集设备，用以与所述第一体积相同或共同的一第二体积的储存流体能量一起重复使用。在步骤74中，所述第二体积的流体能量被释放，使得在步骤76中将所述一定体积的水从所述第二容器推进至相同的所述涡轮机。因此，有利于在任何数量的后续的循环周期中皆能够产生动力。

图3a及图3b说明根据本发明的所述实施例的一液压-气动能量储存及回收的系统20，一压缩空气通过所述系统20迫使水移位以产生电能，同时所述移位的水被回收使用于其他的循环中。在此实施例中，一定体积的流体能量为储存于一空气罐中的一定量的所述压缩空气，所述空气罐能够被设置与所述容器流体连通，所述容器含有一定体积的可推进水。

所述系统20包含一空气罐200，所述空气罐200与一压缩机12流体连通，在一适当压力下(例如，40巴或更高)，所述空气罐中200累积了加压空气。一空气导管201从所述空气罐200的一顶部延伸，并分支成两个空气导管203及204，一控制阀202可操作地与所述空气导管201连接，两个控制阀205及206可操作地分别与所述空气导管203及204连接。所述导管204延伸至一密封的第一容器207a，所述第一容器207部分地被水填满(例如，大约70％)。所述密封的第一容器207a具有受控制的可打开及可关闭的一挡板209a，或任何其他合适的可移动的隔板，使得当所述档板209a关闭时，通过覆盖形成于所述密封的第一容器207a的一开口210a来封闭所述容器207a，以及当所述档板209a打开时，通过所述开口210a允许水流进所述密封的第一容器207a中。一水导管208a被引入所述容器207a中，使得所述水导管208a的一第一端延伸靠近所述容器207a的底部，而所述水导管208a的一第二端终止于具有两个输入端的一喷嘴17，所述喷嘴17适用于排出一股高压水。

所述导管203延伸至一密封的第二容器207b，所述第二容器207b一开始为空的。所述密封的第二容器207b具有受控制的可打开及可关闭的一挡板209b，或任何其他合适的可移动的隔板，使得当所述档板209b关闭时，通过覆盖形成于所述密封的第二容器207b的一开口210b来封闭所述容器207b，以及当所述档板209b打开时，通过所述开口210b允许水流进所述密封的第二容器207b中。一水导管208b被引入所述第二容器207b中，使得所述水导管208b的一第一端延伸靠近所述第二容器207b的底部，而所述水导管208b的一第二端终止所述喷嘴17的第二输入端。一冲击式涡轮机19，或任何其他类型的涡轮机，位于从所述喷嘴17排出一水射流的一流动路径上，以便通过所述水射流造成所述冲击式涡轮机19转动，且所述冲击式涡轮机19坚固地连接于一轴杆110，所述轴杆110机械式地耦接于一发电机111。所述发电机111连接至一电池组112，所述电池组112用于储存产生的电能。

所述空气罐200、所述容器207a及所述容器207b均优选为均有相同的体积且位于相同的高度。

一基本上水平且固定的表面211位于正下方，且所述表面211设置在所述开口210a及所述开口210b之间，并且所述表面211适用于收集所有从所述涡轮机19重力引出的水。随着水位升高至所述表面上方，所述收集的水被引入至所述容器207a及所述207b的其中一个中，这取决于所述开口210a或所述开210b哪个保持打开。

所述系统20也包含与所述压缩机12进行数据通信的一控制器35，根据一预定的操作时间或根据安装在所述空气罐200内部的一传感器38所侦测到的多种感测的压力条件，以便控制所述空气罐200内部的一目标气压。所述控制器35也可与多个所述控制阀202、205、206及与所述档板209a和所述档板209b进行数据通信，以确保多个充电周期及多个放电周期的确实操作。

所述系统20以每四个周期为一阶段来运转：两个充电周期及两个放电周期，如下所述。

图3a说明与所述系统20结合执行的一第一充电/放电的周期。

第一充电周期：

所述第一充电周期在低成本的非高峰时段执行，像是在夜晚期间。在第一步骤中，所述阀202保持关闭且所述压缩机12被启动以压缩所述空气罐200中容纳的空气，直到到达一适当的压力(例如，大约40巴)。接着，所述压缩机12停止运转且所述阀202关闭，并且所述压缩空气保持储存于所述空气罐200中，直到所述第一放电周期开始。

第一放电周期：

所述第一放电周期在高成本的高峰时段执行，像是在白天期间。在第一步骤中，所述挡板209a被设置于所述挡板209a的一下部位置，使得所述开口210a被封闭。同时，所述挡板209b被设置于所述挡板209b的一上部位置，使得所述开口210b打开。在下一个步骤中，所述阀205保持关闭，且所述阀202及所述阀206打开。因此，在所述空气罐200中的所述压缩空气通过所述导管204流动至所述容器207a的一低压内部，并迫使水从所述容器207a通过所述导管208a向外移位。所述压缩空气的压力足够高以引起最初容纳于所述容器207a中的全部水量或一高比例的水量从所述容器207a排出，所述比例为例如高于70％，例如高于80％或90％。一旦所述水到达所述喷嘴17，所述加压水被排出至所述涡轮机的多个叶片上且引起所述涡轮机19及所述轴杆110转动。此转动通过所述发电机111被转换成一相当大的电能以回应一相当高比例的水，所述电能可被直接运送至一负载，出售给一电网，或由一电池组所储存，所述相当高比例的水已经被气动式推进至所述涡轮机19中。

在所述第一放电周期的期间，从所述涡轮机19重力引出的所有的已能量耗尽的水被所述水平表面211所收集，且在水位上升后，所述已能量耗尽的水随后通过所述开口210b被引入至所述容器207b中。所述第一放电周期的结束时，从所述容器207a向外移位的水将被引入所述容器207b中，所述向外移位的水可以是容纳于所述容器207a中的全部体积的水，或是仅为容纳于所述容器207a中的一部分比例的水，所述比例取决于所述压缩空气的压力。

图3b说明与所述系统20结合执行的一第二充电/放电的周期。

第二充电周期：

所述第二充电周期也在低成本的非高峰时段执行。在第一步骤中，所述阀202保持关闭且所述压缩机12被启动以压缩所述空气罐200中的空气，直到到达一适当的压力(例如，大约40巴或更高)。接着，所述压缩机12停止运转，并且所述压缩空气保持储存于所述空气罐200中，直到所述第二放电周期开始。

第二放电周期：

当通过出售所产生的电能给所述电网可实现更大的收益时，例如，在所产生的电能已经由多个所述电池储存之后，所述第二放电周期可在高成本的高峰时段执行。在第一步骤中，所述挡板209b维持在所述挡板209b的一下部位置，使得所述开口210b被封闭。同时，所述挡板209a维持在所述挡板209a的一上部位置，使得所述开口210a打开。在下一个步骤中，所述阀206保持关闭，且所述阀202及所述阀205打开。因此，在所述空气罐200中的所述压缩空气迫使水从所述容器207b通过所述导管208b向外移位，且到达所述喷嘴17。一旦所述水到达所述喷嘴17，所述加压水就被排出且引起所述涡轮机19及所述轴杆110转动。此转动通过所述发电机111被转换成电能，所述电能可被直接运送至一负载，出售给一电网，或由一电池组所储存。在所述第二放电周期的期间，所有的所述被排出的水被所述水平表面211所收集，且在水位上升后，所述被排出的水随后通过所述开口210a被引入至所述容器207a中。

在所述第二放电周期的期间，大致上被所述水平表面211所收集的所述被排出的水通过所述开口210a被引入回到所述容器207a中，所述被排出的水可以是容纳于所述容器207b中的全部体积的水，或是仅为容纳于所述容器207b中的一部分比例的水，所述比例取决于所述压缩空气的压力。

这可被理解为大量的所述放电周期能在非高峰时段中执行，以便从产生所述压缩空气的低成本电力及从每个所述放电周期的期间的相对高功率的输出中受益。

图4a及图4b示意性的说明一收集设备216的另一实施例，所述收集设备216适用于收集并引导所述已能量耗尽的水，所述已能量耗尽的水从所述涡轮机19中排出。在此实施例中，所述收集设备216包含一枢接表面222，所述枢接表面222由一马达228所驱动，所述马达228与所述控制器35(图3a)进行数据通信，且通过一齿状元件或任何其他合适的运动连接(kinematical connection，KC)229给予所述枢接表面222一旋转运动。

当所述容器207a的所述档板209a被设置在所述档板209a的所述下部，以阻挡相对于所述容器207a的所述内部的水的一出口及一入口时，及当所述容器207b的所述档板209b被设置在所述档板209b的所述上部，使得所述开口210b不被阻档时，所述枢接表面222被驱动，使得所述枢接表面222的一第一端226较所述枢接表面222的一第二端227高，如图4a所述，用以确保已能量耗尽的涡轮机排放物231将受重力地朝向所述开口210b及所述容器207b被运送。相反地，当所述容器207a的所述档板209a被设置在所述档板209a的所述上部，使得所述开口210a不被阻档时，及当所述容器207b的所述档板209b被设置在所述档板209b的所述低部时，所述枢接表面222被驱动，使得所述枢接表面222的所述第一端226较所述枢接表面222的所述第二端227低，如图4b所述，用以确保所述已能量耗尽的涡轮机排放物231将受重力地朝向所述开口210a及所述容器207a被运送。分别接触一对应的容器壁的所述端226及所述端227可被封闭以防止所述排放物231的流道于所述枢接表面222的下方。

所述收集设备的其他配置也在本发明的范围内，例如，一结构可关闭所述涡轮机并通过一导管引导所述涡轮机的所述排放物，所述导管延伸至一单一方向的控制阀，例如一确认阀，所述单一方向的确认阀可操作地连接至一对应容器的一壁，如此当所述结构被来自所述控制器的一信号启动时，将允许所述涡轮机的排放物被引入至所述对应的容器中。

图5a至图5d说明一液压-气动量储存及回收系统320的另一实施例。在此实施例中，一定体积的流体能量为一定体积的空气，所述空气不需使用一压缩机即可被压缩，且在一充电周期的期间，所述压缩空气位于与一定体积的水相同的容器。所述一定体积的水稍微少于所述容器的体积，例如所述容器体积的80％至90％的范围值，且所述一定体积的水造成所述一定体积的空气被压缩。并且，所述收集设备为非平面，且所述收集的水通过一主动的运送单元被回收，所述主动的运送单元将所述收集的水运送至具有一降低水位的一容器。

所述系统320包含两个密封且热绝缘的容器307a及307b，所述两个容器优选为具有相同的体积且位于相同的高度，且所述容器307a及所述容器307b的每一个的一外周密封元件312可相对于一对应的外周热绝缘元件314被定位于内侧。与图3a的所述容器207a及所述容器207b相似的所述容器307a及所述容器307b均为压力容器，所述压力容器足够坚固以承受至少40巴的相当高的流体压力。

一有角度的水导管308a及一有角度的水导管308b分别被引入且牢固，例如通过焊接，于所述容器307a及所述容器307b中，使得所述容器的一向下延伸部的一第一端延伸靠近所述对应的容器的底部，同时所述导管的一水平延伸部的一第二端终止于具有两个输入端的一喷嘴17，所述喷嘴17容纳来自所述导管308a及所述导管308b中的任一个的排放物。与图3a的所述导管208a及所述导管208b相似的有角度的所述水导管308a及所述水导管308b足够坚固以承受至少40巴的相当高的流体压力。所述喷嘴17适用于排出一高压水射流301至一涡轮机19上。与一控制器35进行数据通信的一控制阀306a及一控制阀306b分别可操作地连接至所述导管308a及所述导管308b，且所述控制阀306a及所述控制阀306b在关闭时，用于维持所述对应的容器内的压力和温度，并在打开时允许被推进的水流动。

所述收集设备可为一漏斗317或任何其他可排水的贮藏器，所述收集设备可接收从所述涡轮机19排出的所述已能量耗尽的水。所述漏斗317的一底部出口319

引导所述接收的水至一T型配件322，且所述底部出口319连接至所述T型配件322，所述T型配件322具有两个相反、开放及基本上水平的导管部324a和324b，所述导管部324a及所述导管部324b分别与所述容器307a及所述容器307b流体连通。一隔离阀329可安装于所述出口319下方的所述配件322中，所述隔离阀329例如为与所述控制器35进行数据通信的一控制阀。与所述控制器35进行数据通信的独立可运转的一泵327a及一泵327b分别可操作地连接于所述导管部324a及所述导管部324b。一补充水线331a及一补充水线332b，例如连接至一供应水的网络，分别连接至所述导管部324a及所述导管部324b，且所述补充水线331a及所述补充水线332b可分别被与所述控制器335进行数据通信的一控制阀339a及一控制阀339b单独地隔离。

如图5a所示，在启动条件期间，所述容器307a及所述容器307b均为空的，且均具有一大气体积V1。

在使用中，首先在一足够长的时间内，通过所述补充阀的其中之一，例如339a，及所述隔离阀329使水进入所述贮藏器317，直到所述容器317至少部分地被填满。在所述补充阀339a被关闭后，所述泵327被启动将一适当量的水从所述贮藏器317运送至所述容器307a。从所述贮藏器317运送至所述容器307a的所述一定体积的水可通过回应于监测到的所述泵327a的启动时间而被控制，当知道所述泵的容量时，所述泵327a的启动时间对应于被运送的总体积的水。可选择地，通过一个或多个传感器333，例如一液位传感器，可控制被运送至所述容器307a的所述一定体积的水，当所述容器307a中的水位达到一预定高度时，所述传感器333传递来自所述控制器35的一讯号使得所述泵327a停止运转。接着所述隔离阀329被关闭。

如图5b所示，在将一体积V2的水运送到密封的所述容器307a之后，截留于所述容器307a中的空气通过所述体积V2的水的注入被压缩成一体积V3，例如所述体积V2的水具有一40巴的压力，藉此，上层水面334防止所述空气膨胀。通过所述引入水施加的力，空气分子装载了大量的势能。同时间下，在压缩阶段的期间，由于所述空气分子的动能的增加且分子的碰撞相对应的增加，所述空气的温度提高。因此，所述温度提高的空气的热能被传递至所述水，且通过所述热绝缘的容器307a使所述被加热的水被保留一段时间。

接下来参考图5c，通过一开口控制阀306a将所述压缩空气的所述势能释放，由于所述体积V3与所述喷嘴17的出口之间的空气压力差，使得所述压缩空气驱动保留于所述容器307a中所述水以一类似于活塞的方式通过所述导管308a的一低开口337流至所述喷嘴17。首先，所述水流以一非常高的流速通过所述导管308a并撞击所述涡轮机19的多个叶片以产生一相对应高水平的功率，最后，在所述空气的压力差减少之后，所述水的流速及所述产生出的高水平的功率也会降低。在放电周期结束时，当所述容器307a中的气压到达一平衡体积V5及一平衡压力时，例如7巴，接收于所述贮藏器317中的所述已能量耗尽且被加热的水的总体积为V4，且保留于所述容器307a中的所述一定体积的水为V2-V4。然后，所述控制阀306被关闭。

如图5d所示，在随后的充电周期中，所述隔离阀329被打开且所述泵327被启动以造成所述体积V4的加热水流至所述容器307b。因为注入所述容器307b中的所述体积V4的加热水未充分符合要求地压缩所述截留的空气，所以所述补充阀339b被打开以补充一定体积的水，所述一定体积的水被引入所述容器307b中，接着，在一适当体积的补充水被引入所述容器307b之后，所述补充阀339b被关闭。所述水的总体积为V2-V6，且少于所述体积V2，所述水的总体积需要用以足够地压缩截留于所述容器307b中的所述空气至例如40巴，且所述体积V2需要用以足够地压缩截留于所述容器307b中的所述空气至相同的压力。V6为一大约2公升的小体积。所述体积V4的水从所述容器307a被推进至所述贮藏器317，并从所述贮藏器317被运送至所述容器307b，因为所述体积V4的水被加热，所述加热水的热含量被传递至一体积V7的压缩空气。所述压缩空气的压力额外地增加，因此增加了所述空气的温度，从而通过体积V2减少了被需要的所述一定体积的补充水。可选择地，额外的体积V2的补充水也被引入至所述容器307b中，以造成所述压缩空气的压力升高到所述容器307a中的所述体积V1的空气的压力之上，从而产生更多的动力。

下一个放电周期通过打开的所述控制阀306b来执行，以造成体积为V2-V6的水被气动式推进至所述喷嘴17，从而通过所述涡轮机19来产生动力。接着，接收于所述贮藏器317中的所述水通过所述泵327a被运送至所述容器307a。

在非高峰的时段，这些所述充电周期及所述放电周期可通过所述系统320重复地执行，或甚至在高峰的时段，通过所述泵327a及所述泵327b作为唯一的电能消耗。所述被产生的电能可被储存一电池组中，且之后在所述高峰时段可被售出给一电网。虽然在每个放电周期间所产生的一定量的动力通常少于由图3a至图3b的所述系统20所产生的动力量，因为仅有由所述容器307a所接收的所述体积V2的水的一小部分被气动式推进至所述涡轮机19，但所述系统320所输出的净能量可大于所述系统20所输出的净能量，因为所述系统320节省了一能量密集型压缩机的能量消耗。在期望产生一大量的动力时，所述系统20将为优先的选择。

尽管本发明的一些实施例已经由图解说明的方式被描述，但显而易见的是，本发明可以通过许多修改、许多变化及许多改编，以及使用许多等同物或许多替代解决方案来实行，在不超出权利要求的范围的情况下，这些都在本领域的技术人员的能力范围内。

Claims (11)

1.一种液压-气动的能量储存及回收的系统，其特征在于：所述系统包含︰

a)密封的一第一容器及密封的一第二容器，当中的每一个容器均可引入一定体积的液体，且所述引入的液体可从所述容器被气动式推进；

b)一涡轮机，设置在所述第一容器及所述第二容器之间且与一发电机耦合，用以在所述被气动式推进的液体造成所述涡轮机转动时产生动力；及

c)一收集-运送设备，位于所述第一容器及所述第二容器的外部，用以收集从所述涡轮机以重力引出且已能量耗尽的液体，并且用以运送所述收集的液体至所述第一容器及所述第二容器的其中一个，以便使用在随后的多个能量回收循环中。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述引入的液体可通过一定体积的储存压缩空气的方式来气动式推进，所述一定体积的储存压缩空气可相对于所述第一容器及所述第二容器中的每一个来产生。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述系统更包含：

a)一有角度的导管，被引入至所述第一容器及所述第二容器中的每一个，使得所述有角度的导管的一第一部向下延伸至一对应的容器的一内部中，及所述有角度的导管的一第二部从所述第一部侧向延伸及在所述对应的容器上方延伸，并终止于一喷嘴，所述喷嘴适用于排出高压液体；及

b)一装置，用于释放所述储存压缩空气，以造成被引入所述第一容器的所述液体的体积的至少一部分将通过所述有角度的导管及所述喷嘴被气动式推进，直到撞击所述涡轮机的多个叶片以产生动力，其中所述涡轮机位于从所述喷嘴排出的所述高压液体的一流动路径中。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述系统更包含另一装置，用于相对于所述第一容器及所述第二容器中的每一个储存一定体积的所述压缩空气。

5.所述如权利要求4所述的系统，其特征在于：用于相对于所述第一容器及所述第二容器中的每一个储存一定体积的所述压缩空气的所述另一装置包含：

a)一压缩机；

b)一空气罐，与所述压缩机流体连通，在所述空气罐中的所述压缩空气可在一适当的压力下储存；及

c)一空气导管，可控制的流体连通于所述第一容器和所述第二容器中的每一个的其中对应的一个的一内部及可控制的流体连通于所述空气罐的一内部，如此一旦设定所述空气导管与所述对应的容器的所述内部流体连通，所述引入的液体就可被气动式的推进至所述喷嘴。

6.如权利要求3所述的系统，其特征在于：一旦注入所述液体至所述对应的容器的所述内部中，就产生所述一定体积的储存压缩空气。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述收集设备为一贮藏器，所述贮藏器用于接收从所述涡轮机排出的所述收集的已能量耗尽的液体；而所述运送设备为一泵，所述泵用于将所述高压液体从所述贮藏器运送至所述对应的容器的内部中。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述第一容器及所述第二容器均为热绝缘用以保留热能，所述热能于空气压缩期间产生。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述收集-运送设备是位于正下方的一水平及固定的表面，且所述收集-运送设备设置在分别形成于所述第一容器及所述第二容器中的两个可闭合的开口之间，所述收集的液体升高至所述表面上方，且被引入至保持打开的两个所述开口的其中一个中。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述收集-运送设备为由一马达所驱动的一枢接表面，且所述枢接表面设置在分别形成于所述第一容器及所述第二容器中的两个可闭合的开口之间，所述收集的液体沿着所述枢接表面向下流动，且被引入至保持打开的两个所述开口的其中一个中。

11.一种液压-气动的能量储存及回收的方法，其特征在于：所述方法包含：

a)提供密封的一第一容器及密封的一第二容器；

b)将一液体引入所述第一容器中；

c)相对于所述第一容器储存一第一体积的流体能量；

d)释放所述第一体积的能量，而造成所述液体的至少一部分被引入至所述第一容器中并被气动式推进；

e)引导所述被推进的液体从所述第一容器流至一涡轮机来产生动力；

f)在所述第一容器及所述第二容器外部，收集从所述涡轮机以重力引出且已能量耗尽的液体；

g)运送所述收集的液体至所述第二容器；

h)相对于所述第二容器储存一第二体积的流体能量；

i)释放所述第二体积的能量，而造成所述液体的至少一部分被引入至所述第二容器中并被气动式推进；及

j)引导所述被推进的液体从所述第二容器流至所述涡轮机来产生动力。