CN111963412B - 一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于大容量电力储能技术领域的一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统。该系统由两组以上不同耐压等级的随压强升高有效容量逐级减小的液体活塞单元组成；每组液体活塞单元由两个相同耐压等级相同容量的A压力容器与B压力容器、及压力容器间的L液体驱动设备组成，在压缩储能过程中，在动力设备驱动下系统将低压气体逐级压缩并迁移最后送至储气系统或高压气体管道；在膨胀释能过程中，高压气体逐级膨胀并驱动动力设备对外做功。在压缩或膨胀过程中，始终控制液体在单级液体活塞单元的两个压力容器间往复，减少相应的气体溶解量，实现了不同组液体活塞单元级间的气体边迁移边压缩，减少运行时间，提高工作效率，减小损耗。

Description

一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统

技术领域

本发明属于大容量电力储能技术领域，特别涉及一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统。

背景技术

近年来，如何利用清洁能源减少环境污染是我国经济发展长期需要面对的重要问题。新能源的规模应用以及间歇性可再生能源的大规模入网、传统电力峰谷差值的增长，各种能源应用问题也随之出现，而储能技术的应用将为解决这些问题提供非常有效的途径。目前电力储能技术较多，压缩空气储能由于优势明显，未来无疑将成为极具发展潜力的大规模储能技术。

现存在一种分级接力压缩空气储能系统，实现了在气体压缩或者膨胀时进行等压迁移，但由于其动力设备皆跨接在低压水池与压力容器之间，因此低压水池中的液体进入较高压力的压力容器中并压缩其中气体时，气体在液体中的溶解量较大，降低设备的运行效率，增大损耗。

针对以上问题，利用一种由多级液体活塞单元相连组成的系统，实现各级液体活塞单元中气体的压缩和膨胀同时进行，并且使液体往复于单级液体活塞单元的两个压力容器间内，使得在一级液体活塞单元中气体在液体中的溶解度波动较小，减少了相应的气体溶解量，提升了设备的运行效率并减小了损耗。对于在单级液体活塞单元中液体的重复利用导致的液体温升增大现象，则采用在液体管道间增加换热器等散热系统的措施解决。

发明内容

本发明的目的是提出一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统由两组以上不同耐压等级的随压强升高有效容量逐级减小的液体活塞单元组成；每组液体活塞单元由两个相同耐压等级相同容量的A压力容器与B压力容器、及压力容器间的L液体驱动设备组成，其中压力容器A与B压力容器可为实际容量不同但有效容量相同的压力容器对，每个液体活塞单元中A压力容器和B压力容器通过液体管道与L液体驱动设备的首尾端分别相连；所有液体活塞单元中的A压力容器通过级间气体管道顺序连接形成第一压缩通道；所有液体活塞单元中的B压力容器通过级间气体管道顺序连接形成第二压缩通道；每个压缩通道视为一条链路；其中，最低等级液体活塞单元的两个压力容器分别连接外部低压气体管道；最高等级液体活塞单元的两个压力容器分别与外部高压气体管道或储气系统相连；每组液体活塞单元的位于不同压缩通道上的两个压力容器与相邻高压或低压级同链路的压力容器分别相连；每组液体活塞单元的L液体驱动设备连接M动力设备，M动力设备再与电网相连；

所述等温气体压缩系统通过内控温方式对气体温度控制，并通过散热系统对液体温度进行控制；

所述有效容量是指，压力容器的容积减去必须保留的液体部分的体积后所剩余的容积。

所述各级L液体驱动设备驱动本级液体活塞单元两个压力容器间液体有序流动，液体活塞单元的两个压力容器其中一个压力容器流出液体，另一个压力容器流入液体，系统通过阀门和管道控制两个压缩通道交错通断，使相邻等级的液体活塞单元同步交错运行，逐级压缩气体或使气体膨胀，使与每组液体活塞单元的液体驱动设备连接的动力设备运行。

所述液体活塞单元同步交错运行，同步交错运行的交错运行是指，当一组液体活塞单元中液体经L液体驱动设备由A压力容器流入B压力容器的同时，相邻级液体活塞单元中的液体则由B压力容器流向A压力容器。所述同步交错运行的同步是指，当液体注满一组液体活塞单元中的一侧压力容器后，该液体活塞单元中的液体流向发生改变，此时其他的液体活塞单元中也同步出现注满一侧压力容器，液体流向也同时发生改变，保持交错运行状态；

所述两个压缩通道交错通断，通过阀门控制各级管道依次交错通断，对一个压缩通道上本级压力容器与同链路相邻高压级压力容器的管道连通时与相邻低压级压力容器的管道关闭，另一压缩通道上此时本级压力容器与同链路相邻高压级压力容器管道关闭并与相邻低压级压力容器的管道连通，借助每组液体活塞单元内的液体在同级压力容器间往复，实现了不同组液体活塞单元级间的气体边迁移边压缩，在一个压缩周期中气体与液体的流动路线综合呈现为“S/Z”型；包括：

压缩时，对每组液体活塞单元有液体注入的A压力容器或B压力容器与相邻高压等级方向同链路的A压力容器或B压力容器连通，另一有液体流出的压力容器与相邻低压级同链路的压力容器连通。对最低等级的液体活塞单元，有液体流出的压力容器与低压气体管道连通，此时低压气体管道相当于其相邻低压级同链路部分。对最高等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器与高压气体管道或储气系统连通，此时高压气体管道相当于其相邻高压级同链路部分，实现了每个压力容器与高压级和低压级同链路压力容器交错连通；在压缩时，气体通道阀门可以采用单向阀或者单向阀与两通阀组合，控制整个系统自动实现交错通断。

膨胀时，对每组液体活塞单元有液体流出的A压力容器或B压力容器与相邻高压级同链路的A压力容器或B压力容器连通，另一有液体流入的压力容器与相邻低压级同链路的压力容器连通；对最低等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器与低压气体管道连通，此时低压气体管道相当于其相邻低压级同链路部分；对最高等级的液体活塞单元，有液体流出的压力容器与高压气体管道或储气系统连通，此时高压气体管道相当于其相邻高压级同链路部分，实现了每个压力容器与高压级和低压级同链路压力容器交错连通；

所述一个压缩周期为：当一组液体活塞单元中的液体流向发生改变至下一次改变发生的时长。

所述压缩过程为：对每组液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体注入相邻高压级同链路有液体流出的压力容器，有液体流出的压力容器从相邻低压级同链路有液体流入的压力容器中获得气体，由于相邻级压力容器的有效容量不同，因此气体在完全进入高压级压力容器后会按两压力容器的有效容积比被压缩，使得气体始终处于变迁移边压缩的过程中。对最低等级的液体活塞单元，气体从低压管道流入有液体流出的压力容器。对最高等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体注入高压管道或储气系统。

当所有有液体流入的压力容器同时被液体注满后，通过压缩通道的交错通断与液体活塞单元的同步交错运行，液体与气体的综合流动路线在“S”与“Z”之间进行切换，使得气体从低压管道进入系统经逐级压缩后进入高压气体管道或储气系统，实现多级压缩。

所述膨胀过程为：对每组液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体注入相邻低压级同链路有液体流出的压力容器，有液体流出的压力容器从相邻高压级同链路有液体流入的压力容器中获得气体，由于相邻级压力容器的有效容量不同，使得气体始终处于变迁移边膨胀的过程中。对最低等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体进入低压管道。对最高等级的液体活塞单元，高压管道或储气系统中的气体注入有液体流出的压力容器。

当所有有液体流入的压力容器同时被液体注满后，通过压缩通道的交错通断与液体活塞单元的同步交错运行，液体与气体的综合流动路线在“S”与“Z”之间进行切换，使得气体不断的从高压管道进入系统经逐级膨胀后进入低压气体管道，实现多级膨胀。

所述气体排出策略为：在压缩过程中最高等级液体活塞单元有液体流入的压力容器经阀门控制与储气系统间或与高压气体管道间连通，当压力容器中的气体压强达到指定压强时，打开阀门或与高压气体管道连通，在液体驱动设备的作用下液体不断流入压力容器，并使压力容器中的气体迁移至储气系统或高压气体管道中。

所述气体注入策略为：在膨胀过程中，最高等级液体活塞单元有液体流出的压力容器与储气系统间的阀门打开或与高压气体管道连通，高压气体不断注入压力容器，当气体注入量满足需求时，关断阀门或与高压气体管道断开。

其中，当储气系统为通过输入输出液体控制的恒压储气系统时，向储气系统注入或这导出高压气体的同时，会通过额外设备从储气系统中导出或注入液体，或者将液体导入或导出至各级液体活塞的压力容器中，再通过额外控制设备调整各级液体活塞里的液体量。

所述液体驱动设备是指液压缸或水泵或者液压马达中或以上设备中的一个或多个组合实现，驱动液体始终在同组液体活塞单元的两个压力容器中有序双向流动。其中液压缸可选用单作用活塞缸或双作用活塞缸或及其组合，水泵可采用可变叶片角度或可变频的通过变频电机控制的水泵，对于液压缸其动力设备连接在活塞杆上，对水泵及液压马达这种轮机设备，其动力设备连接在轮机的转轴上。当压缩时，动力设备带动液体驱动设备运行，液体流向为液体从压强低的压力容器处流向压强高的压力容器，消耗电能。当膨胀时，液体流向为压强高的压力容器流向压强低的压力容器，液体驱动设备在两个压力容器压强差作用下，带动动力设备发电；对于每组液体活塞单元，与相邻高压级压力容器相连通的压力容器压强较高，与相邻低压级压力容器相连通的压力容器压强相对较低。

所述动力设备是指，根据不同的液体驱动设备选择不同的动力设备，对于液体驱动设备为液压马达或水泵或液压泵时，选用直线电机或曲柄电机等作为其动力设备。当液体驱动设备为液压缸时，选择电动缸、直线电机、曲柄电机或虚拟抽蓄系统或以上设备的组合作为其动力设备。每组液体活塞单元的液体驱动设备可以单独连接各自动力设备，也可以成组连接一个动力设备运行。

所述虚拟抽蓄系统也可利用自适应液压势能转换装置，使两侧液压缸的面积比与两侧压强比相匹配，实现减小活塞杆上摩擦，降低损耗的目的。

各级压力容器具有补充及排出液体的功能，例如在各级压力容器通过额外的与其连接的液体管道直接注入或排出液体，也可通过各级压力容器之间额外的液体管道逐级间接地注入或排出液体。

所述等温气体压缩系统可与采用运行控制的分级接力压缩空气储能系统组合使用，也可作为实现气体恒压存储的压缩空气储能装置中的气体压缩装置或气体膨胀做功设备。

本发明的有益效果是在压缩储能过程中，在动力设备驱动下系统将低压气体逐级压缩并迁移最后送至储气系统或高压气体管道；在膨胀释能过程中，高压气体逐级膨胀并驱动动力设备对外做功。在压缩或膨胀过程中，始终控制液体在单级液体活塞单元的两个压力容器间往复，减少相应的气体溶解，实现了不同组液体活塞单元级间的气体边迁移边压缩，减少了运行时间，提高了工作效率。

附图说明

图1为气体压缩系统示意图。

图2为以双作用活塞缸为例的液体驱动设备结构示意图。

图3为以单个水泵为例的液体驱动设备结构示意图。

图4为以两个水泵并联为例的液体驱动设备结构示意图。

图5为以虚拟抽蓄系统为例的动力设备结构示意图。

图6为虚拟抽蓄系统中采用的自适应液压势能转换装置结构示意图。

图7为气体压缩储能过程的第一种模式示意图。

图8为气体压缩储能过程的第二种模式示意图。

图9为气体膨胀释能过程的第一种模式示意图。

图10为气体膨胀释能过程的第二种模式示意图。

具体实施方式

本发明提出一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统由两组以上不同耐压等级的随压强升高有效容量逐级减小的液体活塞单元组成；每组液体活塞单元由两个相同耐压等级相同容量的A压力容器与B压力容器、及压力容器间的液体驱动设备组成，各组液体活塞单元的A压力容器相互连接形成第一压缩通道，各组液体活塞单元的B压力容器相互连接形成第二压缩通道，最低等级液体活塞单元压力容器连接外部低压气体管道，最高等级液体活塞单元压力容器与高压气体管道或储气系统相连；每组液体活塞单元的液体驱动设备连接动力设备，动力设备再与电网相连。下面结合附图，对本发明作详细说明。

如图1所示的气体压缩系统结构示意图，D1、D2、D3为三个压力等级依次升高的液体活塞单元，每个液体活塞单元由两个耐压等级相同的A压力容器和B压力容器以及L液体驱动设备组成；每个液体活塞单元中A压力容器和B压力容器通过液体管道与液体驱动设备L的首尾端分别相连；所有液体活塞单元中的A压力容器通过气体迁移管道G3、G5顺序连接形成第一压缩通道，所有液体活塞单元中的B压力容器通过气体迁移管道G4、G6顺序连接形成第二压缩通道；其中，D1液体活塞单元中包括A1压力容器、B1压力容器、L1液体驱动设备，A1压力容器、B1压力容器通过液体管道与L1液体驱动设备的首尾端分别相连，L1液体驱动设备连接动力设备M；D2液体活塞单元中包括A2压力容器、B2压力容器、L2液体驱动设备，A2压力容器、B2压力容器通过液体管道与L2液体驱动设备的首尾端分别相连，L2液体驱动设备连接动力设备M；D3液体活塞单元中包括A3压力容器、B3压力容器、L3液体驱动设备，A3压力容器、B3压力容器通过液体管道与L3液体驱动设备的首尾端分别相连，L3液体驱动设备连接动力设备M；

所述最低压力等级的D1液体活塞单元中的A1压力容器通过G1低压气体管道连接外界低压气体源，B1压力容器通过G2低压气体管道连接外界低压气体源；最高压力等级的液体活塞单元D3中的A3压力容器通过G7高压气体管道与储气系统S相连，B3压力容器通过高压气体管道G8与储气系统S相连。在第一压缩通道上的A1、A2、A3和S之间各安装F1阀门、F3阀门、F5阀门以控制其通断；在第二压缩通道上的B1、B2、B3和S之间各安装F2阀门、F4阀门、F6阀门以控制其通断。

如图2所示以双作用活塞缸为例的液体驱动设备结构示意图。在每级液体活塞单元的L液体驱动设备的上端并联F7阀门和F8阀门，F7阀门和F8阀门分别连接L液体驱动设备左右腔上端；下端并联F9阀门和F10阀门，F9阀门和F10阀门分别分别连接L液体驱动设备左右腔下端，同时在压力容器与液体驱动设备间的液体管道上加装散热装置P以控制温度；工作时液体驱动设备L左右两侧的液压腔内全部为液体，当压力容器A有气体注入时，同时开启阀门F7、F10，关闭阀门F8、F9；活塞杆在动力设备M驱动下向左运动，A压力容器中的液体进入右侧液压腔，于此同时左侧液压腔中的液体进入B压力容器，当液压杆运动至最左侧时，开启阀门F8、F9，关闭阀门F7、F10，活塞杆在动力设备M驱动下向右运动，循环以上过程，利用阀门的通断及活塞杆的运动实现了液体流向的变化，最终实现了单级液体活塞单元中的液体循环。

如图3所示的以单个水泵为例的液体驱动设备结构示意图。每级液体活塞单元的L液体驱动设备的入水口与出水口皆连接两个阀门分别接至A压力容器与B压力容器。入水口通过F8阀门与F10阀门与A压力容器和B压力容器分别相连，出水口通过F7阀门与F9阀门与A压力容器和B压力容器分别相连，同时在压力容器与液体驱动设备间的液体管道上加装散热装置P以控制温度，图中未画出控制水泵泵机运行的M动力设备。工作时，当A压力容器有气体注入时，在M动力设备驱动下，同时开启阀门F8、F9，关闭阀门F7、F10，A压力容器中的液体由水泵入水口到达出水口最终进入B压力容器；当B压力容器有气体注入时，在M动力设备驱动下，同时开启阀门F7、F10，关闭阀门F8、F9，B压力容器中的液体由水泵入水口到达出水口最终进入A压力容器，循环以上过程，实现了单级液体活塞单元中的液体循环。

如图4所示的以两个水泵并联为例的液体驱动设备结构示意图。每级液体活塞单元的L液体驱动设备由La、Lb两水泵并联而成。La水泵的出水口及入水口通过F8阀门与F10阀门与A压力容器和B压力容器分别相连，Lb水泵的入水口及出水口通过F7阀门与F9阀门与A压力容器和B压力容器分别相连，同时在压力容器与液体驱动设备间的液体管道上加装散热装置P以控制温度，图中未画出控制水泵泵机运行的M动力设备。工作时，当A压力容器有气体注入时，在M动力设备驱动下，同时开启阀门F7、F9，关闭阀门F8、F10，A压力容器中的液体由Lb水泵入水口到达出水口最终进入B压力容器；当B压力容器有气体注入时，在M动力设备驱动下，同时开启阀门F8、F10，关闭阀门F7、F9，B压力容器中的液体由La水泵入水口到达出水口最终进入A压力容器，通过两个水泵的交错运行，实现了单级液体活塞单元中的液体循环。

如图5所示的以虚拟抽蓄系统为例的动力设备结构示意图。其中图中右侧虚框内为虚拟抽蓄系统，左侧的液压缸A作为动力系统所带动的液体驱动设备，G代表水泵/水轮机。压缩时，水泵G将低压水池D中的水抽到高压水池D中，再从高压水池D流入液压缸B，通过控制阀门的通断推动活塞缸作往复运动，带动液体驱动设备运行。膨胀时，液压缸A的活塞杆带动液压缸B的活塞杆做往复运动，通过控制阀门的通断使低压水池D中的水通过液压缸B被抽入高压水池C，水再从高压水池流出推动水轮机G发电，将电送入电网。工作过程中，液压缸A、B组成了液压变压器，实现了压力转换的功能。液压变压器的两侧也可采用多个液压缸串联的方式，如图6所示的自适应液压势能转换装置，每侧的单个液压缸置换为两个液压缸串联，通过阀门的通断可改变两侧液压缸的面积比，在工作过程中，根据两侧的压强比选择最接近的相应面积比的液压缸组合，实现减小活塞杆上摩擦，降低损耗的目的。

图7、图8描述了气体压缩储能的过程，气体压缩的过程中两种压缩模式不断交错循环运行，每种模式的压缩初始状态中，对每级液体活塞单元，其两个压力容器状态相反，一个充满液体，另一个充满气体。对于每个压缩通道，相邻两级压力容器的状态相反，对一个压力容器，其同一压缩通道上两侧的压力容器的状态相同。

如图7所示为压缩过程的第一种模式。压缩初始状态为第一压缩通道中A1压力容器、A3压力容器充满液体，A2压力容器充满气体，第二压缩通道中的B2压力容器充满液体，B1压力容器、B3压力容器充满气体；打开F2阀门、F3阀门，其余阀门处于关断状态；通过低压气体管道G1向A1压力容器中不断注入低压气体，于此同时A1压力容器中的液体通过L1液体驱动设备输送至同一液体活塞单元中另一B1压力容器中，此时B1压力容器与B2压力容器相连通，两个压力容器构成连通器，B1压力容器中的气体不断流出进入B2压力容器，同时B2压力容器B2中的液体通过L2液体驱动设备输送至同一液体活塞单元中另一A2压力容器中。

在这一压缩模式中，L1液体驱动设备、L2液体驱动设备控制其流量比例与B1压力容器、B2压力容器的容量体积比相同。而低压级的B1压力容器其容量大于B2压力容器，导致注入B1压力容器的液体体积大于流出B2压力容器的液体体积，因此对于B1压力容器、B2压力容器构成的连通器，其注入液体体积大于流出液体体积。随着液体不断注入B1压力容器，液体占连通器体积的比例不断增大，气体所占比例不断减小，气体压强不断升高，实现压缩。在此过程中，B1压力容器、B2压力容器中的气体以同一压强被同步压缩。由于液体不断注入B1压力容器，流出B2压力容器，因此B1压力容器中的相对气体体积占比不断减小，B2压力容器中的相对气体体积占比不断增大，表现为B1压力容器中的气体不断的向B2压力容器迁移，最终B1压力容器充满液体，B2压力容器变为满气状态。

与上述过程类似，在L2液体驱动设备的作用下，A2压力容器、A3压力容器组成的连通器中的气体被不断压缩并最终迁移至A3压力容器中，此时在L3液体驱动设备的作用下A3压力容器中的液体不断进入B3压力容器压缩其中的气体，待B3压力容器中气体压强到达指定压强后打开阀门F6，在L3液体驱动设备的作用下将高压气体通过气体迁移管道G8输送至储气系统S中，实现了压缩的第一种模式。在此模式中，气体与液体的流动路线综合呈现为“S”型。

所述交错运行的表现为，对D1液体活塞单元、D3液体活塞单元，其中的液体经L1液体驱动设备、L3液体驱动设备由第一压缩通道上的A压力容器流入第二压缩通道上的B压力容器。而对D2液体活塞单元，其中的液体经L2液体驱动设备由B2压力容器流入A2压力容器，所有液体活塞单元中液体的流向如图中虚线方向所示。

所述两压缩通道交错通断的表现为，以D2液体活塞单元为例，位于第一压缩通道上的有液体流入的A2压力容器与相邻高压级同链路的A3压力容器相连通，位于第二压缩通道上的有液体流出的B2压力容器与相邻低压级同链路的B1压力容器相连。在压缩第一种模式中，压缩气体的流动路线如图中实线方向所示。

如图8所示为压缩过程的第二种模式，其初始状态为压缩第一种模式结束后的状态，与压缩第一种模式的初始状态相反，此时第一压缩通道中A1压力容器、A3压力容器充满气体，A2压力容器充满液体，第二压缩通道中的B2压力容器充满气体，B1压力容器、B3压力容器充满液体。打开F1阀门、F4阀门，其余阀门处于关断状态。气体的压缩过程除流动路线外与第一种模式相同，压缩气体的流动路线如图中实线方向所示，所有液体活塞单元中液体的流向如图中虚线方向所示。气体的流动路线、液体的流动方向与第一种模式完全相反。在此模式中，气体与液体的流动总体路线切换至“Z”型。上述两个压缩模式的不断循环实现了将气体逐级压缩并送至储气系统的过程。

图9、图10描述了气体膨胀释能的过程，气体膨胀的过程中两个膨胀模式不断循环，每个模式的膨胀初始状态中，对每级液体活塞单元，其两个压力容器状态相反，一个充满液体，另一个充满气体。对于每个压缩通道，相邻两级压力容器的状态相反，对一个压力容器，其同一压缩通道上两侧的压力容器的状态相同。

图9所示为膨胀的第一种模式。膨胀初始状态为第一压缩通道中A1压力容器、A3压力容器充满液体，A2压力容器充满气体，第二压缩通道中的B2压力容器充满液体，B1压力容器、B3压力容器充满气体。打开F2阀门、F3阀门、F6阀门，其余阀门处于关断状态。储气系统通过等压迁移的方式利用G7气体迁移管道向装有液体的A3压力容器中注入高压气体，待注入的高压气体达到一定体积后，关闭F6阀门，停止传输，气体在A3压力容器中膨胀使液体通过L3液体驱动设备输送至同一液体活塞单元中另一B3压力容器中，并驱动动力设备M做功。此时B3压力容器与B2压力容器相连通，两压力容器构成连通器，B3压力容器中的气体不断流出进入B2压力容器，同时B2压力容器中的液体通过L2液体驱动设备输送至同一液体活塞单元中另一A2压力容器中，驱动动力设备M做功。

在这一膨胀模式中，L3液体驱动设备、L2液体驱动设备控制其流量比例与B3压力容器、B2压力容器的容量体积比相同。而搞压级的B3压力容器的容量小于B2压力容器，导致注入B3压力容器的液体体积小于流出B2压力容器的液体体积，因此对于B1压力容器、B2压力容器构成的连通器，其注入液体体积小于流出液体体积。随着液体不断注入B3压力容器，液体占连通器体积的比例不断减小，气体所占比例不断增大，气体压强不断降低，实现膨胀。在此过程中，B3压力容器、B2压力容器中的气体以同一压强同步膨胀。由于液体不断注入B3压力容器，流出B2压力容器，因此B1压力容器中的相对气体体积占比不断减小，B2压力容器中的相对气体体积占比不断增大，表现为B3压力容器中的气体不断的向B2压力容器迁移，最终B3压力容器充满液体，B2压力容器变为满气状态。

与上述过程类似，B2压力容器中的液体经L2液体驱动设备输送至A2压力容器中，A2压力容器、A1压力容器组成的连通器中的气体的不断膨胀并最终迁移至A1压力容器中，A1压力容器中的液体被膨胀气体压入液体驱动设备并驱动其动力设备对外做功，最终液体进入B1压力容器，实现了膨胀的第一种模式。在此模式中，气体与液体的流动路线综合呈现为“Z”型。

交错运行的表现为，对D1液体活塞单元、D3液体活塞单元，其中的液体经L1液体驱动设备、L3液体驱动设备由第一压缩通道上的A压力容器流入第二压缩通道上的B压力容器。而对D2液体活塞单元，其中的液体经L2液体驱动设备由B2压力容器流入A2压力容器，所有液体活塞单元中液体的流向如图中虚线方向所示。

两压缩通道交错通断的表现为，以液体活塞单元D2为例，位于第一压缩通道上的有液体流出的压力容器A2与相邻高压级同链路的压力容器A3相连通，位于第二压缩通道上的有液体流入的B2压力容器与相邻低压级同链路的B1压力容器相连。在膨胀第一种模式中，压缩气体的流动路线如图中实线方向所示；

如图10所示为膨胀过程的第二种模式，其初始状态为膨胀第一种模式结束后的状态，与膨胀第一种模式的初始状态相反，此时第一压缩通道中A1压力容器、A3压力容器充满气体，A2压力容器充满液体，第二压缩通道中的B2压力容器充满气体，B1压力容器、B3压力容器充满液体。打开F2阀门、F3阀门，其余阀门处于关断状态。气体的压缩过程除流动路线外与第一种模式相同，压缩气体的流动路线如图中实线方向所示，所有液体活塞单元中液体的流向如图中虚线方向所示。气体的流动路线、液体的流动方向与第一种模式完全相反。在此模式中，气体与液体的流动总体路线切换至“S”型。上述两个压缩模式的不断循环实现了使气体逐级膨胀做功的过程。

Claims (7)

1.一种可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统由两组以上不同耐压等级的随压强升高有效容量逐级减小的液体活塞单元组成；其特征在于，每组液体活塞单元由两个相同耐压等级相同容量的A压力容器与B压力容器、及压力容器间的L液体驱动设备组成，每个液体活塞单元中A压力容器和B压力容器经L液体驱动设备相连；所有液体活塞单元中的A压力容器通过气体管道顺序连接形成第一压缩通道；所有液体活塞单元中的B压力容器通过气体管道顺序连接形成第二压缩通道；其中，最低等级液体活塞单元的两个压力容器分别连接外部低压气体管道；最高等级液体活塞单元的两个压力容器分别与外部高压气体管道或储气系统相连；每组液体活塞单元的L液体驱动设备连接M动力设备，M动力设备再与电网相连；所述L液体驱动设备驱动本级液体活塞单元两个压力容器间液体有序流动，液体活塞单元的两个压力容器其中一个压力容器流出液体，另一个压力容器流入液体，系统通过阀门和管道控制两个压缩通道交错通断，使相邻等级的液体活塞单元同步交错运行，逐级压缩气体或使气体膨胀，使与每组液体活塞单元的液体驱动设备连接的动力设备运行；

所述等温气体压缩系统通过内控温方式对气体温度控制，并通过散热系统对液体温度进行控制。

2.根据权利要求1所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，所述液体活塞单元同步交错运行，同步交错运行的交错运行是指，当一组液体活塞单元中液体经L液体驱动设备由A压力容器流入B压力容器的同时，相邻级液体活塞单元中的液体则由B压力容器流向A压力容器；所述同步交错运行的同步是指，当液体注满一组液体活塞单元中的一侧压力容器后，该液体活塞单元中的液体流向发生改变，此时其他的液体活塞单元中也同步出现注满一侧压力容器，液体流向也同时发生改变，保持交错运行状态。

3.根据权利要求1所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，所述系统通过阀门和管道控制两个压缩通道交错通断，通过阀门控制各级管道依次交错通断，借助每组液体活塞单元内的液体在同级压力容器间往复，实现了不同组液体活塞单元级间的气体边迁移边压缩，在一个压缩周期中气体与液体的流动路线综合呈现为“S/Z”型；包括：

压缩时，对每组液体活塞单元有液体注入的A压力容器或B压力容器与相邻高压等级方向同链路的A压力容器或B压力容器连通，另一有液体流出的压力容器与相邻低压级同链路的压力容器连通；对最低等级的液体活塞单元，有液体流出的压力容器与低压气体管道连通；对最高等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器，与高压气体管道或储气系统连通；在压缩时，气体通道阀门可以采用单向阀或者单向阀与两通阀组合，控制整个系统自动实现交错通断；

膨胀时，对每组液体活塞单元有液体流出的A压力容器或B压力容器与相邻高压级同链路的A压力容器或B压力容器连通，另一有液体流入的压力容器与相邻低压级同链路的压力容器连通；对最低等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器与低压气体管道连通；对最高等级的液体活塞单元，有液体流出的压力容器与高压气体管道或储气系统连通。

4.根据权利要求3所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，在压缩过程中：对每组液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体注入相邻高压级同链路有液体流出的压力容器，有液体流出的压力容器从相邻低压级同链路有液体流入的压力容器中获得气体，由于相邻级压力容器的有效容量不同，因此气体在完全进入高压级压力容器后会按两压力容器的有效容积比被压缩，使得气体始终处于变迁移边压缩的过程中；对最低等级的液体活塞单元，气体从低压管道流入有液体流出的压力容器；对最高等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体注入高压管道或储气系统；

当所有有液体流入的压力容器同时被液体注满后，通过压缩通道的交错通断与液体活塞单元的同步交错运行，液体与气体的综合流动路线在“S”与“Z”之间进行切换，使得气体从低压管道进入系统经逐级压缩后进入高压气体管道或储气系统，实现多级压缩。

5.根据权利要求3所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，在膨胀过程中：对每组液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体注入相邻低压级同链路有液体流出的压力容器，有液体流出的压力容器从相邻高压级同链路有液体流入的压力容器中获得气体，由于相邻级压力容器的有效容量不同，使得气体始终处于变迁移边膨胀的过程中，对最低等级的液体活塞单元，有液体流入的压力容器中的气体进入低压管道；对最高等级的液体活塞单元，高压管道或储气系统中的气体注入有液体流出的压力容器；

当所有有液体流入的压力容器同时被液体注满后，通过压缩通道的交错通断与液体活塞单元的同步交错运行，液体与气体的综合流动路线在“S”与“Z”之间进行切换，使得气体不断的从高压管道进入系统经逐级膨胀后进入低压气体管道，实现多级膨胀。

6.根据权利要求3所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，在压缩过程中最高等级液体活塞单元有液体流入的压力容器经阀门控制与储气系统间或与高压气体管道间连通，当压力容器中的气体压强达到指定压强时，打开阀门或与高压气体管道连通，在液体驱动设备的作用下液体不断流入压力容器，并使压力容器中的气体迁移至储气系统或高压气体管道中；在膨胀过程中，最高等级液体活塞单元有液体流出的压力容器与储气系统间的阀门打开或与高压气体管道连通，高压气体不断注入压力容器，当气体注入量满足需求时，关断阀门或与高压气体管道断开；其中，当储气系统为通过输入输出液体控制的恒压储气系统时，向储气系统注入或这导出高压气体的同时，会通过额外设备从储气系统中导出或注入液体，或者将液体导入或导出至各级液体活塞的压力容器中，再通过额外控制设备调整各级液体活塞里的液体量。

7.根据权利要求1所述可逆型多级双链路交错等温气体压缩系统，其特征在于，所述液体驱动设备是指由活塞缸或水泵或者液压马达中或以上设备中的一个或多个组合实现，驱动液体始终在同组液体活塞单元的两个压力容器中有序双向流动；当压缩时，动力设备带动液体驱动设备运行，液体流向为液体从压强低的压力容器处流向压强高的压力容器，消耗电能；当膨胀时，液体流向为压强高的压力容器流向压强低的压力容器，液体驱动设备在两个压力容器压强差作用下，带动动力设备发电。

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