CN112334652A - 用于储存压缩流体的系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于储存压缩流体的储存系统。该系统包括在地中形成的基坑以及被安装在基坑内的囊袋装置。囊袋装置包括加强筋笼和布置在加强筋笼内的可膨胀囊袋。可膨胀囊袋具有中间部分和两个端部部分。一个端部部分包括囊袋入口，而另一端部部分包括囊袋出口。该系统还包括填充材料，该填充材料完全包围可膨胀囊袋并被配置成与加强筋笼一起向可膨胀囊袋提供进一步加强，并且用于将可膨胀囊袋锚固至基坑。该系统还包括气体管组件，该气体管组件包括：入口气体管，该入口气体管联接至囊袋入口，以用压缩流体填充可膨胀囊袋；以及出口气体管，该出口气体管联接至囊袋出口，以释放压缩流体。

Description

用于储存压缩流体的系统
技术领域
本发明总体涉及用于储存和利用压缩流体的系统，更具体地，涉及将压缩流体储存在地下并且以后作为能量来利用的系统。
背景技术
众所周知，压缩气体可以被储存和用于许多目的。例如，储存的压缩气体可以用于玻璃和塑料容器工业中。然而，由于注塑机使用压缩空气的操作性质，玻璃和塑料容器生产工厂中的压缩空气的消耗是不规则的。每个注射机每隔几秒就需要一小阵高压空气(每次注射一阵)。当生产线中布置有几个这样的机器时，空气消耗曲线是不稳定且不规则的。典型的工厂包括压缩机组，其中，电动压缩机压缩某种气体，诸如空气。由于压缩空气的不稳定且不规则的消耗曲线，压缩机为了供应高压空气而进行的操作导致长且经常发生的空闲时间段，因此造成能量浪费。可以通过增加操作压力来减轻消耗曲线的不规则行为，这也导致能量浪费。因此，使用容纳和储存压缩空气的高容量罐可以提供能够克服上述问题的解决方案。
此外，所储存的压缩气体的势能可以用于生成电力。例如，可以从自然能源中收集势能，所述自然能源是有效取之不尽的并且在世界范围内可以各种形式(诸如风能、太阳能、潮汐能和波浪能)大量获得。从自然能源获得的能量可以以压缩气体的势能的形式储存，以便可在功率需求时段期间根据需要释放。因此，需要高压罐来储存压缩气体。
通常已知各种压缩空气储存系统用于储存压缩气体。例如，气体储存罐可以被构造在地面上、地下和水下。
构建在地上的气体储存罐已经被证明当需要大的容积时在经济上不可行。此外，它们需要高水平的维护，并且必须符合许多安全规定。
在城市地区，通常构建地下压缩气体储存罐，以便有效利用地下建筑所在地区的地面，并保护场地的外观。
例如，美国专利申请公开No.2010/307147描述了一种用于储存能量的系统，该系统包括埋入式柔性囊袋。囊袋覆盖有过量填注的土、石头或任何其它材料。囊袋上方的过量填注物的重量使储存在囊袋中的流体加压。当流体填充囊袋时，囊袋会膨胀并抵抗重力而顶起过量填注物的质量。系统将储存顶起过量填注物所需的能量。当需要时，流体可以从囊袋释放，并且囊袋上方的过量填注物的重力将迫使流体离开囊袋并进入连接到囊袋的排出管。在释放后，囊袋的体积减小。
美国专利No.9,562,521描述了一种用于储存由空气压缩系统提供的压缩空气的压缩空气储存系统。该系统包括：地下压力罐，该地下压力罐具有布置在地中形成的钻孔中的腔；以及可膨胀囊袋，该可膨胀囊袋布置在腔中并被配置成储存压缩空气。可膨胀囊袋被放置在可膨胀囊袋与钻孔的内表面之间的压实填充材料包围。
发明内容
尽管存在用于储存和利用压缩气体的地下系统领域中的现有技术，但是本领域仍需要进一步改进以提供更经济和低成本的气体储存系统及其构造方法。
具有改进的系统和方法也将是有利的，该系统和方法可以有效地利用来自风力涡轮机和其它发电系统的可用能量，并将其储存以供以后使用。
本发明部分地消除了用于储存和利用压缩气体的现有技术系统的缺点，并提供了一种用于储存压缩气体或液体的新型压缩流体储存系统。压缩流体储存系统包括用于储存诸如气体和/或液体之类的压缩流体的储存系统。
根据本发明的一实施方式，压缩流体储存系统包括在地中形成的基坑。基坑具有倒置的梯形四棱柱的形状。压缩流体储存系统还包括安装在基坑内的囊袋装置。
根据本发明的一实施方式，囊袋装置包括布置在基坑内的加强筋笼和布置在加强筋笼内的可膨胀囊袋。可膨胀囊袋被配置成储存压缩流体。加强筋笼被配置成向可膨胀囊袋提供加强。
可膨胀囊袋具有中间部分和两个端部部分。一个端部部分包括囊袋入口，以提供通向可膨胀囊袋的内部容积的通道，而另一端部部分包括囊袋出口，以从内部容积释放压缩流体。
根据本发明的一实施方式，压缩流体储存系统还包括填充材料，该填充材料被放置在可膨胀囊袋、基坑的底部和壁之间的容积内。填充材料从基坑的底部一直延伸到顶部，从而完全包围可膨胀囊袋。填充材料处于刚性且不可移动的状态，并且向可膨胀囊袋提供加强。填充材料还将可膨胀囊袋锚固至基坑。
根据本发明的一实施方式，压缩流体储存系统还包括气体管组件。气体管组件包括入口气体管和出口气体管。入口气体管被联接至囊袋入口并且被配置成用压缩流体填充可膨胀囊袋，而出口气体管被联接至囊袋出口并且被配置成释放压缩流体。
根据本发明的一实施方式，加强筋笼包括：多个加强筋杆，该多个加强筋杆沿着可膨胀囊袋在两个端部部分之间延伸；以及加强筋箍，该加强筋箍被配置成将加强筋杆结合以形成加强筋笼的框架。
根据本发明的一实施方式，加强筋箍通过焊接而被结合到加强筋杆，从而形成焊接结构。
根据本发明的一实施方式，加强筋箍通过使用钢丝捆绑加强筋箍和加强筋杆而被结合到加强筋杆，从而形成刚性结构。
填充材料还可以充当粘合剂，以将加强筋箍附接至加强筋杆，从而形成加强筋笼。
根据本发明的一实施方式，可膨胀囊袋的中间部分具有圆柱形形状，该圆柱形形状随着在所述两个端部部分处朝着所述囊袋入口和所述囊袋出口收缩而渐缩。在这种情况下，加强筋杆可以遵循可膨胀囊袋的外部轮廓以符合其形状。继而，加强筋箍的直径随着朝着囊袋入口和囊袋出口的收缩而在可膨胀囊袋的两个端部部分处逐渐减小。
根据本发明的一实施方式，气体管组件还包括延伸到可膨胀囊袋的容积中的排放管。
根据本发明的一实施方式，一种制造用于储存压缩流体的储存系统的方法包括在地中提供基坑，该基坑具有倒置的梯形四棱柱的形状。提供被配置成储存压缩流体的囊袋装置，并将该囊袋装置安装在基坑内。囊袋装置包括布置在基坑内的加强筋笼和布置在加强筋笼内的可膨胀囊袋。
根据本发明的一实施方式，可膨胀囊袋具有中间部分和两个端部部分。一个端部部分包括囊袋入口，该囊袋入口用于提供通向可膨胀囊袋的内部容积的通道，而另一端部部分包括囊袋出口，该囊袋出口用于从内部容积释放压缩流体。
根据本发明的一实施方式，提供填充材料并将填充材料在可膨胀囊袋、基坑的底部和壁之间的容积内放置成从基坑的底部一直延伸到顶部，从而完全包围可膨胀囊袋。填充材料处于刚性且不可移动的状态，被配置成向可膨胀囊袋提供加强，并且用于将可膨胀囊袋锚固至基坑。此外，填充材料还充当加强筋杆与加强筋箍之间的粘合剂。
根据本发明的一实施方式，提供气体管组件。气体管组件包括：入口气体管，该入口气体管被配置成用压缩流体填充可膨胀囊袋；以及出口气体管，该出口气体管被配置成释放压缩流体。将入口气体管联接至囊袋入口，并将出口气体管联接至囊袋出口。
根据本发明的一实施方式，制造流体储存系统的方法包括提供排放管，并提供该排放管通向可膨胀囊袋的容积的通道。
应当理解，本发明的系统不限于气体储存应用，还可以用于在低压和/或高压下储存任何类型的流体。
因此，已经相当广泛地概述了本发明的更重要的特征，以使得可以更好地理解下文中的其详细描述，并且可以更好地理解对本领域的贡献。本发明的其它细节和优点将在详细说明中阐述。
附图说明
为了更好地理解本文所公开的主题并举例说明在实践中如何实现该主题，现在将参照附图仅通过非限制性示例的方式描述实施方式，其中：
图1A例示了根据本发明的一实施方式的压缩流体储存系统的示意性纵向侧剖视图；
图1B例示了根据本发明的一实施方式的图1A的压缩流体储存系统的示意性横向侧剖视图；以及
图2例示了根据本发明的一实施方式的图1A的压缩流体储存系统的囊袋装置的正视立体图。
具体实施方式
参照附图和所附说明，可以更好地理解根据本发明的地下压缩气体储存系统的原理和操作。应该理解的是，这些附图仅出于例示目的给出，并且不意味着限制。应该注意的是，为了清楚起见，例示本发明的系统的各种示例的图未按比例绘制，并且不成比例。贯穿本发明的整个说明书，使用相同的附图标记和字母字符来标识在附图中示出的液压气动能量储存系统及其部件中共同的那些部件。为所选元素提供构造的示例。本领域技术人员应该理解的是，所提供的许多示例具有可以利用的合适的另选方案。
参照图1A和图1B，对应地例示了根据本发明的一实施方式的压缩流体储存系统10的示意性纵向和横向侧剖视图。本发明的压缩流体储存系统10可以成功地用于储存压缩气体、压缩液体以及任何其它流体，包括气体和/或液体的混合物。
压缩流体储存系统10包括在地中形成的基坑(excavation)11。基坑11具有倒置的梯形四棱柱(rectangular trapezoidal prism)的形状，具有预定的深度，并且对应地在顶部111和底部112处具有预定的长度和宽度。应当理解的是，基坑11的在顶部111处与在底部112处的长度和宽度之间的差异由土壤摩擦角确定并且取决于土壤的摩擦剪切阻力。
基坑11的深度可以例如在大约1米至7米的范围内。基坑11的长度可以例如在大约5米至50米的范围内。基坑的底部宽度可以例如在0.5米至5米的范围内。基坑的顶部宽度可以例如在1.5米到10米的范围内。
根据本发明的一实施方式，压缩流体储存系统10包括安装在基坑11内的囊袋装置12。
图2例示了根据本发明的一实施方式的图1A的压缩流体储存系统的囊袋装置12的正视立体图。一起参照图1A和图2，囊袋装置12包括布置在基坑11内的加强筋笼121和布置在加强筋笼121内的可膨胀囊袋122。地面与基坑11中的加强筋笼121之间的距离例如可以在0.2米至2米的范围内。
可膨胀囊袋122被配置成储存压缩气体或任何其它流体。可膨胀囊袋122具有中间部分123和两个端部部分124和125。一个端部部分124包括囊袋入口126，该囊袋入口126被配置成提供通向可膨胀囊袋122的内部容积128的通道。另一端部部分125包括囊袋出口127，该囊袋出口127用于从内部容积128释放压缩气体。
可膨胀囊袋122可以例如由具有能够承受相对大变形的编织物或其它增强物的弹性、耐用、坚固的塑料材料或橡胶材料制成。该变形可以例如在约10％至500％的体积变化范围内。还要求囊袋的材料可以抵抗地下化学反应(例如，土壤沉积)和水分(例如雨水)渗透。
根据本发明的一实施方式，加强筋笼121包括：多个加强筋杆1211，该多个加强筋杆1211沿着可膨胀囊袋122在两个端部部分124与125之间延伸；以及加强筋箍1212，该加强筋箍1212被配置成将加强筋杆1211结合以形成加强筋笼121的框架。加强筋箍1212和加强筋杆1211可以例如由钢制成，并且筋的横截面直径在大约1cm至3cm的范围内。加强筋箍1212可以例如通过焊接结合到加强筋杆1211，从而形成网格焊接结构。另选地，通过使用钢丝捆绑加强筋箍1212和加强筋杆1211而将加强筋箍1212结合到加强筋杆1211，从而形成刚性结构。
焊接结构的网格单元的尺寸可以例如在大约5cm至30cm的范围内。应该注意的是，在高腐蚀环境中还可以使用纤维增强塑料加强筋。
在本发明中，术语“大约”是指在值的在统计上有意义的范围内。术语“大约”涵盖的容许变化取决于所考虑的特定系统，并且本领域普通技术人员可以容易地理解。对于本发明的目的，这种近似例如可以被解释为至少包括20％的误差，只要气体储存系统10的性能没有由于该偏差而发生显著变化即可。
根据本发明的一实施方式，压缩气体储存系统10还包括填充材料13，该填充材料13被放置在可膨胀囊袋122、基坑11的底部112和壁113之间的容积14内。填充材料13从基坑11的底部112一直延伸到顶部111，并完全包围可膨胀囊袋122。填充材料13处于刚性且不可移动的状态，并且被配置成与加强筋笼一起向可膨胀囊袋122提供加强，并且用于将可膨胀囊袋122锚固至基坑11。适用于本发明目的的填充材料的示例包括但不限于基于水泥的填充材料(例如，灌浆)、混凝土、可流动的填料、泥土或任何类型的水泥混合物。
根据本发明的一实施方式，压缩气体储存系统10还包括气体管组件14。气体管组件14包括入口气体管141，该入口气体管141联接至囊袋入口126，并且被配置成用压缩流体填充可膨胀囊袋。气体管组件14还包括出口气体管142，该出口气体管142联接至囊袋出口127，并且被配置成释放压缩流体。
根据本发明的一实施方式，气体管组件14还包括延伸到可膨胀囊袋122的容积的底部中的排放管143。排放管143的目的是将可能由于在操作期间的冷凝而从气体冷凝的流体(例如水、油等)泵送出。如图1A所示，排放管143可以被布置在入口气体管141的管腔内，然而也可以考虑其它配置。例如，排放管143可以被布置在出口气体管142内，或者可以是与入口气体管和出口气体管分开的管。
根据本发明的一实施方式，可膨胀囊袋122的中间部分123具有圆柱形形状，该圆柱形形状随着在两个端部部分124和125处分别朝着囊袋入口126和囊袋出口127收缩而渐缩。在这种情况下，加强筋杆1211可以遵循可膨胀囊袋122的外部轮廓以符合其形状。继而，加强筋笼121的加强筋箍的直径可以随着朝着囊袋入口126和囊袋出口127的收缩而在两个端部部分124和125处逐渐减小，从而在可膨胀囊袋122的端部处为可膨胀囊袋122提供附加加强。
这样，本发明所属领域的技术人员可以理解，虽然已经根据优选实施方式描述了本发明，但是本公开所基于的概念可以容易地用作设计用于实施本发明的若干目的的其它结构、系统和过程的基础。
而且，应理解的是，本文中采用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应该被认为是限制性的。
最后，应该注意的是，贯穿所附权利要求所使用的词语“包含”、“具有”和“包括”应被解释成意味着“包括但不限于”。
因此，重要的是，本发明的范围不应被解释成受本文所阐述的例示性实施方式的限制。在所附权利要求中限定的本发明的范围内，可以进行其它变化。可以通过在本申请或相关申请中修改本权利要求或提出新权利要求来要求保护特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合。这些修改的或新的权利要求，无论它们是针对不同的组合还是针对相同的组合，无论是与原始权利要求的范围不同、更宽、更窄还是相同，都被认为包括在本说明书的主题内。

Claims (12)

1.一种用于储存压缩流体的储存系统，所述储存系统包括：
基坑，所述基坑在地中形成，所述基坑具有倒置的梯形四棱柱的形状；
囊袋装置，所述囊袋装置被安装在所述基坑内，所述囊袋装置包括：
加强筋笼，所述加强筋笼被布置在所述基坑内；和
可膨胀囊袋，所述可膨胀囊袋被布置在所述加强筋笼内并被配置成储存所述压缩流体，所述可膨胀囊袋具有中间部分和两个端部部分，所述两个端部部分中的一个端部部分包括囊袋入口，该囊袋入口用于提供通向所述可膨胀囊袋的内部容积的通道，而另一端部部分包括囊袋出口，该囊袋出口用于从所述内部容积释放所述压缩流体；
填充材料，所述填充材料被放置在所述可膨胀囊袋、所述基坑的底部和壁之间的容积内，并从所述基坑的所述底部一直延伸到顶部，从而完全包围所述可膨胀囊袋；所述填充材料处于刚性且不可移动的状态，并且被配置成与所述加强筋笼一起向所述可膨胀囊袋提供进一步加强并且用于将所述可膨胀囊袋锚固至所述基坑；以及
气体管组件，所述气体管组件包括：
入口气体管，所述入口气体管联接至所述囊袋入口，并被配置成用所述压缩流体填充所述可膨胀囊袋；和
出口气体管，所述出口气体管联接至所述囊袋出口，并被配置成释放所述压缩流体。
2.根据权利要求1所述的储存系统，其中，所述加强筋笼包括：多个加强筋杆，所述多个加强筋杆沿着所述可膨胀囊袋在所述两个端部部分之间延伸；以及加强筋箍，所述加强筋箍被配置成将所述加强筋杆结合以形成所述加强筋笼的框架。
3.根据权利要求2所述的储存系统，其中，所述加强筋箍通过焊接而被结合到所述加强筋杆，从而形成焊接结构。
4.根据权利要求2所述的储存系统，其中，所述加强筋箍通过使用钢丝捆绑所述加强筋箍和所述加强筋杆而被结合到所述加强筋杆，从而形成刚性结构。
5.根据权利要求2所述的储存系统，其中，所述可膨胀囊袋的所述中间部分具有圆柱形形状，所述圆柱形形状随着在所述两个端部部分处并朝着所述囊袋入口和所述囊袋出口收缩而渐缩。
6.根据权利要求5所述的储存系统，其中，所述加强筋杆遵循所述可膨胀囊袋的外部轮廓以符合其形状。
7.根据权利要求6所述的储存系统，其中，所述加强筋箍的直径随着朝着所述囊袋入口和所述囊袋出口的收缩而在所述可膨胀囊袋的所述两个端部部分处逐渐减小。
8.根据权利要求1所述的储存系统，其中，所述气体管组件还包括延伸到所述可膨胀囊袋的所述容积中的排放管。
9.根据权利要求1所述的储存系统，其中，所述基坑的底部宽度在0.5米至5米的范围内，所述基坑的顶部宽度在1.5米至10米的范围内，并且所述基坑的深度在1米至7米的范围内。
10.根据权利要求1所述的储存系统，其中，地面与在所述基坑中的所述加强筋笼之间的距离在0.2米至2米的范围内。
11.一种制造用于储存压缩流体的储存系统的方法，所述方法包括：
在地中提供基坑，所述基坑具有倒置的梯形四棱柱的形状；
提供囊袋装置并将所述囊袋装置安装在所述基坑内，所述囊袋装置包括：
加强筋笼，所述加强筋笼被布置在所述基坑内；和
可膨胀囊袋，所述可膨胀囊袋被布置在所述加强筋笼内并被配置成储存所述压缩流体，所述可膨胀囊袋具有中间部分和两个端部部分，所述两个端部部分中的一个端部部分包括囊袋入口，该囊袋入口用于提供通向所述可膨胀囊袋的内部容积的通道，而另一端部部分包括囊袋出口，该囊袋出口用于从所述内部容积释放所述压缩流体；
提供填充材料并将所述填充材料在所述可膨胀囊袋、所述基坑的底部和壁之间的容积内放置成从所述基坑的所述底部一直延伸到顶部，从而完全包围所述可膨胀囊袋；所述填充材料处于刚性且不可移动的状态，并被配置成与所述加强筋笼一起向所述可膨胀囊袋提供进一步加强，并且用于将所述可膨胀囊袋锚固至所述基坑；
提供气体管组件，所述气体管组件包括：入口气体管，所述入口气体管被配置成用所述压缩流体填充所述可膨胀囊袋；以及出口气体管，所述出口气体管被配置成释放所述压缩流体；以及
将所述入口气体管联接至所述囊袋入口，并将所述出口气体管联接至所述囊袋出口。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括提供排放管，并提供所述排放管通向所述可膨胀囊袋的所述容积的通道。
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