CN112762345A - 气体储存装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体存储设备技术领域，尤其涉及一种气体储存装置及方法。本发明所述的气体储存装置包括浸没在环境液体中的刚性的储气腔，采用水下储气的方式进行气体存储，能够直接节约地面空间；储气腔内形成有内液面，以将气体液封在储气腔内且位于内液面上方，位于内液面下方的内部液体与环境液体连通，储气腔在充气或放气时内液面随气压变化而升降，配合刚性储气腔进行储气，液体可随储气腔中压缩气体的充放自动进入或排出储气腔，通过水利压强保证储气腔内气压的稳定；由于储气腔内外压力一致，使得储气腔本体强度要求降低，能够有效降低材料成本；此外，储气腔不随充放气发生形变，其寿命较长，该装置的结构简单，加工制造及后期运行维护简便。

Description

气体储存装置及方法

技术领域

本发明涉及气体存储设备技术领域，尤其涉及一种气体储存装置及方法。

背景技术

气体的存储在生活生产等多个领域具有广泛应用，例如天然气的存储、医用氧气的存储、压缩空气储能电站压缩空气的存储等。

常规气体存储有气态存储和液化存储两种。气态气体存储技术难度较低，也便于直接应用，但因为气体的密度较小，存在储气占地面积大、储气压力高的弊端；同时，随着充放气过程的进行，储气装置内的压力会出现上升或下降，导致充放气过程的压力波动。液化气体存储具有占地面积小、储存密度大的优点，但由于液化气体的存储温度普遍较低，在环境温度的影响下存在不可避免的蒸发损失；液化气体储存装置可通过主动蒸发少量液体的代价维持内部压力稳定，有利于充液和放气过程中的压力维持，但更加剧了蒸发损失。

随着水下空间的开发利用，人们开发了水下储气技术。通过将弹性气囊置于水底，直接避免了地上面积的低效利用；利用水压可保证弹性气囊内部压力的稳定，这也直接解决的气态存储的压力波动弊端。然而，弹性气囊制造复杂、成本较高，且频繁充放对气囊本体及支撑结构造成不可逆的寿命损伤，进一步加剧了水下气囊储气装置的成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种气体储存装置及方法，用以解决常规储气装置压力波动、占地面积大及水下气囊储气装置成本高、寿命短的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气体储存装置，包括浸没在环境液体中的刚性储气腔，所述储气腔内形成有内液面，所述内液面用于将气体液封在所述储气腔内且位于所述内液面上方，位于所述内液面下方的内部液体与所述环境液体连通，所述储气腔在充气或放气时所述内液面随气压变化而升降。

在部分实施例中，所述储气腔的底部设有开放式连通口。

在部分实施例中，利用所述储气腔的侧壁底端合围形成所述开放式连通口。

在部分实施例中，所述储气腔的底部设有底板，所述底板上贯通有至少一个所述开放式连通口。

在部分实施例中，所有所述开放式连通口的总直径大于所述储气腔的水平方向上最大水力直径的二分之一。

在部分实施例中，所述储气腔上连接有管路，所述管路的一端连通在所述内液面上方的空间连通，另一端与所述环境液体的外部相连通。

在部分实施例中，所述管路上安装有气流控制阀。

在部分实施例中，所述管路为柔性压力管路。

在部分实施例中，所述储气腔的底部边缘均匀连接有多条拉索，每条拉索的底端分别固定在所述环境液体的底部。

本发明还提供了一种基于如上所述的气体储存装置的水下气体存储方法，包括：

将储气腔浸没在环境液体的液面下，并保证环境液体与所述储气腔内的内部液体连通；

向所述储气腔内充入气体时，所述内部液体的内液面下降，所述气体被液封在所述内液面的上方；

自所述储气腔向外放出气体时，所述内液面上升。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述的气体储存装置包括浸没在环境液体中的刚性储气腔，采用水下储气的方式进行气体存储，能够直接节约地面空间；储气腔内形成有内液面，以将气体液封在储气腔内且位于内液面上方，位于内液面下方的内部液体与环境液体连通，储气腔在充气或放气时内液面随气压变化而升降，配合刚性储气腔进行储气，液体可随储气腔中压缩气体的充放自动进入或排出储气腔，通过水利压强保证储气腔内气压的稳定；由于储气腔内外压力一致，使得储气腔本体强度要求降低，能够有效降低材料成本；同时，当储气腔浸没在水中时，由于储气腔内外液体连通，使得水下生物可自由进出储气腔内的液体空间，对水下生态不产生影响；此外，储气腔不随充放气发生形变，其寿命较长，该装置的结构简单，加工制造及后期运行维护简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的气体储存装置的结构示意图。

其中，1、储气腔；2、管路；3、开放式连通口；4、拉索。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供的本发明所述的气体储存装置包括浸没在环境液体中的刚性的储气腔1，采用水下储气的方式进行气体存储(被储存的气体以下简称为气体)，能够直接节约地面空间，且储气腔1的壁面采用刚性材料制成不随充放气发生形变，其寿命较长，该装置的结构简单，加工制造及后期运行维护简便。

本实施例所述的装置具有结构简单，加工制造及后期运行维护简便的优点。特别是：当储气腔1浸没在水中时，储气腔1的内部与外部环境液体连通，因此在储气腔1的内部形成有内液面，以将气体液封在储气腔1内且位于内液面上方。而位于内液面下方的内部液体与环境液体连通，则储气腔1在充气或放气时，内液面能随着储气腔1内部气压的瞬时变化而升降，并且在充放气过程中，由于储气腔1的侧壁为刚性材质制成，不随充放气发生形变，其使用寿命较长，环境液体可随储气腔1中压缩气体的充放自动进入储气腔1内或是内部液体自动排出储气腔1，从而确保在水利压强作用下使得储气腔1内的气压稳定，即是说储气腔1的内部液压和外部环境液压一致。而由于储气腔1内外压力一致，使得储气腔1本体强度要求降低，能够有效降低材料成本。此外，当储气腔1浸没在水中时，由于储气腔1内外液体连通，使得水下生物可自由进出储气腔1内的液体空间，对水下生态不产生影响。

为了维持储气腔1的腔壁内外两侧受压一致，优选所有开放式连通口3的总直径大于储气腔1的水平方向上最大水力直径的二分之一。为了便于保证液体能在储气腔1的内部与外部之间连通，优选储气腔1的底部设有开放式连通口3。优选的，储气腔1的底部不设置底板，而是直接将储气腔1底部设置为完全敞开式，即利用储气腔1的侧壁底端合围形成开放式连通口3即可。这样设置使得该装置的结构更简单，更易加工和后期维护，并且保证开放式连通口3足够大，以使储气腔1的内液面随压力变化而升降时，尽可能减少升降阻力。

需要说明的是，基于对储气腔1内部起到更好的保护作用，也可以在储气腔1的底部设置底板，底板优选设置为镂空结构，例如在底板上贯通有至少一个开放式连通口3，或者将底板设置为镂空网格结构均可，只要能让储气腔1内部液体和外部环境液体之间连通，不会影响内液面的自动升降效率即可。

本实施例中，储气腔1上连接有管路2，管路2的一端连通在内液面上方的空间连通，另一端与环境液体的外部相连通。优选管路2连接在储气腔1的顶部。为了便于控制储气腔1的充气和放气过程的启闭和流量，优选管路2上安装有气流控制阀。本实施例中的储气腔1顶部的管路2起到连通气源或用气装置的作用，因而需要能够承受储气腔1运行时的气体压力，同时，由于水体自然流动等因素造成储气腔1的无规律摆动，管路2应当为柔性管路2，并具备一定的长度裕量，保证储气腔1长期无规律摆动时的管路2寿命不受影响。故而优选管路2为柔性压力管路2。

为了将储气腔1浸没在环境液体中，并保证储气腔1平稳不会因气压瞬时变化或处于无充气状态时导致的储气腔1翻转，优选在储气腔1的底部边缘均匀连接有多条拉索4，每条拉索4的底端分别固定在环境液体的底部。

具体的，以液态水作为储气腔1外部环境液体为例进行说明：作为本实施例所述的刚性储气腔1是指：储气腔1的材质优先选择为刚性材料或无弹性的材料，例如不会与被存储的气体反应的金属材料、合金材料或硬质塑性材料等。由于储气腔1通过底部的开放式连通口3与外部水体连通，因而储气腔1的腔体内壁上的压力与外壁上的压力相同，即使储气腔1的腔体材质没有弹性且强度不高，在没有外力撞击等因素的影响下也不会损坏失效。优选，储气腔1的腔壁材料宜为半透明材质，一方面能够避免全透明时对水下生物造成撞击等困扰，具备生态友好的优势；另一方面又能从外部对内部进行检视，便于运行维护。此外，腔壁材料的密度宜小于水体密度，在储气腔1内部无气体时仍能以自身浮力保持直立姿态，同时需要检修时只需解开拉索4就能自然上浮至水面，不需要专门的其中器械进行打捞；而在安装时，仅需通过附加配重块即可将其沉入水下。

储气腔1的下方开口，即开放式连通口3。开放式连通口3的作用是连通储气腔1内部与外部水体，使储气腔1内外的压力一致，从而利用所处位置的水利压强保证储气腔1内部气体的压力稳定。为便于加工制造、避免充放气过程水体的流出和流入造成的储气腔1体振动，开放式连通口3的直径(或水力直径)宜大不宜小，若储气腔1为图1所示的钟形结构，开放式连通口3亦为等径的钟形开口即可。较大开放式连通口3的另一个优点是，便于检修人员的进入或水下生物的自由进出，不影响水下生态环境。储气腔1还可以为球形、半球形、锥性或其他结构，上述的钟形结构为最优选择。

多根拉索4连接在开放式连通口3边缘处并将储气腔1固定在距水底一定高度，可通过在水下安装设置固定桩的方式将其固定。拉索4的布置应能使储气腔1保持直立，开放式连通口3应保持水平不倾斜，以保证最大的储气空间。

充气时，外部气源通过管路2向储气腔1内部输送高压气体，随着储气腔1内部气体量的增加，其中原有的水体通过开放式连通口3被向下排出，由于所处高度的水利压强的影响，储气腔1内部气体的压力与所处高度的水利压强大小时刻保持一致，因而外部气源的供气压力也不需要时刻变化，只需保持与储气腔1所处位置水利压强恒定的充气压力差即可。放气时，储气腔1通过管路2向外部用气装置供气，随着气体的放出，水体由开放式连通口3持续流入储气腔1底部，基于水利压强的作用能时刻保证储气腔1内部的气体压力维持恒定，因而管路2水面出口的输气压力也时刻保持略低于储气腔1内部压力的恒定值。

基于如上所述的气体储存装置，本实施例还提出了一种水下气体存储方法。该方法包括以下内容：

将储气腔1浸没在环境液体的液面下，并保证环境液体与储气腔1内的内部液体连通；

向储气腔1内充入气体时，内部液体的内液面下降，气体被液封在内液面的上方；

自储气腔1向外放出气体时，内液面上升。

综上所述，本实施例的气体储存装置包括浸没在环境液体中的刚性储气腔1，采用水下储气的方式进行气体存储，能够直接节约地面空间；储气腔1内形成有内液面，以将气体液封在储气腔1内且位于内液面上方，位于内液面下方的内部液体与环境液体连通，储气腔1在充气或放气时内液面随气压变化而升降，配合刚性储气腔1进行储气，液体可随储气腔1中压缩气体的充放自动进入或排出储气腔1，通过水利压强保证储气腔1内气压的稳定；由于储气腔1内外压力一致，使得储气腔1本体强度要求降低，能够有效降低材料成本；同时，当储气腔1浸没在水中时，由于储气腔1内外液体连通，使得水下生物可自由进出储气腔1内的液体空间，对水下生态不产生影响；此外，储气腔1不随充放气发生形变，其寿命较长，该装置的结构简单，加工制造及后期运行维护简便

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种气体储存装置，其特征在于，包括浸没在环境液体中的刚性的储气腔，所述储气腔内形成有内液面，所述内液面用于将气体液封在所述储气腔内且位于所述内液面上方，位于所述内液面下方的内部液体与所述环境液体连通，所述储气腔在充气或放气时所述内液面随气压变化而升降。

2.根据权利要求1所述的气体储存装置，其特征在于，所述储气腔的底部设有开放式连通口。

3.根据权利要求2所述的气体储存装置，其特征在于，所述储气腔的侧壁底端合围形成所述开放式连通口。

4.根据权利要求2所述的气体储存装置，其特征在于，所述储气腔的底部设有底板，所述底板上贯通有至少一个所述开放式连通口。

5.根据权利要求2所述的气体储存装置，其特征在于，所有所述开放式连通口的总直径大于所述储气腔的水平方向上最大水力直径的二分之一。

6.根据权利要求1-5任一项所述的气体储存装置，其特征在于，所述储气腔上连接有管路，所述管路的一端连通在所述内液面上方的空间连通，另一端与所述环境液体的外部相连通。

7.根据权利要求6所述的气体储存装置，其特征在于，所述管路上安装有气流控制阀。

8.根据权利要求6所述的气体储存装置，其特征在于，所述管路为柔性压力管路。

9.根据权利要求1-5任一项所述的气体储存装置，其特征在于，所述储气腔的底部边缘均匀连接有多条拉索，每条拉索的底端分别固定在所述环境液体的底部。

10.一种基于如权利要求1-9任一项所述的气体储存装置的水下气体存储方法，其特征在于，包括：

将储气腔浸没在环境液体的液面下，并保证环境液体与所述储气腔内的内部液体连通；

向所述储气腔内充入气体时，所述内部液体的内液面下降，所述气体被液封在所述内液面的上方；

自所述储气腔向外放出气体时，所述内液面上升。

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