CN114909597B - 具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，包括竖井和重力柱塞，所述重力柱塞活动插接在所述竖井中，所述竖井与所述重力柱塞之间密封连接，所述竖井内壁和所述重力柱塞外壁对应缠绕有导线圈阵列，所述竖井内壁上的导线圈阵列按顺序与不同的电源连接，所述重力柱塞外壁的各个导线圈自成闭路，以通过所述电源给所述竖井内壁上的导线圈阵列施加固定频率的交流电，在所述重力柱塞外壁上的导线圈阵列中感应出反向环流，以使两组相反电流方向导线圈阵列形成反向的电磁场后，通过电磁力对所述重力柱塞施加向上的作用力。使得在发生事故时，重力柱塞快速减速，减小坠落时对竖井下方的撞击动能。

Description

具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置

技术领域

本申请涉及重力压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置。

背景技术

重力压缩空气储能是通过在竖井中设置重力块，重力块与竖井之间通过密封膜密封连接，位于重力块下方的竖井中形成密封的储气腔，用于高压气体的存储，通过将空气进行压缩后通入储气腔中将压缩空气的能量部分转化为重力块的重力势能进行存储，在储能初期时储气腔中的高压气体量较少，对重力块作用力较小，不能将重力块顶起，因此需要提升措施对重力块施加较大的提升力才能将重力块提升，同时在发生事故时，重力块不受控向下加速运动会对竖井下方造成较大撞击。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，通过在竖井内壁和重力柱塞外壁对应缠绕有导线圈阵列，通过电源给竖井内壁上的线圈阵列施加固定频率的交流电，在重力柱塞外壁上的线圈中感应出反向环流，两组相反电流方向线圈形成反向的电磁场后，通过电磁力使重力柱塞向上运动，从而减小启动瞬间重力柱塞需要的提升力，同时在发生事故时，重力柱塞不受控向下加速运动，激发竖井内壁线圈电源快速启动供电并形成电磁场，在重力柱塞外壁上的线圈中感应出反向电磁场，从而使重力柱塞快速减速，减小坠落时对竖井下方的撞击动能。

为达到上述目的，本申请提出的一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，包括：

竖井；

重力柱塞，所述重力柱塞活动插接在所述竖井中，所述竖井与所述重力柱塞之间密封连接；

所述竖井内壁和所述重力柱塞外壁对应缠绕有导线圈阵列，所述竖井内壁上的导线圈阵列按顺序与不同的电源连接，所述重力柱塞外壁的各个导线圈自成闭路，以通过所述电源给所述竖井内壁上的导线圈阵列施加固定频率的交流电，在所述重力柱塞外壁上的导线圈阵列中感应出反向环流，以使两组相反电流方向导线圈阵列形成反向的电磁场后，通过电磁力对所述重力柱塞施加向上的作用力。

进一步地，所述重力柱塞的外部套设有密封膜，所述密封膜与所述竖井的内壁和所述重力柱塞的外壁密封相接，以使所述重力柱塞与所述竖井之间通过所述密封膜进行密封连接，所述重力柱塞、所述密封膜和所述竖井位于所述密封膜下方的空间围成储气腔。

进一步地，所述竖井为圆柱筒状结构；

所述重力柱塞的外壁面周侧设置有多个呈竖直分布的平滑凹槽；

所述密封膜为套设在所述重力柱塞外部的环形筒状结构，密封膜的外径等于所述竖井的内径，所述密封膜从中间将上部向内翻折后形成外环和内环连接组成的环形鞍面结构，翻折后得到的所述内环周侧形成褶皱凸起，所述外环的底端与所述竖井内壁密封连接，所述内环的底端与所述重力柱塞的外壁密封连接，所述褶皱凸起与所述平滑凹槽贴合。

进一步地，多个所述平滑凹槽等角度设置在所述重力柱塞的外部周侧。

进一步地，所述密封膜的环形筒状结构为上下等径的圆柱面结构。

进一步地，所述重力柱塞位于所述平滑凹槽处的环向周长等于所述密封膜外壁环向周长。

进一步地，所述重力柱塞包括壳体和填充在所述壳体中的蓄热材料，所述平滑凹槽设置在所述壳体的外壁周侧，所述壳体底部设置有与所述储气腔相连通的第一通气口，所述壳体顶部连接有空气压缩机组和空气膨胀机组。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的重力压缩空气储气装置的局部结构示意图；

图2是本申请图1的局部结构剖视图；

图3是本申请重力柱塞结构剖视图；

图中，1、竖井；2、重力柱塞；21、平滑凹槽；22、壳体；23、蓄热材料；24、第一通气口；3、密封膜；31、外环；32、内环；4、储气腔；5、锁定平台。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置的结构示意图。

参见图1-3，一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，包括竖井1和重力柱塞2，重力柱塞2活动插接在竖井1中，竖井1与重力柱塞2之间密封连接，形成活塞-气缸结构，竖井1内壁和重力柱塞2外壁对应缠绕有导线圈阵列，竖井1内壁上的导线圈阵列按顺序与不同的电源连接，重力柱塞2外壁的各个导线圈自成闭路，通过控制导线圈阵列的位置，可以实现过电源给竖井1内壁上的导线圈阵列施加固定频率的交流电，在重力柱塞2外壁上的导线圈阵列中感应出反向环流，以使两组相反电流方向导线圈阵列形成反向的电磁场后，通过电磁力对重力柱塞2施加向上的作用力，另外，重力柱塞2的外部套设有密封膜3，密封膜3与竖井1的内壁和重力柱塞2的外壁密封相接，以使重力柱塞2与竖井1之间通过密封膜3进行密封连接，重力柱塞2、密封膜3和竖井1位于密封膜3下方的空间围成储气腔4，其中储气腔4与空气压缩机组和空气膨胀机组相连通，在压缩储能过程中，需要采用提升措施将重力柱塞2向上提起，通过电源给竖井1内壁上的线圈阵列施加固定频率的交流电，在重力柱塞2外壁上的线圈中感应出反向环流，两组相反电流方向线圈形成反向的电磁场后，通过电磁力使重力柱塞2向上运动，从而减小启动瞬间重力柱塞2需要的提升力，同时通过空气压缩机组向储气腔4中通入压缩气体，重力柱塞2向上移动至最高限位，在释能过程中，储气腔4中的气体通入空气膨胀机组中进行做功发电，重力柱塞2向下移动，使得重力柱塞2的重力势能也转化为部分电能，另外，发生事故时，重力柱塞2不受控向下加速运动，激发竖井1内壁线圈电源快速启动供电并形成电磁场，在重力柱塞2外壁上的线圈中感应出反向电磁场，对重力柱塞2形成向上的作用力，从而使重力柱塞2快速减速，减小坠落时对竖井下方的撞击动能。

另外，需要说明的是，竖井1的内壁设置有锁定平台5，锁定平台5位环形结构，当重力柱塞2向下移动至最低限位时，重力柱塞2通过锁定平台5限位支撑，此时储气腔4中留有一定空间，能够保障重力柱塞2启动时，储气腔4中通入的压缩空气能够将重力柱塞2顶起。

在一些实施例中，竖井1为圆柱筒状结构，重力柱塞2的外壁面周侧设置有多个呈竖直分布的平滑凹槽21，其中竖直方向与重力柱塞2的轴向方向一致。

另外，密封膜3为套设在重力柱塞2外部的环形筒状结构，密封膜3的外径等于竖井1的内径，密封膜3从中间将上部向内翻折后形成外环31和内环32连接组成的环形鞍面结构，翻折后得到的内环32周侧形成褶皱凸起，外环31的底端与竖井1内壁密封连接，内环32的底端与重力柱塞2的外壁密封连接，褶皱凸起与平滑凹槽21贴合。由于重力柱塞2的外径小于密封膜3的内径，密封膜3在翻折后形成的内环32位于外环31内侧，密封膜3为筒状结构，翻折后的内环32为了适应环向空间大小，会出现褶皱凸起，通过设置平滑凹槽21使得密封膜3在固定时能够将褶皱凸起凹陷于平滑凹槽21内，从而增大重力柱塞2环向外壁与密封膜3相接的长度，使得密封膜3固定在重力柱塞2周侧的长度增大，在重力柱塞2上下移动过程中密封膜3的外环31和内环32始终保持与竖井1内壁、重力柱塞2外壁的良好贴合，提升了重力柱塞2与密封膜3直接的贴合位点，提升了密封膜3与重力柱塞2的贴合紧密型，并且由于密封膜3的外径与竖井1的内径相同，进而使得密封膜3的外环31能够完全贴合在竖井1内壁上，使得密封膜3的外环31与竖井1之间结合紧密，利用刚性壁面为密封膜3提供刚性支撑，提高了密封膜3使用安全性、可靠性和寿命。

在一些实施例中，多个平滑凹槽21等角度设置在重力柱塞2的外部周侧，使得褶皱凸起处均匀分布，能够均匀至于多个平滑凹槽21中。

另外，需要说明的是，密封膜3的环形筒状结构为上下等径的圆柱面结构，方便密封膜3的加工。

在一些实施例中，重力柱塞2位于平滑凹槽21处的环向周长等于密封膜3外壁环向周长，具体来说，重力柱塞2周侧设置平滑凹槽21后，通过控制平滑凹槽21的深度和数量，使得重力柱塞2在平滑凹槽21处环向的周长增大(例如，当平滑凹槽21贯穿重力柱塞2上下两端时，重力柱塞2在平滑凹槽21处的环向的周长也就是重力柱塞2端面边侧的环向周长，并且密封膜3外壁环向周长就是密封膜环形筒状结构的外筒端面边侧的周长)，当控制内环32的褶皱凸起的部分能够贴合在平滑凹槽21中，使得内环32与重力柱塞2之间贴合，重力柱塞2能够对密封膜3进行完全的支撑，提高了密封膜3使用安全性、可靠性和寿命。

在一些实施例中，重力柱塞2包括壳体22和填充在壳体22中的蓄热材料23，平滑凹槽21设置在壳体22的外壁周侧，壳体22底部设置有与储气腔4相连通的第一通气口24，壳体22顶部分别与空气压缩机组和空气膨胀机组相连接，使得压缩储能时，空气压缩机组压缩后得到的高温空气经过蓄热材料23时将热量直接存储在蓄热材料23中，放热后的气体经过第一通气口24进入到储气腔4中进行存储，而膨胀释能时，储气腔4中存储的气体进入壳体22中，进入壳体22中的气体经过蓄热材料23时，将蓄热材料23中存储的热量带走，得到高温的气体，高温气体直接通入空气膨胀机组中做功，带动发电机发电，直接在重力柱塞2中填充蓄热材料23，通过蓄热材料23进行蓄热的方式实现换热，无需另外在系统中增加热交换单元进行换热，节省空间和成本，同时蓄热材料23作为重力来源，使得整体储能系统简单，成本降低，减小占地面积，壳体22顶部开设有两个第二通气口，两个第二通气口处设置有阀门，两个阀门分别连接进气管路和出气管路，进气管路和出气管路分别连接空气压缩机组和空气膨胀机组，进而使得空气压缩机组压缩后的空气通过进气管路进入壳体时，通过关闭出气管路上的阀门，避免压缩气体通过出气管路溢出，另外，在膨胀做功时，通过关闭连接进气管路的阀门，避免膨胀做功的气体进入进气管路中。

另外，第一通气口24和第二通气口处均设置有隔离网，隔离网上的网孔小于蓄热材料23的直径，由于隔离网的阻挡能够防止蓄热材料23洒出，并且气体还能够穿过隔离网上的网孔，不妨碍通气过程的进行。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，其特征在于，包括：

竖井；

重力柱塞，所述重力柱塞活动插接在所述竖井中，所述竖井与所述重力柱塞之间密封连接，所述重力柱塞的外部套设有密封膜，所述密封膜与所述竖井的内壁和所述重力柱塞的外壁密封相接，以使所述重力柱塞与所述竖井之间通过所述密封膜进行密封连接，所述重力柱塞、所述密封膜和所述竖井位于所述密封膜下方的空间围成储气腔，所述竖井为圆柱筒状结构，所述重力柱塞的外壁面周侧设置有多个呈竖直分布的平滑凹槽，所述密封膜为套设在所述重力柱塞外部的环形筒状结构，密封膜的外径等于所述竖井的内径，所述密封膜从中间将上部向内翻折后形成外环和内环连接组成的环形鞍面结构，翻折后得到的所述内环周侧形成褶皱凸起，所述外环的底端与所述竖井内壁密封连接，所述内环的底端与所述重力柱塞的外壁密封连接，所述褶皱凸起与所述平滑凹槽贴合；

所述竖井内壁和所述重力柱塞外壁对应缠绕有导线圈阵列，所述竖井内壁上的导线圈阵列按顺序与不同的电源连接，所述重力柱塞外壁的各个导线圈自成闭路，以通过所述电源给所述竖井内壁上的导线圈阵列施加固定频率的交流电，在所述重力柱塞外壁上的导线圈阵列中感应出反向环流，以使两组相反电流方向导线圈阵列形成反向的电磁场后，通过电磁力对所述重力柱塞施加向上的作用力；

所述重力柱塞包括壳体和填充在所述壳体中的蓄热材料，所述平滑凹槽设置在所述壳体的外壁周侧，所述壳体底部设置有与所述储气腔相连通的第一通气口，所述壳体顶部连接有空气压缩机组和空气膨胀机组。

2.如权利要求1所述的具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，其特征在于，多个所述平滑凹槽等角度设置在所述重力柱塞的外部周侧。

3.如权利要求1所述的具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，其特征在于，所述密封膜的环形筒状结构为上下等径的圆柱面结构。

4.如权利要求1所述的具有辅助启动和减速功能的重力压缩空气储气装置，其特征在于，所述重力柱塞位于所述平滑凹槽处的环向周长等于所述密封膜外壁环向周长。