KR20180086456A - 가변 압력 용기 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 가변 압력 용기에 관한 것이다. 용기는 액체 챔버 및 가스 챔버 및 그 사이의 가동 배리어를 포함한다. 용기는 체적, 제1 행정 및 제2 행정을 갖는다. 액체 챔버 및 가스 챔버는 제1 행정 및 제2 행정에 응답하여 변화하는 가변 체적을 각각 갖는다. 가스 챔버는 외부벽을 갖고, 외부벽의 적어도 일부는 열전도성이고 열이 그를 통해 전달되게 한다. 액체 챔버와 가스 챔버 사이의 가동 배리어의 이동은 액체 챔버 내의 체적 및 가스 챔버 내의 체적이 서로 변위하게 한다. 가스 챔버 내의 체적과 액체 챔버 내의 체적을 더한 값은 전반적으로 일정하고 전반적으로 가변 압력 용기 내의 체적에 동일하다.

Description

가변 압력 용기
본 개시내용은 가변 압력 용기, 특히 에너지 저장 시스템에 사용될 수도 있는 가변 압력 용기에 관한 것이다.
가스의 압축은 다수의 기술에서 매우 중요한 프로세스이다. 이상 기체 또는 거의 이상 기체를 압축하거나 체적을 감소시킬 때, 가스 압력의 증가에 추가하여 열이 생성된다. 가스 압축에 기인하여 생성된 열이 예를 들어 주위와의 열교환에 의해 압축 가스로부터 제거될 때, 프로세스는 등온이다.
가스의 팽창은 압축의 프로세스에 반대인 프로세스이다. 팽창 중에, 가스 압력은 감소되고, 열이 팽창 가스에 의해 소비된다. 등온 조건을 성취하기 위해, 팽창 가스에 의해 소비된 열의 양은 예를 들어, 주위로부터 팽창 가스로의 열전달에 의해 공급된다.
가스 압축/팽창은 압축 공기 에너지 저장 시스템(compressed air energy storage systems: CAES)에서 에너지의 저장을 위해 통상적으로 사용되고, 등온 체계는 에너지 손실이 최소화되게 하고, 따라서 전체 저장 효율을 최대화한다.
진(眞) 또는 이론 등온 압축/팽창은 실제로 불가능하지 않으면 어렵다. 진 또는 이론 등온 팽창/압축을 성취하기 위해, 압축/팽창 가스와 주위 사이에 0의 온도차에 대한 요구가 존재한다. 이는 무한 열전달 영역, 또는 무한 열전달 시간 또는 양자 모두를 요구한다. 실제 압축/팽창 프로세스는 다양한 정도로 이론 등온 압축/팽창에 근접할 수 있다. 용어 의사 등온 압축이 등엔트로피와 진 등온 사이에 있는 압축을 설명하기 위해 여기서 사용된다. 의사(擬似) 등온 압축에서, 일부 열이 압축 가스로부터 제거되지만, 진 등온 압축을 위해 제거될 열의 양 미만이다.
최근에, 가스의 의사 등온 압축 및 팽창을 위한 프로세스 및 장치가 PCT 출원 PCT/CA2013/050972호 및 PCT/CA2015/050137호에 개시되었다. 종래 기술의 문헌은 가스/액체 압축 디바이스 내로 펌핑되고 가스/액체 팽창 디바이스로부터 압출되는 액체의 사용에 기초하는 압축 및 팽창을 위한 프로세스를 개시하고 있다. 액체는 "액체 피스톤"의 역할을 한다. 종래 기술의 문헌에서, 액체 및 압축/팽창 가스는 직접 접촉하고 있는 데, 즉 가스-액체 계면이 존재한다. 이들 개시내용에서, 열은 이하의 메커니즘 중 하나 또는 임의의 조합에 의해 압축 가스로부터 주위로 전달된다. 열은 압축 가스로부터 압축 디바이스의 벽을 통해 주위로 직접 전달된다. 열은 먼저 가스로부터 이들의 계면을 통해 액체 피스톤으로, 이어서 액체로부터 주위로 간접적으로 전달된다. 열은 먼저 가스로부터 고체 히트 싱크로, 이어서 고체 히트 싱크로부터 액체로, 그리고 마지막으로 액체로부터 주위로 간접적으로 전달된다. 또한, 열전달 메커니즘은 팽창 중에 동일하지만, 열은 반대 방향으로 진행한다(주위로부터 팽창 가스를 향해).
전술된 바와 같이, 종래 기술의 문헌에서, 직접 가스-액체 접촉이 존재한다. 가스에 접촉하는 액체 표면의 존재는 다수의 문제점을 유도한다. 이들 문제점의 몇몇이 이하에 열거된다. 액체 내의 가스의 용해(가스 압력의 증가 중에), 이어서 액체로부터 용해된 가스의 배출 및 가스 기포의 형성(가스 압력의 감소 중에)은 각각의 압축 및 팽창 효율의 감소를 야기한다. 액체 표면의 파동 및 다른 유형의 모션이 형성될 때 압축/팽창 용기 내의 액체의 모션에 기인하는(이에 한정되는 것은 아님) 압축/팽창 디바이스를 나오는 가스와 함께 압축/팽창 디바이스로부터의 액체(액체 피스톤을 형성하는)의 부분의 손실; 및 액체의 발포. 이는 액체의 부분이 압축 또는 팽창 가스와 함께 압축/팽창 디바이스로부터 방출될 때, 압축/팽창 효율의 감소, 및 또한 압축/팽창 디바이스로부터 액체의 손실을 야기한다. 발포는 2개의 주 프로세스: 가스-액체 계면을 통한 액체 내의 가스 기포의 포집(entrainment); 및 용해된 가스가 압력 감소 및/또는 온도 증가에 기인하여 액체로부터 배출될 때 가스 기포의 형성의 결과일 수 있다. 이 프로세스는 병이 개방되고 음료 상부의 압력이 감소될 때 탄산 음료 내의 가스(이산화탄소) 기포의 형성과 유사하다.
이에 따라, 개량된 열전달 메커니즘을 제공하는 가변 압력 용기를 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 개시내용은 가변 압력 용기에 관한 것이다. 용기는 액체 챔버 및 가스 챔버 및 그 사이의 가동 배리어를 포함한다. 용기는 체적, 제1 행정, 및 제2 행정을 갖는다. 액체 챔버 및 가스 챔버는 제1 행정 및 제2 행정에 응답하여 변화하는 가변 체적을 각각 갖는다. 가스 챔버는 외부벽을 갖고, 외부벽의 적어도 일부는 열전도성이고 열이 그를 통해 전달되게 한다. 액체 챔버와 가스 챔버 사이의 가동 배리어의 이동은 액체 챔버 내의 체적 및 가스 챔버 내의 체적이 서로 변위하게 한다. 가스 챔버 내의 체적과 액체 챔버 내의 체적을 더한 값은 전반적으로 일정하고 전반적으로 가변 압력 용기 내의 체적에 동일하다.
가동 배리어는 제1 행정 및 제2 행정에 응답하여 전반적으로 일정할 수도 있는 표면적을 가질 수도 있다. 가동 배리어는 블래더(bladder)일 수도 있다. 가동 배리어는 가요성일 수도 있다. 가동 배리어는 폴리머 백일 수도 있다.
가스 챔버는 플레이트 및 가동 배리어에 의해 형성될 수도 있다. 플레이트는 높은 열전도도를 가질 수도 있다. 플레이트는 금속, 금속 합금, 탄소 복합재료 플레이트일 수도 있다.
공기 챔버는 내부 튜브 및 가요성 외부 블래더에 의해 형성될 수도 있다. 가동 배리어는 벨로즈일 수도 있다. 벨로즈는 벨로즈가 완전히 접힐 때 벨로즈의 중앙부를 점유하도록 벨로즈의 내부에 위치된 벨로즈 요소를 포함할 수도 있다.
가동 배리어는 복수의 블래더일 수도 있다. 가동 배리어는 세장형 사행형 가요성 튜브일 수도 있다.
압력 용기는 벽에 의해 형성될 수도 있고, 가스 챔버는 가동 배리어에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수도 있고, 액체 챔버는 가스 챔버와 압력 용기의 벽 사이의 체적일 수도 있다.
가스 챔버는 플레이트 및 가동 배리어에 의해 형성될 수도 있다. 플레이트는 금속, 금속 합금, 탄소 복합재료 플레이트일 수도 있다.
가스 챔버는 내부 중공 원통형 튜브 및 가동 배리어에 의해 형성될 수도 있다. 가동 배리어는 내부 중공 원통형 튜브의 외부에 있을 수도 있다. 가동 배리어는 내부 중공 원통형 튜브의 내부에 있을 수도 있다.
내부 중공 원통형 튜브는 내부 체적을 획정하고, 내부 체적은 액체 챔버와 유체 연통할 수도 있고 액체 챔버의 부분을 형성한다.
내부 중공 원통형 튜브는 내부 체적을 획정하고, 내부 체적은 입구 및 압력 용기의 외부에 있을 수도 있는 출구와 유체 연통할 수도 있다. 내부 중공 원통형 튜브의 내부 체적은 열전달 유체로 충전될 수도 있다.
내부 중공 원통형 튜브는 금속, 금속 합금 또는 탄소 복합재료로 제조될 수도 있다.
가변 압력 용기는 전반적으로 원통형인 용기일 수도 있다. 압력 용기는 벽에 의해 형성될 수도 있고, 가스 챔버는 가동 배리어에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수도 있고, 가스 챔버는 액체 챔버와 압력 용기의 벽 사이의 체적일 수도 있다.
가변 압력 용기는 전반적으로 원통형인 용기일 수도 있고, 가동 배리어는 전반적으로 원통형인 용기에 그 각각의 단부에서 부착된 전반적으로 관형인 블래더일 수도 있고, 가스 챔버는 전반적으로 관형인 블래더 및 전반적으로 원통형인 용기에 의해 형성될 수도 있다.
액체 챔버 및 가스 챔버는 그 사이에 계면을 갖고, 계면의 열전달 계수의 값은 이하의 식에 의해 계산될 수 있고,
Figure pct00001
가스 압축의 프로세스에서 p1은 초기 가스 압력이고, p2는 압축 후의 최종 가스 압력이고, A는 열전달의 면적이고, ΔT는 초기 온도와 최종 온도 사이의 차이이고, tstroke는 압축 행정의 시간이고, V1은 압축 행정의 시작시에 가스 체적이고, δ는 벽 두께이고, 가스 팽창의 프로세스에서 V1은 팽창 사이클의 종료시의 가스 체적이고, p1은 가스 팽창의 시작시의 가스 압력이고, p2는 팽창의 종료시의 최종 가스 압력이고, 상기 계면을 위한 재료의 열전달 계수는 계산된 K보다 크거나 같다.
부가의 특징은 이하의 상세한 설명의 도중에 설명되거나 명백해질 것이다.
실시예는 이제 첨부 도면을 참조하여, 단지 예로서만 설명될 것이다.
도 1은 가변 체적 봉입체 내부에 가스 및 가변 체적 봉입체 외부에 액체를 도시하는, 펌프에 부착된 가변 압력 용기의 개략도이고;
도 2는 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 가변 체적 봉입체 내부에 액체 및 가변 체적 봉입체 외부에 가스를 도시하는 가변 압력 용기의 개략도이고;
도 3은 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 벨로즈로서 가변 체적 봉입체를 도시하는 가변 압력 용기의 개략도이고;
도 4는 도 3에 도시된 것과 유사하지만, 완전히 압착된 벨로즈 및 벨로즈의 중앙부 내의 요소를 도시하는 벨로즈의 개략도이고;
도 5는 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 유동 연결하고 있는 복수의 가변 체적 봉입체를 도시하는 개략도이고;
도 6은 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 세장형 가요성 튜브인 가변 체적 봉입체의 대안 실시예를 도시하는 개략도이고;
도 7은 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 열전도 플레이트 및 가요성 블래더로서 가변 체적 봉입체를 도시하고 압축 행정에서 펌프를 도시하는 개략도이고;
도 8은 도 7에 도시된 것과 유사하지만, 전반적으로 완전히 압축된 펌프를 도시하는 개략도이고;
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 것과 유사하지만, 팽창 행정에서 펌프를 도시하는 개략도이고;
도 10은 도 6에 도시된 것과 유사하지만, 내부 중공 튜브 및 외부 슬리브를 도시하고, 내부 튜브가 열전달 유체로 충전되어 있고 가변 압력 용기의 외부의 입구 및 출구와 유체 연통하고 있는 개략도이고;
도 11은 도 10에 도시된 것과 유사하지만, 액체와 유체 연통하고 있는 내부 튜브를 도시하는 개략도이고;
도 12는 도 11에 도시된 것과 유사하지만, 펌프로부터의 액체가 내부 튜브와 직접 유체 연통하도록 하는 펌프와의 연결부를 더 포함하는 개략도이고;
도 13은 도 12에 도시된 것과 유사하지만, 가변 압력 용기용 유체 자켓을 더 포함하는 개략도이고;
도 14는 도 12에 도시된 것과 유사하지만, 가열 및 냉각 핀(fin)을 더 포함하는 개략도이고;
도 15는 도 12에 도시된 것과 유사하지만, 액체 출구를 더 포함하는 개략도이고;
도 16은 도 10에 도시된 것과 유사하지만, 외부 중공 튜브 및 내부 슬리브를 도시하는 개략도이고;
도 17은 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 가요성 배리어 및 가변 압력 용기의 벽에 의해 형성된 공기로 충전된 가변 체적 봉입체를 도시하는 개략도이다.
가스가 압축될 때(즉, 그 체적이 감소됨), 가스의 압력은 상승하고 열이 생성된다. 가스가 팽창될 때(즉, 그 체적이 증가됨), 가스의 압력은 감소하고, 반면에 가스는 열을 소비한다. 이론 100% 효율로 가스를 압축 및 팽창하기 위한 방식 중 하나는 가스를 등온적으로 압축 및 팽창하는 것이다. 등온 압축 및 팽창에서, 압축 중에 생성된 열 및 팽창 중에 가스에 의해 소비된 열은 주위로(압축 중에) 그리고 주위로부터(팽창 중에) 완전히 그리고 동시에 전달된다. 따라서, 등온 압축 또는 팽창 중에, 압축 또는 팽창 가스의 온도는 압축 또는 팽창의 프로세스 중에 일정하게 유지된다.
본 개시내용은 가스를 압축 또는 팽창하는 데 사용된 액체(액체 피스톤의)와 압축/팽창 가스의 직접 접촉의 부정적인 효과를 감소시키는 것을 목표로 한다.
본 개시내용은 압축 또는 팽창되는 가스로부터 압축/팽창 액체(액체 피스톤)를 분리하는, 가변 체적을 갖는 봉입체 또는 용기의 사용에 기초한다. 가변 체적(접힘형) 봉입체의 벽(및 부가적으로 가능하게는 몇몇 충전 요소 및/또는 내부핀 및/또는 외부핀)이 압축 또는 팽창 가스와 액체 피스톤의 액체 사이의 열의 전달을 위해 사용된다.
도 1을 참조하면, 가변 압력 용기가 전반적으로 10으로 도시되어 있다. 가변 압축 용기(10)는 압축 및/또는 팽창을 위해 사용된다. 가변 압력 용기는 액체 챔버(12) 및 가스 챔버(14)를 포함한다. 액체 챔버(12)는 유압 실린더(16) 또는 다른 유형의 펌프 디바이스와 유체 연통한다. 액체 챔버(12)와 가스 챔버(14) 사이에 가동 배리어가 존재한다. 가변 압력 용기(10)를 위한 다수의 가능한 상이한 구성이 존재한다. 가변 압력 용기(10)는 제1 행정 및 제2 행정을 갖는다. 제1 행정 중에, 액체가 액체 챔버(12)로부터 흡인되고 공기가 공기 챔버 또는 가스 챔버(14) 내로 흡인된다. 제2 행정 중에, 공기가 공기 챔버(14)로부터 수용 탱크(18) 내로 압출된다. 본 명세서에 설명된 프로세스는 2행정 프로세스이고, 하나의 행정은 압축 행정이고, 다른 행정은 팽창 행정이라는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 일반적인 용어에 따라 제1 및 제2 행정 및 더 구체적으로 압축 및 팽창 행정이 문맥에 따라 사용될 것이다.
도 1에 도시되어 있는 구성에서, 가요성(가변 체적) 봉입체(20)가 액체 챔버(12) 내에서 액체(액체 피스톤)에 의해 둘러싸인다. 가요성 봉입체(20)는 액체 챔버(12)와 가스 챔버(14) 사이의 가동 배리어이다. 가요성 봉입체(20)는 플라스틱 백 또는 임의의 다른 유형의 폴리머 백일 수도 있다. 가요성 봉입체(20)는 가스 및 액체를 향해 화학적으로 안정해야 하고, 압착될 때 대부분의 공기가 방출되거나 소기되도록(evacuated) 충분히 가요성이어야 한다. 가요성 봉입체(20)는 공기 챔버(14)를 형성한다. 액체 챔버(12)는 가변 압력 용기(10)의 벽(27)과 가요성 봉입체(20) 사이의 체적이다. 가스 압축의 프로세스에서, 제1 행정 중에, 액체가 연결부(22)를 통해 가변 압력 용기(10) 내의 액체 챔버(12)로부터 퇴피될 때, 가스 챔버(14)인 가요성 봉입체(20)는 밸브(24)(체크 밸브일 수도 있음)를 통해 저압 가스로 충전된다.
가변 압력 용기(10)가 가스 팽창을 위해 사용될 때, 특정량의 압축 가스가 공기 챔버로 도입되고, 공기 챔버는 그 팽창에 기인하여 액체 챔버(12)로부터 액체를 변위시킨다. 액체 챔버(12)로부터 유출하는 액체는 개별의 왕복(예를 들어, 유압 실린더)(16) 또는 회전(예를 들어, 액체 모터) 유닛(도시 생략) 내에 기계적 에너지를 생성하는 데 사용된다.
압축 중에 압축 가스에 의해 생성되고 팽창 중에 팽창 가스에 의해 소비된 열은 액체 챔버(12) 내의 액체에/로부터 또는 가변 압축 용기(10) 외부의 주위에 전달된다.
가스 압축의 경우에, 제1 행정 중에, 수용 탱크(18)와 가스 챔버(14) 사이에 있는 밸브(26)는 폐쇄되고 반면에 밸브(24)가 개방된다. 다음 단계 또는 제2 행정에서, 액체는 연결부(22)를 통해 가변 압력 용기(10)의 액체 챔버(12) 내로 재차 압박되고, 따라서 공기 챔버(14) 내부의 공기의 압력을 증가시킨다. 공기 챔버(14) 내의 압력이 수용 가스 탱크(18) 내의 압력에 가까워질 때, 밸브(26)(체크 밸브일 수도 있음)는 개방되고 압축 가스가 탱크(18)를 충전한다. 그 행정 중에, 밸브(24)는 폐쇄된다. 다음에, 가스 압축의 프로세스는 단계 1 또는 제1 행정을 시작하고, 이어서 단계 2 또는 제2 행정을 속행함으로써 반복된다.
유압 실린더(16)는 내향 및 외향으로 이동하는 왕복 피스톤(28)을 포함한다. 유압 실린더(16) 또는 다른 유형의 펌프 디바이스는 압축 행정 중에 연결부(22)를 통해 가변 압력 용기(10)의 액체 챔버(12) 내로 액체를 펌핑하고 수축 행정 중에 액체 챔버(12)로부터 액체를 수용하는 데 사용된다.
가스 팽창의 프로세스는 가스 압축의 프로세스와 유사하다. 팽창의 프로세스 중에, 제1 단계 또는 제1 행정에서, 압축 가스 탱크(18)로부터 특정량의 압축 가스가 밸브(26)를 거쳐 가요성 봉입체(20)에 도입된다. 밸브(24)는 이때 폐쇄된다. 예로서, 가변 체적 봉입체(20)(백)로 도입된 압축 가스의 체적은, 가변 체적 봉입체(20) 내의 압력이 팽창 행정의 종료시에 원하는 최종 압력에 가깝게 도달할 것이도록 선택될 수도 있다. 압축 공기는 액체 챔버(12) 외부로 액체를 압출하고, 따라서 연결부(22) 외부로의 그리고 유압 실린더(16) 내로의 유동 액체의 기계적 에너지를 생성한다. 제2 단계 또는 제2 행정에서, 액체는 연결부(22)를 통해 액체 챔버(14) 내로 펌핑되어, 팽창된 가스를 밸브(24)를 통해 압출하고; 밸브(26)는 폐쇄된다. 다음에, 제1 및 제2 행정이 반복된다. 따라서, 본 명세서에 설명된 가변 압력 용기는 에너지 저장 시스템에 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 것과 유사하지만, 가요성 봉입체(20)가 액체 챔버(12)이고, 공기 챔버(14)는 가요성 봉입체(20)와 가변 압력 용기(10)의 벽(27) 사이의 체적에 의해 형성된다. 단계 또는 행정은 도 1에 관련하여 전술된 것과 동일하다. 가스 압축의 경우에, 압축 행정(단계 1)의 종료시에, 가요성 봉입체(20)의 외부의 가스의 대부분 또는 모두는 수용 탱크 또는 용기(18)로 압박되고, 따라서 어떠한 가스도 가요성 봉입체(20)의 외부의 공기 챔버(14) 내에 잔류하지 않는다.
바람직하게는, 공기 챔버(14)와 액체 챔버(12) 사이의 계면은 큰 표면적을 갖고, 계면의 재료 또는 재료들은 높은 열전도도를 갖는다. 큰 표면적 및 높은 열전도도는 봉입체 벽을 통한 열전달을 용이하게 한다. 계면의 표면적은 상이한 방식으로 증가될 수도 있는 데, 이들 방식 중 몇몇이 도 3 내지 도 6에 도시되어 있고 단지 예일 뿐이다. 다른 가능한 계면이 도 7 내지 도 17에 도시되어 있고, 단지 예일 뿐이다.
도 3은 봉입체(30)가 벨로즈의 형상을 가질 때의 실시예를 도시하고 있다. 벨로즈(30)는 압축 행정의 종료시에(또는 팽창 사이클의 시작시에) 벨로즈의 내부의 가스의 체적이 최소가 되도록 설계된다. 이러한 디자인의 예가 도 4에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 요소(32)는 완전히 압착된 벨로즈(30)의 중앙부에 있는 체적을 점유하고, 따라서 압축 사이클의 종료시에 마찬가지로 팽창 사이클의 시작시에 벨로즈(30) 내에 잔류하는 가스의 양을 감소시킨다.
도 5는 서로 병렬로 연결된 복수의 상호연결된 가요성 백(34)의 형태의 봉입체를 도시하고 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 장점은 표면적을 증가시킨다는 것이다. 증가된 표면적은 더 양호한 열전달을 제공할 수 있다. 그러나, 본 실시예의 단점은 공기 챔버(14)로부터 공기를 완전히 소기하는 것이 더 어렵다는 것이다.
도 6은 봉입체가 동물 위장 내의 창자와 유사하게 가변 압력 용기(10) 내에 끼워진 사행형 기다란 가요성 튜브(36)일 때의 실시예를 도시하고 있다. 튜브(36)의 표면은 평활할 수도 있고 또는 평활하지 않을 수도 있다. 전술된 바와 같이, 봉입체 디자인을 위한 가장 중요한 조건 중 하나는 압축 사이클의 종료시에 또는 팽창 사이클의 시작시에 가스의 완전한 또는 거의 완전한 제거이다.
전술된 바와 같이, 종래 기술의 특허 출원 PCT/CA2013/050972호 및 PCT/CA2015/050137호는 펌프 또는 유압 실린더로부터 압축 용기로 이동하는 유압 유체의 압축에 기초하는 압축 공기 에너지 저장 시스템을 개시하고 있다. 팽창 유닛 내에 주입된 압축 가스가 팽창하여 팽창 유닛으로부터 유압 실린더(들) 내로 유압 유체를 이동시킬 때, 동일한 시스템이 가스(공기) 팽창을 위해 또한 사용될 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 종래 기술은 유압 실린더의 왕복 모션으로의 전기 모터/발전기의 회전 모션의 기계적 변환기를 개시하고 있다. 대안적으로, 회전 모터/발전기 및 변환기는 유압 실린더를 구동하는 리니어 전기 모터로 교체될 수 있다. 압축/팽창 시스템의 가장 중요한 요소 중 하나는 동시 압축/팽창 및 열전달을 위한 유닛 또는 압축 용기이다. 이들 2개의 PCT 출원은 본 출원에 사용될 수 있는 다단 액체 피스톤 압축 또는 팽창 용기를 개시하고 있다. 게다가, 이들 2개의 PCT 출원은 단일의 원통형 용기 내에 모두 봉입되어 있는, 조합형 유압 실린더 및 압축/팽창 용기를 개시하고 있다. 이 특징은 또한 본 출원에서 사용될 수 있다.
가변 압축 용기(10)의 대안 실시예가 도 7 내지 도 9에 도시되어 있다. 압축/팽창 사이클의 상이한 스테이지가 도 7 내지 도 9에 도시되어 있다.
가요성 봉입체(20)의 중요한 특성은 그 가요성이고, 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예에서, 가요성 봉입체(20), 가요성 백(34), 가요성 벨로즈(30) 및 가요성 튜브(36)는 플라스틱 또는 고무로부터 제조될 수도 있다. 가스 챔버 및 액체 챔버를 분리하는 벽의 열전달 계수의 값은 대략 이하와 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00002
(1)
여기서, 가스 압축의 프로세스에서, p1은 초기 가스 압력이고, p2는 압축 후의 최종 가스 압력이고, A는 열전달의 면적이고, ΔT는 초기 온도와 최종 온도 사이의 차이이고, tstroke는 압축 행정의 시간이고, V1은 압축 행정의 시작시에 가스 체적이고, δ는 벽 두께이다. 가스 팽창의 프로세스에서, V1은 팽창 사이클의 종료시의 가스 체적이고, p1은 가스 팽창의 시작시의 가스 압력이고, p2는 팽창의 종료시의 최종 가스 압력이다. 나머지 기호는 압축의 프로세스에서와 동일하다. 배리어의 재료를 위한 상수(K)의 절대값은 계산된 K보다 크거나 같아야 한다.
매우 작은 δ 벽 두께를 사용함으로써 낮은 열전달 계수를 갖는 폴리머와 같은 재료에 대해, 가동 배리어를 통해 양호한 열전달을 성취할 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 대안적으로, 금속, 금속 합금 또는 금속 또는 탄소 복합재료와 같은 재료에 대해, 더 큰 δ 벽 두께가 사용될 수도 있다.
폴리머 재료는 다른 재료보다 낮은 열전도도를 갖는다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 일반적으로, 금속, 금속 또는 탄소 복합재료 또는 금속 합금과 같은 더 높은 열전도도를 갖는 재료는 덜 가요성이다. 이에 따라, 양 재료를 사용하는 가요성 봉입체가 최적일 수도 있다. 도 7 내지 도 17은 가스와 액체 사이 또는 가스와 주위 사이의 계면의 적어도 일부가 높은 열전도성 물질로 제조되는 실시예를 도시하고 있다. 높은 열전도성 물질은 높은 열전도도를 갖는 금속 또는 다른 물질일 수도 있다.
도 7 내지 도 9는 이러한 해결책의 예를 도시하고 있는 데, 여기서 가스 챔버(14) 및 액체(12)는 일반적으로 더 낮은 열전도도를 갖고 매우 가요성은 아니지만 고도로 열전도성 벽(42)을 갖는 가요성 블래더(40)로 이루어진 2-부분 분리기에 의해 분리되어 있다. 블래더(40) 및 벽(42)은 기밀성 연결부(44)에 의해 연결되어 있다.
도 7 내지 도 9는 가스 압축의 상이한 스테이지를 도시하고 있다. 도 7은 가스 압축의 압축 스테이지를 구체적으로 도시하고 있다. 체크 밸브(46)는 이 스테이지에서 폐쇄된다. 제1 스테이지의 시작시에, 체크 밸브(48)는 또한 폐쇄된다. 유압 실린더(16)의 피스톤(28)은 후퇴된다(도면의 좌측을 향해 이동함). 이는 실린더(16) 내의 유압 유체(액체)가 가변 압축 용기(10)를 향해 이동하게 한다[유체의 모션은 화살표(50)에 의해 도시되어 있음]. 액체 챔버(12) 내의 액체의 체적의 증가는 블래더(40)의 수축을 유발하여, 가스 챔버(14) 내의 가스의 압축을 야기한다. 일단 가스의 압력이 압축 공기 저장 용기(18) 내의 압력에 근접하게 되면, 체크 밸브(48)는 개방하여, 압축 공기가 용기(18)에 진입하게 한다[화살표(52)에 의해 도시되어 있음]. 액체의 총 체적은, 피스톤(28)이 완전히 후퇴될 때에 블래더(40)가 거의 완전히 수축되도록[거의 모든 가스를 용기(18) 내로 축출함] 선택된다. 이 시점(완전한 피스톤 후퇴)이 도 8에 도시되어 있다.
일단 피스톤(28)이 완전히 후퇴되면(도 8에 도시되어 있는 그 좌측 한계에 도달함), 가스의 거의 모두가 용기(18)에 전달되고, 체크 밸브(48)가 폐쇄된다. 이 시점 후에, 피스톤(28)은 그 모션 방향을 역전하고, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 신장(우측으로 이동)을 시작한다. 이 스테이지에서, 체크 밸브(46)는 개방되고, 체크 밸브(48)는 폐쇄된다. 액체 챔버(12)를 떠나는 액체의 체적[화살표(54)를 따른]은 신선한 가스로 대체되어, 체크 밸브(46)를 거쳐 블래더(40)에 진입한다. 신선한 가스 입력의 프로세스는 피스톤(28)이 그 완전 신장(우측 한계)에 도달할 때까지 계속된다. 그 후에, 피스톤은 재차 후퇴하기 시작하고, 압축 사이클은 제1 스테이지 복귀함으로써 반복된다(도 7에 표현되어 있음).
체크 밸브(48, 46)는 단지 예일 뿐이고, 솔레노이드 밸브와 같은 다른 밸브가 또한 사용될 수도 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다.
가스 팽창은 도 7 내지 도 9에 도시되어 있는 동일한 유닛을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나, 밸브(48, 46)는 팽창 중에 체크 밸브가 아니라, 솔레노이드와 같은 제어 가능한 밸브이다. 제1 단계 또는 팽창은 압축 가스 저장 용기(18)로부터 블래더(40)로의 특정량의 압축 가스의 첨가이다. 단지 피스톤(28)의 후퇴의 시작시에(도 9), 밸브(48)는 사전결정된 양의 압축 가스가 블래더(40)에 진입하는 이러한 시간 동안 개방된다. 압축 가스의 양은 PCT/CA2013/050972호 및 PCT/CA2015/050137호에 개시되어 있다. 압축 가스는 액체 챔버(12)로부터 실린더(16)를 향해[화살표(56)] 액체를 압박하고, 따라서 피스톤(28)을 이동(신장)시켜, 기계적 모션을 생성한다. 일단 피스톤이 완전히 신장되면, 이는 후퇴하기 시작한다(도 7). 후퇴의 시작시에, 밸브(46)는 개방되고, 팽창된 가스는 블래더(40)로부터 압출된다. 피스톤(28)의 전체 후퇴 사이클 중에(그 좌측 한계에 도달할 때까지) 밸브(46)는 개방 유지되고, 밸브(48)는 폐쇄 유지된다. 다음에, 팽창 사이클은 피스톤이 신장하기 시작하고 밸브(46)가 잠시 개방되어 전술된 바와 같이, 특정량의 압축 가스를 블래더에 첨가하는 것에 의해 반복된다.
가변 압축 용기(10)의 대안 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 여기서, 높은 열전도성 재료는 원형, 직사각형 또는 다른 단면을 갖는 튜브(60)의 형상을 갖는다. 튜브(60)는 가요성 블래더(62)의 슬리브에 의해 둘러싸여 있다. 튜브 및 블래더는 연결부(64)에 의해 기밀식으로 연결된다. 도 7 내지 도 9를 참조하여 전술된 가스 압축의 3개의 스테이지는 여기서 유사하다. 열은 튜브(60)의 벽을 통해 튜브(60)의 내부 체적 내에서 압축(또는 팽창) 가스와 튜브(66) 사이에서 전달된다. 유체(66)는 가스 또는 액체일 수도 있다. 튜브(60)의 내부 체적은 액체 챔버(12) 내의 액체로부터 분리된다. 열전달 유체(66)는 연결부(68)를 거쳐 진입하고, 연결부(70)를 거쳐 떠난다. 도 10에 도시되어 있는 유닛 내에서 수행되는 팽창의 프로세스는 전술된 스테이지를 따른다.
도 11은 도 10에 도시되어 있는 가변 압축 용기의 변형예를 도시하고 있다. 도 11에서, 열전달 내부 튜브(60)의 양단부는 개방되고, 튜브(60)는 액체 챔버(12)로부터의 액체로 충전된다. 따라서, 열이 가스 챔버(14) 내의 가스와 액체 챔버(12) 내의 액체 사이에 전달된다.
도 12는 도 11에 도시되어 있는 가변 압축 용기의 다른 변형예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 유압 실린더(16)는 커넥터(72)에 의해 내부 튜브(60)에 연결된다. 내부 튜브(60) 내의 액체는 이어서 액체 챔버(12) 내의 액체와 유체 연통한다. 본 실시예는 도 10 및 도 11에 도시되어 있는 실시예의 것들과는 상이한 열전달 특성을 제공할 것이다.
전술된 바와 같이, 액체가 가열되고(압축 중에) 또는 냉각되기(팽창 중에) 때문에, 열은 제거되고(압축 중에) 또는 추가된다(팽창 중에). 이상적인 것은 압축 및 팽창의 모두 중에 액체 챔버(12) 내에 액체의 전반적으로 일정한 온도를 유지하는 것이다. 전술된 바와 같이, 가스 챔버(14) 내의 가스와 액체 챔버(12) 내의 액체 사이에 열전달이 존재할 것이다. 그 벽(27)을 통해 분위기로의 가변 압축 용기(10) 내의 액체 및/또는 가스 사이의 열전달이 또한 존재할 것이다. 도 13 및 도 14는 벽(27)을 통한 열전달을 향상시키는 2개의 가능한 방식을 도시하고 있다. 도 13은 유체(76)에 의해 냉각되거나 가열된 자켓(74)을 사용하여 가변 압력 용기(10)의 벽(27)을 통해 액체 챔버(12) 내의 액체로부터/액체로 열의 제거 또는 추가를 도시하고 있다. 도 14는 가변 압력 용기(10)의 벽(27)이 주위 분위기에/로부터의 열의 더 양호한 전달을 용이하게 하는 핀(78) 또는 유사한 요소를 포함하는 실시예를 도시하고 있다.
도 15는 액체 챔버(12) 내의 액체가 외부 열전달 유닛(도시 생략)으로 지향된 포트(80)에/로부터 주기적으로 회수되고/추가되는 실시예를 도시하고 있다. 포트(80)를 통해 회수되고 추가된 액체의 양은 전반적으로 동일해야 한다. 액체 챔버(12) 내의 액체의 압력이 낮을 때, 피스톤의 신장 중에(유닛이 가스 압축을 위해 사용될 때) 또는 후퇴 중에(유닛이 가스 팽창을 위해 사용될 때) 포트(80)를 통해 액체를 추가/회수하는 것이 바람직하다.
가요성 블래더(82)와 열전달 튜브 또는 요소(84)의 조합의 다른 실시예가 도 16에 도시되어 있다. 튜브(84)가 도 10 내지 도 15의 실시예에서와 같이 열전달 요소로서 사용된다. 열은 또한 가스 챔버(14) 내의 가스와 액체 챔버(12) 내의 액체 사이에 전달된다. 그러나, 가요성 튜브의 형태의 가요성 블래더(82)는 열전달 튜브(84) 내부에 위치된다. 블래더(82) 및 열전달 튜브(84)는 연결부(86)를 거쳐 기밀식으로 연결된다.
공기 챔버(14)는 임의의 형상을 가질 수도 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 공기 챔버(14)는 압축 가스의 최고 압력보다 높은(압축 중에) 또는 팽창 가스의 초기 압력보다 높은(팽창 중에) 압력을 견딘다.
도 17에 도시되어 있는 실시예에서, 가스 챔버(14)는 가요성 블래더(90) 및 가변 압력 용기(10)의 벽(27)에 의해 형성된다. 블래더(90)는 액체 챔버(12) 내의 유압 액체로부터 가스 챔버(14) 내의 압축/팽창 가스를 분리하는 데 사용된다. 블래더(90)는 부착구(attachment)(92)를 사용하여 가변 압력 용기(10)의 내부벽(27)에 부착된다. 블래더(90)와 가변 압력 용기(10)의 벽(27) 사이의 부착구(92)는 기밀식이다. 포트(94)는 공기 입력을 위해 사용되고, 포트(96)는 공기 출력을 위해 사용된다. 포트(94, 96)는 밸브(46, 48)에 각각 연결된다. 포트(98)는 유압 실린더(16)로의 가변 압력 용기(10)의 연결을 위해 사용된다.
가스 압축의 경우에, 피스톤(28)이 수축할 때(도 17의 좌측으로부터 우측으로 이동함), 유압 액체가 유압 실린더(16)로부터 액체 챔버(12) 내로 유동하여, 공기 챔버(14) 내의 가스의 체적이 감소하게 한다. 피스톤(28)이 팽창할 때(도 17의 우측으로부터 좌측으로 이동함), 유압 유체는 액체 챔버(12)로부터 유압 실린더(16) 내로 유동하고 가스 챔버(14) 내의 가스의 체적이 증가한다. 피스톤(28)이 완전히 후퇴될 때, 가스 챔버(14) 내에 잔류하는 가스의 체적은 가능한 한 낮다. 본 명세서에서, 개시된 유닛이 공기를 포함하는 상이한 가스의 압축을 위해 사용될 수 있기 때문에, 단어 "가스" 및 "공기"는 상호교환 가능하게 사용된다.
이하에는 도 17의 실시예를 구체적으로 참조하여 에너지 저장 디바이스로서 사용시에 가변 압축 용기(10)를 설명한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 다른 실시예가 또한 유사한 방식으로 사용될 것이라는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다.
1. 가스 압축
도 17에 도시된 유닛이 가스 압축 유닛으로서 동작할 때, 유압 실린더(16)의 피스톤(28)은 왕복 모션으로의 모터의 회전 모션의 기계적 변환기(도시 생략)에 연결된 회전 모터에 의해 이동된다. 왕복 모션으로의 모터의 회전 모션의 변환기는 피스톤(28)을 구동한다. 밸브(46)는 단지 블래더(90)를 향해 가스가 유동하게 하고, 반면에 밸브(48)는 단지 블래더로부터 이격하여 가스가 유동하게 한다. 밸브(46, 48)는 체크 밸브, 솔레노이드 밸브 또는 다른 유형의 밸브일 수도 있다.
단계 1.1. 피스톤(28)이 신장할 때(도 17의 우측으로부터 좌측으로 이동함), 이는 압축 용기로부터 유압 실린더 내로 유압 액체를 흡인한다. 이는 블래더(90)의 팽창을 야기하고 블래더를 포트(94) 및 밸브(46)로부터의 신선한 가스로 충전한다. 유압 실린더 신장 중에, 밸브(46)는 개방된다. 밸브(48)는 유압 실린더 신장 중에 폐쇄된다.
단계 1.2. 다음 단계에서, 피스톤 모션은 역전되는 데, 즉 후퇴하기 시작하고, 그 결과 유압 액체는 유압 실린더(16)로부터 압축 액체 챔버(12) 내로 유동한다. 제2 단계 중에, 밸브(46)는 폐쇄된다. 단계 1.2. 1. 초기에, 밸브(48)는 폐쇄된다. 유압 유체의 유입의 결과로서, 블래더(90)는 수축하여, 공기 챔버(14) 내의 공기를 압축한다. 단계 1.2. 2. 요구된 가스 압축 압력에 도달한 후에, 밸브(48)는 개방되고 압축 공기는 포트(96) 및 밸브(48)를 거쳐 압축 가스 저장 용기 내로 떠난다. 피스톤(28)이 그 최대 후퇴에 도달한 후에, 제1 단계는 반복되고, 다음에 제2 단계 등으로 이어진다. 압축(단계 1.2.1) 중에, 압축 가스는 열을 생성한다. 가스의 등온(또는 실제로, 거의 등온) 조건을 유지하기 위해, 생성된 열의 거의 모두가 압축 가스로부터 가변 압축 용기(10)의 벽(27)으로 전달될 필요가 있다. 다음에, 압축 유닛의 외부에서, 열은 외부벽(27)으로부터 주위 분위기로 또는 가변 압축 용기(10)를 둘러싸는 열전달 액체로 전달된다. 외부 열전달을 향상시키기 위해, 압축 용기의 외부벽은 열전달 면적을 증가시키고 따라서 열전달율을 증가시키는 전술된 핀 또는 다른 요소를 가질 수도 있다.
2. 가스 팽창
도 17에 도시되어 있는 유닛이 가스 팽창 유닛으로서 동작할 때, 유압 실린더(16)의 피스톤(28)은 발전기의 회전 모션으로의 피스톤의 왕복 모션의 변환기(도시 생략)를 거쳐 발전기에 기계적 에너지를 공급한다. 모터의 회전 모션으로의 피스톤의 왕복 모션의 변환기는 피스톤(28)에 의해 구동된다. 대안적으로, 리니어 발전기가 유압 실린더에 의해 구동될 수 있다.
단계 2.1. 단계 중에, 피스톤(28)은 신장한다. 단계 2.1. 1. 가스 팽창 프로세스의 제1 부분에서(도 17), 밸브(46)는 잠시 개방되어 압축 공기 저장 용기로부터 블래더(90) 내로 특정량의 압축 공기를 허용한다. 밸브(46)는 솔레노이드 또는 다른 유형의 제어 가능한 밸브이다. 단계 2.1. 2. 일단 충분한 압축 공기가 블래더(90)에 진입하면, 밸브(46)는 폐쇄된다. 요구된 압축 가스 체적은 전술되었다(PCT/CA2013/050972호 및 PCT/CA2015/050137호). 공기 챔버(14)에 도입된 압축 공기는 블래더(90)가 팽창하게 강요하고 유압 액체가 공기 챔버(14)로부터 포트(98)를 통해 유압 실린더(16) 내로 유동하게 하여, 따라서 피스톤(28)을 신장한다(도 2의 좌측을 향해 이동함).
단계 2.2. 제2 단계(가스 배기)에서, 피스톤은 후퇴하고 그 결과, 유압 액체는 유압 실린더(16)로부터 팽창 공기 챔버(14) 내로 유동한다. 그 결과, 블래더(90)는 수축하여, 포트(96) 및 밸브(48)를 통해 블래더 외부로 공기를 압박한다. 밸브(48)는 솔레노이드 또는 다른 유형의 제어 가능한 밸브이다. 밸브(48)는 피스톤(28)의 전체 후퇴 사이클(단계 2.2) 중에 개방되고, 피스톤 신장 사이클(2.1) 중에 폐쇄된다. 제2 단계[피스톤(28) 후퇴]를 완료한 후에, 제1 단계는 반복되고, 다음에 제2 단계 등으로 이어진다. 가스 팽창(단계 2.1.2) 중에, 팽창 가스는 열을 소비한다. 가스의 등온(또는 실제로, 거의 등온) 조건을 유지하기 위해, 소비된 열은 팽창 공기 챔버(14)의 외부의 주위로부터 공기 챔버(14)의 벽으로 그리고 이어서 팽창 가스로 공급될 필요가 있다. 외부 열전달을 향상시키기 위해, 팽창 공기 챔버(14)의 외부벽은 열전달 면적을 증가시키고 따라서 열전달율을 증가시키는 핀 또는 다른 요소를 가질 수도 있다.
일반적으로 말하면, 본 명세서에 설명된 시스템은 가변 압력 용기에 관한 것이다. 본 개시내용의 다양한 실시예 및 양태가 이하에 설명되는 상세를 참조하여 설명될 것이다. 이하의 설명 및 도면은 본 개시내용의 예시이고, 본 개시내용을 한정하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 수많은 특정 상세가 본 개시내용의 다양한 실시예의 철저한 이해를 제공하도록 설명된다. 그러나, 특정 경우에, 공지의 또는 종래의 상세는 본 개시내용의 실시예의 간명한 설명을 제공하기 위해 설명되지 않는다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및 "포함하는"은 배제적인 것이 아니라 포함적이고 개방형인 것으로서 해석되어야 한다. 특히, 상세한 설명 및 청구범위에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및 "포함하는" 및 그 변형은 지정된 특징, 단계 또는 구성요소가 포함되는 것을 의미한다. 이들 용어는 다른 특징, 단계 또는 구성요소의 존재를 배제하도록 해석되어서는 안된다.
10: 가변 압력 용기 12: 액체 챔버
14: 공기 챔버 16: 유압 실린더
18: 수용 탱크 20: 가요성 봉입체
24: 밸브 26: 밸브
28: 왕복 피스톤 30: 봉입체

Claims (27)

  1. 체적, 제1 행정, 및 제2 행정을 갖는 가변 압력 용기로서,
    상기 제1 행정 및 상기 제2 행정에 응답하여 변화하는 가변 체적을 갖는 액체 챔버;
    상기 제1 행정 및 상기 제2 행정에 응답하여 변화하는 가변 체적을 갖는 가스 챔버로서, 상기 가스 챔버는 외부벽을 갖고, 상기 외부벽의 적어도 일부는 열전도성이고 열이 그를 통해 전달되게 하는 것인 가스 챔버; 및
    상기 액체 챔버와 상기 가스 챔버 사이의 가동 배리어로서, 상기 가동 배리어의 이동은 상기 액체 챔버 내의 체적 및 상기 가스 챔버 내의 체적이 서로 변위되게 하고 상기 가스 챔버 내의 체적과 상기 액체 챔버 내의 체적을 더한 값은 전반적으로 일정하고 전반적으로 상기 가변 압력 용기 내의 체적과 동일한 것인 가동 배리어
    를 포함하는 가변 압력 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가동 배리어는 상기 제1 행정 및 상기 제2 행정에 응답하여 전반적으로 일정한 표면적을 갖는 것인 가변 압력 용기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가동 배리어는 블래더인 것인 가변 압력 용기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동 배리어는 가요성인 것인 가변 압력 용기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동 배리어는 폴리머 백인 것인 가변 압력 용기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 챔버는 플레이트 및 상기 가동 배리어에 의해 형성되는 것인 가변 압력 용기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 플레이트는 높은 열전도도를 갖는 것인 가변 압력 용기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 플레이트는 금속, 금속 합금 또는 탄소 복합재료 플레이트인 것인 가변 압력 용기.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공기 챔버가 내부 튜브 및 가요성 외부 블래더에 의해 형성되는 것인 가변 압력 용기.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가동 배리어는 벨로즈인 것인 가변 압력 용기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 벨로즈가 완전히 접힐 때, 상기 벨로즈의 중앙부를 점유하도록 상기 벨로즈의 내부에 위치된 벨로즈 요소를 더 포함하는 가변 압력 용기.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가동 배리어는 복수의 블래더인 것인 가변 압력 용기.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가동 배리어는 가늘고 긴 사행형 가요성 튜브인 것인 가변 압력 용기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 용기는 벽에 의해 형성되고, 상기 가스 챔버는 상기 가동 배리어에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 액체 챔버는 상기 가스 챔버와 상기 압력 용기의 벽 사이의 체적인 것인 가변 압력 용기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가스 챔버는 플레이트 및 상기 가동 배리어에 의해 형성되는 것인 가변 압력 용기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 플레이트는 금속, 금속 합금 또는 탄소 복합재료 플레이트인 것인 가변 압력 용기.
  17. 제14항에 있어서, 상기 가스 챔버는 내부 중공 원통형 튜브 및 가동 배리어에 의해 형성되는 것인 가변 압력 용기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 가동 배리어는 상기 내부 중공 원통형 튜브의 외부에 있는 것인 가변 압력 용기.
  19. 제17항에 있어서, 상기 가동 배리어는 상기 내부 중공 원통형 튜브의 내부에 있는 것인 가변 압력 용기.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 내부 중공 원통형 튜브는 내부 체적을 획정하고, 상기 내부 체적은 상기 액체 챔버와 유체 연통하고 상기 액체 챔버의 부분을 형성하는 것인 가변 압력 용기.
  21. 제18항에 있어서, 상기 내부 중공 원통형 튜브는 내부 체적을 규정하고, 상기 내부 체적은 입구 및 상기 압력 용기의 외부에 있는 출구와 유체 연통하는 것인 가변 압력 용기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 내부 중공 원통형 튜브의 내부 체적은 열전달 유체로 충전되는 것인 가변 압력 용기.
  23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 중공 원통형 튜브는 금속, 금속 합금 또는 탄소 복합재료로 제조되는 것인 가변 압력 용기.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 압력 용기는 전반적으로 원통형인 용기인 것인 가변 압력 용기.
  25. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 용기는 벽에 의해 형성되고, 상기 가스 챔버는 상기 가동 배리어에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 가스 챔버는 상기 액체 챔버와 상기 압력 용기의 벽 사이의 체적인 것인 가변 압력 용기.
  26. 제25항에 있어서, 상기 가변 압력 용기는 전반적으로 원통형인 용기이고, 상기 가동 배리어는 상기 전반적으로 원통형인 용기에 그 각각의 단부에서 부착된 전반적으로 관형인 블래더이고, 상기 가스 챔버는 상기 전반적으로 관형인 블래더 및 상기 전반적으로 원통형인 용기에 의해 형성되는 것인 가변 압력 용기.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 챔버 및 상기 가스 챔버는 그 사이에 계면을 갖고, 상기 계면의 열전달 계수의 값은 이하의 식에 의해 계산될 수 있고,
    Figure pct00003

    가스 압축의 프로세스에서 p1은 초기 가스 압력이고, p2는 압축 후의 최종 가스 압력이고, A는 열전달의 면적이고, ΔT는 초기 온도와 최종 온도 사이의 차이이고, tstroke는 압축 행정의 시간이고, V1은 압축 행정의 시작시에 가스 체적이고, δ는 벽 두께이고, 가스 팽창의 프로세스에서 V1은 팽창 사이클의 종료시의 가스 체적이고, p1은 가스 팽창의 시작시의 가스 압력이고, p2는 팽창의 종료시의 최종 가스 압력이고, 상기 계면을 위한 재료의 열전달 계수는 계산된 K보다 크거나 같은 것인 가변 압력 용기.
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