[发明专利]惯性能积蓄装置

说明书

本发明涉及一种惯性能积蓄装置，其允许，例如，吸收与用于生产能量的单位，比如风力涡轮机，有关的能量生产和/或消耗中的波动。这种类型的装置也可以用于恢复并且随后以其它方式存储或使用制动和/或减速能量。装置也可能用于稳定转速。

各种类型的储能系统是已知的。一种类型基于飞轮，也就是说在能量的输入停止后，至少一个通过输入能量设置为旋转的质量在惯性的作用下可以继续旋转。旋转质量连接至马达，该马达构成在能量储存期间输入能量的机构，或在能量恢复期间的发电机。飞轮越重并且越能以尽可能低的摩擦快速旋转，则越能存储更多的能量。飞轮轴承的问题，或更普遍的是其如何枢轴安装的问题，因此成为关键。

在一些类型的飞轮中，轴承通过应用电磁力部分地减轻飞轮的重量。

另一种类型在PCT申请PCT/NL2009/000248有所描述。这种惯性能积蓄装置包括框架并且安装有至少一个飞轮，以便其可以相对于框架绕旋转轴线旋转，还包括用于使飞轮的至少一个面暴露在气体压力下的机构，该气体压力通过与施加到飞轮的大致相对的面的压力相比，产生用于至少部分地补偿飞轮重量的向上的差压力，如借助于围绕暴露在气体压力下的所述飞轮的面的所谓气流减速机构。其所指出的是，在这种装置中不仅飞轮轴承至少部分地减轻飞轮的重量，由此增加其寿命，而且每千瓦时的成本也被大大减少。这些气流减速机构使得在泄漏空间中在压头中产生差降成为可能。其通常形成于飞轮和与框架一体的表面之间。在实施方式中，这些气流减速机构包括迷宫密封。在这种密封中，气体流路包括一系列特殊的特征以在压头中产生差降(“压头差”)。例如，气体通道的横截面交替的减小和扩大。

现在，在根据所述PCT申请的装置的实验比例模型中显现出高出寻常的总能量损失，并且其结果是飞轮可以传递能量，例如给一个或多个其他器械充电，的时间段相对变短。因此所述装置不能以经济可行的方式运转。

本发明针对基于转子的惯性能积蓄装置的进一步的改进。

本发明的总的目的是改进这种装置的效率。

本发明的进一步的目的是减少这种装置的能量损失。

根据本发明，惯性能积蓄装置包括限定了转子室的壳体，至少一个转子，其具有底端面和大致相对的顶端面，所述转子安装在所述转子室中以便其能够相对于所述壳体绕垂直旋转轴线旋转以留有间隙，其中密封设置于隔开所述转子室的上部和所述转子室的底部的所述间隙中，用于将在所述底部中的所述转子的至少底端面暴露在气体压力下的机构，与被施加给所述上部中的大致相对的顶端面的压力相比，所述气体压力产生至少部分地补偿所述转子的重量的向上的差压力，并且所述装置设置有用于减少所述上部中的压力的机构。

根据本发明的惯性能积蓄装置具有壳体，其除了所描述的必要的连接之外，通常相对于环境密封。壳体的内壁限定了转子室。在该转子室中安装有转子。转子的轮廓由顶端面和与该顶端面相对的底端面以及端面之间的直壁限定。转子可以绕垂直旋转轴线旋转。通常旋转轴从转子的两个端面延伸进入合适的轴承，该轴承设置在壳体的顶部和底部中。至少在使用过程中，间隙存在于壳体的内壁与转子的外周之间。在间隙中有密封，其位置将在下文作更详尽的论述。该密封将转子室的上部与下部分离。在转子的底面包含于下部中的同时，其顶面包含于上部中。所述装置设置有机构(以下也称作真空机构或第二机构)，其用于减少上部中的压力，例如100毫巴以下，比如50、10或5毫巴。还存在机构(也称作第一机构)，其用于以相对于转子室的上部的压力的过压例如100毫巴向转子的底端面吹气以此来抬起该转子，从而补偿该转子的重量并因此减少轴承上的负载。由于在上部中的低压，包含于转子室中的气体与转子之间的摩擦很小。与根据PCT申请PCT/NL2009/000248的装置相比摩擦损耗明显减小，允许所述装置以经济可行的方式运转。

有利的是，第一机构以这样的方式设计，以便作用于转子的底端面上的绝对气压小于大气压力，例如在100-200毫巴的范围内。

转子可能是直筒型。又或者其可以具有锥形，有利的是，转子是顶面朝下安装的去顶圆锥体，以致较大的直径位于顶部。这种结构的效果是所述装置具有自调节悬浮。在转子室的底部(暂时)增加的气体压力将进一步的向上抬起所述转子，但是同时在密封中的气体通道增加，从而减少压力差降，并且因此底面与顶面之间的压力差减小，结果悬浮降低，总的效果是转子悬浮几乎没有变化。同样地(暂时)减少的气流将得到补偿。这使得所述转子在使用过程中可以自动保持在恒定的悬浮层。有利的是，转子的圆周壁与其垂直旋转轴线之间的角度在0.25-10°的范围内，更优选的是在3°以上，比如1°。