[发明专利]可变压力容器

说明书

本公开涉及一种可变压力容器。该容器包括液体室和气体室以及液体室与气体室之间的可移动屏障。容器具有体积、第一冲程和第二冲程。液体室和气体室各自具有响应于第一冲程和第二冲程而改变的可变体积。气体室具有外部壁，其中，外部壁的至少一部分是导热的并且允许热量通过外部壁传递。液体室与气体室之间的可移动屏障的移动使得液体室的体积和气体室的体积彼此替代。气体室的体积和液体室的体积之和大致恒定并且大致等于可变压力容器的体积。

技术领域

本公开涉及可变压力容器并且具体地涉及可在能量存储系统中使用的可变压力容器。

背景技术

气体的压缩在许多技术中是非常重要的过程。当压缩或缩小理想气体或接近于理想气体的体积时，除了气体压力增加之外，还会产生热量。当由于气体压缩而产生的热量通过例如与周围环境的热交换从压缩气体去除时，该过程是等温的。

气体的膨胀是与压缩过程相对的过程。在膨胀期间，气体压力降低并且热量通过气体膨胀而消耗。为了实现等温条件，例如通过从周围环境到膨胀气体的传热来供应由膨胀气体消耗的热量。

气体压缩/气体膨胀通常用于压缩空气能量储存系统(CAES)中的能量的储存，等温状态允许能量损失最小化，并且因此最大化整体存储效率。

在实际操作中，真正的或理论上的等温压缩/等温膨胀即使不是不可能的也是困难的。为了实现真正的或理论上的等温压缩/等温膨胀，在压缩气体/膨胀气体与周围环境之间需要存在零温差。这需要无限的传热面积或无限的传热时间或两者。现实的压缩过程/膨胀过程可以在不同程度上接近理论上的等温压缩/等温膨胀。在这里，术语伪等温压缩用于描述等熵与真等温之间的压缩。在伪等温压缩中，一些热量从压缩气体去除，但是该热量比真正等温压缩时要去除的热量少。

最近，PCT申请PCT/CA2013/050972和PCT/CA2015/050137中公开了用于气体的伪等温压缩和膨胀的过程和装置。现有技术参考文献示出了基于使用液体的压缩和膨胀的过程，该液体被泵入到气体/液体压缩设备中并从气体/液体膨胀设备中推出。液体起到“液体活塞”的作用。在现有技术参考文献中，液体和压缩/膨胀气体直接接触(即，存在气-液界面)。在这些公开中，热量通过以下机理中的一个或任何组合从压缩气体传递到周围环境。加热通过压缩设备的壁从压缩气体直接传递到周围环境。热量首先通过气体和液体活塞的界面从气体间接传递到液体活塞，并且然后从液体传递到周围环境。热量首先从气体间接传递到固体散热器，然后从固体散热器传递到液体，并且最后从液体传递到周围环境。此外，传热机理在膨胀期间是相同的，但是热量在相反的反向上(从周围环境朝向膨胀气体)传递。

如上所述，在现有技术参考文献中，存在直接的气液接触。接触气体的液体表面的存在导致了几个问题。以下列出这些问题中的一些。气体在液体中的溶解(在气体压力增加期间)、随后发生溶解的气体从液体释放以及气体气泡的形成(在气体压力下降期间)导致压缩效率和膨胀效率中的每个的降低。当形成液体表面的波动和其他类型的移动且液体起泡时，压缩/膨胀设备的液体的一部分(形成液体活塞)与离开压缩/膨胀设备的气体一起由于(但不限于)压缩/膨胀容器中的液体的移动而损失。当液体的一部分与压缩或膨胀气体一起从压缩/延伸设备排出时，这导致压缩效率/膨胀效率的降低，并且还导致压缩/膨胀设备的液体的损失。起泡可以是以下两个主要过程的结果：气泡通过气液界面夹带在液体中；以及当由于压力下降和/或温度升高而使溶解的气体从液体中释放时形成气泡。本过程与当打开瓶子且饮料上方的压力降低时在碳酸饮料中形成气体(二氧化碳)气泡类似。

因此，提供一种提供改善的传热机理的可变压力容器将是有益的。

发明内容