使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储系统.pdf

1、10申请公布号CN102365458A43申请公布日20120229CN102365458ACN102365458A21申请号201080013689122申请日2010062861/221,48720090629US61/294,39620100112US12/695,92220100128US61/306,12220100219US12/730,54920100324US61/320,15020100401US61/347,31220100521US61/347,05620100521US61/348,66120100526US12/823,94420100625USF03G7/00200

2、601F01B9/02200601F01B23/10200601F01K27/00200601F02C6/16200601F02C1/02200601B05B1/0220060171申请人光帆能源公司地址美国加利福尼亚州72发明人丹尼尔A方史蒂芬E克莱恩艾德文P小柏林阿米尔侯赛英波莫萨阿比克娜卡迪克亚玛哈拉特卡侯永喜托德鲍尔斯74专利代理机构北京鸿元知识产权代理有限公司11327代理人林锦辉陈英俊54发明名称使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储系统57摘要本发明的实施例所述的压缩空气能量存储系统包括压缩和膨胀空气的可逆机构、一个或多个压缩空气储存罐、控制系统、一个或多个热交换器，以及在本发

3、明的一些实施例中，还包括马达发电机。所述可逆空气压缩机/膨胀机使用机械功压缩空气当它作为压缩机工作时，以及将压缩空气中存储的能量转化为机械功当它作为膨胀机工作时。在一些实施例中，所述压缩机膨胀机包括一个或多个级，每个级包括部分地充有水或其它液体的压力容器“压力室”。在一些实施例中，所述压力容器与一个或多个汽缸装置连接，以便于其汽缸腔交换空气和液体。在电子控制下，合适的阀门开闭允许空气进入和离开所述压力室和汽缸装置如果存在的话。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011092686PCT申请的申请数据PCT/US2010/0402402010062887PCT申请的公布数据WO2011/

4、008500EN2011012051INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书205页附图189页CN102365479A1/2页21一种控制液体流入腔中的方法，该方法包括提供汽缸，该汽缸具有气口，该气口与气体源气体流通；提供第一活塞，该第一活塞在所述汽缸内可移动；以及提供第二活塞，该第二活塞在所述汽缸内可移动以有选择地阻塞所述气口。2根据权利要求1所述的控制液体流入腔中的方法，其中，所述第二活塞的移动与所述第一活塞的移动同步。3根据权利要求2所述的控制液体流入腔中的方法，其中，所述第二活塞的移动利用公共的联动装置与所述第一活塞的移动同步。4一种根据权利要求

5、3所述的控制液体流入腔中的方法，其中，所述公共的联动装置包括公共的机械联动装置。5一种根据权利要求4所述的控制液体流入腔中的方法，其中，所述公共的机械联动装置包括曲柄轴。6一种根据权利要求1所述的控制液体流入腔中的方法，还包括，在所述第一活塞移动期间向所述汽缸提供液体。7一种根据权利要求6所述的控制液体流入腔中的方法，其中，所述第一活塞的移动压缩所述汽缸内的气体。8一种根据权利要求6所述的控制液体流入腔中的方法，其中，所述第一活塞响应于所述汽缸内的压缩气体的膨胀而移动。9一种用于气体压缩或膨胀的设备，该设备包括腔，该腔具有气口并被配置为容纳气体；可移动件，被设置在所述腔内；以及导管，与所述气口

6、流体连通，并具有调节到通过所述气口的气流的共振特性以增强所述气流的容积效率的特征。10根据权利要求9所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述特征包括所述气口和所述气流入口之间的导管的长度。11根据权利要求9所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述特征包括所述气口与所述气流出口之间的管道的长度。12根据权利要求9所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述特征包括所述导管的横截面面积。13根据权利要求9所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述特征包括所述气口与气体源之间的导管的路径长度。14根据权利要求9所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述气流包括所述腔中由所述可移动件压缩的气体。15

7、根据权利要求14所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述共振特性由所述腔上的出流阀门的开动时序和/或所述导管上的出流阀门的开动时序来确定。16根据权利要求9所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述气流包括压缩气体。17根据权利要求16所述的用于气体压缩或膨胀的设备，其中，所述共振特性由位于所述气口附近的所述导管的第一端的腔流阀门的开动时序、和/或位于所述导管的与所述权利要求书CN102365458ACN102365479A2/2页3第一端相对的第二端的气流阀门的开动时序来确定。18一种液体喷雾喷嘴，包括第一零件；第二零件；以及固定件，设置为将所述第一零件固定到所述第二零件上以在它们中间确定

8、空间，该空间包括，方向改变部分，设置为改变从液体源接收到的液体的方向，以及使所述液体流到具有第一横截面的所述方向改变部分的出口；速度增加部，设置为通过具有第二横截面的入口从所述方向改变部分的出口接收液体，所述速度增加部设置为对从所述速度增加部的入口流来的液体的速度进行加速，以及出口，与所述速度增加部流体连通，并具有第三横截面。其中，所述第二横截面显著小于所述第一横截面，并与所述第三横截面具有大约相同的尺寸或者比所述第三横截面稍大。19根据权利要求18所述的液体喷雾喷嘴，其中所述第一零件被设置为插入所述第二零件的开口内。20根据权利要求18所述的液体喷雾喷嘴，设置为产生液滴喷雾，其中，所述液滴的

9、总表面积与所述腔中的气体摩尔数之比介于约1M2/MOL250M2/MOL之间。权利要求书CN102365458ACN102365479A1/205页4使用两相流以便于热交换的压缩空气能量存储系统0001相关申请的交叉引用0002本专利申请是2010年1月28日提交的美国非临时专利申请NO12/695,922的部分接续案，上述申请要求2009年6月29日提交的美国临时专利申请NO61/221,487的优先权。本专利申请也是2010年3月24日提交的美国非临时专利申请NO12/730,549的部分接续案。本专利申请也要求下列临时专利申请的优先权2010年1月12日提交的美国临时专利申请NO61/2

10、94,396；2010年2月19日提交的美国临时专利申请NO61/306,122；2010年4月1日提交的美国临时专利申请NO61/320,150；2010年5月21日提交的美国临时专利申请NO61/347,312；2010年5月21日提交的美国临时专利申请NO61/347,056；以及2010年5月26日提交的美国临时专利申请NO61/348,661。上述每个申请都通过引述全部结合于此，用于各种用途。技术领域背景技术0003空气被压缩到300巴时所具有的能量密度可以与铅酸电池以及其他能量存储技术所提供的能量密度相比。然而，由于热损失和机械损失之故，空气的压缩和减压过程通常效率较低。将压缩空气

11、用于能量存储应用尽管有很明显的优点，这种低效率限制了其经济可行性。0004众所周知，如果压缩过程等温ISOTHERMALLY进行要求在压缩之前或期间冷却空气，那么压缩机就更有效率。从1930年以来，经常不时地发布一些等温气体压缩机的专利例如，美国专利NO1,751,537和NO1,929,350。有效地压缩空气的一个方法是，在几个级STAGES中进行压缩，每个级在汽缸装置CYLINDERDEVICE中包括往复活塞，在级之间有中间冷却装置例如，美国专利NO5,195,874。所述空气的冷却也可以通过将液体诸如矿物油、制冷剂、或水注入压缩腔或注入级间的气流中来实现例如，美国专利NO5,076,06

12、7。0005有几个能量存储系统的专利将压缩空气与天然气混合起来并将混合物进给到燃气轮机中，从而增加了轮机的功率输出例如，美国专利NO5,634,340。所述空气通过电驱动的空气压缩机进行压缩，而所述空气压缩机在电需求低的时段工作。压缩空气增强型燃气轮机在峰值需求时驱动发电机。已经建立了两个这样的系统，并且提出建其它的系统，这些系统使用地下洞穴来存储压缩空气。0006已经公布了这种能量存储方案的改进版本的一些专利，它们应用在所述燃气涡轮机上游的饱和器来加热和润湿进来的空气，从而提高系统的效率例如，美国专利NO5,491,969。也公布了其它一些专利，这些专利提及膨胀前利用低质量的热诸如来自一些其

13、它过程中的废热来加热空气从而也提高效率的可能性例如，美国专利NO5,537,822。说明书CN102365458ACN102365479A2/205页5发明内容0007本发明的实施例一般地说涉及能量储存系统，具体地说，涉及利用压缩空气作为能量存储介质的能量储存系统ENERGYSTORAGESYSTEM，其中该能量储存系统包括空气压缩/膨胀机构、热交换器HEATEXCHANGER以及一个或多个空气存储罐AIRSTORAGETANK。0008根据本发明的实施例，提供一种压缩空气能量储存系统，其包括压缩和膨胀空气的可逆机构、一个或多个压缩空气存储罐、控制系统、一个或多个热交换器，以及在本发明的一些实

14、施例中，还包括马达发电机MOTORGENERATOR。0009所述可逆的空气压缩机膨胀机利用机械能来压缩空气当其作为压缩机来工作时并将压缩空气中所存储的能量转换为机械能当其作为膨胀机来工作时。所述压缩机膨胀机包括一个或多个级，每个级都包括部分地充有水或其它液体的压力容器即“压力室”。在一些实施例中，所述压力容器与一个或多个汽缸装置连通以与该汽缸装置的汽缸腔交换空气和液体。在电子控制下，合适的阀门调节允许空气进入或离开所述压力室和汽缸装置如果有的话。0010上面所提及的汽缸装置可以以若干种方法之一来构造。在一个具体的实施例中，它可以设有与活塞杆PISTONROD相连的活塞，使得进出所述汽缸装置的

15、机械能通过这个活塞杆来传输。在另一种配置中，所述汽缸装置可以包含液压液HYDRAULICLIQUID，在这种情形中，该液体由膨胀空气的压力来驱动，从所述汽缸装置以这种方式传输出能量。在这种配置中，所述液压液能够与所述空气直接相互作用，或者横过所述汽缸装置口径的隔膜DIAPHRAGM能够将所述空气与所述液体隔开。0011在低压级LOWPRESSURESTAGE中，在膨胀或压缩冲程STROKE期间，液体通过雾化喷嘴PUZZLE被泵入所述压力室PRESSURECELL中，或者，在某些实施例中，被泵入所述汽缸装置中以便于热交换。进入所述腔中的液体的数量足以吸收在压缩过程中或释放在膨胀过程中与该压缩或膨

16、胀过程相关的所有的热，使这些过程近等温地进行。然后，该液体在所述冲程的不作功阶段NONPOWERPHASE返回所述压力室中，在该压力室中它能够通过常规的热交换器与外部环境换热。这就能使所述压缩和膨胀过程高效地进行。0012本发明的实施例的工作特征在于被压缩或膨胀的气体的温度变化的幅度。根据一个实施例，在压缩循环期间，所述气体的温度可以升高100或小于100摄氏度，或者温度可以升高60或小于60摄氏度。在一些实施例中，在膨胀循环中，所述气体的温度可以降低100或小于100摄氏度、15或小于15摄氏度、或11或小于11摄氏度，从初始的室温到接近水的凝固点FREEZINGPOINT。0013除了上述

17、通过喷嘴注入液体外，在一个或多个所述汽缸装置中，空气也可以形成气泡穿过一定数量的液体，以便于进行热交换。在高压时优先使用这种方法。0014在膨胀过程中，以电子方式控制阀门时序VALVETIMING，使得只允许以希望的膨胀比进行膨胀所需数量的空气进入所述汽缸装置中。随着所述存储罐耗尽，这个体积就发生改变，从而必须动态地调节所述阀门时序。0015所述汽缸腔如果存在的话和压力室的体积从高压级到低压级增加。在本发明的其它具体实施例中，不是使用具有不同容积的汽缸腔CYLINDERCHAMBER，而是使用腔具有相同容积的多个汽缸装置，其总容积积等于所要求的较大容积。说明书CN102365458ACN102

18、365479A3/205页60016在压缩过程中，马达或其它的轴转矩源SOURCEOFSHAFTTORQUE驱动所述活塞，或者通过对所述汽缸装置中的空气进行压缩的泵产生液压HYDRAULICPRESSURE。在膨胀过程中，则反过来。膨胀空气驱动所述活塞或液压液，将机械能传输出系统。使用常规的马达发电机可以将这个机械能转换成电能或从电能转换成机械能。附图说明0017图1是本发明所述的压缩空气能量存储系统的第一实施例的示意表示，即利用液雾实现热交换的单级、单作用能量存储系统；0018图2是本发明所述的压缩空气能量存储系统的第二实施例的方框图，示出了多级如何结合成完整的系统；0019图3是压缩空气能

19、量存储系统的第三实施例的示意表示，即，既使用液雾又使用穿过液体的空气气泡来实现热交换的单级、单作用能量存储系统；0020图4是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中使用液雾实现热交换的一个单作用级的示意表示；0021图5是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中的一个双作用级的示意表示；0022图6是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中的一个使用穿过液体的空气气泡来实现热交换的单作用级的示意表示；0023图7是本发明所述的多级压缩空气能量存储系统中的一个使用多个汽缸装置的单作用级的示意表示；0024图8是用来将能量送入或送出系统的四种方法的示意表示；0025图9是使用液压马达作为传送和接收机械

20、能的机构的多级压缩空气能量系统的方框图；0026图10示出了本发明所述的设备的另一个实施例；0027图11A11F示出了控制各个阀门的时序的控制器的操作；0028图12AC示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置；0029图13AC示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置；0030图14AC示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置；0031图15AC示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置；0032图16AD示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置；0033图17AD示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环

21、的步骤期间的设备配置；0034图18AD示出了本发明的一个实施例所述的压缩循环的步骤期间的设备配置；0035图19AD示出了本发明的一个实施例所述的膨胀循环的步骤期间的设备配置；0036图20示出了适合于结合本发明的实施例所述的方法和系统使用的计算机系统的简化图；0037图20A是图20所示的计算机系统中的基本子系统的说明；0038图21是用于控制本发明所述的设备的各个部件的操作的控制器的输入和输出的方框图的一个实施例；0039图22是简化图，示出了本发明所述的设备的一个实施例；图22AB示出了以不同模式工作的图22所示的设备；说明书CN102365458ACN102365479A4/205页

22、70040图23是简化图，示出了压缩机膨胀机的一个实施例中的空气流；0041图24A是简化图，示出了本发明所述的设备的另一个实施例；0042图24B是简化图，示出了本发明所述的设备的另一个实施例；0043图24C是简化图，示出了本发明所述的设备的另一个实施例；0044图24D是简化图，示出了本发明所述的设备的又一个实施例；0045图25是简化示意图，示出了压缩机膨胀机的一个实施例；0046图26示出了多级设备的一个实施例的简化图；0047图26A示出了多级设备的另一个实施例的简化图；0048图26B示出了多级设备的另一个实施例的简化图；0049图27示出了压缩机机构的一个实施例的简化示意图；0

23、050图2828A是气雾制冷循环的实施例的简化示意图；0051图29示出了中空锥形喷嘴设计的速度场；0052图30示出了扇形喷嘴的仿真；0053图31示出了气雾制冷循环的一个实施例的系统图；0054图32画出了气雾制冷循环的实施例的温度熵关系；0055图32A是功率流图，示出了流过气雾制冷循环的一个实施例的功和热量；0056图33是本发明所述的系统的一个实施例的简化示意表示；0057图33A示出了可以用于本发明的实施例中的行星齿轮系统的一个实施例的简化俯视图；图33AA示出了图33A中的行星齿轮系统沿着33A33A线的简化剖视图；0058图34是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示；0

24、059图35是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示；0060图35A是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示；0061图36是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示；0062图37是本发明所述的系统的另一个实施例的简化示意表示；0063图38是本发明的一个实施例所述的使用混合腔的空气存储和复原系统的示意图；0064图39是本发明的一个实施例所述的包括混合腔和压缩腔的单级设备的示意图；0065图39A39B是图39中的实施例在工作中的简化示意表示；0066图39CA39CB是注入液体的可能轨迹的简化示意表示；0067图40是本发明的一个实施例所述的包括混合腔和膨胀腔的单级设备

25、的示意图；0068图40A40B是图40中的实施例在工作中的简化示意表示；0069图41是本发明的一个实施例所述的用于进行压缩和膨胀的设备的实施例的示意图；0070图41AD是图41中的实施例在工作中的简化示意表示；0071图41EAEE是简化示意表示，示出了一个阀门和汽缸配置的工作；0072图41FAFC是简化示意表示，示出了一个实施例的工作；0073图41G是阀门结构的一个实施例的简化示意图；0074图41H是可以根据本发明的实施例使用的凸轮基阀门设计的简化示意图；0075图42A是本发明所述的用于气体压缩的多级设备的一个实施例的简化图；说明书CN102365458ACN102365479

26、A5/205页80076图42B是本发明所述的多级专用压缩机的一个实施例的简化方框图；0077图42BA42BC示出了图42B中的系统的各个标准部件MODULARELEMENTS的实施例的简化图；0078图42C是简化图，示出了本发明所述的多级专用压缩机的另一个实施例；0079图43是本发明所述的多级专用膨胀机的一个实施例的简化方框图；0080图43A示出了图43中的系统的一个标准部件的一个实施例的简化图；0081图43B是简化图，示出了本发明所述的多级专用膨胀机的另一个实施例；0082图44是简化图，示出了本发明所述的多级压缩机/膨胀机设备的一个实施例；0083图45是简化图，示出了本发明所

27、述的多级压缩机/膨胀机的另一个实施例；0084图46A是本发明的一个实施例的简化图，其中，混合腔的输出有选择地输出到三个压缩/膨胀汽缸中；0085图46B是本发明的一个实施例的简化图，其中，混合腔的输出可以弃掉；0086图47是方框图，示出了用于控制本发明的实施例所述的设备的各个部件的操作的控制器的输入和输出；0087图48AC示出了用于控制所述系统中的各个阀门的时序的控制器的操作；0088图49AC画出了经历压缩和膨胀模式的腔中的压强体积关系；0089图50A是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储系统的简化示意图；0090图50B是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩

28、气体能量复原系统的简化示意图；0091图51是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储和复原系统的简化示意图；0092图52是方框图，示出了用于控制本发明的实施例所述的设备的各个部件的操作的控制器的输入和输出；0093图53A是本发明所述的用于气体压缩的多级设备的一个实施例的简化图；0094图53B是本发明所述的多级专用压缩机的一个实施例的简化方框图；0095图53BA53BC示出了图53中的系统的各个标准部件的实施例的简化图；0096图53C是简化图，示出了本发明所述的多级专用压缩机的另一个实施例；0097图54是本发明所述的多级专用膨胀机的一个实施例的简化方框图；0098图5

29、4A示出了图54中的系统的一个标准部件的实施例的简化图；0099图55是简化图，示出了本发明所述的多级专用膨胀机的另一个实施例；0100图56是简化图，示出了本发明所述的可配置为进行压缩和膨胀的多级设备的一个实施例；0101图57是简化图，示出了本发明所述的可配置为进行压缩和膨胀的多级设备的另一个实施例；0102图58是单级压缩空气存储和复原系统的一个实施例的简化示意表示；0103图58AC是本发明所述的多级压缩空气存储系统的实施例的简化示意表示；0104图5959B示出了包含在内部设置有可移动活塞的汽缸的级的一个实施例；0105图60是一个表格，列出了本发明的一个实施例所述的能量存储系统的加

30、热和冷说明书CN102365458ACN102365479A6/205页9却功能；0106图61AC示出了作为膨胀机工作的级；0107图62是一个表格，列出了被结合在电源网络中的本发明所述的能量存储系统的可能功能；0108图63AC示出了作为压缩机工作的级；0109图64A示出了多级系统，其中每个级预期呈现不同的温度变化；图64B示出了多级系统，其中每个级预期呈现基本上相等的温度变化；0110图65一般性地画出了压缩气体系统和外部部件之间的相互作用；0111图66是配置为向终端用户提供电能的网络的简化示意图；0112图67示出了可以由本发明的一个实施例所述的压缩气体能量存储和复原系统执行的平坦

31、化功能LEVELIZINGFUNCTION的简化图；0113图68示出了与发电资产POWERGENERATIONASSET同在一起的本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图；0114图68A示出了使用复合马达/发电机和复合压缩机/膨胀机的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图；0115图68B示出了使用专用的马达、发电机、压缩机以及膨胀机部件的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图；0116图68C示出了使用多节点齿轮系统的本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图；0117图69示出了本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图

32、，该系统与计量计METER后的终端用户同在一起；0118图69AD示出了能量存储系统和终端用户之间的热接口THERMALINTERFACE的例子；0119图70示出了本发明所述的压缩气体能量存储和复原系统的一个实施例的简化图，该系统与计量计METER后的终端用户和本地能量源同在一起；0120图71是一个表格，总结了在计量计后与终端用户同在一起的压缩气体能量存储和复原系统的各个工作模式；0121图72是一个表格，总结了在计量计后与终端用户以及与本地能量源同在一起的压缩气体能量存储和复原系统的各个工作模式；0122图73表示某些实施例的简化图；0123图74是在压缩比为32的两个压缩循环上的质量加

33、权平均温度图；0124图74A是从高压缩比的气体压缩的CFD仿真得到的在上止点的绝对温度的假彩色表示；0125图75示出了热力学循环；0126图76A画出了效率水体积份数的关系；0127图76B示出了随着水体积份数的增加，所排空气的温度变化；0128图77示出了在靠近汽缸头的位置处的上止点的温度；0129图78示出了在喷水和不喷水的情况下的温度变化；0130图79示出了二维射流断裂JETBREAKUP的多相流仿真；说明书CN102365458ACN102365479A7/205页100131图80是从金字塔形喷嘴的一个实施例喷射出来的水雾的CFD仿真；0132图81A示出了利用粒子图像测速PA

34、RTICLEIMAGEVELOCIMETRY，PIV系统拍摄的液滴的实验图像；0133图81B画出了测量的液滴尺寸分布；0134图82是利用制冷剂相变的本发明的一个实施例所述的冷却系统的简化图；0135图83表示采用喷溅模型和不采用喷溅模型SPLASHMODEL从CFD仿真中获得的汽缸中的质量平均空气温度K与曲轴转动的关系；0136图84示出了使用活塞作为气流阀的设备的一个实施例的简化剖视图；0137图85示出了使用进入腔中的液流的设备的一个实施例；0138图86AC示出了本发明的一个实施例所述的压缩设备；0139图87示出了包括液流阀网络的本发明所述的设备的一个实施例的简化图；0140图88

35、示出了本发明所述的设备的一个实施例的简化图；0141图89示出了本发明的一个实施例所述的界定液体注入喷雾器的空间的简化剖视图；0142图90A90C示出了由单片制造的喷嘴的一个实施例的简化图；0143图91A91D示出了由单片制造的喷嘴的另一个实施例的简化图；0144图92A92D示出了由单片制造的喷嘴的另一个实施例的简化图；0145图93是多片喷嘴设计的一个板的透视图，示出了相对表面中的一个表面，该表面形成了所述喷雾器的一半结构；0146图93A示出了图93中的板的顶视图；0147图93B示出了图93中的板的侧视图；0148图94是第二板的透视图，示出了形成所述喷雾器另一半结构的有壁凹的表面

36、；0149图95示出了从配置为从所述喷雾器接收液体的腔的角度看的组装了的喷雾器结构的一个实施例；0150图96示出了从到所述喷雾器的液体源的角度看的图95所示的组装了的喷雾器结构的一个实施例；0151图97示出了图89中的喷嘴设计的不同部分的相对距离；0152图98示出了从图89中的喷嘴设计所预期的扇形喷流；0153图99AD示出了多片喷嘴结构的另一个实施例；0154图100AJ示出了多片喷嘴结构的另一个实施例的各种视图；0155图101AC示出了用于评估喷嘴性能的实验装置；0156图102示出了从两个瞬时投影图像获得的在100PSIG水压下的整体流结构；0157图103示出了从第1轮RUN1

37、和第4轮RUN4获得的平均速度矢量；0158图104示出了从第1轮和第4轮获得的RMS速度矢量；0159图105示出了第1轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；0160图106示出了第1轮的液滴尺寸的直方图；0161图107示出了第4轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；0162图108示出了液滴尺寸的相应的直方图；0163图109A示出了第12轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；图109B示出了第14轮说明书CN102365458ACN102365479A8/205页11的辨认出的液滴的一个瞬时图像；0164图110A示出了第12轮的液滴尺寸的直方图；图110B示出了第14轮的直方图；0165图111A示出

38、了第5轮到第15轮以及第25轮到第27轮的沿着Z轴的液滴尺寸分布；图111B示出了以液膜角度SHEETANGLE为坐标的同样的数据；0166图112A示出了第5轮到第15轮以及第25轮到第27轮的每个Z位置处辨认出的液滴的数目；图112B示出了以液膜角度为坐标的同样的数据；0167图113示出了从两个瞬时投影图像获得的在50PSIG水压下的整体流结构；0168图114示出了从第2轮和第3轮获得的平均速度矢量场；0169图115示出了从第2轮和第3轮获得的RMS速度矢量场；0170图116示出了第2轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；0171图117示出了液滴尺寸的相应的直方图；0172图118示出

39、了第3轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；0173图119示出了第3轮的液滴尺寸的相应的直方图；0174图120示出了第20轮的辨认出的液滴的一个瞬时图像；0175图121示出了第20轮的液滴尺寸的相应的直方图；0176图122A示出了第1621轮以及第2224轮的沿着Z轴单位MM的液滴尺寸分布；图122B示出了以液膜角度为坐标的这些数据；0177图123A示出了第1624轮每个Z位置处辨认出的液滴的数目；图123B示出了以液膜角度为坐标的同样的数据；0178图124是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储和复原系统的简化示意图；0179图124A示出了本发明的一个实施例所述的具有

40、阀门和喷雾器的腔壁的视图；0180图125是本发明的一个实施例所述的使用液体注入的压缩气体能量存储和复原系统的简化示意图；0181图126是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图；0182图127是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图；0183图128是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图；0184图129是本发明的一个实施例所述的具有用于直接注入液体的喷雾器的压缩和膨胀腔的简化放大图；0185图130A示出了本发明所述的被置于汽缸头的喷嘴的一个实施例；0186图130B

41、示出了本发明所述的被置于汽缸头的喷嘴的另一个实施例；0187图131示出了使用液体注入具有复杂的腔断面的设备的一个实施例；0188图132示出了使用液体注入具有复杂的腔断面的设备的另一个实施例；0189图133AG示出了喷嘴设计的另一个实施例的视图；0190图134AC示出了喷嘴设计的各种实施例的视图；0191图135AE示出了具有调制共振特性的压缩或膨胀设备的设计；说明书CN102365458ACN102365479A9/205页120192图136示出了用于抽取能量的主调控器ACTIVEREGULATOR设备的一个实施例；0193图137示出了具有内部喷雾发生机构的设备的一个实施例；019

42、4图138示出了使用内高压通过喷嘴抽取液体的设备的一个实施例；0195图139示出了使用具有活塞致动器的无源阀门的设备的一个实施例。0196尽管这里描绘的某些图和系统可以使用标准符号来配置，但附图是以更一般的方式来绘制的，以反映可以由不同的实施例实现的各种设备。具体实施方式0197尽管将参考几个具体实施例来描述本发明，但该描述是说明本发明的，不能被解释为限制本发明。在不偏离本发明的真实精神和范围的情况下，本领域中的技术人员可以对优选实施例做出本发明的各种修正。这里应该注意，为了更好地理解起见，在各个图中，相同的部件用相同的附图标记来表示。0198单级系统0199图1描绘了本发明所述的压缩空气能

43、量存储系统20的最简单的实施例，并揭示了许多重要原理。简短地说，对目前的压缩空气能量存储系统设计加以改进的这些原理中的一些原理包括，将液体与空气混合以便于压缩和膨胀期间的热交换，从而提高所述过程的效率，以及使用同一机构进行空气的压缩和膨胀。最后，通过用电子方式控制阀门时序，可以从给定体积的压缩空气获得最大可能的功输出。0200如图1以最佳方式所示出的，能量存储系统20包括汽缸装置21，汽缸装置21界定了腔22，腔22用来在其中往复接收活塞装置23或类似物。压缩空气能量存储系统20也包括压力室25，当压力室25与汽缸装置21合起来成为一个单元时，构成了单级可逆压缩/膨胀机构即，单级24。空气过滤

44、器26、气液分离器AIRLIQUIDSEPARATOR27和包含液体49D的液罐LIQUIDTANK28分别通过管道30和31与压缩/膨胀机构24在低压端互通流体FLUIDLYCONNECTED。在高压端，空气存储罐即罐32通过输入管道33和输出管道34与压力室25连接。提供多个二位二通阀2WAY2POSITIONVALVE3543，连同两个输出喷嘴11和44。这个具体的实施例也包括液泵46和47。然而，应当意识到，如果液罐28的高度高于汽缸装置21的高度，那么水就会在重力作用下流入所述汽缸装置，这就不需要泵46了。0201简短地说，大气中的空气通过管道10进入所述系统，经过过滤器26并通过管

45、道30进入汽缸装置21的汽缸腔22中，在汽缸腔22中所述空气通过液压或其它机械方法作用下的活塞23的运动而被压缩参见图8。在压缩开始之前，从压力室25通过管道48利用雾化喷嘴44向汽缸装置21的腔22中引入液雾。这里的液体可以是来自所述压力室的具有足够高热容特性的水、油或其它合适的液体49F。所述系统优选基本上在大气温度下工作，从而不需要使用能够经得住高温的液体。所述液雾LIQUIDMIST的主要功能是，在所述汽缸腔中吸收空气压缩期间所产生的热。因此，在每个压缩冲程期间注入所述腔中的预定量的雾就是吸收该冲程期间所产生的所有热所需要的雾。当所述雾凝结时，就在汽缸腔22中汇集成液体49E。0202

46、然后，所述压缩空气/液体混合物通过管道51经出口喷嘴11传送到压力室25中。在压力室25中，传送来的混合物将所获得的压缩所产生的热传给压力室中所包含的液体说明书CN102365458ACN102365479A10/205页1349F中。空气形成气泡向上穿过液体并到达压力室的顶部，然后经管道33进入空气储存罐32中。0203膨胀循环基本上是压缩循环的逆过程。空气通过管道34离开空气储存罐32，形成气泡向上穿过压力室25中的液体49F，通过管道55进入汽缸装置21的腔22中，在腔22中，该空气驱动活塞23或其它机械联动装置MECHANICALLINKAGE。在膨胀期间，再一次通过出口喷嘴44和管道

47、48向汽缸腔22中引入液雾，以便在该膨胀过程中在汽缸腔中保持基本恒定的温度。当空气膨胀完成时，所用过的空气和雾经过气液分离器27，从而可以再利用所述分离出的液体。最后，空气通过管道10排到大气中。0204压力室25中所包含的液体49F通过热交换器52不停地循环以排除压缩期间所产生的热或向所述腔增添热以供膨胀期间被吸收。该循环液体反过来通过常规的空冷或水冷热交换器在本图中未示出，但在图3中示为12与系统外部的热库HEATRESERVOIR例如，大气、池塘等进行热交换。该循环液体通过与内部热交换器连通的管道53和54流向所述外部热交换器或从所述外部热交换器流回。0205图1中的设备还包括与计算机可

48、读存储装置1002进行电子通信的控制器/处理器1004，计算机可读存储装置1002可以采用任何设计，包括但不限于基于半导体原理或磁存储原理或光存储原理的设计。控制器1004被示为与系统中全部有源元件ACTIVEELEMENT进行电子通信，这些有源元件包括但不限于阀门、泵、腔、喷嘴和传感器。系统所使用的传感器的具体例子包括但不限于压力传感器P1008、1014和1024、温度传感器T1010、1018、1016和1026、湿度传感器H1006、体积传感器V1012和1022以及流速传感器1020。0206如下面所详细描述的，基于从一个或多个系统元件所接收到的输入，并且也可能基于从这些输入所计算出

49、的值，控制器/处理器1004可以动态地控制系统的操作以实现一个或多个目标，包括但不限于存储能量转化为有用功的最大化效率或受控的效率；最大化、最小化或受控的功率输出；期望EXPECTED的功率输出；与活塞有联系的转动杆的期望的输出速度；与活塞有联系的转动杆的期望的输出转矩；与活塞有联系的转动杆的期望的输入速度；与活塞有联系的转动杆的期望的输入转矩；与活塞有联系的转动杆的最大输出速度；与活塞有联系的转动杆的最大输出转矩；与活塞有联系的转动杆的最小输出速度；与活塞有联系的转动杆的最小输出转矩；与活塞有联系的转动杆的最大输入速度；与活塞有联系的转动杆的最大输入转矩；与活塞有联系的转动杆的最小输入速度；与活塞有联系的转动杆的最小输入转矩；或每级的空气的最大期望温度差。0207本单级系统的压缩循环的进程如下0208说明书CN102365458ACN102365479A11/205页140209在压缩循环的步骤1期间，从液罐28向汽缸装置21的腔22加入液体49D汇集为液体49E，使得当活塞23到达上止点TOPDEADCENTER，TDC时，汽缸装置中的死体积为零。这一步只需偶尔为之，从而这一步在绝大多数循环中被省略。0210在压缩循环的步骤2期间，来自压力室25的液雾通过泵47经管道48和喷嘴44被泵入汽缸腔22中。选定量的液雾足以吸收所述压缩步骤步骤3期间所产生的热。液体的体积比例必须足够