利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术的制作方法

本发明涉及气体延时迁移技术，特别是一种利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术，利用U型管连通器原理，当气体体积扩张至触发位置水平面自动一次性通过U型管迁移至他处。

背景技术：

当前电力负荷的高峰和低谷差较大，电力系统发电出力和负荷需求需要时时匹配，若没有储能设备，常规火电厂必须备用，压火运行，效率降低；风电场需要弃风实现出力调整，浪费风力资源。

储能技术在电网运行中起到重要作用，储能环节的引入可以有效实现需求侧管理，消除负荷峰谷差，不仅降低了供电成本，同时也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。另一方面可再生能源发电发展迅速，尤其风电已成为公认能够大规模开发的清洁能源，为有效利用风能资源，解决风力发电间歇性和不稳定性的问题，需要设置大容量储能装置。

现已存在的储能技术有抽水蓄能技术、压缩空气储能技术、飞轮储能技术、超级电容储能技术、电池储能技术等，其中压缩空气储能由于其成本低廉、容量大、能够大规模应用的特点发展前景广阔，但它的局限在于需要消耗大量燃气，产生碳排放，且效率较低，导致其应用推广受到限制。

现已存在绝热压缩空气储能技术，其特点是气体与外界无热量交换，即当空气高密度压缩后储气室温度会急剧升高，当压缩空气膨胀做功时，储气室温度又会急剧下降，它的优势在于不会产生能量损失，但其弊端在于储气室内温度频繁升高降低，会对蓄能及放气发电过程的稳定性及储气室的安全运行产生不利影响。本发明可应用于压缩空气等温变化过程下的气体迁移，促进气水热质交换。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺点和不足，本发明公开了一种利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术，采用U型管的连通器原理，在注满水的容器中，当半封闭倒置临时储气仓中的气体扩张使仓内液面低于U型管最低点所处水平面时触发装置，储气仓中的气体迅速一次性通过U型管进入压力容器中或通过级联进入下一环节，实现气体延时等压迁移目的。

利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术，其特征在于：注满水的容器内部置有半封闭开口倒置的临时储气仓(A)，储气仓(A)上底壁开有一出口与U型管(B)相连，气体通过U型管末端出气口进入容器或通过级联进入下一环节。

所述的半封闭临时储气仓(A)开口倒置于注满水的容器中(或周围充满水的环境中)，内部储存有压缩空气，或通过外部管道逐渐向储气仓(A)中注气，储气仓(A)上底壁开有一出口与U型管(B)相连。

所述的U型管(B)一端与储气仓(A)上底壁相连，另一端的出口位置高于储气仓(A)上底壁；U型管(B)经3个拐点分为4段，每段的管道轮廓线属于单调函数，上端有2个拐点a和c，下端有1个拐点b，b拐点位置决定了压缩空气迁移的触发位置水平面m，当气体体积膨胀导致储气仓(A)内部液面低于该水平面m时压缩空气开始自动等压迁移。若所述U型管(B)没有设计第4段，气体在迁移过程的末期由于气压减小迁移速度减慢，可能导致水从U型管末端出口倒灌进管内，迫使气体停止迁移，因此所述U型管(B)设计第4段的作用是防止水倒灌。

所述的U型管(B) 末端出口位置有两种基本情况：一是U型管(B)末端出口位置仅略高于储气仓(A)上底壁，此情况当储气仓(A)中的气体全部迁移出去之后装置停止运行，此时U型管(B)中会有气体残留不能迁移尽；二是U型管(B)末端出口位置高于a拐点，此情况可将U型管中的残留气体基本全部迁移尽，但在c拐点处的管道中仍残留一小段气体，为解决此问题可在c拐点处开一微孔，或额外安装泡罩或浮阀，当气体快速通过U型管时可理想认为气体不会通过微孔或泡罩或浮阀漏出，当迁移过程结束后残留在c拐点附近的气体可通过微孔或泡罩或浮阀缓慢排尽。除此之外若考虑级联或末端出口连接其他装置时，U型管(B)末端出口需加装导管来导出气体，导管最低处应高于储气仓(A)上底壁或a拐点。

所述的半封闭开口倒置的临时储气仓(A)内气体体积扩张有两种情况：一是储气仓(A)中储存的压缩空气压力减小而膨胀导致的气体体积扩张，二是通过外部管道向储气仓(A)中注气使气体体积扩张，两种情况均是当储气仓(A)中的气体下沿低于启动水平面m时触发装置。情况一可用于等温压缩空气储能，储气仓(A)的压缩空气膨胀导致气体体积扩张至气体下沿低于触发位置水平面m，气体自动一次性等压迁移至化工塔中进行气水热质交换；情况二可用于海底天然气聚集，聚集达到一定量时气体下沿低于触发位置水平面m，气体自动一次性等压迁移至下一环节(此处用到级联)或迁移至集气罐中。

所述的U型管(B)改变气体触发条件可通过改变b点位置来实现，本文采用的实施方案有两种，一是U型管(B)下半部分由橡胶等形变材料制成，在b拐点下放置一升降杆并与b拐点相连，通过改变升降杆位置来改变b拐点位置；二是可将U型管(B)中段设计为伸缩套管，通过套管伸缩改变b拐点位置。

所述的U型管(B)可以通过上下布局级联实现逐级延时触发，下部装置U型管末端出气口联接上部装置入气口，即下一级注入气体，进入上一级。此级联可用于海底天然气聚集。

附图说明

图1为本发明的利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术示意图(U型管(B)末端出口位置仅略高于储气仓(A)上底壁)。

图2为本发明的利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术示意图(U型管(B)末端出口位置高于a拐点)。

图3为本发明的利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术示意图(加装导管使导管最低处高于储气仓(A)上底壁或a拐点)。

图4为本发明的利用升降杆启动位置可变的U型管示意图。

图5为本发明的利用伸缩套管启动位置可变的U型管示意图。

图6为本发明的通过级联实现逐级延时触发的气体迁移技术示意图。

图7为本发明的应用于等温压缩空气储能的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明的利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术，其特征是注满水的容器内部置有半封闭开口倒置的临时储气仓(A)，U型管(B)一端与储气仓(A)上底壁出口相连，另一端的出口位置高于储气仓(A)上底壁；U型管(B)经3个拐点分为4段，上端有2个拐点a和c，下端有1个拐点b，b拐点位置决定了压缩空气迁移的触发位置水平面m，当气体体积膨胀导致储气仓(A)内部液面低于该水平面m时压缩空气开始自动等压迁移，直到储气仓(A)中所有气体都移出为止。图1中的U型管(B)末端出口位置仅略高于储气仓(A)上底壁，其弊端是当储气仓(A)中的气体全部迁移出去之后装置停止运行，此时U型管(B)中会有气体残留不能排尽。

如图2所示，本发明的利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术，与图1的区别在于U型管(B)末端出口位置高于a拐点，此改进可将U型管中的残留气体基本全部迁移尽，而残留在c拐点处管道中的一小段气体可在迁移过程结束后通过额外的微孔或泡罩或浮阀缓慢排尽。

如图3所示，本发明的利用三拐点U型管实现的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术，与图2的区别在于U型管(B)末端出口加装导管使导管最低处高于储气仓(A)上底壁或a拐点，图3应用于需要级联或U型管(B)末端出口连接其他装置时，将气体通过导管导入下一环节。

如图4所示，改变b点位置可改变气体的触发条件，一种方案是U型管(B)下半部分由橡胶等形变材料制成，在b拐点下放置一升降杆并与b拐点相连，通过改变升降杆位置来改变b拐点位置，即改变触发位置水平面m位置。

如图5所示，改变气体触发条件的另一种方案是将U型管(B)的中段设计为伸缩套管，通过套管伸缩改变b拐点位置，即改变触发位置水平面m位置。

如图6所示，可以通过上下布局级联实现逐级延时触发，下部装置U型管末端出气口联接上部装置入气口，即下一级注入气体，进入上一级。

实施例1。

图6为本发明的通过级联实现逐级延时触发的气体迁移技术示意图，其可用于海底天然气集聚收集，具体实施方法为：找到海底天然气冒气处，使天然气通过本文所述的半封闭开口倒置临时储气仓(A)进气口进入储气仓(初始储气仓中注满水)，进气同时水由进出水口排出，由于海底压强大，气体密度大，此储气仓容量可以较小；待天然气集聚到一定量后，气体排水使仓内液面达到触发位置水平面m，启动装置，此时聚集的天然气一次性迅速通过U型管(B)，经过U型管(B)末端出口的导管进入下一个临时储气仓的进气口，此时水由储气仓(A)的进出水口进入储气仓注满，重新收集天然气；天然气进入下一环节集气过程同前所述，由于海水压强随着深度变浅而逐渐减小，气体密度在上升过程中逐渐减小，在之后的储气仓容量设置上，可逐渐增大仓体容量，相应触发位置水平面m可逐渐降低，达到越往上天然气集聚越多的目的。到达最后一个环节时天然气集聚量已经达到一定量，可使集聚的天然气通过导管注入集气罐中，运输至用户端。

实施例2。

图7为本发明的应用于等温压缩空气储能的气体体积扩张自触发延时等压迁移技术示意图，具体实施方法为：与图3相比，本实例在原基础上增加一个可实现气水热质交换的化工塔(C)，其气口(1)与U型管(B)末端出口的导管相连，(2)是出气口，(3)是入水口。当储气仓(A)中压缩空气膨胀至气体下沿低于触发位置水平面m时启动装置，压缩空气自动一次性迅速等压迁移至化工塔(C)中进行气水热质交换，实现等温的目的。本装置即用于化工塔热质交换前的气体引导。