阅读说明：本技术 一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器 (Gas-liquid dissolution high-energy storage density hydraulic accumulator ) 是由 周连佺 刘强 张楚 薄晓楠 瞿炜炜 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器,包括活塞、缸筒、温控装置,活塞装在缸筒内将缸筒分为第一腔体和第二腔体,第一腔体用于容纳液体和气体,该气体可以溶于该液体,第二腔体用于容纳液压油,温控装置安装在缸筒外围,使缸筒内气体温度处于该气体临界温度以上。本发明的一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器,气体被加压可以溶解到液体中。气体承受压力时,其体积减小量包括两部分,其一为气体压缩减小的体积,其二为气体溶解到液体溶剂中的体积,且后者远大于前者。提高了蓄能器的储能密度,减小了蓄能器的容积,节省了占用空间,减少了蓄能器的成本,尤其对于节约移动液压设备有限的工作空间具有重要意义。(The utility model provides a gas-liquid dissolves high energy storage density hydraulic accumulator, includes piston, cylinder, temperature control device, and the piston dress divide into first cavity and second cavity with the cylinder in the cylinder, and first cavity is used for holding liquid and gas, and this gas can be dissolved in this liquid, and the second cavity is used for holding hydraulic oil, and temperature control device installs peripherally at the cylinder, makes the interior gas temperature of cylinder be above this gas critical temperature. According to the gas-liquid dissolved high-energy storage density hydraulic accumulator, gas can be dissolved into liquid after being pressurized. The volume reduction of the gas when subjected to pressure comprises two parts, one being the volume reduced by compression of the gas and the other being the volume of the gas dissolved in the liquid solvent, the latter being much larger than the former. The energy storage density of the energy accumulator is improved, the volume of the energy accumulator is reduced, the occupied space is saved, the cost of the energy accumulator is reduced, and the energy accumulator has important significance for saving the limited working space of the mobile hydraulic equipment.)

一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器

技术领域

本发明液压传动与控制领域，特别是液压蓄能领域，具体涉及一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器。

背景技术

液压蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，消除压力脉动，以保证整个系统压力正常，降低噪音。

蓄能器按加载方式可分为重锤式、弹簧式和气体加载式，现在使用最多的是气体加载式。气体加载式蓄能器又分为气囊式、气瓶式和活塞式。活塞式蓄能器油气隔离，工作可靠、寿命长，适合用于高压和大容量储能。

现在的活塞式蓄能器使用活塞将存储能量的油液与压缩气体隔离，气体为氮气，通过充液过程压缩气体体积存储能量，但在一定的压力变化范围内，气体被压缩减小的体积有限，故使得蓄能器内存储的有效充液体积较小，是导致现有蓄能器能量存储密度较低的主要原因。例如，如果要求储能油液体积30L，压力变化范围14-18MPa，经计算需要蓄能器体积为214L，外形体积为281L。如果移动式设备使用活塞式蓄能器储能，这么大的体积占用移动设备很大的空间，还影响视线，成本也很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器，在满足一定储能容积和压力的条件下，通过提高蓄能器的储能密度，缩减所配蓄能器的容积，节省占用的工作空间。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器，包括活塞、缸筒、温控装置，活塞装在缸筒内将缸筒分为第一腔体和第二腔体，第一腔体用于容纳液体和气体，该气体可以溶于该液体，第二腔体用于容纳液压油，第一腔体一端的缸桶壁上具有充气孔，第二腔体一端的缸桶壁上具有液压油口，液压油口用于连接第二腔体与缸筒外部的液压系统，温控装置安装在缸筒***，用于调控缸筒内气体的温度，使缸筒内气体温度处于该气体临界温度以上。储能时，缸筒外部的液压油通过液压油口进入第二腔体，液压油对活塞的作用力大于第一腔体内的气体对活塞的作用力时，活塞压缩第一腔体中的气体，使气体溶于液体；能量释放时，外部油路压力降低，第一腔体中的气体对活塞的作用力大于液压油对活塞的作用力，活塞压缩液压油，第二腔体中的液压油从液压油口排出，供给外部液压系统使用。

进一步的，所述温控装置为恒温装置，所述恒温装置用于使缸筒内气体温度保持在设定温度，该设定温度高于气体临界温度1～4℃。

进一步的，所述恒温装置为热交换器，当缸筒内气体温度高于设定温度时，向热交换器通入冷水对缸筒内的气体进行散热；当缸筒内气体温度低于设定温度时，向热交换器通入热水对缸筒内的气体进行加热；当缸筒内气体温度等于设定温度时，关闭热交换器。

进一步的，所述恒温装置包括加热装置和冷却装置，加热装置为热交换器，冷却装置包括翅片式冷却器和冷却风扇，当缸筒内气体温度高于设定温度时，开启冷却风扇吹翅片式冷却器对缸筒内的气体进行散热；当缸筒内气体温度低于设定温度时，向热交换器通入热水对缸筒内的气体进行加热；当缸筒内气体温度等于设定温度时，关闭加热装置和冷却装置。

进一步的，所述气体为CO₂，所述液体为丙酮，或者其它气体和液体的组合，气体的临界温度要低于使用温度，气体在液体中的溶解度高。

进一步的，所述第一腔体的温度高于气体的临界温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器，在活塞蓄能器一侧充入气体溶质和液体溶剂，如果充入气体的临界温度低于使用温度，气体被加压不液化，但可以溶解到液体中。气体承受压力时，其体积减小量包括两部分，其一为气体压缩减小的体积，其二为气体溶解到液体溶剂中的体积，且后者远大于前者。压到一定压力值气体全部溶解在液体里。在满足要求的储能容积和压力的条件下，使缸筒可以容纳更多的液压油用于蓄能，在满足要求的储能容积和压力的条件下，提高了蓄能器的储能密度，减小了蓄能器的容积，节省了占用空间，减少了蓄能器的成本，尤其对于节约移动液压设备有限的工作空间具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例1中的一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器的结构示意图；

图1中：1、热交换器；2、缸筒；3、翅片式冷却器；4、冷却风扇；5、活塞；6、第一腔体；7、第二腔体；A、液压油口；B、充气孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。

实施例1

如图1所示，一种气液溶解高能量存储密度液压蓄能器，包括活塞5、缸筒2、温控装置。活塞5装在缸筒2内将缸筒分为第一腔体6和第二腔体7，第一腔体6用于容纳液体和气体，该气体可以溶于该液体，第二腔体7用于容纳液压油。第一腔体6一端的缸桶壁上具有充气孔B，第二腔体7一端的缸桶壁上具有液压油口A，液压油口A用于连接第二腔体7与缸筒外部的液压系统。温控装置安装在缸筒***，用于调控缸筒内气体的温度，使缸筒内气体温度处于该气体临界温度以上1～4℃。

使用前，先从充气孔B灌入液体，然后再充入气体，达到要求的初压。储能时，缸筒2外部的液压油通过液压油口进入第二腔体7，液压油对活塞5的作用力大于第一腔体6内的气体对活塞5的作用力时，活塞5压缩第一腔体6中的气体，使气体溶于液体；能量释放时，外部油路压力降低，第一腔体6中的气体对活塞5的作用力大于液压油对活塞5的作用力，活塞5压缩液压油，第二腔体7中的液压油从液压油口A排出，供给外部液压系统使用，同时气体从液体中析出。

恒温装置可以为单独为热交换器1，当缸筒2内气体温度高于设定温度时，向热交换器通入冷水对缸筒2内的气体进行散热；当缸筒2内气体温度低于设定温度时，向热交换器通入热水对缸筒2内的气体进行加热；当缸筒2内气体温度等于设定温度时，关闭热交换器。

此外，恒温装置也可以由加热装置和冷却装置组成，比如，加热装置为热交换器1，冷却装置包括翅片式冷却器3和冷却风扇4，当缸筒2内气体温度高于设定温度时，开启冷却风扇4对缸筒2内的气体进行散热，翅片式冷却器3可增加冷却风扇4的散热效果；当缸筒2内气体温度低于设定温度时，向热交换器1通入热水对缸筒2内的气体进行加热；当缸筒2内气体温度等于设定温度时，则关闭加热装置和冷却装置。

液能存储过程如下：

外部过来的液压油通过液压油口A进入第二腔体7，液压油对活塞5的作用力大于第一腔体气体对活塞5的作用力时，活塞5压缩气体，气体压力升高，部分气体溶解在液体中。

当温度一定时，气体在液体中的溶解度随着气体压力的增大而增大。这是因为当压力增大时，液面上的气体的浓度增大，因此，进入液面的气体分子比从液面逸出的分子多，从而使气体的溶解度变大。依据亨利定律：气体在液体中的溶解度与液面上的气体压力成正比。

如果继续充液压油，第一腔体6的气体能全部溶解在液体中，第二腔体的容积就是能储存液压油的最大体积。

液能释放过程如下：

当外部油路压力降低时，第一腔体6中的气体对活塞5的作用力大于液压油对活塞5的作用力，活塞5压迫液压油，第二腔体7腔中的液压油从液压油口A排出，供给外部液压系统使用。随着第一腔体6中的气体压力降低，溶解在液体中气体析出，维持第一腔体6中的气体压力。当第一腔体内的气体压力达到设定的最低压力时，从液压油口A排出的油液体积就是最大可用油液体积。

液能存储和液能释放过程中，第一腔体6中的气体加压则溶解在液体中，减压则从液体中析出。气体的性质表明，气体的温度越高，气体的溶解度越小。所以，第一腔体6中气体的温度最好稍高于气体的临界温度，不要在加压时液化，且气体温度变化不大，这种工况下气体的溶解度最大，同样的存储体积，储存的液压能最大。

实施例2

本实施例中，作为溶质的气体选用二氧化碳(CO₂)，其临界温度为31.2℃左右，临界压力为7.38MPa，作为溶剂的液体为丙酮。

35℃时，一个大气压下CO₂在1L丙酮中的溶解量5.5L；

14MPa下CO₂在1L丙酮中的溶解量5.5*140L＝770L；

18MPa下CO₂在1L丙酮中的溶解量5.5*180L＝990L；

两种压力下溶解量的差：990L-770L＝220L，相当于14MPa下的220/140＝1.57L；

如果从压力从14MPa升高到18MPa要存30L的油液，需要30/1.57＝19.1L丙酮；

则需要气体腔的容积为30L+19.1L＝49.1L；

选取活塞直径D＝200mm，则气体腔的长度为4*49.1/(3.14*22)＝15.63dm＝1563mm。

经计算蓄能器总积体为83L。

从上述计算看出，本实施例的气液溶解液压蓄能器的体积只有现在活塞式蓄能器的83/281＝29.5％。大大减小了蓄能器体积，也减少了蓄能器的成本，特别对节约移动液压设备有限的工作空间意义重大。

只要是气体溶解于液体的方案，不管选用的是单一气体还是混合气体，单一液体还是混合液体，都在本专利的保护范围内。