[发明专利]高能量密度弹性储能器及其使用方法

说明书

本申请要求2009年4月6日提交的、发明名称为“高能量存储密度弹性体储能器”的第61/167,073号美国临时专利申请的优先权，其以引用的方式被全文结合到这里。

我们知道，居住在4601 Park Ave.，Nashville，TN 37209的美国公民Eric J.Barth；居住在513 Cedar Brook Lane，Nolensville，TN 37135的美国公民Alexander V.Pedchenko；居住在846 Shoreline Cricle，Ponte Vedra Beach，FL32082的美国公民Karl Brandt；和居住在1130 South Tamarisk Drive，Anaheim Hills，CA 92807的美国公民Oliver E.Tan，已经发明了新的和有用的“高能量密度弹性储能器及其使用方法”。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明部分地获得了国家科学基金会的小型和高效流体动力工程研究中心下的联邦政府资助款，资助号为0540834。美国政府在本发明中具有某些权利。

参考的微缩胶片附录

不适用。

背景技术

储能器设计中的一个最紧迫的挑战是制作可以用在多种工业中的轻量装置。液压储能器是一般用来提供补充性的流体动力且吸收震动的能量存储装置。这些装置的一个尤其有趣的最近应用是再生制动。尽管在理论上是吸引人的概念，但是，由于传统的储能器的一些主要的固有缺陷和不理想的性能，液压再生刹车(HRB)是难以实现的。

气囊储能器和预先充气的活塞式储能器(PAGPs)使用气体进行能量存储，并且因此，是比它们的弹簧活塞对应部件轻很多的。在这些储能器中，被囊或活塞分离开的气体，占据否则被不可压缩的流体填充的容器的一定容积。当强迫流体进入这个容器时，分离的容积内侧的气体被压缩并且将能量存储在热域(thermal domain)中(气体动力学理论)。这种储能器有两个严重的缺点：1)由于热损失导致效率低下；和2)气体通过囊扩散到液压流体中。由于热损失而引起的无效率的缺点是可克服的，但是气体扩散问题引起与气体通常从流体出来的“放出(bleeding)”相关的高维护成本。

关于效率低下，如果不很快取回存储在这种储能器的压缩气体中的能量，热从气体流到它的紧邻围绕物导致能取回的能量更少。已经示出，当气体压缩和膨胀之间经过的时间低至50秒时，活塞式气体储能器的效率能降低到大约60％。Pourmovahed，A.，Baum，S.A.，Fronczak，F.J.，和Beachley，N.H.，1988.“Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”.Journal of Propulsion and Power，4(2)，March-April，pp.188。因为在红灯时保持这么长时间或更长时间车辆保持固定不动，这使得气囊和预先充气的活塞式储能器对于HRB应用来说不是理想的。已经提出了减轻这些热损失的几种方法。对于预先充气的活塞式储能器，一种方法包括将弹性体泡沫放置在气体壳体(enclosure)中。这个泡沫起到吸收在气体压缩期间产生的热的目的，否则的话在所述气体压缩期间产生的热被传递到气体壳体的壁，并且最终损失掉。泡沫能收集大量的这种产生的热并且当气体膨胀时能将它返回给气体。根据Pourmovahed，“将合适量的弹性体泡沫插入到气体壳体中...[能]实质上消除热损失”。Pourmovahed，A.，Baum，S.A.，Fronczak，F.J.，和Beachley，N.H.，1988.“Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”.Journal of Propulsion and Power，4(2)，March-April，pp.188。包括弹性体泡沫已经显示能如何改进储能器的效率，然而，这种修改仍不能解决与现有储能器相关的其它问题。

发明内容