CN103174937A - 压缩空气综合制取、输送和应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩空气综合制取、输送和应用系统，属于压缩空气利用技术领域。所述系统包括压缩空气制取子系统、压缩空气过滤子系统、压缩空气干燥子系统和压缩空气制冷子系统，其中，压缩空气制取子系统用于将常压空气进行压缩得到压缩空气，压缩空气过滤子系统用于对压缩空气进过滤过滤得到洁净的压缩空气，压缩空气干燥子系统用于除去洁净的压缩空气中的过量水蒸汽使压缩空气的湿度恒定；压缩空气制冷子系统用于将压缩空气的气温冷却使压缩空气恒温。本发明提供的系统能够给用户提供洁净、恒温、恒湿且恒压的压缩空气。

Description

压缩空气综合制取、输送和应用系统

技术领域

本发明涉及一种压缩空气综合制取、输送和应用系统，尤其涉及一种能够给用户提供一种洁净、恒温、恒湿的压缩空气系统，属于空气压缩技术领域。

背景技术

现在社会，经济高速发展，能源的需求量也不断攒高，全世界都在搞节能减排，保护地球，在这种大背景下，风力发电、太阳能发电得到长足发展，但是，风能、太阳能具有随机性、波动性的特点，在风能所发的电或者光伏所产生的电的指标不达到电网的要求的情况下，就不能并入电网。但是风力发电、太阳光伏发电如果不并入电网，就等于空转，形成巨大的浪费，据调查我国有30％的风机在空转和闲置。

发明内容

为克服现有技术中存在的技术问题，本申请的发明目的是提供一种压缩空气综合制取、输送和应用系统，所述系统能够提供一种洁净、恒温、恒湿和恒压的压缩空气。

为实现所述发明目的，本发明提供一种压缩空气综合制取、输送和应用系统，其包括压缩空气制取子系统、压缩空气过滤子系统、压缩空气干燥子系统、压缩空气制冷子系统和管道网络，其中，压缩空气制取子系统用于将常压空气进行压缩得到压缩空气，压缩空气过滤子系统用于对压缩空气进过滤过滤得到洁净的压缩空气，压缩空气干燥子系统用于除去洁净的压缩空气中的过量水蒸汽使压缩空气的湿度恒定；压缩空气制冷子系统用于将压缩空气的气温冷却使压缩空气恒温，所述管道网络将洁净、恒温且恒温的压缩空气输送到用户。

优选地，压缩空气制取子系统为利用高压水蒸汽制取压缩空气的子系统、利用水利势能制取压缩空气的子系统、利用风能制取压缩空气的子系统，所述高压水蒸汽为压强大于或者等于标准大气压的水蒸汽。

优选地，高压水蒸汽为火力发电厂的汽轮机排出的水蒸汽或利用太阳势能进行加热而产生的水蒸汽。

优选地，用户利用洁净、恒温且恒温的压缩空气驱动空气动力装置。

优选地，所述管道网络沿公路设置，在公路边设置压缩空气站，所述空气动力装置为气动汽车，当气动汽车的压缩空气用尽时，利用压缩空气站进行充气。

优选地，空气动力装置为气轮机，气轮机能够带动发电机以将气能转换为电能供用电设备使用。

优选地，空气动力装置为气轮机，气轮机能够带动机械装置以将气能转换为机械能。

优选地，所述管道网络能为气泵提供压缩空气。

优选地，所述气泵为气囊气泵。

优选地，所述气囊气泵为双囊气泵。

与现有技术相比，本发明所提供的压缩空气综合制取、传输和应用系统能够提供洁净、恒温、恒湿的压缩空气，利用压缩空气带动气轮机，而后用气轮机带动发电机就可以产生达到指标要求的电能，也可以利用压缩空气带动气动装置从而驱动机械装置运转。

附图说明

图1A是本发明提供的电动换向阀在阀芯处于第一位置时的沿轴线的纵向截面示意图；

图1B是本发明提供的电动换向阀在阀芯处于第二位置时的沿轴线的纵向截面示意图；

图2A是本发明提供的换向阀的阀体的立体示意图；

图2B是本发明提供的换向阀的阀体的沿轴线纵向截面示意图；

图3A是本发明提供的换向阀的阀芯立体示意图；

图3B是本发明提供的换向阀的阀芯的沿轴线纵向截面示意图；

图4是本发明提供的高压蒸汽空气压缩子系统的示意图；

图5是本发明提供的水力势能空气压缩的子系统的示意图；

图6是本发明提供的风能空气压缩子系统的示意图；

图7是本发明提供的压缩空气综合制取、传输和应用系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。

图1A是本发明提供的电动换向阀在阀芯处于第一位置时的沿轴线的纵向截面示意图；图1B是本发明提供的电动换向阀在阀芯处于第二位置时的沿轴线的纵向截面示意图，截面图中，阀体的通孔14、15、16和17并不存在，而图中标出，只是为了说明问题。如图1所示，本发明提供的电动换向阀包括阀体2、阀芯18和设置于阀体两端并与阀体密封配合的阀盖1和3，其中，阀芯18的一端沿轴线设置有轴5，调速电机可以带到该轴旋转，轴5旋转时可以带动阀芯18在阀体2的圆柱形腔体内旋转。阀体2沿径向设置有横截面为圆形的通孔6、通孔7、通孔8、通孔9、通孔14、通孔15、通孔16和通孔17，其中通孔6和通孔7关于轴线AB对称，通孔8和通孔9关于轴线AB对称，通孔14和通孔15关于轴线AB对称，通孔16和通孔17关于轴线AB对称。阀芯18沿轴线设置有横截面为椭圆形的贯通孔10、贯通孔11、贯通孔12和贯通孔13。圆形的直径等于椭圆形的短轴长。阀芯18在阀体2的圆柱形腔体内旋转到一定位置时，通孔6和通孔7经贯通孔10连通，通孔16和通孔17经贯通孔12连通。通孔8和通孔9被阀芯阻断，通孔14和通孔15被阀芯阻断。阀芯18在阀体2的圆柱形腔体内旋转到另一位置时，通孔8和通孔9经贯通孔13连通，通孔14和通孔15经贯通孔11连通。通孔6和通孔7被阀芯阻断，通孔16和通孔17被阀芯阻断。

图2A是本发明提供的换向阀的阀体的立体示意图；图2B是本发明提供的换向阀的阀体的沿轴线纵向截面示意图。如图2所示，换向阀的阀体2沿轴向设置有圆柱形腔体，沿径向设置彼此相错90度的4排横截面为圆形的通孔6、8、15、17、7、9、14和16，其中，通孔6和8为第一排，通孔15和17为第二排，通孔7和9为第三排，通孔14和16为第四排，即每排通孔为2个，第一、第二、第三和第四排通孔彼此相错90度。阀体2还设有三个注油孔，这三个注油孔设置在第三排中。

图3A是本发明提供的换向阀的阀芯立体示意图；图3B是本发明提供的换向阀的阀芯的沿轴线纵向截面示意图。如图3所示，所述阀芯为圆柱形，其直径等于阀体沿轴向设置的圆柱形腔体的直径，阀芯沿径向设置有2排相互彼此相错90度的横截面为椭圆形的贯通孔10、11、12和13，贯通孔10和11为第一排，贯通孔12和13为第二排，第一排和第二排贯通孔相互垂直。所述阀体和阀芯均采用耐磨材料制成。

图4是本发明提供的高压蒸汽空气压缩子系统的示意图。如图4所示，高压蒸汽空气压缩子系统包括气囊空气压缩机、第一换向阀20和第二换向阀21、中压风机和高压储气罐，其中，气囊空气压缩机包括第一容器23、第二容器25、设置在容器23内的第一气囊22和设置在第二容器25内的第二气囊24，第一容器23的上端设置有三通A，该三通A的一端与气囊22连通，另两端可与进气管和排气管分别相连；第一容器23的下端设置有三通B，该三通B的一端与容器23连通，另两端可与进气管(或者进水管)和排气管(或者排水管)分别相连。第二容器25的上端设置有三通C，该三通C的一端与气囊24连通，另两端可与进气管和排气管分别相连；第二容器25的下端设置有三通D，该三通D的一端与容器5连通，另两端可与和排气管分别相连。换向阀20和21具有相同的结构。如图4所示，将与第一气囊22连通的进气管连接到第一换向阀20的阀体的通孔6，中压风机的排气管连接到第一换向阀20的阀体的通孔7，将与第二气囊24连通的排气管连接到第一换向阀20的阀体的通孔14，第一换向阀20的阀体的通孔15经三通连接到第二高压储气罐。将与第一气囊22连通的进气管连接到第一换向阀20的阀体的通孔8，中压风机的排气管连接到换向阀20的阀体的通孔9，将与第一气囊22连通的排气管连接到第一换向阀的阀体的通孔16，换向阀20的阀体的通孔17经三通连接到高压储气罐。将与第二容器25连通的进气管连接到第二换向阀21的阀体的通孔8，高压蒸汽源的排气口通过导气管经单向阀连接到第二换向阀21的阀体的通孔9，将与第二容器25连通的排气管连接到第二换向阀21的阀体的通孔16。将与第一容器23连通的进气管连接到第二换向阀21的阀体的通孔6，高压蒸汽源的排气管经单向阀连接到第二换向阀21的阀体的通孔7，将与第一容器23连通的排气管连接到第二换向阀21的阀体的通孔14。第二换向阀21的阀体的通孔15和17经两气管接入一三通的两端，该三通的第三端端以单向阀连接到冷凝器。

利用高压蒸汽进行空气压缩的工作原理如下：第二容器25和第一容器23相当于人的心脏的两个心室，安装于第二容器25内的顶部的第二气囊24和安装于第一容器23内的顶部的第一气囊22相当于人心脏的两个心房，控制第二气囊24和第一气囊22交替收缩与膨胀，就会将气囊内的空气压缩到第二高压储气罐。在0到

时间段内，中压风机的进气管与第二气囊24的进气管接通，第一气囊22的排气管与第二高压储气罐接通，第二容器25与冷凝器接通，第一容器23与高压蒸汽源接通，通过中压风机将空气充入到第二气囊24，高压蒸汽源所排出的蒸汽充入到第一容器23，当第二气囊24充满空气后，控制第一换向阀20和第二换向阀21换向，即

到时间段内，中压风机的进气管与第一气囊22的进气管接通，第二气囊24的排气管与第二高压储气罐接通，第一容器23与冷凝器接通，第二容器25与太阳能加热器中的金属容器接通，通过中压风机给第一气囊22充气，同时太阳能加热器中的金属容器通过第二容器25底部的进气管进入第二容器25，高压蒸汽源通过第二换向阀21给第二容器25充高压蒸气，第二气囊24的空气受到挤压，通过第一换向阀20充入到第二高压储气罐，当第一气囊22内的空气充满且第二气囊24完全充收缩后，控制第一换向阀20和第二换向阀21动作，即在

到

时间段内，中压风机的进气管与第二气囊24的进气管接通，第一气囊22的排气管与第二高压储气罐接通，第二容器25与冷凝器接通，第一容器23与高压蒸汽源接通，通过中压风机将空气充入到第二气囊24，高压蒸汽源所排出的蒸汽充入到第一容器23，第一气囊22内的空气充入到第二高压储气罐，中压风机给第二气囊24充气，第二容器25内的蒸汽进入冷凝器，重复

到

的过程，就将空气压缩到第高压储气罐。

图5是本发明提供的水力势能空气压缩的子系统的示意图。如图5所示，水力势能空气压缩的子系统包括水轮机45、发电机46和空气压缩系统，其中，从高处的储水池50的向下流动的水流水轮机的入水口以带动水轮机的叶轮旋转，水轮机的叶轮带动发电机的转子转动，发电机就产生了所需要的电能。空气压缩系统包括气囊空气压缩装置、换向阀38、中压风机53和高压气罐54(所述高压气的压强是标准大气压的10倍以上)，其中，气囊空气压缩装置包括容器39、容器40、设置在容器39内的气囊50和设置在容器40内的气囊51，容器39的上端设置有三通A，该三通A的一端与气囊30连通，另两端可与进气管和排气管分别相连；容器39的下端设置有第一进水管和第一排水管，进水管处设置有第一进水电磁阀41，第一排水管处设置有第一排水电磁阀42。容器40的上端设置有三通C，该三通C的一端与气囊51连通，另两端可与进气管和排气管分别相连；容器40的下端设置有第二进水管和第二排水管，第二进水管处设置有第二进水电磁阀43，第一排水管处设置有第二排水电磁阀44。如图5所示，将与气囊50连通的进气管连接到换向阀38的阀体的通孔14，中压风机的排气管连接到换向阀40的阀体的通孔15，将与气囊50连通的排气管连接到换向阀38的阀体的通孔7，换向阀38的阀体的通孔6经三通的第一端连接到高压气罐。将与气囊51连通的进气管连接到换向阀38的阀体的通孔17，中压风机的排气管连接到换向阀38的阀体的通孔16，将与气囊51连通的排气管连接到换向阀38的阀体的通孔9，换向阀38的阀体的通孔8经三通的第二端连接到高压气罐54。将与容器39连通的进水管连接水轮机的排水管。将与容器40连通的进水管连接水轮机的排水管。容器39的排水管和容器40的排水管均通过水管连接到比容器39和40低的地方。

利用水力势能进行空气压缩的工作原理如下：容器39和容器40相当于人的心脏的两个心室，安装于容器39内的顶部的气囊50和安装于容器40内的顶部气囊51相当于人心脏的两个心房，控制气囊50和气囊51交替收缩与膨胀，就会将气囊内的空气压缩到高压气罐54。在0到

时间段内，中压风机的进气管与气囊51的进气管接通，气囊30的排气管与高压气罐54接通，电磁阀41和44打开，电磁阀42和43关闭，通过中压风机将空气充入到气囊51，从高入流下的水充入到容器39，当气囊51充满空气后，控制换向阀38换向，即

到

时间段内，中压风机的进气管与气囊50的进气管接通，气囊51的排气管与高压气罐接通，电磁阀41和44关闭，电磁阀42和43打开，通过中压风机给气囊50充气，同时从高入流下的水充入进入容器40，气囊51的空气受到挤压，通过换向阀38充入到高压气罐，当气囊50内的空气充满且气囊51完全充收缩后，控制气动换向阀38动作，即在

到

时间段内，中压风机的进气管与气囊51的进气管接通，气囊50的排气管与高压气罐接通，电磁阀41和44打开，电磁阀42和43关闭，通过中压风机将空气充入到气囊50，从高处流下的水充入到容器39，气囊50内的空气充入到高压气罐，中压风机给气囊51充气，容器45内的蒸汽进入冷凝器，重复

到

的过程，就将空气压缩到高压气罐。

所述水力势能综合利用系统还包括变压整流滤波器48和控制器49，其中，所述变压整流滤波器48用于将发电机所提供的交流电能进行变压、整流并滤波以提供给控制器49所需要的直流电能，所述控制器用于控制电机、风机、进水电磁阀41、进水电磁阀43、排水电磁阀42和排水电磁阀44的式工作状态。控制器49通过控制开关K2的通断以控制驱动换向阀38的马达47的运行或者停止。控制器49通过控制开关K1的通断以控制中压风机的运行或者停止。

图6是本发明提供的风能空气压缩子系统的示意图。如图6所示，本发明提供的风能空气压缩子系统包括风车、椭圆形凸轮62、圆筒形容器64、凸形部件76、活塞65、弹性部件68和储气容器66，其中，所述的风车包括支架75、轴承63、旋转轴74、横臂73以及多个集风器71和72，支架75用于固定轴承63，旋转轴74的下端插入轴承63的圆柱形腔内，旋转轴74的上端设置了N个横臂73，每个横臂73的两端分别设置了集风器71和22，N为大于或待于62的整数。旋转轴74垂直穿过椭圆形凸轮62也跟着旋转。圆筒形容器64的底部设置有进气口和排气轮62的中心且与其固定连接，当集风器带动旋转轴74旋转时，椭圆形凸口，进气口处设置有单向进气阀69；排气口处设置有单向排气阀70；凸形部件76固定连接于活塞65的上部；活塞设置于圆筒形容器64内，并通过弹性部件68连接于圆筒形容器64底部；圆筒形容器64经排气口通过导气管连接于储气容器66。储气容器66设置有供压缩空气排出的气阀67。优选地，所述弹性部件为弹簧。

所述凸形部件的下部为矩形，上部为椭圆形且具有凹口，所述凹口的弧形与椭圆形凸轮62的短轴所对应的弧形相应以使椭圆形凸轮62在旋转过程中始终能带动凸形部件运动。

风力空气压缩的原理如下：开始时，椭圆形凸轮62的短轴与凸形部件76的凹口活动连接，这时圆筒形容器64内的弹性部件68处于自然状态，单向进气阀69打开，空气充入活塞65与圆筒形容器64形成的空间内；而后风车带动椭圆形凸轮62旋转，椭圆形凸轮推动凸形部件在圆筒形容器内向下移动，凸形部件76带动活塞65向下移动，单向进气阀69关闭，单向排气阀70打开，活塞65与圆筒形容器之间的空间的空气充入到储气容器66内，同时弹性部件68压缩，将风能也转换了弹性势能存储到弹性部件68内。当风车带动椭圆形凸轮62旋转，使椭圆形凸轮62的长轴与凸形部件76的活动连接时，凸形部件76带动活塞65向下移动到圆筒形容器64的底部，活塞65与圆筒形容器64之间的空间的空气全部充入到储气容器66内，同时弹性部件68压缩到一定值。这时，风车带动椭圆形凸轮62继续旋转，弹性部件68释放弹性势能将活塞65顶起，活塞65推动凸形部件76在圆筒形容器64内向上移动，同时单向排气阀70关闭，单向进气阀69打开，空气充入到圆筒形容器64与活塞65所形成的空间内。如此反复，就将空气进行了压缩。

图7是本发明提供的压缩空气综合制取、传输和应用系统的示意图。如图7所示，压缩空气综合制取、传输和应用系统包括风力空气压缩子系统、第一空气过滤器、第一空气干燥器、第一压缩空气制冷器、第一控制器和管道网络，其中，风力空气压缩子系统用于将常压空气进行压缩得到压缩空气，第一空气过滤器用于对压缩空气进过滤过滤得到洁净的压缩空气，第一空气干燥子系统用于除去洁净的压缩空气中的过量水蒸汽使压缩空气的湿度恒定；第一空气制冷器用于将压缩空气的气温冷却使压缩空气恒温，为使进入管道网络的压缩空气过到统一标准，需要测量压缩空气的温度、湿度和气压，因此在第一进气阀的入口处设置了温度、湿度和压力传感器，第一控制器根据温度、湿度和压力传感器所传送的数据分别对第一压缩空气制冷器、第一空气干燥器和风力空气压缩子系统进行控制，当温度、湿度和压力达到要求时，第一控制器使第一进气阀打开，风力空气压缩子系统所产生的压缩空气进入管道网络。

所述压缩空气综合制取、传输和应用系统包括蒸汽空气压缩子系统、第二空气过滤器、第二空气干燥器、第二压缩空气制冷器、第二控制器和管道网络，其中，蒸汽空气压缩子系统用于将常压空气进行压缩得到压缩空气，第二空气过滤器用于对压缩空气进过滤过滤得到洁净的压缩空气，第二空气干燥子系统用于除去洁净的压缩空气中的过量水蒸汽使压缩空气的湿度恒定；第二空气制冷器用于将压缩空气的气温冷却使压缩空气恒温，为使进入管道网络的压缩空气过到统一标准，需要测量压缩空气的温度、湿度和气压，因此在第二进气阀的入口处设置了温度、湿度和压力传感器，第二控制器根据温度、湿度和压力传感器所传送的数据分别对第二压缩空气制冷器、第二空气干燥器和风力空气压缩子系统进行控制，当温度、湿度和压力达到要求时，第二控制器使第二进气阀打开，风力空气压缩子系统所产生的压缩空气进入管道网络。所述蒸汽为压强大于或者等于标准大气压的高压水蒸汽。高压水蒸汽为火力发电厂的汽轮机排出的水蒸汽或利用太阳势能进行加热而产生的水蒸汽。

压缩空气综合制取、传输和应用系统还包括水力空气压缩子系统、第三空气过滤器、第三空气干燥器、第三压缩空气制冷器、第三控制器和管道网络，其中，水力空气压缩子系统用于将常压空气进行压缩得到压缩空气，第三空气过滤器用于对压缩空气进过滤过滤得到洁净的压缩空气，第三空气干燥子系统用于除去洁净的压缩空气中的过量水蒸汽使压缩空气的湿度恒定；第三空气制冷器用于将压缩空气的气温冷却使压缩空气恒温，为使进入管道网络的压缩空气过到统一标准，需要测量压缩空气的温度、湿度和气压，因此在第三进气阀的入口处设置了温度、湿度和压力传感器，第三控制器根据温度、湿度和压力传感器所传送的数据分别对第三压缩空气制冷器、第三空气干燥器和风力空气压缩子系统进行控制，当温度、湿度和压力达到要求时，第三控制器使第三进气阀打开，风力空气压缩子系统所产生的压缩空气进入管道网络。

压缩空气综合制取、传输和应用系统还包括第一供气阀、气动马达和机械设备，第一供气阀用于从管道网络人获取压缩空气以供气动马达使用，气动马达能够带动机械设备运转。用气厂矿中通常使用气动马达驱动机械设备以代替用电马达驱动机械设备。

压缩空气综合制取、传输和应用系统还包括第二供气阀和设置在公路设边上压缩空气站，上压缩空气站可以为气动汽车提供压缩空气，当气动汽车的压缩空气用尽时，利用压缩空气站进行充气。

压缩空气综合制取、传输和应用系统还包括第三供气阀和气轮机，气轮机能够带动发电机以将气能转换为电能供用电设备使用或者并入电网。

压缩空气综合制取、传输和应用系统还包括第四供气阀和气囊泵，管道网络通过第四供气阀给气囊泵提供压缩空气，气囊泵用于泵水。

以上结合附图详细说明了本发明的工作原理，但是具体实施方式仅是用于示范地说明本发明。说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种压缩空气系统，其包括压缩空气制取子系统、压缩空气过滤子系统、压缩空气干燥子系统、压缩空气制冷子系统和管道网络，其中，压缩空气制取子系统用于将常压空气进行压缩得到压缩空气，压缩空气过滤子系统用于对压缩空气进过滤过滤得到洁净的压缩空气，压缩空气干燥子系统用于除去洁净的压缩空气中的过量水蒸汽使压缩空气的湿度恒定；压缩空气制冷子系统用于将压缩空气的气温冷却使压缩空气恒温，所述管道网络将洁净、恒温且恒温的压缩空气输送到用户。

2.根据权利要求1所述的压缩空气系统，其特征在于，压缩空气制取子系统为利用高压水蒸汽制取压缩空气的子系统、利用水利势能制取压缩空气的子系统、利用风能制取压缩空气的子系统，所述高压水蒸汽为压强大于或者等于标准大气压的水蒸汽。

3.根据权利要求2所述的压缩空气系统，其特征在于，高压水蒸汽为火力发电厂的汽轮机排出的水蒸汽或利用太阳势能进行加热而产生的水蒸汽。

4.根据权利要求3所述的压缩空气系统，其特征在于，用户利用洁净、恒温且恒温的压缩空气驱动空气动力装置。

5.根据权利要求4所述的压缩空气系统，所述管道网络沿公路设置，在公路边设置压缩空气站，所述空气动力装置为气动汽车，当气动汽车的压缩空气用尽时，利用压缩空气站进行充气。

6.根据权利要求5所述的压缩空气系统，其特征在于，空气动力装置为气轮机，气轮机能够带动发电机以将气能转换为电能供用电设备使用。

7.根据权利要求5所述的压缩空气系统，其特征在于，空气动力装置为气轮机，气轮机能够带动机械装置以将气能转换为机械能。

8.根据权利要求4所述的压缩空气系统，所述管道网络能为气泵提供压缩空气。

9.根据权利要求8所述的压缩空气系统，所述气泵为气囊气泵。

10.根据权利要求9所述的压缩空气系统，所述气囊气泵为双囊气泵。

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