CN206386275U - 一种螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，包括空气压缩机单元，空气压缩机单元包括螺杆式空气压缩机和控制空气压缩机启停的变频器，螺杆式空气压缩机连接有换热器，螺杆式空气压缩机和换热器之间设置有第一温控阀，第一温控阀的入口与螺杆式空气压缩机的螺杆油出口连通，第一温控阀设置有与换热器和连通的第一热油出口，第一温控阀还设置有与螺杆式空气压缩机连通的第一冷油出口，换热器的出口连接有储能装置，储能装置回收空气压缩机运转时产生的余热，变频器节约了空气压缩机在卸载时的电能浪费，节约能耗，提高空气压缩机效率，换热器将空气压缩机产生的热能储存起来备用，既有利于环保，又可以节能减排。

Description

一种螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统

技术领域

本实用新型涉及螺杆式空气压缩机技术领域，更具体地说，涉及一种螺杆式空气压缩机能效提高及热能回收利用节能系统。

背景技术

空气压缩机是工业现代化的基础产品，被广泛应用于多个领域，我国的空气压缩机市场规模以8%的增速增长，而空气压缩机运行过程中产生的热能直接排放，不仅不利于节能减排，更对环境产生危害。

在诸多被使用的能源中，压缩空气是仅次于电力的普及能源之一。工业、矿业、工程业、医疗业甚至农业都有日趋广泛的用途，尤其在工业的使用量极其可观。鉴于压缩空气已被各行各业广泛的采用，在工厂大型化及自动化的前提下，压缩空气的使用与日俱增。而空气压缩机在生产能源／压缩空气的同时，本身也在消耗大量电能，以普遍的100PsiG(7Kg／cm3G)压缩空气系统为例，每生产100ICFM的压缩空气大约需要消耗20HP的电能。在目前的工业界动咎使用数千马力甚至数万马力空压机的工厂已为数众多，如何合理使用压缩空气及空压机电效如何提升，已成为业者非常重视的课题。

空气压缩机的运行方式一般为：

(1)一般采用压力开关ON／OFF型全开全闭控制，在压力到达卸载设定后会转入卸载工况，使运行电流只有满载电流的30-60％，并卸掉罐内多余的压力以保持最小罐压。卸载部分可视为完全浪费的成分，浪费的30-60％电能看时间长短计算总浪费电量。

(2)采用容调阀结合压力开关控制，调节气量范围号称可达到40-100％。容调方式可稳定气压，减少空压机控制部件的工作频繁，但恒压供气实际比马达相同功率输出时更耗电。

(3)部分机种在卸载后可以实现空气压缩机停机，但等待的时间严格按国标要求必须在10分钟以上(考虑电网冲击)。而可停机切换的，在二次启动加载时，采用了Y-△降压激活，激活电流仍为额定电流的3-5倍，对电网及其它用电设备冲击较大，而且会存在罐压可能过高导致马达烧坏和机头卡死的风险，及损坏起动电磁开关，同时使控制电器元件、压缩机头的使用寿命缩短，且在空转的时间段内实际也是浪费，传统空气压缩机供气量是恒定的，用户的用气量是变化的，这样也会造成空压机功率的极大浪费，许多用户使用多台机并网用人工方法处理，这样也会造成能源浪费

另外，空气压缩机种类中的螺杆式空气压缩机作为一种高能耗的设备，其在工作时会产生大量的热，因此使用中需要配备如冷却塔及其风冷装置等设备进行散热工作，造成二次耗能以及大量废气、废水的排放。为了实现螺杆式空气压缩机的节能减排，已知技术的空压机余热回收装置，只有单一的功能，就是把空压机螺杆油的热量交换出来，空压机原有的冷却系统不能拆除，因为一旦余热回收设备不吸收热量时，比如循环水温度超高时，或者自来水停水时，其热能转换效率将达不到要求或为零时，螺杆式空气压缩机就不能正常工作了。因此，在空压机余热回收装置热转换效率达不到要求时，仍然要保持空气压缩机正常工作也就成了一个需要解决的问题。

因此，如何在空压机余热回收装置热转换效率达不到要求时，仍然能够保持空气压缩机正常工作，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种节约螺杆式空气压缩机卸载时浪费的电能，提高螺杆式空气压缩机能效，回收螺杆式空气压缩机运转时产生的热能的回收系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，包括空气压缩机单元，所述空气压缩机单元包括螺杆式空气压缩机和控制所述空气压缩机启停的变频器，所述螺杆式空气压缩机连接有换热器，所述螺杆式空气压缩机和所述换热器之间设置有第一温控阀，所述第一温控阀的入口与所述螺杆式空气压缩机的螺杆油出口连通，所述第一温控阀设置有与所述换热器和连通的第一热油出口，所述第一温控阀还设置有与所述螺杆式空气压缩机连通的第一冷油出口，所述换热器的出口连接有储能装置，所述储能装置回收所述空气压缩机运转时产生的余热。

所述空气压缩机单元还包括与所述空气压缩机电连接的电源、空气压缩机控制系统和加/卸载阀，所述电源与所述变频器的进线端连接，所述变频器的输出端与所述螺杆式空气压缩机的马达连接，所述变频器通过唤醒功能使所述螺杆式空气压缩机的马达经软启动方式在短时间内空载启动到工作频率，然后所述变频器将加载信号反馈给所述空气压缩机控制系统，将所述加/卸载阀打开进行加载，当所述螺杆式空气压缩机加载压力到达设定上限时打开加/卸载阀，所述空气压缩机进入卸载状态，此时卸载信号反馈给所述变频器，然后所述变频器通过休眠功能控制所述螺杆式空气压缩机的马达进入到休眠状态，所述螺杆式空气压缩机停止运转。

所述储能装置包括与所述换热器的出口连通的保温水箱，所述保温水箱的出口连接有热水应用终端。

所述换热器还连通有风冷却器，所述风冷却器的出口与所述螺杆式空气压缩机连通；所述换热器和所述风冷却器之间还设置有第二温控阀，所述第二温控阀的进口和所述换热器连通，第一出口和所述风冷却器连通，第二出口和所述螺杆式空气压缩机连通；所述风冷却器和所述第二温控阀还设置有温控开关，当所述温控开关测得所述第二温控阀输出的热油温度超过预设值时，所述风冷却器运转工作。

所述换热器还连通有供水装置，所述供水装置与所述换热器的进水口之间还设置有电磁阀，所述电磁阀与所述空气压缩机控制系统电连接，当所述螺杆式空气压缩机工作时，所述电磁阀开启。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的变频器节约了空气压缩机在卸载时的电能浪费，节约能耗，提高空气压缩机效率，并且可以降低空气压缩机启动电流，减少对电网及空气压缩机机械部分的冲击，提高设备寿命减少维护、维修成本，换热器将空气压缩机产生的热能储存起来备用，既有利于环保，又可以节能减排。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是空气压缩机单元结构原理框图。

具体实施方式

参照图1、图2，一种螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，包括空气压缩机单元1，所述空气压缩机单元1包括螺杆式空气压缩机2和控制所述螺杆式空气压缩机2启停的变频器3，所述螺杆式空气压缩机2连接有换热器12，所述螺杆式空气压缩机2和所述换热器12之间设置有第一温控阀13，所述第一温控阀13的入口与所述螺杆式空气压缩机2的螺杆油出口连通，所述第一温控阀13设置有与所述换热器12和连通的第一热油出口，所述第一温控阀13还设置有与所述螺杆式空气压缩机2连通的第一冷油出口，所述换热器12的出口连接有储能装置14，所述储能装置14回收所述空气压缩机2运转时产生的余热，变频器节约了空气压缩机在卸载时的电能浪费，节约能耗，提高空气压缩机效率，并且可以降低空气压缩机启动电流，减少对电网及空气压缩机机械部分的冲击，提高设备寿命减少维护、维修成本，换热器将空气压缩机产生的热能储存起来备用，既有利于环保，又可以节能减排。

所述空气压缩机单元1还包括与所述空气压缩机2电连接的电源9、空气压缩机控制系统10和加/卸载阀11，所述电源9与所述变频器3的进线端连接，所述变频器3的输出端与所述螺杆式空气压缩机2的马达连接，所述变频器3通过唤醒功能使所述螺杆式空气压缩机2的马达经软启动方式在短时间内空载启动到工作频率，然后所述变频器3将加载信号反馈给所述空气压缩机控制系统10，将所述加/卸载阀11打开进行加载，当所述螺杆式空气压缩机2加载压力到达设定上限时打开加/卸载阀11，所述空气压缩机2进入卸载状态，此时卸载信号反馈给所述变频器3，然后所述变频器3通过休眠功能控制所述螺杆式空气压缩机2的马达进入到休眠状态，所述螺杆式空气压缩机2停止运转。

采用本实用新型结构后空气压缩机运行效率，P_1n-加载时能耗，P₂₀-卸载时能耗，P-电机主轴的机能，即：故μ=1，节省电能，提高效率。

所述储能装置14包括与所述换热器12的出口连通的保温水箱，所述保温水箱的出口连接有热水应用终端16。

所述换热器12还连通有风冷却器17，所述风冷却器17的出口与所述螺杆式空气压缩机2连通；所述换热器12和所述风冷却器17之间还设置有第二温控阀18，所述第二温控阀18的进口和所述换热器12连通，第一出口和所述风冷却器17连通，第二出口和所述螺杆式空气压缩机2连通；所述风冷却器17和所述第二温控阀18还设置有温控开关19，当所述温控开关19测得所述第二温控阀18输出的热油温度超过预设值时，所述风冷却器17运转工作。

所述换热器12还连通有供水装置20，所述供水装置20与所述换热器12的进水口之间还设置有电磁阀21，所述电磁阀21与所述空气压缩机控制系统10电连接，当所述螺杆式空气压缩机2工作时，所述电磁阀21开启。

本实用新型储能装置部分的工作原理如下：

本实用新型中设置有能够检测油温，并且能将检测出的冷油或者热油分别输出的温控阀(第一温控阀13和第二温控阀18)，通过与螺杆式空气压缩机1的油气分离器出油口连接的第一温控阀13对油气分离器流出的螺杆油温度进行检测，第一温控阀13根据测量出的温度判定冷油还是热油，如果是冷油则通过第一温控阀13的冷油管道第一冷油出口)流送回螺杆式空气压缩机2；若是热油则通过第一温控阀13的热油管道(第一热油出口)流送至换热器12进行热交换。

换热器12连接有进水管路和出水管路，进水管路直接与自来水或者保温水箱循环水、其他水源等的供水装置20连接，在供水装置20与换热器12之间还设置有电磁阀21，电磁阀21受控于螺杆式空气压缩机2的加载(即制造压缩空气)和卸载(即停止制造压缩空气)电路，当螺杆式空气压缩机2加载(制造压缩空气)时，电磁阀21将自动开启，使其供水装置20的水流向换热器12，当水流经过换热器12时自动将螺杆油的热量吸收到水，使常温的水成为热水，通过出水管路输送到保温水箱15；保温水箱15连接到浴室等热水应用终端16供其应用。

当螺杆式空气压缩机2处于卸载(停止制造压缩空气)时，电磁阀21将不予开启，关闭供水装置20的水流，自动停止热交换工作。

当螺杆式空气压缩机2加载(即制造压缩空气)时，其螺杆油的温度将会升高；当螺杆式空气压缩机2卸载(即停止制造压缩空气)时，其螺杆油的温度将不会升高。

当螺杆油通过换热器12交换以后，螺杆油的温度被水流带走将大幅度下降，降温后的螺杆油通过管道输送到第二温控阀18检测其温度，工作原理和第一温控阀13一样，把冷油通过管道输送回到螺杆式空气压缩机2中使用；如果出现自来水停水或者保温水箱循环水温度过高等特殊原因，使其换热器12的热转换效率达不到要求时，从换热器12输送出来的螺杆油被第二温控阀18检测出温度过高时，热的螺杆油将自动从第二温控阀18的热油出口输出，通过管路输送到风冷装置再进行冷却，冷却以后的螺杆油输送回到空气压缩机工作。这样就实现了在特殊情况下仍然能够让螺杆式空气压缩机保持正常工作。

风冷却器17工作状态受控于温控开关19，当温控开关19测得第二温控阀18输出的热油温度超过一定值时自动开启风冷却器17使风冷装置工作。当温控开关19测得第二温控阀18输出的热油温度低于一定值时将自动关闭风冷装置。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的螺杆式空气压缩机热能回收利用节能系统，通过在螺杆式空气压缩机和换热器之间设置一个第一温控阀，将冷油送回到螺杆式空气压缩机，将热油送到换热器进行热交换散热。当换热器的转换效率达不到要求时，本实用新型还将自动开启风冷却器继续为螺杆式空气压缩机的螺杆油散热，使其实现连续工作不停机的能力。

本实用新型省去了空气压缩机原来使用的冷却塔、风冷装置等二次耗水耗电系统，达到了节能减排的良好效果；同时热交换所得到的热水又能提供给浴室、取暖或者其他需要，再次降低了制造热能所需要的燃料消耗，从而大幅度地实现了节能减排的环保效果。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，包括空气压缩机单元（1），其特征在于所述空气压缩机单元（1）包括螺杆式空气压缩机（2）和控制所述螺杆式空气压缩机（2）启停的变频器（3），所述螺杆式空气压缩机（2）连接有换热器（12），所述螺杆式空气压缩机（2）和所述换热器（12）之间设置有第一温控阀（13），所述第一温控阀（13）的入口与所述螺杆式空气压缩机（2）的螺杆油出口连通，所述第一温控阀（13）设置有与所述换热器（12）和连通的第一热油出口，所述第一温控阀（13）还设置有与所述螺杆式空气压缩机（2）连通的第一冷油出口，所述换热器（12）的出口连接有储能装置（14），所述储能装置（14）回收所述空气压缩机（2）运转时产生的余热。

2.根据权利要求1所述的螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，其特征在于所述空气压缩机单元（1）还包括与所述空气压缩机（2）电连接的电源（9）、空气压缩机控制系统（10）和加/卸载阀（11），所述电源（9）与所述变频器（3）的进线端连接，所述变频器（3）的输出端与所述螺杆式空气压缩机（2）的马达连接，所述变频器（3）通过唤醒功能使所述螺杆式空气压缩机（2）的马达经软启动方式在短时间内空载启动到工作频率，然后所述变频器（3）将加载信号反馈给所述空气压缩机控制系统（10），将所述加/卸载阀（11）打开进行加载，当所述螺杆式空气压缩机（2）加载压力到达设定上限时打开加/卸载阀（11），所述空气压缩机（2）进入卸载状态，此时卸载信号反馈给所述变频器（3），然后所述变频器（3）通过休眠功能控制所述螺杆式空气压缩机（2）的马达进入到休眠状态，所述螺杆式空气压缩机（2）停止运转。

3.根据权利要求1所述的螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，其特征在于所述储能装置（14）包括与所述换热器（12）的出口连通的保温水箱（15），所述保温水箱（15）的出口连接有热水应用终端（16）。

4.根据权利要求1所述的螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，其特征在于所述换热器（12）还连通有风冷却器（17），所述风冷却器（17）的出口与所述螺杆式空气压缩机（2）连通；所述换热器（12）和所述风冷却器（17）之间还设置有第二温控阀（18），所述第二温控阀（18）的进口和所述换热器（12）连通，第一出口和所述风冷却器（17）连通，第二出口和所述螺杆式空气压缩机（2）连通；所述风冷却器（17）和所述第二温控阀（18）还设置有温控开关（19），当所述温控开关（19）测得所述第二温控阀（18）输出的热油温度超过预设值时，所述风冷却器（17）运转工作。

5.根据权利要求1或2所述的螺杆式空气压缩机能效提升及热能回收系统，其特征在于所述换热器（12）还连通有供水装置（20），所述供水装置（20）与所述换热器（12）的进水口之间还设置有电磁阀（21），所述电磁阀（21）与所述空气压缩机控制系统（10）电连接，当所述螺杆式空气压缩机（2）工作时，所述电磁阀（21）开启。