CN217873170U - 一种空压机余热回收热能转机械能装置 - Google Patents

Abstract

一种空压机余热回收热能转机械能装置，属于工业余热回收技术领域，可解决现有余热回收能量应用形式单一、能量储存成本和难度大等问题，包括空压机、热缸、冷缸和飞轮，热缸外侧缠绕换热管，空压机的冷却介质出口通过管路与换热管的入口连接，换热管的出口与空压机的冷却介质入口连接，热缸和冷缸内分别设有活塞一和活塞二，活塞一和活塞二的活塞端伸出热缸和冷缸，活塞一的活塞端铰接有连杆一，活塞二的活塞端铰接有连杆二，连杆一和连杆二的另一端与飞轮铰接于同一点，冷缸和热缸相对于活塞端的一端通过连接管连接，冷缸和热缸的连接端内设有工作气体。与传统辅助锅炉烧热水的余热利用形式相比，本实用新型更具灵活性，拥有更大的应用面积。

Description

一种空压机余热回收热能转机械能装置

技术领域

本实用新型属于工业余热回收技术领域，具体涉及一种空压机余热回收热能转机械能装置。

背景技术

空气压缩机循环压缩空气的工作过程中会产生额外热量，设备通过冷却介质的循环来冷却空压机以保障设备的工作温度。

现有主流余热回收装置主要是使用冷却介质废热来加热水，通过回收加热的水可用于员工热水洗澡、办公室及生产车间采暖、锅炉补充水等生活用热水，降低部分企业福利生活用热水、工业用热水而长期支付的经营成本。

现有的主流余热回收存在能量应用形式单一、能量储存成本和难度较大，且换热效率与用水量存在直接关系。

实用新型内容

本实用新型针对现有余热回收能量应用形式单一、能量储存成本和难度大等问题，提供一种空压机余热回收热能转机械能装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种空压机余热回收热能转机械能装置，包括空压机、热缸、冷缸和飞轮，所述热缸外侧缠绕换热管，空压机的冷却介质出口通过管路与换热管的入口连接，换热管的出口与空压机的冷却介质入口连接，热缸和冷缸内分别设有活塞一和活塞二，活塞一和活塞二的活塞端伸出热缸和冷缸，活塞一的活塞端铰接有连杆一，活塞二的活塞端铰接有连杆二，连杆一和连杆二的另一端与飞轮铰接于同一点，冷缸和热缸相对于活塞端的一端通过连接管连接，冷缸和热缸的连接端内分别设有工作气体。

进一步地，所述管路上设有接头，方便不同角度的管路连接。

进一步地，所述冷缸外侧设有散热片。

进一步地，所述连杆一和连杆二与飞轮的铰接点位于飞轮的边缘。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型只需要维持冷缸和热缸之间的具有一定的温度差即可正常运转，持续的将空压机冷却介质内能转化为飞轮动能。工作过程中飞轮完成一周的旋转，完成一次动力输出，本装置可以并联多组以增加输出扭矩，输出的动能的应用方式与传统辅助锅炉烧热水的余热利用形式相比，更具灵活性，拥有更大的应用面积，产生的动力可以带动风扇增加空压机散热效率，也可带动发电机为UPS充电存储电能，或驱动其他电气部件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的第一工作阶段示意图；

图3为本实用新型的第二工作阶段示意图；

图4为本实用新型的第三工作阶段示意图；

图5为本实用新型的第四工作阶段示意图；

图6为本实用新型的理想状态下的工作气体压力体积变化图；

其中：1-空压机；2-热缸；3-冷缸；4-飞轮；5-换热管；6-冷却介质出口；7-管路；8-冷却介质入口；9-活塞一；10-活塞二；11-连杆一；12-连杆二；13-连接管；14-接头；15-散热片；16-换热管入口；17-换热管出口。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种空压机余热回收热能转机械能装置，包括空压机1、热缸2、冷缸3和飞轮4，所述热缸2外侧缠绕换热管5，空压机1的冷却介质出口6通过管路7与换热管5的入口连接，换热管5的出口与空压机1的冷却介质入口8连接，热缸2和冷缸3内分别设有活塞一9和活塞二10，活塞一9和活塞二10的活塞端伸出热缸2和冷缸3，活塞一9的活塞端铰接有连杆一11，活塞二10的活塞端铰接有连杆二12，连杆一11和连杆二12的另一端与飞轮4铰接于同一点，冷缸3和热缸2相对于活塞端的一端通过连接管13连接，冷缸3和热缸2的连接端内分别设有工作气体，所述工作气体包括空气、氦气或氮气等。活塞端直接连通大气。

如图6所示，在理想状态下，本实用新型遵循等温膨胀、等容放热、等温压缩、等容吸热这四个阶段，提供持续的动力来源带动电机进行发电。空压机冷却介质废热作为热量来源，在热机循环过程中维持热缸的温度，维持冷热缸之间的温度差。

在不影响空压机工作的条件下，改造原有空压机冷却介质管路，经过本装置的换热管路后再接回原有冷却介质管路。

本实用新型的工作过程如下：

第一阶段，近似等温膨胀

空压机正常工作加热冷却介质（最高甚至能超过110℃）。如图2所示，开始工作时，冷却介质的热能随热缸外缠绕的管路传递给热缸内部工作气体和热缸，由于热缸连杆处于结构死点，无法推动活塞，热缸内工作气体内能增加（受热膨胀，体积增加），膨胀气体通过导管冲入冷缸，冷缸内工作气体量增加，由于冷缸活塞端连通大气，致使冷缸内工作气体推动冷缸活塞向右运动，被加热的工作气体在冷缸内做工放热，其余热量也经由缸体、散热片散至大气。

此时由于热缸连杆突破结构死点，且缸体活塞端连通大气，热缸内气体继续吸收冷却介质的热量，受热升温膨胀，同时活塞向下运动，冷热缸连杆共同作用，冷热缸连杆与飞轮连接点带动飞轮完成第一步顺时针旋转，直至到达图3中的位置。

过程中热缸和冷缸容积均处于增加状态，热缸加热工作气体的能力与冷缸散热能力在此过程中近似恒定，能够保持冷缸和热缸之间始终存在的温度差，冷热缸及连接管内的工作气体整体温度发生变化较小。该过程近似于等温膨胀效果。

第二阶段，近似的等容放热

机构整体处于图3位置时，冷缸连杆由于处于结构死点，因此冷缸活塞无法继续向右运动，热缸内工作气体由于空压机冷却介质的循环而被持续加热，工作气体膨胀继续推动活塞向下运动，活塞带动连杆使飞轮顺时针旋转，同时工作气体通过冷热缸连接管冲入冷缸，工作气体内能经缸体、散热片传递至大气，冷缸内工作气体温度降低；同时由于飞轮转动惯量，经由连杆带动冷缸活塞向左移动。

此时工作气体在冷缸活塞向左移动和自身气体温度降低导致体积收缩的双重作用下冷缸内容积下降，直到整体机构处于图4位置。此时热缸容积达到最大，准备开始收缩，该步骤中热缸容积增加，冷缸容积减小，整体容积保持恒定，近似于等容放热。

第三阶段，近似的等温压缩

整体机构处于图4位置时，热缸连杆处于结构死点，热缸气体此时无法继续推动活塞向下运动，只能通过冷热缸连接管进入冷缸，热缸气体相比初始状态逐渐稀薄，冷却介质的传热效率下降，工作气体进入冷缸和连接管被充分冷却后，工作气体压强减小。由于冷热缸活塞端均连通大气，受大气压强影响致使活塞向缸内移动，与飞轮惯量共同带动热缸连杆冲破结构死点，飞轮顺时针旋转至图5位置。

该步骤气体主要是在冷缸被压缩，由于热缸加热工作气体的能力与冷缸散热能力在此过程中近似恒定，能够始终保持冷缸和热缸之间始终存在的温度差

过程中热缸和冷缸容积均处于被压缩状态，热缸此时加热工作气体的能力与冷缸的散热能力相当，冷热缸及连接管内的工作气体整体温度发生变化较小近似于等温压缩过程。

第四阶段，近似的等容吸热

机构到图5位置时，冷缸气体体积被压缩至最小，工作气体体积被压缩和冷却后冲回热缸，热缸气体量增加，同时受到换热管内空压机冷却介质的热量传递影响，气体内能增加升温膨胀，此时冷缸连杆处于结构死点，活塞几乎不可运动，冷缸内工作气体逐渐回到热缸，热缸温度下降，活塞向上运动，结合飞轮惯量，该过程中冷缸容积较低，散热能力下降，热缸容积较大，吸热能力更强，近似于等容吸热。机构最终回到图1的状态，至此完成一个循环周期。

Claims (4)

1.一种空压机余热回收热能转机械能装置，其特征在于：包括空压机（1）、热缸（2）、冷缸（3）和飞轮（4），所述热缸（2）外侧缠绕换热管（5），空压机（1）的冷却介质出口（6）通过管路（7）与换热管（5）的入口连接，换热管（5）的出口与空压机（1）的冷却介质入口（8）连接，热缸（2）和冷缸（3）内分别设有活塞一（9）和活塞二（10），活塞一（9）和活塞二（10）的活塞端伸出热缸（2）和冷缸（3），活塞一（9）的活塞端铰接有连杆一（11），活塞二（10）的活塞端铰接有连杆二（12），连杆一（11）和连杆二（12）的另一端与飞轮（4）铰接于同一点，冷缸（3）和热缸（2）相对于活塞端的一端通过连接管（13）连接，冷缸（3）和热缸（2）的连接端内分别设有工作气体。

2.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收热能转机械能装置，其特征在于：所述管路（7）上设有接头（14）。

3.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收热能转机械能装置，其特征在于：所述冷缸（3）外侧设有散热片（15）。

4.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收热能转机械能装置，其特征在于：所述连杆一（11）和连杆二（12）与飞轮（4）的铰接点位于飞轮（4）的边缘。

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