CN218953500U - 势能回收装置及势能回收系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及势能回收技术领域，本申请公开一种势能回收装置及势能回收系统。其中势能回收装置包括发电设备、热能储存装置、电能储存装置以及控制组件，热能储存装置包括换热负载及换热组件，所述换热负载与所述发电设备串联连接后构成第一电路，电能储存装置与所述发电设备串联连接后构成第二电路，控制组件检测环境温度并控制所述第一电路、第二电路及所述换热组件的启停。与现有技术相比，通过热能储存装置对势能转化为热量进行储存，通过电能装置将势能转化为电能储存，进而，有效提高热量的综合利用，同时通过控制组件控制能量的转化形式，以提高使用的便利性。

Description

势能回收装置及势能回收系统

技术领域

本申请涉及势能回收技术领域，尤其涉及一种势能回收装置及势能回收系统。

背景技术

随着对自然资源及能源的利用率的不断重视，节能减排已经成为石油工业技术发展的重要方向，在钻井过程中，为了使钻机能够运行，需要一般2-5台大型发电机组，通过电机组为钻机提供动力，在钻井起、下钻的过程中会产生周期性脉冲负载，发电机组产生波动，导致电网不稳定，导致发电机组工作效率低，且当钻机游车挂接重物下放时，重物下降过程的势能，一般以制动热能的方式消耗掉，无法得到有效利用，进一步的降低了发电机组能源的利用率。

实用新型内容

为了解决钻井工作时，发电机组的能源利用率较低的技术问题，本申请的主要目的在于，提供一种能够有效利用钻井工作产生的势能且电网稳定性高的一种势能回收装置及势能回收系统。

为实现上述实用新型目的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供了一种势能回收装置，包括：

发电设备，与钻机的升降输送装置连接，所述升降输送装置驱动所述发电设备启动产生电流；

热能储存装置，包括换热负载及换热组件，所述换热负载与所述发电设备串联连接后构成第一电路，所述换热组件内具有换热通道，换热介质在所述换热通道内流动；

电能储存装置，与所述发电设备串联连接后构成第二电路，所述电能储存装置通过所述换热组件与所述换热负载之间换热；

控制组件，包括检测器件及控制件，所述检测器件用于检测环境温度，所述控制件用于控制所述第一电路、第二电路及所述换热组件的启停。

根据本申请的一实施方式，其中所述换热负载为超级电阻，所述超级电阻与所述发电设备串联后构成所述第一电路；

所述换热组件包括第一循环管道及第二循环管道，所述第一循环管道至少部分环绕于所述超级电阻的外周，所述第二循环管道至少部分环绕所述电能储存装置，所述第一循环管道与所述第二循环管道之间具有换热区，所述第一循环管道与所述第二循环管道通过所述换热区换热。

根据本申请的一实施方式，其中所述电能储存装置包括储能件及设置于所述储能件周侧的换热腔，所述储能件与所述发电设备串联后构成所述第二电路，所述第二循环管道的至少部分设置于所述换热腔内，所述第二循环管道通过所述换热腔与所述储能件换热。

根据本申请的一实施方式，其中所述控制件包括第一控制开关及第二控制开关，所述第一控制开关与所述发电设备串联，用于控制所述发电设备接入所述第一电路或所述第二电路内，所述第二控制开关用于控制换热介质在所述第一循环管道及所述第二循环管道内的流动状态。

根据本申请的一实施方式，其中所述热能储存装置还包括第一泵体及储液件，所述储液件接入所述第一循环管道，所述第一泵体用于驱动换热介质在所述第一循环管道与所述储液件之间循环流动，所述第二控制开关与所述第一泵体电连接，以控制所述第一泵体的启停状态。

根据本申请的一实施方式，其中所述热能储存装置还包括第二泵体，所述第二泵体接入所述第二循环管道，所述第二泵体用于驱动换热介质在所述第二循环管道内流动，所述第二控制开关与所述第二泵体电连接，以控制所述第二泵体的启停状态。

根据本申请的一实施方式，其中还包括：

第一状态，所述检测器件检测到环境温度低于第一温度阈值时，所述第一控制开关控制所述发电设备接入所述第一电路，所述第二控制开关控制所述第一泵体及所述第二泵体启动，以使所述第一循环管道与所述第二循环管道通过所述换热区进行换热；

第二状态，所述检测器件检测到环境温度高于第一温度阈值时，所述第一控制开关控制所述发电设备接入所述第二电路，以使通过所述电能储存装置储存所述发电设备产生的电能。

根据本申请的一实施方式，其中所述第一控制开关为触点开关，所述第一电路具有第一触点，所述第二电路具有第二触点，所述触点开关与所述第一触点连接，所述第一电路导通，或，所述触点开关与所述第二触点连接以使所述第二电路导通。

根据本申请的一实施方式，其中所述第一循环管道包括具有第一盘管区及第一管道，所述第一管道的管道环绕于所述超级电阻的外周，所述第二循环管道具有第二盘管区及第二管道，所述第二管道环绕于所述电能储存装置的外周，所述第一盘管区与所述第二盘管区接触后构成所述换热区。

根据本申请的另一方面，提供一种势能回收系统，包括所述的势能回收装置。

由上述技术方案可知，本申请的一种势能回收装置及势能回收系统的优点和积极效果在于：

与现有技术相比，通过热能储存装置对势能转化为热量进行储存，通过电能装置将势能转化为电能储存，进而，有效提高热量的综合利用，同时通过控制组件控制能量的转化形式，以提高使用的便利性，且一方面可通过换热组件将势能产生的热量进行储存，另一方面通过换热组件在适当的环境温度下，对电能储存装置进行换热，进而提高电能储存装置在充电或放电时的工作效率，以进一步的提高能量的转化效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种势能回收装置的原理结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种势能回收装置的一个连接关系结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种势能回收装置的另一连接关系结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种势能回收装置中部分放大结构示意图。

其中：

10、发电设备；

20、热能储存装置；21、换热负载；22、换热组件；221、第一循环管道；201、第一盘管区；202、第一管道；222、第二循环管道；203、第二盘管区；204、第二管道；223、换热区；

23、第一电路；231、第一触点；

24、第一泵体；25、储液件；26、第二泵体；

30、电能储存装置；31、第二电路；311、第二触点；32、储能件；33、换热腔；

40、控制组件；41、检测器件；42、控制件；421、第一控制开关；422、第二控制开关；100、升降输送装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着对自然资源及能源的利用率的不断重视，节能减排已经成为石油工业技术发展的重要方向，在钻井过程中，为了使钻机能够运行，需要一般2-5台大型发电机组，通过电机组为钻机提供动力，在钻井起、下钻的过程中会产生周期性脉冲负载，发电机组产生波动，导致电网不稳定，导致发电机组工作效率低，且当钻机游车挂接重物下放时，重物下降过程的势能，一般以制动热能的方式消耗掉，无法得到有效利用，进一步的降低了发电机组能源的利用率。

根据本申请的一个方面，提供了一种势能回收装置，包括发电设备10、热能储存装置20、电能储存装置30以及控制组件40，发电设备10与钻机的升降输送装置100连接，升降输送装置100驱动发电设备10启动产生电流；热能储存装置20，包括换热负载21及换热组件22，换热负载21与发电设备10串联连接后构成第一电路23，换热组件22内具有换热通道，换热介质在换热通道内流动；电能储存装置30与发电设备10串联连接后构成第二电路31，电能储存装置30通过换热组件22与换热负载21之间换热；控制组件40包括检测器件41及控制件42，检测器件41用于检测环境温度，控制件42用于控制第一电路23、第二电路31及换热组件22的启停。

参考图1及图2所示，通过热能储存装置20对势能转化为热量进行储存，通过电能装置将势能转化为电能储存，进而，有效提高热量的综合利用，同时通过控制组件40控制能量的转化形式，以提高使用的便利性，且一方面可通过换热组件22将势能产生的热量进行储存，另一方面通过换热组件22在适当的环境温度下，对电能储存装置30进行换热，进而提高电能储存装置30在充电或放电时的工作效率，以进一步的提高能量的转化效率。

作为示例，在实际使用时，可将检测器件41设置为温度传感器，用于监测环境温度，当环境温度超过预设的第一温度阈值时，则通过控制件42控制热能储存装置20进行将势能转化为热能，之后利用热能储存装置20储存的热能对电能储存装置30换热，进而，通过控制件42启动第一电路23通过换热负载21将发电设备10产生的电能转化为换热负载21的热能，之后通过换热组件22的换热通道内的换热介质与换热负责的热能通过热传递的方式进行换热，并将热量储存装置与换热组件22内，换热组件22储存的热量可在环境温度低于第一温度阈值时，将换热组件22储存的热量用于为电能储存装置30的充电或放电进行换热，进而使电能储存装置30的工作温度存于动态平衡的状态，以提高电能储存装置30的工作效率，进而提高能量转换效率。

根据本申请的一实施方式，其中换热负载21为超级电阻，超级电阻与发电设备10串联后构成第一电路23；换热组件22包括第一循环管道221及第二循环管道222，第一循环管道221至少部分环绕于超级电阻的外周，第二循环管道222至少部分环绕电能储存装置30，第一循环管道221与第二循环管道222之间具有换热区223，第一循环管道221与第二循环管道222通过换热区223换热。

参考图2所示，第一循环管道221及第二循环管道222为独立的两个循环管道，第一循环管道221及第二循环管道222具有的换热区223，通过换热区223第一循环管道221与第二循环管道222热交换，可通过控制件42对第一循环管道221及第二循环管道222的换热循环进行控制，以控制电能储存装置30与热量储存装置之间的是否进行换热，以提高电能储存装置30的利用效率。

参考图2所示，根据本申请的一实施方式，其中电能储存装置30包括储能件32及设置于储能件32周侧的换热腔33，储能件32与发电设备10串联后构成第二电路31，第二循环管道222的至少部分设置于换热腔33内，第二循环管道222通过换热腔33与储能件32换热。储能件32可设置为电池簇，第二循环管道222可设置于换热腔33内，也可缠绕于储能件32的外周，以控制使第二循环管道222与储能件32之前进行换热。

根据本申请的一实施方式，其中控制件42包括第一控制开关421及第二控制开关422，第一控制开关421与发电设备10串联，用于控制发电设备10接入第一电路23或第二电路31内，第二控制开关422用于控制换热介质在第一循环管道221及第二循环管道222内的流动状态。第一控制开关421可设置为多个开关，或触点开关，第一控制开关421与检测器件41电连接，以通过第一控制开关421精确的控制势能转化的能量形式，将第二控制开关422设置为电磁阀或其他控制阀，第二控制开关422与检测器件41电连接，以通过第二控制开关422精确的控制，电能储存装置30与热量储存装置之间的是否进行换热，以提高电能储存装置30的利用效率。

根据本申请的一实施方式，其中热能储存装置20还包括第一泵体24及储液件25，储液件25接入第一循环管道221，第一泵体24用于驱动换热介质在第一循环管道221与储液件25之间循环流动，第二控制开关422与第一泵体24电连接，以控制第一泵体24的启停状态。

参考图2所示，第一循环管道221及第二循环管道222为独立的两个循环管道，第一循环管道221及第二循环管道222具有的换热区223，通过换热区223第一循环管道221与第二循环管道222热交换，可通过第二控制开关422对第一泵体24的启停状态进行控制，第二控制开关422可设置多个，进而对第一循环管道221及换热循环进行控制，以控制电能储存装置30与热量储存装置之间的是否进行换热，以提高电能储存装置30的利用效率。

参考图3所示，第一循环管道221及第二循环管道222为相互连通的换热管道，进需设置一个第一泵体24，通过第二控制件42对第一泵体24的启停状态进行控制，进而，以驱动换热介质对整个换热管道进行换热，进而实现对电池储能装置的升温，以进一步的简化连接管路。进而可不设置第一盘管区201及第二盘管区203，使换热腔33作为换热区223，液体经第一管道202吸收超级电阻的热量后，通过整体的换热管道直接进入电池储能装置释放热量，对电池簇进行加热。

根据本申请的一实施方式，其中热能储存装置20还包括第二泵体26，第二泵体26接入第二循环管道222，第二泵体26用于驱动换热介质在第二循环管道222内流动，第二控制开关422与第二泵体26电连接，以控制第二泵体26的启停状态。

参考图2所示，第一循环管道221及第二循环管道222为独立的两个循环管道，第一循环管道221及第二循环管道222具有的换热区223，通过换热区223第一循环管道221与第二循环管道222热交换，可通过第二控制开关422对第一泵体24及第二泵体26的启停状态进行控制，第二控制开关422可设置多个，进而对第一循环管道221及第二循环管道222的换热循环进行控制，以控制电能储存装置30与热量储存装置之间的是否进行换热，以提高电能储存装置30的利用效率。

根据本申请的一实施方式，其中还包括第一状态，检测器件41检测到环境温度低于第一温度阈值时，第一控制开关421控制发电设备10接入第一电路23，第二控制开关422控制第一泵体24及第二泵体26启动，以使第一循环管道221与第二循环管道222通过换热区223进行换热，第二状态检测器件41检测到环境温度高于第一温度阈值时，第一控制开关421控制发电设备10接入第二电路31，以使通过电能储存装置30储存发电设备10产生的电能。

作为示例，在以具体实施例中，当钻机挂接重物下放时，升降输送装置100带动势能回收的发电设备10产生电流，发电设备10可设置为发电机，升降输送装置100通过带动发电机的输出轴转动产生电流，产生电流给出电池储能装置充电或者通过超级电阻产生热量并对热量进行回收用于电能储能装置在低温下启动。

根据本申请的一实施方式，其中第一控制开关421为触点开关，第一电路23具有第一触点231，第二电路31具有第二触点311，触点开关与第一触点231连接，第一电路23导通，或，触点开关与第二触点311连接以使第二电路31导通。以通过触点开关进一步的减小线路，触点开关与检测器件41电连接，以根据检测的环境温度或实际使用情况，控制第一电路23或第二电路31导通。根据本申请的一实施方式，其中第一循环管道221包括具有第一盘管区201及第一管道202，第一管道202的管道环绕于超级电阻的外周，第二循环管道222具有第二盘管区203及第二管道204，第二管道204环绕于电能储存装置30的外周，第一盘管区201与第二盘管区203接触后构成换热区223。

本申请的实施例中，发电设备10可为发电机或其他可发电设备10。

检测器件41首先检测环境温度是否高于第一温度阈值，作为示例，其中第一温度阈值可设置为20℃，若高于20℃，则触点开关与第一触点231闭合，发电机产生的电能为电池储能模块充电。

参考图2所示，第一状态，若环境温度低于20℃，则第一控制开关421与第二触点311闭合，发电机产生的电流通过超级电阻，产生热量。同时，第二控制开关422控制第一泵体24开启，储液件25内的液体通过第一泵体24的作用在第一管道202和第一盘管区201内流动，第一管道202缠绕在超级电阻上，其中的液体吸收超级电阻产生的热量，进入热量存储装置，通过热量存储装置中的第一盘管区201，将热量在热量存储装置中释放并存储起来。储液件25可设置为水箱，储液件25内的换热介质可以是水，热量存储装置可以是任意可存储热能材料，如相变材料或其他。

在第二状态下，当电池储能装置需要在环境温度低于第一温度阈值的条件下启动时，第二控制件42控制第二泵体26开启，第二盘管区203中的液体吸收第一盘管区201的热量，通过第二泵体26的作用进入电池储能装置中的换热腔33内释放热量，对电池储能装置中的电池簇进行加热，促进电池储能装置低温下启动。

综上，在一实施例中，电池储能装置、势能回收用的发电设备10、超级电阻、热能存储装置，控制组件40，第一泵体24、第二泵体26、储液件25、以及触点开关等。

电池储能模块还可对钻机内的电机组件连接，以对电机组件内多余的能量进行回收。电池储能模块为电化学储能装置，可以是储能集装箱或储能电源车及其他电池储能装置。进而通过本申请的势能回收装置，通过发电设备10将钻机下放重物的势能进行回收利用，减少能量损耗，其次，回收的势能在环境温度高时，转换为电能回收利用，提高电能储存装置30的电量，此外，还可在环境温度低时，回收的势能转换为热能回收利用，促进电池储存装置的冷启动，以提高电池储存装置在低温下的运行效率。

根据本申请的另一方面，提供一种势能回收系统，包括的势能回收装置。钻机与电机组件连接，电机组件包括主电机、辅助电机，主电机与辅助电机连接，为钻机提供动力。通过本申请的势能回收装置提高电机组件的能量利用效率。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种势能回收装置，其特征在于，包括：

发电设备(10)，与钻机的升降输送装置(100)连接，所述升降输送装置(100)驱动所述发电设备(10)启动产生电流；

热能储存装置(20)，包括换热负载(21)及换热组件(22)，所述换热负载(21)与所述发电设备(10)串联连接后构成第一电路(23)，所述换热组件(22)内具有换热通道，换热介质在所述换热通道内流动；

电能储存装置(30)，与所述发电设备(10)串联连接后构成第二电路(31)，所述电能储存装置(30)通过所述换热组件(22)与所述换热负载(21)之间换热；

控制组件(40)，包括检测器件(41)及控制件(42)，所述检测器件(41)用于检测环境温度，所述控制件(42)用于控制所述第一电路(23)、第二电路(31)及所述换热组件(22)的启停。

2.如权利要求1所述的势能回收装置，其特征在于，所述换热负载(21)为超级电阻，所述超级电阻与所述发电设备(10)串联后构成所述第一电路(23)；

所述换热组件(22)包括第一循环管道(221)及第二循环管道(222)，所述第一循环管道(221)至少部分环绕于所述超级电阻的外周，所述第二循环管道(222)至少部分环绕所述电能储存装置(30)，所述第一循环管道(221)与所述第二循环管道(222)之间具有换热区(223)，所述第一循环管道(221)与所述第二循环管道(222)通过所述换热区(223)换热。

3.如权利要求2所述的势能回收装置，其特征在于，所述电能储存装置(30)包括储能件(32)及设置于所述储能件(32)周侧的换热腔(33)，所述储能件(32)与所述发电设备(10)串联后构成所述第二电路(31)，所述第二循环管道(222)的至少部分设置于所述换热腔(33)内，所述第二循环管道(222)通过所述换热腔(33)与所述储能件(32)换热。

4.如权利要求2所述的势能回收装置，其特征在于，所述控制件(42)包括第一控制开关(421)及第二控制开关(422)，所述第一控制开关(421)与所述发电设备(10)串联，用于控制所述发电设备(10)接入所述第一电路(23)或所述第二电路(31)内，所述第二控制开关(422)用于控制换热介质在所述第一循环管道(221)及所述第二循环管道(222)内的流动状态。

5.如权利要求4所述的势能回收装置，其特征在于，所述热能储存装置(20)还包括第一泵体(24)及储液件(25)，所述储液件(25)接入所述第一循环管道(221)，所述第一泵体(24)用于驱动换热介质在所述第一循环管道(221)与所述储液件(25)之间循环流动，所述第二控制开关(422)与所述第一泵体(24)电连接，以控制所述第一泵体(24)的启停状态。

6.如权利要求5所述的势能回收装置，其特征在于，所述热能储存装置(20)还包括第二泵体(26)，所述第二泵体(26)接入所述第二循环管道(222)，所述第二泵体(26)用于驱动换热介质在所述第二循环管道(222)内流动，所述第二控制开关(422)与所述第二泵体(26)电连接，以控制所述第二泵体(26)的启停状态。

7.如权利要求6所述的势能回收装置，其特征在于，还包括：

第一状态，所述检测器件(41)检测到环境温度低于第一温度阈值时，所述第一控制开关(421)控制所述发电设备(10)接入所述第一电路(23)，所述第二控制开关(422)控制所述第一泵体(24)及所述第二泵体(26)启动，以使所述第一循环管道(221)与所述第二循环管道(222)通过所述换热区(223)进行换热；

第二状态，所述检测器件(41)检测到环境温度高于第一温度阈值时，所述第一控制开关(421)控制所述发电设备(10)接入所述第二电路(31)，以使通过所述电能储存装置(30)储存所述发电设备(10)产生的电能。

8.如权利要求4-7任一项所述的势能回收装置，其特征在于，所述第一控制开关(421)为触点开关，所述第一电路(23)具有第一触点(231)，所述第二电路(31)具有第二触点(311)，所述触点开关与所述第一触点(231)连接，所述第一电路(23)导通，或，所述触点开关与所述第二触点(311)连接以使所述第二电路(31)导通。

9.如权利要求2-7任一项所述的势能回收装置，其特征在于，所述第一循环管道(221)包括具有第一盘管区(201)及第一管道(202)，所述第一管道(202)的管道环绕于所述超级电阻的外周，所述第二循环管道(222)具有第二盘管区(203)及第二管道(204)，所述第二管道(204)环绕于所述电能储存装置(30)的外周，所述第一盘管区(201)与所述第二盘管区(203)接触后构成所述换热区(223)。

10.一种势能回收系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的势能回收装置。

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