CN219197597U - 压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，包括第一空压机，第一空压机进气口一侧设置有第二空压机，第二空压机数量至少为三个，第二空压机上排气口均与第一空压机进气口相连，第二空压机排气口与第一空压机进气口之间依次设置有第二换热系统和缓冲罐；第一空压机排气口通过第一换热系统与送气管路相连来方便压缩后的空气运输到其他位置进行储存或使用。本申请通过第二空压机和第一空压机形成一体多级压缩系统，来提高空压机压缩效率，有效解决了目前如何提高空压机压缩效率的问题。

Description

压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统

技术领域

本实用新型属于压缩空气设备领域，特别涉及压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统。

背景技术

压缩空气储能的发展使空气压缩机的效率日益受人瞩目，目前空气压缩机是最普及的设备之一(空气压缩机简称空压机，下文中均采用空压机来代替空气压缩机)，空压机是利用机械能量增加空气压力的设备，速度型空压机包括离心空压机和轴流空压机，这两种属于效率最高的两个机型，且轴流机高于离心机而且空气无油污染，是压缩空气储能的主要机型。

大型空压机多选择轴流空压机或离心空压机，在使用时都是单机或组合多级使用，在压缩空气储能领域实现了比较合理的组合，但是距离节能目标还有不小的差距。由于空气压缩释放巨大的热量，相当于压缩空气功率的70％以上，而压缩空气温度越高效率越低，所以必须冷却，以降低压缩功率能源消耗，现有的空压机进气都是大气压进气，在压缩过程中消耗能源大，所以比功率较高。

同时，现有空压机低压端和高压端空间分布不科学，浪费空间和能源，例如3倍压比的离心空压机、轴流空压机的叶轮或工作缸容积应该为高压缸是低压缸的1/3，但是实际上由于工艺和材质，高压缸和低压缸远远达不到这个比例，这也是制约空压机效率提高的因素之一。

所以如何提高空压机压缩效率是亟需要解决的问题。

公开号为CN107859611A的专利提出用于空压机余热再利用的储能装置，该专利中提出包括用于安装空压机的空压机房，空压机房内设有与空压机连接的冷却器，空压机房的顶部设有吸热水槽和水泵，空压机房内设有热能转化机构；热能转化机构包括支架、设于支架上的缸体，设于缸体内并可滑动的活塞；缸体的中部固定有转轴，转轴与支架转动连接，活塞将缸体内部分为第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体内均设有膨胀剂，膨胀剂为受热膨胀的液体；吸热水槽的上部设有进水口，吸热水槽的底部设有出水口，出水口与水泵连接，缸体沿转轴转动时将驱动水泵运行。通过吸热水槽对空压机产生的余热进行吸收并进行储存，可以作为厂区的工作人员洗漱的水源。

公开号为CN207406457U的专利提出空压机余热储能装置，该专利中提出包括吸热水箱、与空压机连接的冷却器、控制阀、位于吸热水箱下方的保温水箱、一端与保温水箱连通的导流管、以及一端与空压机出风口连通的排气支管；吸热水箱的上部为储水腔，下部为吸热腔，储水腔上设有进水口，吸热腔呈环形并套设在冷却器外周，且吸热腔上设有出水口；控制阀包括控制器、温度传感器和两位三通电磁阀，两位三通电磁阀上设有第一入口、第二入口和出口，导流管的另一端与出口连通，排气支管的另一端与第一入口连通，出水口与两位三通电磁阀的第二入口连通，温度传感器设于吸热腔内。通过该装置对空压机产生的余热进行吸收并进行储存，可以作为厂区的工作人员洗漱的水源。

但是上述两个专利中仅是对空压机工作中所产生的可回收能源进行利用，并没有提高空压机的压缩效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，来解决如何提高空压机压缩效率的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，包括第一空压机，第一空压机的进气口一侧设置有第二空压机，第一空压机的排气口一侧设置有送气管路，第一空压机的排气口和送气管路之间设有第一换热系统，第二空压机数量至少为三个，第二空压机的排气口均与第一空压机的进气口相连，第二空压机的排气口与第一空压机的进气口之间设置有第二换热系统。

进一步的，第一空压机的进气口设置有缓冲罐，第二换热系统和缓冲罐依次设置在第二空压机的排气口和第一空压机进气口之间，缓冲罐与第一空压机的进气口之间设置有单向阀门。

进一步的，第二换热系统包括换热罐，换热罐内设有热交换管，热交换管一端与第二空压机的排气口相连，热交换管另一端与缓冲罐相连，换热罐上设有冷媒进口和冷媒出口。

进一步的，第二换热系统包括换热室和设置在换热室内的换热管，换热管一端与第二空压机的排气口相连，换热管另一端与缓冲罐相连，换热管上环绕设置有循环管，换热室两侧分别设置有进水口和出水口，循环管朝向进水口的一端设置有开口，循环管朝向出水口的一端设置有出口，开口呈喇叭状。

进一步的，热交换管或换热管外周面设有散热片。

进一步的，循环管设置在散热片之间。

进一步的，第二空压机的进气口一侧设置有与第二空压机进气口相连的第三压缩机组，第三压缩机组数量与第二空压机数量相同，第三压缩机组分别对应第二空压机设置，第三压缩机组包括第三空压机，任一第三压缩机组中的第三空压机的数量与第二空压机数量相同。

进一步的，第三压缩机组与第二空压机之间均依次设置有第二换热系统和缓冲罐，第二换热系统和第一换热系统之间相串联。

本实用新型所取得的显著有益效果：

1.本实用新型压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，包括第一空压机，第一空压机进气口一侧设置有第二空压机，第二空压机数量至少为三个，第二空压机上排气口均与第一空压机进气口相连，第二空压机排气口与第一空压机进气口之间依次设置有第二换热系统和缓冲罐；第一空压机排气口通过第一换热系统与送气管路相连来方便压缩后的空气运输到其他位置进行储存或使用。本申请通过第二空压机和第一空压机形成一体多级压缩系统，来提高空压机压缩效率，有效解决了目前如何提高空压机压缩效率的问题。

2.第一换热系统和第二换热系统的设置可以对第二空压机和第一空压机在空气压缩过程中所产生热量进行吸收利用，避免热量直接排放到大气中，造成浪费的问题。

3.缓冲罐的设置可以对前一级的压缩空气进行临时存储，确保经过前一级压缩后的压缩空气满足下一级的进气压力，使其进行平稳运行。

4.换热系统中缠绕设置在换热管上的循环管，可以使经过换热室的水流在不影响水流量的同时，增加水流对换热管上热量的吸热效果，增加水流的升温速度。

5.第三压缩机组的设置作为本申请的拓展实施方式，可以根据现场需要来增设不同数量的空压机和空压机组。

附图说明

附图1为本实用新型实施例1压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统结构示意图；

附图2为本实用新型实施例1压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统中换热系统结构示意图；

附图3为本实用新型实施例2压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统中换热系统结构示意图；

附图4为本实用新型实施例3压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统结构示意图。

在附图中，1-第一空压机、2-进气口、3-排气口、4-第二空压机、5-缓冲罐、6-单向阀门、7-换热罐、8-热交换管、801-冷媒进口、802-冷媒出口、9-换热室、901-进水口、902-出水口、10-换热管、11-循环管、12-散热片、13-第三压缩机组、14-第三空压机。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

实施例1

如图1和图2所示，压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，包括第一空压机1和第二空压机4，第一空压机1和第二空压机4上均设有进气口和排气口，第二空压机4设置在第一空压机1的进气口一侧，第二空压机4的数量至少为三个，第二空压机4的排气口和第一空压机1的进气口之间依次设置有第二换热系统和缓冲罐5，第一空压机1的排气口通过第一换热系统3与送气管路2相连；

在本实施例中第二空压机4的数量为三个，三个第二空压机4的进气口用于使外界大气压的空气进入进行压缩，三个第二空压机4的排气口通过管路汇合后与第二换热系统相连，第二换热系统包括换热罐7，换热罐7内设有用于热量交换的热交换管8，热交换管8上设有增加散热效果的散热片12，热交换管8一端与三个第二空压机4排气口汇合后管路相连，热交换管8另一端与缓冲罐5相连，热交换管8用于使经过压缩后的空气通过进入缓冲罐5内，空气压缩后会产生大量热量，所以在换热罐7上设有用于与外界冷媒介质连通的冷媒进口801和冷媒出口802，在使用时将冷媒进口801与外界水源连通，外界水源进入换热罐7内后对热交换管8所散发的热量进行吸收利用，在储热罐7内水升温后由冷媒出口802排出；

缓冲罐5包括储气罐，缓冲罐5用于对压缩后的空气进行储存，热交换管8另一端与缓冲罐5上设有的进口相连，缓冲罐5上设有与第一空压机1进气口相连的出口，缓冲罐5出口和第一空压机1的进气口之间安装有单向阀门6，缓冲罐5的设置是用于对经过第二空压机4压缩后的空气进行临时储存，在缓冲罐5内的压缩空气压力满足第一空压机1进气口的进气压力时，打开单向阀门6使第一空压机1对第二空压机4压缩后的压缩空气进行再次压缩；缓冲罐5的设置可以使第一空压机1和第二空压机4之间压缩空气正常流通、使进入第一空压机1压缩后的空气满足所需空气压力；

第一空压机1的排气口通过第一换热系统3和送气管路2相连，第一换热系统3与第二换热系统的结构相同，第一换热系统3中热交换管一端与第一空压机1的排气口相连，第一换热系统3中热交换管另一端与送气管路2相连，送气管路2与其他用气管路或储气室相连来对压缩后的空气进行使用或存储，第一换热系统3中换热罐的冷媒进口801与第二换热系统中换热罐7的冷媒出口802串联来方便对经过第二换热系统和第一换热系统3中的水流进行升温，在实际应用中可以将经过串联后的第一换热系统3中换热罐的冷媒出口802与居民供热管网或储热罐相连来对升温后的水进行利用。

在使用时，首先打开三个第二空压机4对外界空气进行压缩，经过三个第二空压机4压缩后的空气经过管路汇合后依次经过第二换热系统和缓冲罐5进入第一空压机1，在压缩后空气进入第二换热系统时经过水冷降温后再进入缓冲罐5内进行临时储存，在缓冲罐5内所储存的压缩空气满足第一空压机1的进气口压力后打开单向阀门，第一空压机1对压缩后的空气进行再次压缩，第一空压机1经过对空气的再次压缩后通过第一换热系统3吸热后经由送气管路2排出，送气管路2与其他用气设备或储气室相连对压缩空气进行利用和储存。

综上所述，本申请通过第二空压机4和第一空压机1形成一体多级压缩系统，来提高空压机压缩效率，同时，克服了目前同一空压机(比如三倍压比的空压机)上高压缸不能是低压缸容量1/3的难题；其中，第一空压机1和第二空压机4之间设置的第二换热系统可以对压缩空气所产生的热量吸收利用，第二换热系统3可以对第一空压机1压缩空气后产生的热量进行吸收利用，缓冲罐5的设置可以保证系统的平稳运行；有效解决了目前如何提高空压机压缩效率的问题。

需要说明的是，由于效率最高的空压机功率段比较狭窄，功率过大过小都会影响效率，所以本申请所用空压机都是统一型号、空压机不同压缩级别的空压机数量一律是3倍递增，从高压端开始，如第一级一台，第二级三台，第三极九台依次类推，后一级中每三台空压机对应前一级中一台空压机相连，根据压力需要决定，如压缩空气量不足，就再增加一套系统。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的结构大致相同，本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中第二换热系统包括换热室9和换热管10，换热管10安装在换热室9内，换热管10一端与三个第二空压机4排气口汇合后的管路相连，换热管10另一端与缓冲罐5进口相连，在本实施例中换热管10用于压缩空气经过，换热管10为蛇形管，换热室9两侧分别开设有进水口901和出水口902，通过进水口901和出水口902的设置来使外界用于冷却的水流在换热管10外流经带走换热管10上的热量；第二换热系统中换热室9的出水口902与第一换热系统3中换热室的进水口901相连来对用于冷却的水流进行连续升温；第一换热系统3中换热室的出水口902再与外界用热设备相连，进行利用；

在本实施例中为了在不影响水流量的同时，增加水流对换热管10上热量的吸热效果，换热管10在换热室9内部分为蛇形管，换热管10上竖直部分均环绕设有循环管11，循环管11朝向进水口901的一端设有进口，循环管11朝向出水口902的一端设有出口，循环管11上进口呈喇叭状，在水流经过进水口901进入换热室9内后，水流经由循环管11开口进入循环管11内并沿循环管11环绕换热管10进行流动，然后经由循环管11开口流出，在水流压力的作用下，会有一部分水流不断经过循环管11，通过增加水流与换热管10的接触时间和接触面积，在不影响水流量的前提下，增加了水流对换热管10的吸热效果，增加了水流的升温速度，方便进行回收利用；

为了增加换热管10的散热效果，在换热管10上安装有散热片12，循环管11安装在散热片12之间来环绕在换热管10上，散热片12的设置可以增加换热管10的散热效果，在水流流经散热片12时，同时可以对散热片12上的热量进行吸收。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1的结构大致相同，本实施例在实施例1的基础上进一步优化，在本实施例中第二空压机4的进气口一侧设置有第三压缩机组13，第一空压机1的数量为一个，第二空压机4的数量为三个，第三压缩机组13的数量与第二空压机4数量相同，第三压缩机组13分别对应第二空压机4相连，第三压缩机组13包括第三空压机14，每个第三压缩机组13中第三空压机14的数量与第二空压机4的数量相同，也就是说三个第三压缩机组13中的第三空压机14总数量是第二空压机4的三倍，第一空压机1、第二空压机4和第三空压机14均为空气压缩机且均包括进气口和排气口；

每个第三压缩机组13内三个第三空压机14的排气口经过管路汇合后与相对应的第二空压机4进气口相连，三个第三压缩机组13分别对应三个第二空压机4相连，三个第二空压机4排气口经过管路汇合后依次经过第二换热系统和缓冲罐5与第一空压机1进气口相连；第一空压机1再对经过两级压缩后的空气再次压缩后，经由第一换热系统3和送气管路2离开第一空压机1；

空气依次通过第三压缩机组13、第二空压机4和第一空压机1进行逐级压缩，可以有效降低空压机运行能耗；

为了方便压缩空气在第三压缩机组13、第二空压机4和第一空压机1之间进行流通，在第三压缩机组13和第二空压机4之间、第二空压机4和第一空压机1之间均依次设置有第二换热系统和缓冲罐5，缓冲罐5包括压缩空气储气罐，缓冲罐5与第二空压机4和第一空压机1之间均设有单向阀门6，缓冲罐5的设置用于对前一级所压缩的空气进行临时存储和排气；在初始启动时，经过第三压缩机组13压缩的空气先存储到缓冲罐5内进行储存，在缓冲罐5内压力达到第二空压机4进气口所需压力后，再打开单向阀门6进行连通，此时第三压缩机组13已稳定运转可以持续通过缓冲罐5为第二空压机4提供稳定的压缩空气；同理，缓冲罐5在第二空压机4和第一空压机1之间作用相同；

由于空气在经过第三压缩机组13、第二空压机4和第一空压机1进行压缩时会产生大量热量，为了避免热量浪费，在第三空压机14和第二空压机4之间、第二空压机4和第一空压机1之间安装的第二换热系统可以对空气压缩时所产生的热量进行利用，两个第二换热系统和第一换热系统3依次串联可以与居民供热管网相连，实现余热利用。

综上，本申请通过依次设置的第三压缩机组13、第二空压机4和第一空压机1，实现对空气的依次压缩，在降低空压机能耗的同时得到同样的压缩空气，并结合第二换热系统和第一换热系统来对空气压缩过程中所产生的热量进行回收利用，有效减少其他供热设备能源的消耗。

需要注意的是，在实际应用中也可以对应第三压缩机组13中第三空压机14的进气口分别设有第四空压机，第四空压机的数量是第三空压机14数量的三倍，每三个第四空压机对应一个第三空压机14相连，同理，第四空压机和第三空压机14之间也设有第二换热系统和缓冲罐5，以此类推，不同级间空压机数量以三倍递增，通过多级依次压缩，来达到提高空压压缩效率目的。

目前，本申请的技术方案已经进行了中试，即产品在大规模量产前的小规模实验；中试完成后，在小范围内开展了用户使用调研，调研结果表明用户满意度较高；现在已开始着手准备产品正式投产进行产业化(包括知识产权风险预警调研)。

Claims (9)

1.压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，包括第一空压机(1)，其特征在于：所述第一空压机(1)的进气口一侧设置有第二空压机(4)，所述第一空压机(1)的排气口一侧设置有送气管路(2)，所述第一空压机(1)的排气口和所述送气管路(2)之间设有第一换热系统(3)，所述第二空压机(4)数量至少为三个，所述第二空压机(4)的排气口均与所述第一空压机(1)的进气口相连，所述第二空压机(4)的排气口与所述第一空压机(1)的进气口之间设置有第二换热系统。

2.根据权利要求1所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述第一空压机(1)的进气口设置有缓冲罐(5)，所述第二换热系统和所述缓冲罐(5)依次设置在所述第二空压机(4)的排气口和所述第一空压机(1)进气口之间，所述缓冲罐(5)与所述第一空压机(1)的进气口之间设置有单向阀门(6)。

3.根据权利要求2所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述第二换热系统包括换热罐(7)，所述换热罐(7)内设有热交换管(8)，所述热交换管(8)一端与所述第二空压机(4)的排气口相连，所述热交换管(8)另一端与所述缓冲罐(5)相连，所述换热罐(7)上设有冷媒进口和冷媒出口。

4.根据权利要求2所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述第二换热系统包括换热室(9)和设置在所述换热室(9)内的换热管(10)，所述换热管(10)一端与所述第二空压机(4)的排气口相连，所述换热管(10)另一端与所述缓冲罐(5)相连，所述换热管(10)上环绕设置有循环管(11)，所述换热室(9)两侧分别设置有进水口和出水口，所述循环管(11)朝向所述进水口的一端设置有开口，所述循环管(11)朝向所述出水口的一端设置有出口，所述开口呈喇叭状。

5.根据权利要求3所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述热交换管(8)外周面设有散热片(12)。

6.根据权利要求5所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述第二空压机(4)的进气口一侧设置有与所述第二空压机(4)进气口相连的第三压缩机组(13)，所述第三压缩机组数量与所述第二空压机数量相同，所述第三压缩机组(13)分别对应所述第二空压机(4)设置，所述第三压缩机组(13)包括第三空压机(14)，任一所述第三压缩机组(13)中的所述第三空压机(14)的数量与第二空压机(4)数量相同。

7.根据权利要求6所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述第三压缩机组(13)与所述第二空压机(4)之间均依次设置有所述第二换热系统和所述缓冲罐(5)，所述第二换热系统和所述第一换热系统(3)之间相串联。

8.根据权利要求4所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述换热管(10)外周面设有散热片(12)。

9.根据权利要求8所述的压缩空气储能节能压缩水热交换集成系统，其特征在于：所述循环管(11)设置在所述散热片(12)之间。

Images