一种气液压力高低转换能量利用释放系统的制作方法

1.本发明涉及能源领域，尤其是涉及一种气液压力高低转换能量利用释放系统。


背景技术：

2.对于一些高压气体能量的利用，常见的方式是连接汽轮机，利用高压气体直接推动汽轮机转动向外做功，汽轮机的能量转换效率并不是很高，而且这种做功方式对于管路的密封性、汽轮机叶片的结构材料性能等有较高的要求，需要能承受住高压的载荷冲击，限制条件比较多，与之相比，水轮机主要利用液态介质的势能进行做功，液态介质的流速没有高压气体的流速大，因此工况限制条件少，应用简单，而且效率比较高，因此需要设计一种利用高压气体推动水轮机做功的系统。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种气液压力高低转换能量利用释放系统。
4.本发明的技术方案如下：一种气液压力高低转换能量利用释放系统，其特征在于，包括：
5.高压气管，所述高压气管包括主管路和分别与所述主管路相连的第一管路和第二管路，所述主管路适于与外部高压气源相连，所述第一管路上设有第一控制阀，所述第二管路上设有第二控制阀；
6.第一储液罐，所述第一储液罐与所述第一管路连通，所述第一储液罐上设有第一排气管，所述第一排气管上设有第一排气阀；
7.第二储液罐，所述第二储液罐与所述第二管路连通，所述第二储液罐上设有第二排气管，所述第二排气管上设有第二排气阀；
8.水轮机，所述水轮机位于所述第一储液罐和所述第二储液罐之间，所述第一储液罐与所述水轮机之间设有第三管路，所述第二储液罐与所述水轮机之间设有第四管路；
9.控制器，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第一排气阀和所述第二排气阀均与所述控制器相连。
10.进一步地，所述第三管路上设有第三控制阀，所述第三控制阀与所述控制器相连；和/或所述第四管路上设有第四控制阀，所述第四控制阀与所述控制器相连。
11.进一步地，所述第一储液罐和所述第二储液罐上分别设有调压阀。
12.进一步地，所述水轮机与发电机相连。
13.进一步地，所述第一储液罐和所述第二储液罐中的至少一个上设有液态介质进出管。
14.进一步地，所述第三管路的一部分伸入所述第一储液罐的内部底部，所述第三管路的位于所述第一储液罐内的部分水平设置且设有多个第一水孔；所述第四管路的一部分伸入所述第二储液罐的内部底部，所述第四管路的位于所述第二储液罐内的部分水平设置
且设有多个第二水孔。
15.进一步地，所述主管路与储气罐相连，所述主管路上设有第五控制阀。
16.进一步地，所述高压气管、所述第一储液罐、所述第二储液罐、所述第三管路和所述第四管路上包裹有保温层。
17.进一步地，还包括空压机，所述空压机与所述储气罐相连。
18.进一步地，还包括：储液容器、第一加热器、汽化容器、连接管、驱动泵和第二加热器，所述储液容器内存储有液态介质；所述第一加热器设于所述储液容器内；所述汽化容器内设有所述汽化蒸发管；所述连接管连接在所述储液容器和所述汽化蒸发管之间，且分别与所述储液容器和所述汽化蒸发管相连通；所述驱动泵设置在所述连接管上；所述第二加热器设于所述汽化容器内，所述汽化蒸发管与所述储气罐相连。
19.和现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.本系统可以将高压气体的压力能转换成两个储液罐中的液态介质的势能，并且在转换过程中，液态介质的流动还可以推动水轮机工作向外输出动力，进行做功，实现压力能的再利用，应用简单，而且效率比较高，有效避免气体压力能量的浪费。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
23.图1是本发明的示意图；
24.图2是本发明气源的一种实施方式的示意图；
25.图3是本发明气源的另一种实施方式的示意图。
26.附图标记：
27.1、高压气管；2、主管路；3、第一管路；4、第二管路；5、第一控制阀；6、第二控制阀；7、第一储液罐；8、第一排气管；9、第一排气阀；10、第二储液罐；11、第二排气管；12、第二排气阀；13、水轮机；14、第三管路；15、第三控制阀；16、第四管路；17、第四控制阀；18、调压阀；19、液态介质进出管；20、第一水孔；21、第二水孔；22、储气罐；23、第五控制阀；24、保温层；25、电动空压机；26、储液容器；27、第一加热器；28、汽化容器；29、连接管；30、汽化蒸发管；31、驱动泵；32、第二加热器。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
29.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同
或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
32.如图1所示的一种气液压力高低转换能量利用释放系统，包括：高压气管1、第一储液罐7、第二储液罐10、水轮机13和控制器。
33.高压气管1包括主管路2和分别与主管路2相连的第一管路3和第二管路4，主管路2适于与外部高压气源相连，由此外部高压气源可向主管路2输入高压气体，再分别流向第一管路3和第二管路4，这里对于外部高压气源的形式不作限制，可为高压气泵，或者一些气体排放系统排放出的废气等等。
34.第一管路3上设有第一控制阀5，第二管路4上设有第二控制阀6，设置的第一控制阀5用于控制第一管路3的通断，设置的第二管路4用于控制第二管路4的通断。
35.第一储液罐7与第一管路3连通，第一储液罐7上设有第一排气管8，第一排气管8上设有第一排气阀9；第二储液罐10与第二管路4连通，第二储液罐10上设有第二排气管11，第二排气管11上设有第二排气阀12。实际应用中，第一储液罐7和第二储液罐10的至少一个内应存储有液态介质，这里所说的液态介质包括但不限于水，设置的第一排气阀9用于控制第一排气管8的通断，设置的第二排气阀12用于控制第二排气管11的通断。
36.水轮机13位于第一储液罐7和第二储液罐10之间，第一储液罐7与水轮机13之间设有第三管路14，第二储液罐10与水轮机13之间设有第四管路16。水轮机13是把液态介质流动的能量转换为旋转机械能的动力机械，这里所用水轮机13应选用在液态介质正反流动的状态下均能向外输出动力的类型，比如类似常见的水车，水车的轮盘的一部分位于水中，水流正反流动均能推动轮盘转动。
37.第一控制阀5、第二控制阀6、第一排气阀9和第二排气阀12均与控制器相连，控制器用于控制第一控制阀5、第二控制阀6、第一排气阀9和第二排气阀12的开启和关闭。
38.本系统的工作原理如下：在初始阶段，比如当有高压气体流入高压气管1时，控制器可以控制第一控制阀5打开、第一排气阀9关闭、第二控制阀6关闭、第二排气阀12打开，此时，高压气体会流入第一储液罐7内，然后挤压第一储液罐7内的液态介质向第二储液罐10流动，在这个流动过程中，液态介质从第一储液罐7流向第三管路14，然后推动水轮机13做功，再流向第四管路16，最后回流第二储液罐10，第二储液罐10内的气体则会从第二排管向
外排出，在这个过程中，第一储液罐7内的液态介质水位会不断下降，第二储液罐10内的液态介质水位会不断升高。
39.在下一阶段，控制器再控制第一控制阀5关闭、第一排气阀9打开、第二控制阀6打开、第二排气阀12关闭，此时，高压气体会流入第二储液罐10内，然后挤压第二储液罐10内的液态介质向第一储液罐7流动，在这个流动过程中，液态介质从第二储液罐10流向第四管路16，然后推动水轮机13做功，再流向第三管路14，最后回流第一储液罐7，第一储液罐7内的气体则会从第一排管向外排出，在这个过程中，第二储液罐10内的液态介质水位会不断下降，第一储液罐7内的液态介质水位会不断升高，由此可完成一个气液压力高低转换和能量的利用释放，之后不断重复这个过程即可。
40.在上述过程中，两个阶段的切换过程可由时间确定，比如在初始阶段，当控制阀控制各个阀动作时，即开始计时，到预设时间后，自动进入下一阶段，当下一阶段到预设时间后，再重复初始阶段；或者是根据第一储液罐7和第二储液罐10内的水位高度决定，比如在第一储液罐7和第二储液罐10内均设置水位传感器，在初始阶段中，当第一储液罐7内的液态介质水位低于第一预设水位，自动进入下一阶段，当第二储液罐10内的液态介质水位低于第二预设水位，再重复初始阶段。当然也设置别的方式进行状态切换，这里不做限制。
41.实际应用中，第一储液罐7和第二储液罐10上分别设有调压阀18，以自动调节第一储液罐7和第二储液罐10内的压力，防止压力过高。第三管路14上可设置第三控制阀15，或者是第四管路16上设置第四控制阀17，或者是两个管路上都设置控制阀，设置的第三控制阀15用于控制第三管路14的通断，设置的第四控制阀17用于控制第四管路16的通断。调压阀18以及控制阀等均为现有产品，直接选用即可。
42.第一储液罐7和第二储液罐10中的至少一个上设有液态介质进出管19，以进行液态介质的补充或者排出。
43.第三管路14的一部分伸入第一储液罐7的内部底部，第三管路14的位于第一储液罐7内的部分水平设置且设有多个第一水孔20；第四管路16的一部分伸入第二储液罐10的内部底部，第四管路16的位于第二储液罐10内的部分水平设置且设有多个第二水孔21，由此可让液态介质能迅速流入第三管路14和第四管路16内。
44.进一步地，考虑到部分外部气源提供的气体可能是间歇性的，或者是压力不足，因此可以在主管路2与外部气源之间设置一个储气罐22，主管路2上设有第五控制阀23，这样当第五控制阀23关闭时，外部气源提供的气体会先进入储气罐22内暂时，进行升压，当储气罐22的气体到达一定量时或者压力升高到一定程度时，控制器再控制第五控制阀23打开。储气罐22上也可设置调压阀。
45.实际应用中，高压气管1、第一储液罐7、第二储液罐10、第三管路14、第四管路16等外露的管路或者罐体上包裹有保温层24，以减少热量损失。水轮机13可与发电机相连进行发电。
46.能提供气源的形式有很多，下面将给出两种具体示例。
47.实施例1
48.如图2所示，在实施例1中，储气罐22与电动空压机25相连，空压机可提供高压气体。
49.实施例2
50.如图3所示，在实施例2中，气源产生装置包括：储液容器26、第一加热器27、汽化容器28、连接管29、驱动泵31和第二加热器32。
51.如图所示，储液容器26内存储有液态介质，该液态介质可为水；第一加热器27与外部供电系统相连，第一加热器27用于加热液态水；汽化容器28内设有汽化蒸发管30；连接管29连接在储液容器26和汽化蒸发管30之间，且分别与储液容器26和汽化蒸发管30相连通；驱动泵31设置在连接管29上；第二加热器32用于加热汽化蒸发管30；汽化蒸发管30则与储气罐22相连。
52.这套装置可以将电网的多余电力储存起来，因为目前的光伏发电或风力发电等方式，由于受光能或风能的不均性影响，所以发出的电能大小、电压高低等都是不确定的。这些发电方式发出的电会并入到电网供用户使用，而电网主要根据用户需求端的用电量来决定是否接受上述光伏电站或风力发电站的电能。在不少时段，由于用电量存在波动，用电量不固定或不稳定，导致电网不接受上述电站过量的电能，从而导致出现弃光、弃风现象，这会使得电站不能连续满负荷运行，导致电站使用效率明显降低和资源严重浪费，不利于双碳目标的实现。
53.目前解决上述问题的方法是储能，有如下几种方法：一是抽水储能，其是用多余的不能进入电网的电能带动抽水电泵把水抽到高处的水库，把电能先变成水的势能，当电网需求电量大，再把水库的水下排带动水轮发电机发电供出；第二类是电化学储能，其原理是把多余的发电量通过对电池充电而暂时，需要时再让电池放电而利用；第三种是压缩空气储能，其原理是让多余的电能带动气泵，把空气压缩在超高压容器内，需要电时，再由所述高压空气带动气轮发电机组发电供出电能。当然还有飞轮储能等等。但目前的上述电能储能方法各有严重的局限性和不理想之处。如第一种抽水储能，要求在电站附近有宽大的高地，还要在高地上修建水库，工程量和造价很高。大部分电站附近并不具备此种地貌条件。第二种电化学储能，一般要采用很多锂电池组，成本也很高，且充电放电次数有限，寿命有限，维护成本也高。后两种储能方法要求更高，所以一直难以广泛采用，不再多述。
54.而在本实施例中，电网多余的电力先通过第一加热器27将储液容器26内的液态介质(该液态介质可为水)进行加热，以使得多余电能先转换成热能；然后在需要的时候，驱动泵31再让高温液态介质通过连接管29流入汽化蒸发管30内，同时第二加热器32开始工作，对汽化蒸发管30内的高温液态介质再次加热，最终形成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽流入储气罐22后，可以作为气源使用。
55.为了减少热量的散失，可在各个管路以及容器外壳上包裹保温层24。储液容器26上还可以设置压力调节阀，以自动调节储液容器26内的压力，防止压力过高。
56.设置的第一加热器27为电加热器，这样才能接到外部供电系统中，将多余电能转换成水的热能。设置的连接管29的一部分伸入储液容器26内，该部分管体竖向设置，且管体上设有多个沿竖向排布的进水孔，由此可以让处于不同高度的液态介质都能通过进水孔迅速流入到连接管29内。为了保证液态介质能够顺利流到汽化蒸发管30内，还设置了驱动泵31，而且驱动泵31还能防止汽化蒸发管30内的蒸气倒流到储液容器26内。
57.设置的第二加热器32用于对汽化蒸发管30加热，以使得高温的液态介质能够迅速在汽化蒸发管30形成热蒸汽。第二加热器32可为电加热器，或者是燃气加热器等等，这里不做限制。汽化容器28内还填充一些高温介质，比如熔盐，汽化蒸发管30位于高温介质中，以
确保形成热蒸汽。
58.本实施例中的汽化蒸发管30被构造成螺旋状，由此有利于增大与第二加热器32的接触面积，提高加热效果。螺旋状的汽化蒸发管30竖向设置，汽化蒸发管30的进入口位于下方，汽化蒸发管30的排放口位于上方，由此符合热气流上升的原理，方便热蒸汽排出。
59.可以理解的是，储液容器26中液态介质的温度越高，则在汽化蒸发管30中就越容易变成蒸汽，那么第二加热器32加热过程中所消耗的能源就会越少，因此蓄热容器中的液态介质可以等加热到临近沸点时(这个加热过程可为一次加热，也可以为多次加热)，再送到汽化蒸发管30中。有鉴于此，可以在储液容器26内设置温度传感器，温度传感器与驱动泵31相连，当蓄热容器内的温度达到温度传感器的预设温度时，则驱动泵31开启，以实现自动控制。
60.在实施例2中，气源产生装置通过将电网中多余的电力先对液态介质进行加热，将多余电能转换液态介质的热能，在需要使用的时候，再对热的液态介质稍微加热，使之变成热蒸汽，而蒸汽可以做为气源，以进一步转化成对外的做功，由此可实现对多余电能的储存和再利用。
61.综上所述，本系统可以将高压气体的压力能转换成两个储液罐中的液态介质的势能，并且在转换过程中，液态介质的流动还可以推动水轮机13工作向外输出动力，进行做功，实现压力能的安全高效的再利用，应用简单，而且效率比较高，有效避免气体压力能量的浪费。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。