14)的連桿分別與直線電機(jī)動(dòng)子(5)通過轉(zhuǎn)接頭相連；電動(dòng)閥一(3)、電動(dòng)閥二(6) —端設(shè)置在主空氣通路與自由活塞膨脹/壓縮機(jī)之間的支路上，另一端分別與控制模塊(I)相連;壓力傳感器一 (2)、壓力傳感器二(8)—端分別與調(diào)壓氣缸一(9)、調(diào)壓氣缸二(16)相連，另一端分別與控制模塊(I)相連；電動(dòng)閥五(12)—端設(shè)置在自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)與電磁三通閥一 (20)之間的空氣通路上，另一端與控制模塊(I)相連；電動(dòng)閥八(22)—端設(shè)置在自由活塞膨脹/壓縮機(jī)二(14)與電磁三通閥二(23)之間的空氣通路上，另一端與控制模塊(I)相連;位移傳感器(4) 一端與直線電機(jī)(5)相連，另一端與控制模塊(I)相連；電磁三通閥一(20)三個(gè)接口分別設(shè)置在電動(dòng)閥五(12)與換熱器一(25)、電磁三通閥二(23)之間的空氣通路上，另一端與控制模塊(I)相連；電磁三通閥二(23)三個(gè)接口分別設(shè)置在電動(dòng)閥八(22)與換熱器二(26)、電磁三通閥一 (20)之間的空氣通路上，另一端與控制模塊(I)相連;換熱器一 (25)水路入口與水栗二(28)—端相連，水路出口與蓄水池(35)相連;水栗二 (28)另一端與蓄水儲(chǔ)熱罐(36)相連;換熱器二(26)水路入口與水栗一(27) —端相連，水路出口與蓄水儲(chǔ)熱罐(36)相連；水栗一(27)另一端與蓄水池(35)相連;換熱器三(32)布置在換熱器一 (24)與管殼式儲(chǔ)氣罐(34)之間的空氣通路上，其另一端氣路入口與電磁閥二 (30)相連，氣路出口與環(huán)境相通;開關(guān)繼電器一(18)—端設(shè)置在蓄電裝置(19)與直線電機(jī)(5)之間的連接線路上，另一端與控制模塊(I)相連;開關(guān)繼電器二 (21)—端設(shè)置在直線電機(jī)(5)與用戶電網(wǎng)之間的連接線路上，另一端與控制模塊(I)相連;蓄電裝置(19) 一端與開關(guān)繼電器一(18)相連，另一端與用戶電網(wǎng)電路相連。調(diào)壓氣罐(24)—端與管殼式儲(chǔ)氣罐(34)相連，另一端分成兩路分別與調(diào)壓氣缸一(9)、調(diào)壓氣缸二(16)相連。溫度傳感器(37)—端與管殼式儲(chǔ)氣罐(34)相連，另一端與控制模塊(I)相連;電磁閥二(38)—端布置在管殼式儲(chǔ)氣罐(34)與水栗一(27)之間的管路上，另一端與控制模塊(I)相連；電動(dòng)閥四(11)一端布置在調(diào)壓氣缸一(9)與調(diào)壓氣罐(24)之間的管路上，另一端與控制模塊(I)相連;電動(dòng)閥六(15) —端布置在調(diào)壓氣缸二(16)與調(diào)壓氣罐(24)之間的管路上，另一端與控制模塊(I)相連；電動(dòng)閥三(10)、電動(dòng)閥七(17)—端分別布置在調(diào)壓氣缸一 (9)、調(diào)壓氣缸二 (16)的排氣通路上，另一端均與控制模塊(I)相連。2.利用權(quán)利要求1所述的一種基于自由活塞膨脹/壓縮機(jī)-直線電機(jī)的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的蓄能模式控制方法，其特征在于:當(dāng)電負(fù)荷處于低谷時(shí)，控制模塊(I)將開關(guān)繼電器(21)接通，并將直線電機(jī)(5)調(diào)整為電動(dòng)機(jī)工作模式;控制模塊(I)將電動(dòng)閥一(3)、電動(dòng)閥八(22)、電動(dòng)閥三(10)、電動(dòng)閥七(17)、電磁閥一(30)打開，打開閘閥一(7)，其余閥門均呈關(guān)閉狀態(tài)；空氣經(jīng)進(jìn)氣總管及支管進(jìn)入自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)，此時(shí)自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)處于壓縮機(jī)工作模式，自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)的活塞在直線電機(jī)(5)的驅(qū)動(dòng)下對(duì)空氣進(jìn)行壓縮;位移傳感器(4)檢測(cè)工作過程中活塞-電機(jī)動(dòng)子組位置，實(shí)時(shí)將電信號(hào)反饋到控制模塊(I);當(dāng)自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)的活塞到達(dá)其實(shí)際上止點(diǎn)時(shí)，控制模塊(I)控制電動(dòng)閥二 (6)、電動(dòng)閥五(12)開啟，電動(dòng)閥一(3)、電動(dòng)閥八(22)關(guān)閉，空氣進(jìn)入自由活塞膨脹/壓縮機(jī)二(14)進(jìn)行壓縮，完成一個(gè)工作循環(huán)；該工作過程中，在控制模塊(I)的作用下，電磁三通閥一(20)僅將電動(dòng)閥五(12)與電磁三通閥二( 23)之間的管路連通，電磁三通閥二( 23)三路均接通，經(jīng)自由活塞膨脹/壓縮機(jī)-直線電機(jī)壓縮后的高壓空氣經(jīng)換熱器二 (26)進(jìn)入管殼式儲(chǔ)氣罐(34)中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)蓄能模式控制方法，其特征在于:經(jīng)水栗一(27)加壓后，冷卻水從蓄水池(35)中被引出并分為兩路，一路通過換熱器二(26)對(duì)高壓空氣冷卻后流入蓄水儲(chǔ)熱箱(36)中；另一路冷卻水經(jīng)連接管路進(jìn)入管殼式儲(chǔ)氣罐(34)管側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)蓄能模式控制方法，其特征在于:管殼式儲(chǔ)氣罐(34)殼側(cè)布置有溫度傳感器(37)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)空氣的溫度，將信號(hào)反饋到控制模塊(I)，通過調(diào)節(jié)電磁閥二(38)的開度控制冷卻水的流量，從而保持管殼式儲(chǔ)氣罐(34)中壓縮空氣溫度相對(duì)恒定，減小能耗，提高儲(chǔ)氣效率。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)蓄能模式控制方法，其特征在于:微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的發(fā)電模式控制方法，當(dāng)用電高峰時(shí)期，打開閘閥二 (33)，將高壓空氣從管殼式儲(chǔ)氣罐(34)中引出，依次通過換熱器一(25)、換熱器三(32);在控制模塊(I)的作用下，電磁三通閥一(20)三路均接通，電磁三通閥二(23)僅將電動(dòng)閥八(22)與電磁三通閥一(2 O)之間的管路連通;控制模塊(I)將電動(dòng)閥五(12 )、電動(dòng)閥二( 6 )、電動(dòng)閥三(10)、電動(dòng)閥七(17)接通，并且通過電機(jī)控制器將直線電機(jī)(5)調(diào)整為發(fā)電機(jī)工作模式;高壓空氣進(jìn)入自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)，此時(shí)，自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)處于膨脹工作模式，推動(dòng)其活塞向右運(yùn)動(dòng)，位移傳感器(4)檢測(cè)工作過程中活塞-電機(jī)動(dòng)子組位置，實(shí)時(shí)將電信號(hào)反饋到控制模塊(I);當(dāng)自由活塞膨脹/壓縮機(jī)一(13)的活塞到達(dá)其實(shí)際下止點(diǎn)時(shí)，控制模塊(I)控制電動(dòng)閥二(6)、電動(dòng)閥五(12)關(guān)閉，電動(dòng)閥四(3)、電動(dòng)閥九(22)開啟，高壓空氣進(jìn)入自由活塞膨脹/壓縮機(jī)二(14)推動(dòng)其活塞向左運(yùn)動(dòng)，整個(gè)裝置完成一個(gè)工作循環(huán);在該工作過程中，直線電機(jī)(5)動(dòng)子做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)氣體壓力能到電能的轉(zhuǎn)化；同時(shí)，控制模塊(I)將開關(guān)繼電器一(18)接通，開關(guān)繼電器二(21)斷開，使產(chǎn)生的電能通過蓄電裝置(19)存儲(chǔ)起來，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路并入用戶電網(wǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)蓄能模式控制方法，其特征在于:微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)發(fā)電模式控制方法，在放氣發(fā)電的初始階段，打開球閥(29)，通過水栗二(28)加壓將高溫水從蓄水儲(chǔ)熱罐(36)中抽出，經(jīng)換熱器一(25)對(duì)高壓空氣進(jìn)行加熱后通入蓄水池(35)中；隨著工作過程的持續(xù)，管殼式儲(chǔ)氣罐(34)中的空氣溫度壓力不斷降低，此時(shí)，關(guān)閉閘閥一 (7)，接通電磁閥一 (30)，經(jīng)自由活塞膨脹/壓縮機(jī)-直線電機(jī)做功后的低壓帶溫空氣通入換熱器三(32)，對(duì)高壓進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)一步提高進(jìn)氣溫度，增加壓縮空氣焓值，提升壓縮空氣的做功能力。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)蓄能模式控制方法，其特征在于:當(dāng)位移傳感器(4)檢測(cè)到自由活塞膨脹/壓縮機(jī)活塞在膨脹過程中未到達(dá)其理論下止點(diǎn)時(shí)，控制模塊(I)將電動(dòng)閥三(I I )、電動(dòng)閥八(I 5)同時(shí)打開，高壓空氣分別充入調(diào)壓氣缸一(9)、調(diào)壓氣缸二(16)，缸內(nèi)壓力迅速增大，增加了活塞-電機(jī)動(dòng)子組往復(fù)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而達(dá)到調(diào)節(jié)膨脹比的目的；安裝在調(diào)壓氣缸一(9)、調(diào)壓氣缸二(16)兩側(cè)的壓力傳感器一(2)、壓力傳感器二(8)將信號(hào)反饋給控制模塊(I)，通過及時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)壓氣缸進(jìn)出口電動(dòng)閥四(I I )、電動(dòng)閥六(I 5 )、電動(dòng)閥三(1 )、電動(dòng)閥七(17)的開度大小，控制充入調(diào)壓氣缸的壓縮空氣量，能夠有效調(diào)節(jié)膨脹比。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自由活塞膨脹/壓縮機(jī)-直線電機(jī)的微型/離網(wǎng)壓縮空氣蓄能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括自由活塞膨脹/壓縮機(jī)、直線電機(jī)、調(diào)壓氣罐、換熱器、管殼式儲(chǔ)氣罐、水泵、蓄水儲(chǔ)熱罐、蓄水池以及相應(yīng)的連接管路；控制系統(tǒng)包括：控制模塊、壓力傳感器、位移傳感器、電動(dòng)閥、開關(guān)繼電器、蓄電裝置、電磁三通閥、電磁閥以及相應(yīng)的連接線路；該蓄能系統(tǒng)在蓄能和發(fā)電過程中能分別充當(dāng)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)，大大簡(jiǎn)化了壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了成本；同時(shí)，系統(tǒng)采用一種管殼式儲(chǔ)氣罐并通過調(diào)節(jié)膨脹/壓縮比，能減小儲(chǔ)氣裝置中壓縮空氣壓力溫度的大幅波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了空氣壓縮與膨脹環(huán)節(jié)的能量?jī)?yōu)化利用，提高了壓縮空氣蓄能系統(tǒng)的效率。
【IPC分類】F01B23/10, F04B41/02, F04B49/22, F04B49/06, F04B41/06, F04B35/04, F01B25/10
【公開號(hào)】CN105626456
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610009848
【發(fā)明人】李高勝, 張紅光, 楊富斌, 宋松松, ?，? 于飛
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月6日