一种斯特林压缩气体储能装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及气体储能技术领域，具体为一种斯特林压缩气体储能装置及其使用方法，包括斯特林发动机本体单元，还包括气源，所述气源通过第一单向阀对斯特林发动机本体单元输入气体；储气罐，所述斯特林发动机本体单元通过第二单向阀向储气罐输入气体；其中，所述斯特林发动机本体单元内部利用工作段对气源所输入的气体进行转换并单向输入到储气罐当中；所述工作段接有能量源和电机；其中，所述电机与斯特林发动机本体单元之间双向信号传输。本发明专利技术具有明显节能减排优势，实现高压气体、电能的多联产，具有极高的经济优势。

【技术实现步骤摘要】
一种斯特林压缩气体储能装置及其使用方法
本专利技术涉及气体储能
，具体为一种斯特林压缩气体储能装置及其使用方法。
技术介绍
斯特林发动机(又称热气机)是一种外部供热(或燃烧)的活塞式发动机，利用密封在回路中的工质气体周期性膨胀和压缩，实现热能向机械功的转化。斯特林发动机工作容积主要由以下五部分组成：膨胀腔、压缩腔、加热器、回热器和冷却器。工质气体在活塞运动的驱动下在回路中往复流动，在加热器内被外部热源加热，在冷却器内被外部冷源冷却。回热器吸收流过的高温工质气体的热量，并将热量释放给反向流过的低温工质气体，减小工质气体在加热器和冷却器内的吸热量和放热量，提高系统效率。斯特林发动机外部加热的特点使其具有能源适应性好的突出优点，不仅可燃用煤、汽油、柴油、天然气等化石能源，木屑、秸秆、酒精、沼气等生物质能源，还可利用余热、太阳能等低品位能源。外部燃烧过程连续，易于实现燃烧控制和燃烧完全，排放的有害气体大大减少，同时没有爆震和排气波现象，运转平稳，可靠性高。可作为原动机、制冷机、热泵和压力发生器，在家用电器、汽车、轮船、航空航天、微电子以及生物低温保存等诸多领域具有广泛的应用。在传统的压缩机进行电能驱动对气体压缩过程中，能量耗损严重，且不环保；另外，传统的气体压缩无法实现与多种能源进行互补驱动，进而无法实现高稳定性的气体储能性能。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种斯特林压缩气体储能装置及其使用方法，具有明显节能减排优势，实现高压气体、电能的多联产，具有极高的经济优势，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种斯特林压缩气体储能装置，包括斯特林发动机本体单元，还包括气源，所述气源通过第一单向阀对斯特林发动机本体单元输入气体；储气罐，所述斯特林发动机本体单元通过第二单向阀向储气罐输入气体；其中，所述斯特林发动机本体单元内部利用工作段对气源所输入的气体进行转换并单向输入到储气罐当中；所述工作段接有能量源和电机；其中，所述电机与斯特林发动机本体单元之间双向信号传输。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述工作段包括加热器和膨胀腔、回热器、冷却器、膨胀腔活塞、缓冲腔、压缩腔活塞和压缩腔；所述膨胀腔、加热器、回热器、冷却器和压缩腔依次相连，且形成一循环回路；所述膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别与膨胀腔和压缩腔相连；其中，所述气源通过第一单向阀与斯特林发动机本体单元内的缓冲腔相连；所述压缩腔通过第二单向阀与储气罐相连；当所述缓冲腔压力低于气源压力时，气源通过第一单向阀向缓冲腔内补充气体；当缓冲腔内部的气体压力高于压缩腔内部气体的压力时，气体会从缓冲腔进入到压缩腔。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述缓冲腔设置在膨胀腔和压缩腔的下部；其中，所述膨胀腔下部设置有膨胀腔密封件，所述膨胀腔通过膨胀腔密封件与缓冲腔隔开；所述压缩腔通过其下部设置的压缩腔密封件与缓冲腔隔开。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述加热器与能量源输入端连接，所述膨胀腔设置在加热器的一端的下部，所述回热器设置在加热器另一端的下部，所述冷却器设置在回热器的下端。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别通过膨胀腔活塞杆和压缩腔活塞杆连接在同一个传动结构上，所述传动结构通过飞轮与电机输出端相连。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述储气罐通过压力计输出到压力反馈单元的输入端，所述压力反馈单元的输出端连接电机的输入端。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述特林发动机本体单元内部的压缩腔活塞直径不小于膨胀腔活塞直径的3倍。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述气源和储气罐与斯特林发动机本体单元内部进行交换的气体为工质气体，所述工质气体为空气、氮气、氢气、氦气、二氧化碳当中的一种或任意多种组成；所述能量源可由工业余热、太阳能、生物质、天然气的一种或任意多种组成，其中，斯特林发动机本体单元可以是α型、β型和γ型的任意一种，同时可以是单作用型或双作用型。本专利技术还提供了一种斯特林压缩气体储能装置的使用方法，其中，所述膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别通过膨胀腔活塞杆和压缩腔活塞杆连接在同一个传动结构上，所述传动结构通过飞轮与电机输出端相连；所述特林发动机本体单元内部的压缩腔活塞直径不小于膨胀腔活塞直径的3倍；所述的第一单向阀保障气体只能从气源进入缓冲腔，所述的第二单向阀保障气体只能从压缩腔进入储气罐；所述的压缩腔活塞从上止点到下止点的运行过程中，斯特林发动机本体单元内部的工质气体的压力不断增加，在压缩腔活塞到达下止点处时，工质气体的压力达到最大，当压缩腔内的压力大于储气罐内的压力时，高压气体从压缩腔通过第二单向阀进入储气罐，实现高压气体的储存；所述的压缩腔活塞从下止点到上止点的运行过程中，斯特林发动机本体单元内部的工质气体的压力不断减少，在压缩腔活塞到达上止点处时，工质气体的压力最小，当压缩腔内的压力小于缓冲腔内的压力时，缓冲腔内的工质气体进入到压缩腔；当所述缓冲腔压力低于气源压力时，气源通过第一单向阀向缓冲腔内补充工质气体，不断重复上述过程。作为本专利技术一种优选的技术方案，电机既可以作为发电机使用又可以作为原动机使用，所述的斯特林发动机本体单元的加热器有热源时，斯特林发动机可以通过飞轮带动电机发电，同时得到储气罐中的高压气体；所述的斯特林发动机本体单元的加热器没有热源时，对电机供电带动斯特林发动机本体单元的飞轮转动实现上述的循环过程；其中，斯特林发动机本体单元的冷却器由常温下循环冷却水提供冷源，当所述的斯特林发动机本体单元的加热器有热源时，斯特林发动机可以通过飞轮带动水泵为循环水提供动力，所述的斯特林发动机本体单元的加热器没有热源时，对电机供电带动水泵为循环水提供动力；另外，所述储气罐通过压力计输出到压力反馈单元的输入端，所述压力反馈单元的输出端连接电机的输入端；斯特林发动机本体单元在启动时由电机带动，由压力计测定储气罐内部气体的压力，在储气罐内部气体的压力低于所需要气体压力的下限时通过压力反馈单元实现电机的启动，进而带动斯特林发动机本体单元启动，当斯特林发动机本体单元稳定运行后，电机关闭；在储气罐内部气体的压力高于所需要气体压力的上限时通过压力反馈单元实现热源的切断，斯特林发动机本体单元停止运行，进行储气罐的更换。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术可以采用太阳能、工业余热等能源驱动，尤其是可以采用工业余热生产工业高压气体，而传统的压缩机采用电能驱动，本专利技术的斯特林发动机本体在启动时由电机带动，由压力计可以测定储气罐内部气体的压力，在储气罐内部气体的压力低于所需要气体压力的下限时通过压力反馈单元实现电机的启动，进而带动斯特林发动机本体启动，当斯特林发动机本体稳定运行后，电机关闭；在储气罐内部气体的压力高于所需要气体压力的上限时通过压力反馈单元实现热源的切断，斯特林发动机本体停止运行，进行储气罐的更换，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斯特林压缩气体储能装置，包括斯特林发动机本体单元(1)，其特征在于：还包括/n气源(17)，所述气源(17)通过第一单向阀(16)对斯特林发动机本体单元(1)输入气体；/n储气罐(21)，所述斯特林发动机本体单元(1)通过第二单向阀(20)向储气罐(21)输入气体；/n其中，所述斯特林发动机本体单元(1)内部利用工作段对气源(17)所输入的气体进行转换并单向输入到储气罐(21)当中；/n所述工作段接有能量源(23)和电机(10)；/n其中，所述电机(10)与斯特林发动机本体单元(1)之间双向信号传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种斯特林压缩气体储能装置，包括斯特林发动机本体单元(1)，其特征在于：还包括
气源(17)，所述气源(17)通过第一单向阀(16)对斯特林发动机本体单元(1)输入气体；
储气罐(21)，所述斯特林发动机本体单元(1)通过第二单向阀(20)向储气罐(21)输入气体；
其中，所述斯特林发动机本体单元(1)内部利用工作段对气源(17)所输入的气体进行转换并单向输入到储气罐(21)当中；
所述工作段接有能量源(23)和电机(10)；
其中，所述电机(10)与斯特林发动机本体单元(1)之间双向信号传输。


2.根据权利要求1所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述工作段包括加热器(2)和膨胀腔(3)、回热器(4)、冷却器(5)、膨胀腔活塞(7)、缓冲腔(13)、压缩腔活塞(15)和压缩腔(19)；
所述膨胀腔(3)、加热器(2)、回热器(4)、冷却器(5)和压缩腔(19)依次相连，且形成一循环回路；
所述膨胀腔活塞(7)和压缩腔活塞(15)分别与膨胀腔(3)和压缩腔(19)相连；
其中，
所述气源(17)通过第一单向阀(16)与斯特林发动机本体单元(1)内的缓冲腔(13)相连；
所述压缩腔(19)通过第二单向阀(20)与储气罐(21)相连；
当所述缓冲腔(13)压力低于气源(17)压力时，气源(17)通过第一单向阀(16)向缓冲腔(13)内补充气体；
当缓冲腔(13)内部的气体压力高于压缩腔(19)内部气体的压力时，气体会从缓冲腔(13)进入到压缩腔(19)。


3.根据权利要求2所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述缓冲腔(13)设置在膨胀腔(3)和压缩腔(19)的下部；
其中，
所述膨胀腔(3)下部设置有膨胀腔密封件(6)，所述膨胀腔(3)通过膨胀腔密封件(6)与缓冲腔(13)隔开；
所述压缩腔(19)通过其下部设置的压缩腔密封件(18)与缓冲腔(13)隔开。


4.根据权利要求2所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述加热器(2)与能量源(23)输入端连接，所述膨胀腔(3)设置在加热器(2)的一端的下部，所述回热器(4)设置在所述加热器(2)另一端的下部，所述冷却器(5)设置在所述回热器(4)的下端。


5.根据权利要求2所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述膨胀腔活塞(7)和压缩腔活塞(15)分别通过膨胀腔活塞杆(8)和压缩腔活塞杆(14)连接在同一个传动结构(12)上，所述传动结构(12)通过飞轮(11)与电机(10)输出端相连。


6.根据权利要求5所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述储气罐(21)通过压力计(22)输出到压力反馈单元(9)的输入端，所述压力反馈单元(9)的输出端连接电机(10)的输入端。


7.根据权利要求1-6任一所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述特林发动机本体单元(1)内部的压缩腔活塞(15)直径不小于膨胀腔活塞(7)直径的3倍。


8.根据权利要求1-6任一所述的一种斯特林压缩气体储能装置，其特征在于：所述气源(17)和储气罐(21)与斯特林发动机本体单元(1)内部进行交换的气体为工质气体，所述工质气体为空气、氮气、氦气、氢气、二氧化碳当中的一种或任意多种组成；所述能量源(23)可由工业余热、太阳能、生物质、天然气的一种或任意多种组成，其中，斯特林发动机本体单元(1)可以是α型、β型和γ型的任意一种，同时可以是单作用型或双作用型。


9.一种利用权利要求1所述的斯特林压缩气体储能装置的使用方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，邱浩，王树林，倪明江，岑可法，骆仲泱，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33