[发明专利]复合式涡旋机气路余热利用系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种余热利用系统，属于能源回收利用技术领域，尤其是一种复合式涡旋机气路余热利用系统。

背景技术

随着能源枯竭和环境污染问题日益严重，清洁环保的可再生能源如风电、太阳能等受到广泛关注。然而，新能源的波动性和间歇性限制了其发展。储能技术可以解决上述问题，压缩空气储能因其成本低、污染小的特点在世界范围内备受关注。其中，风力压缩空气储能是一类典型应用。

当前研究的风力发电压缩空气储能技术，主要是利用风能波峰时多余的能量，采用空气压缩机将压缩空气储存起来；在风能波谷时，利用压缩的空气，采用膨胀机将压缩空气储存的能量释放出来，实现对风能削峰填谷，平抑风能波动的效果。

风力发电压缩空气储能系统中，压缩空气储能过程中需要用到压缩机，压缩的空气膨胀释放能量时需要用到膨胀机。压缩机和膨胀机工作需要独立的气路，导致压缩空气储能气路比较复杂。另外，压缩机工作时，部分能量转换成气路内气体的内能，造成温度过高；膨胀机工作时，会造成气路中气体温度过低。气路内气体温度过高或者过低时，一方面会影响压缩机和膨胀机的寿命；另一方面会降低压缩机和膨胀机工作的效率。当气路温度和外接温度差过大时，会导致能量耗散严重，造成能源浪费，降低系统整体工作效率。

专利201110002249，名称为《用于压缩空气储能技术的涡旋式压缩－膨胀复合机》，公布了一种用于压缩空气储能的复合式涡旋机，将压缩空气储能系统中的压缩机和涡旋机做成了一个复合机。既能工作在压缩状态，也能工作在膨胀状态。该发明简化了系统的气路结构、减少了能量耗散环节，并实现了气路的复用，节约了成本。然而，该发明没有彻底解决系统工作在压缩或膨胀状态时，气路温度过高或者过低而引起的效率低、能量耗散以及设备寿命缩短的问题。

当涡旋式复合机工作于压缩机模式时，气路输出气体温度较高，一方面气路内气体温度远高于外界环境温度，会造成能量损耗，也会降低复合式涡旋机工作效率，能源浪费严重。同时，过高的气体温度会缩短涡旋式复合机的寿命。当涡旋式复合机工作于膨胀机状态时，涡旋机内气体温度会降低，一方面温度过低使涡旋式复合机无法工作在高效区域，效率低下。当涡旋式复合机功率较大时，会造成设备周围温度过低，水蒸气结冰影响设备正常工作，缩短涡旋式复合机的寿命。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了复合式涡旋机气路余热利用系统及方法，该系统克服风力发电压缩空气储能涡旋式复合机输出气路能量浪费严重、整体效率低、设备寿命受气路影响大的现状，不仅能够利用半导体温差发电装置对气路输出气体能量进行收集，还能减小气路内气体和室内空气的温差，提高系统整体工作效率，减小气路气体温度过高或者过低对设备的损坏。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

复合式涡旋机气路余热利用系统，包括复合式涡旋机，复合式涡旋机通过管路与阀门相连，阀门与储气罐相连，复合式涡旋机与阀门之间的管路上设置有气路缓冲器，气路缓冲装置的表面贴有温差发电片装置，所述温差发电片装置与变流器的一端相连，变流器的另一端与控制器相连，变流器的第三端与蓄电池相连，复合式涡旋机有压缩机模式及膨胀机模式,该余热利用系统既能够用于压缩机气路能量回收，也能够用于膨胀机气路气体加热。

当复合式涡旋机工作于压缩机模式时，气路内气体经过气路缓冲器时，贴在气路缓冲器表面的温差发电片装置会利用气路缓冲器内气体和外界空气的温差进行发电，温差发电片装置产生的电压经变流器处理后，对储能蓄电池充电，实现复合式涡旋机气路能量的回收；

当复合式涡旋机工作于膨胀机模式时，储气罐中的气体经阀门流向气路缓冲器，储能蓄电池经变流器后给温差发电片装置加热，提高气路缓冲器内气体温度，经气路送给复合式涡旋机。

所述温差发电片装置为多个半导体温差发电片，半导体温差发电片通过串并联的方式连接，半导体温差发电片既能够利用温差发电经变流器给蓄电池充电，也能够利用蓄电池的能量进行发热对气路缓冲器内气体加热。

所述变流器包括并联在温差发电片装置两端的电容，电容的一端与电感的一端相连，电感的另一端分两路，一路与第一开关管的一端相连，另一路与第二开关管的一端相连，第二开关管的另一端及电容的另一端均与蓄电池的负极端相连，第一开关管的另一端与蓄电池的正极端相连。

复合式涡旋机气路余热利用系统的控制方法，包括以下步骤：