空气纯化模块、液态空气储能回路及储能系统

技术领域

本发明涉及液态空气储能技术领域，尤其涉及一种空气纯化模块、液态空气储能回路及储能系统。

背景技术

液态空气储能技术由空气压缩模块、蓄冷模块、蓄热模块、膨胀发电模块构成，包括储能阶段与发电阶段两个阶段，储能阶段空气经空气压缩模块压缩至高压状态，压缩热储存到蓄热模块中，高压空气进入蓄冷模块，吸收冷媒冷量降至常压液化储存；发电阶段液态空气经升压后吸收蓄热模块热量，进入膨胀发电模块进行发电。空气纯化模块是空气压缩模块的重要组成部分，主要配置分子筛纯化系统，作用是清除空气中的水、二氧化碳、乙炔等杂质，其操作包括吸附和脱附等流程，该系统在空气分离行业应用广泛。

常规空气纯化模块主要应用于低压工况，且连续运行，存在均压过程，工作过程切换流畅，一般启动需要20～30分钟。液态空气储能技术需要将空气压缩至高压状态，且间断运行，需频繁启停，为防止快速升压导致冲床现象，破坏吸附床层降低或破坏分子筛纯化器吸附性能，只能缓慢将分子筛纯化器进行缓慢升压，极大增加了空气纯化模块开启时间，导致空气纯化模块响应缓慢，极大影响了液态空气储能的系统效率。

发明内容

本发明提供一种空气纯化模块、液态空气储能回路及储能系统，用以解决现有技术中空气纯化模块开启长，空气纯化模块响应缓慢的缺陷，实现提前对第一吸附器或第二吸附器进行增压，从而缩短空气纯化模块的启动时间，提高响应速度。

本发明提供一种空气纯化模块，包括：

分子筛纯化器本体，所述分子筛纯化器本体包括第一吸附器和第二吸附器；

增压支路，所述增压支路的一端与所述第一吸附器和所述第二吸附器连接，所述增压支路的另一端与增压气源连接，所述增压支路交替给所述第一吸附器和所述第二吸附器增压。

根据本发明提供的空气纯化模块，所述增压支路包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀连接在所述第一吸附器与所述增压气源之间，所述第二控制阀连接在所述第二吸附器与所述增压气源之间。

根据本发明提供的空气纯化模块，所述增压支路还包括第三控制阀，所述第三控制阀连接所述增压气源的进气口。

根据本发明提供的空气纯化模块，所述增压支路还包括第一减压阀。

根据本发明提供的空气纯化模块，所述增压支路还包括第一缓存罐，所述第一缓存罐连接在所述增压气源与所述第一减压阀之间。

根据本发明提供的空气纯化模块，所述增压支路包括风机和第二缓存罐，所述风机连接在所述分子筛纯化器本体与所述第二缓存罐之间，所述第二缓存罐与所述增压气源连接。

本发明还提供了一种液态空气储能回路，包括一级压缩机、二级压缩机、三级压缩机和上述的空气纯化模块；

所述一级压缩机与所述二级压缩机连接，所述二级压缩机与所述空气纯化模块连接，所述空气纯化模块与所述三级压缩机连接。

根据本发明提供的液态空气储能回路，所述增压支路与所述三级压缩机进气口连接。

根据本发明提供的液态空气储能回路，所述增压支路还包括第一减压阀和第一缓存罐，所述第一减压阀连接在所述分子筛纯化器本体与所述第一缓存罐之间，所述第一缓存罐与所述三级压缩机的出气口连接。

本发明还提供了一种液态空气储能系统，包括释能回路和上述液态空气储能回路，所述释能回路与所述液态空气储能回路连接；

其中，所述增压支路包括第一减压阀，所述第一减压阀连接在所述分子筛纯化器本体与所述释能回路的进气口之间。

本发明提供的空气纯化模块，通过在分子筛纯化器本体设置增压支路，增压支路与增压气源连接，通过增压支路给第一吸附器和第二吸附器交替增压，从而提高缩短空气纯化模块的升压时间，提升响应速度，提升液态空气储能系统的储能和发电效率。

进一步，在本发明提供的液态空气储能回路及储能系统中，由于具备如上所述的空气纯化模块，因此同样具备如上所述的各种优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1是本发明提供的液态空气储能回路连接关系示意图之一；

图2是本发明提供的液态空气储能回路连接关系示意图之二；

图3是本发明提供的液态空气储能回路连接关系示意图之三；

图4是本发明提供的液态空气储能回路连接关系示意图之四。

附图标记：

100：空气纯化模块；110：分子筛纯化器本体；120：增压支路；

101：第一吸附器；102：第二吸附器；103：第一控制阀；104：第二控制阀；105：第三控制阀；106：第一缓存罐；107：第一减压阀；130：风机；140：第二缓存罐；

210：一级压缩机；220：二级压缩机；230：三级压缩机；211：第一换热器；221：第二换热器；231：第三换热器；240：气液分离器；250：空气过滤器；260：冷箱；300：释能回路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

空气纯化模块一般采用全低压工作流程，工作压力0.4～0.6MPa，工作温度10～20℃，配置两台吸附器，一台吸附饱和后，另一台脱附好的投入运行，空气纯化模块除检修外连续不间断运行。空气纯化模块的升压、吸附、泄压、脱附、冷却五个工作流程依次分布于液态空气储能系统的三大阶段内，其中脱附流程和冷却流程需要额外气源。

下面结合图1至图4，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了一种空气纯化模块100，包括：分子筛纯化器本体110和增压支路120，分子筛纯化器本体110包括第一吸附器101和第二吸附器102；增压支路120的一端与第一吸附器101和第二吸附器102连接，增压支路120的另一端与增压气源连接，增压支路120交替给第一吸附器101和第二吸附器102增压。

具体而言，在液态空气储能过程，空气进入空气纯化模块100进行吸附出二氧化碳和水，对空气进行纯化，针对于空气纯化模块100而言，包括升压、吸附、泄压、脱附、冷却五个工作流程，第一吸附器101和第二吸附器102交替工作，在第一次纯化过程中使用第一吸附器101进行工作，那么下一次纯化过程则使用第二吸附器102工作，也就是说，在第一吸附器101吸附后，下一次纯化开始之前，启动增压支路120对第二吸附器102进行增压，进而在下一次纯化过程开始时，第二吸附器102可以直接进行吸附，无需缓慢增压，缩短了空气纯化模块100的启动时间。同理，在第二吸附器102吸附后，下一次纯化开始之前，启动增压支路120对第一吸附器101进行增压，为下一次纯化过程进行提前升压。增压流程可根据需求分别设置于储能阶段、发电阶段、非工作阶段。

其中，针对本发明的增压气源而言，增压气源可以为外界气源也可以引流空气纯化模块100所在回路的气源。增压气源进入分子筛纯化器本体110中的气体压力，应与分子筛纯化器本体110的工作压力相适配。

继续参考图1，在本发明的一个实施例中，增压支路120包括第一控制阀103和第二控制阀104，第一控制阀103连接在第一吸附器101与增压气源之间，第二控制阀104连接在第二吸附器102与增压气源之间。

换句话说，第一控制阀103设置在第一吸附器101的增压进口，第二控制阀104设置在第二吸附器102的增压进口，第一控制阀103用于控制增压气源与第一吸附器101之间的开关和/或通气流速，第二控制阀104用于控制增压气源与第二吸附器102之间的开关和/或通气流速。其中，第一控制阀103和第二控制阀104交替工作，第一控制阀103和第二控制阀104可以为气动或电动调节阀。

具体地，在本发明的一个可选实施例中，增压支路120还包括第三控制阀105，第三控制阀105连接增压气源的进气口。第三控制阀105可以控制增压气源的通断和/或通气速率。

例如，如图1所示，本发明还提供了一种液态空气储能回路，包括一级压缩机210、二级压缩机220、三级压缩机230和上述实施例的空气纯化模块100；一级压缩机210与二级压缩机220连接，二级压缩机220与空气纯化模块100连接，空气纯化模块100与三级压缩机230连接。

其中，在本发明的可选实施例中，增压支路120与三级压缩机230进气口连接。具体而言，液态空气储能回路首次启动时，空气经过一级压缩机210、二级压缩机220后进入到空气纯化模块100，第一吸附器101的进气口的调节阀的开度逐渐增大，使第一吸附器101缓慢升压，当第一吸附器101的压力升至操作压力后，不断进行吸附，吸附后空气进入第三压缩机中继续进行储能阶段的后续工作。其中，操作压力可以为1.5～2Mpa。提前升压可以解决传统阀门控制缓慢升压过程中的能量损耗问题。

在第一吸附器101完成吸附流程之后进入脱附流程，此时，开启第二控制阀104和第三控制阀105，将三级压缩机230进口的空气引入第二吸附器102中，对第二吸附器102进行增压，由于三级压缩机230进口的压力和第一吸附器101排出的压力值相同，因此，第二吸附器102可以直接引用。

在下一次储能阶段开启后，空气再次经过一级压缩机210、二级压缩机220进入空气纯化模块100，此时，第二吸附器102开始工作，由于第二吸附器102已经通过增压回路进行预升压，因此，此时空气纯化模块100实现快速启动，提升了储能阶段的启动时间。

在本实施例中，液态空气储能回路还包括第一换热器211、第二换热器221、第三换热器231、空气过滤器250和气液分离器240，其中，第一换热器211置于一级压缩机210之后，第二换热器221置于二级压缩机220之后，第三换热器231置于三级压缩机230之后，空气过滤器250置于一级压缩机210之前，对进入的空气进行过滤，气液分离器240置于第二换热器221与空气纯化模块100之间，对进入空气纯化模块100的空气进行气液分离。

当然，在本发明的其它实施例中，液态空气储能回路还包括冷箱260，冷箱260置于三级压缩机230之后，空气纯化模块100也可以设置在三级压缩机230与冷箱260之间，此时，增压支路120与冷箱260进气口连接，将冷箱260进气口的压缩空气作为增压气源。

如图2所示，在本发明的另一个实施例中，增压支路120还包括第一减压阀107和第一缓存罐106，第一缓存罐106连接在第一减压阀107与增压气源之间。也就是说，将增压气源存储在第一缓存罐106中，然后在通过第一减压阀107释放到第一吸附器101或第二吸附器102中，从而得到满足压力的气源。

例如，继续参考图2，本发明提供了一种液态空气储能回路，包括一级压缩机210、二级压缩机220、三级压缩机230和上述实施例的空气纯化模块100；一级压缩机210与二级压缩机220连接，二级压缩机220与空气纯化模块100连接，空气纯化模块100与三级压缩机230连接。在本实施例中，液态空气储能回路还包括第一换热器211、第二换热器221、第三换热器231、空气过滤器250和气液分离器240，其中，第一换热器211置于一级压缩机210之后，第二换热器221置于二级压缩机220之后，第三换热器231置于三级压缩机230之后，空气过滤器250置于一级压缩机210之前，对进入的空气进行过滤，气液分离器240置于第二换热器221与空气纯化模块100之间，对进入空气纯化模块100的空气进行气液分离。

其中，增压支路120与三级压缩机230出口连接，也就是说，第一缓存罐106与三级压缩机230出口连接，将三级压缩后的气体存储在第一缓存罐106中，可以起到降压的作用，同时将空气存储在第一缓存罐106中，可以在合适的工况下开启，使预升压在合适的时间。进一步通过第一减压阀107减压后，将合适压力的空气通入第一吸附器101或第二吸附器102中。

进一步地，如图3所示，在本发明的另一个可选实施例中，增压支路120包括风机130和第二缓存罐140，风机130连接在分子筛纯化器本体110与第二缓存罐140之间，第二缓存罐140与增压气源连接。其中，增压气源可以为氮气、氦气或无二氧化碳和水的其它气体。增压支路120在液态空气储能回路处于非工作状态下，可以对第一吸附器101或第二吸附器102进行升压。

换言之，第一吸附器101、第二吸附器102通过管路同时与风机130连接，风机130与第二缓存罐140连接，第二缓存罐140内存储增压气源。即增压气源可以为外部引入的纯净气体。风机130将第二缓存罐140中的压力气体通入第一吸附器101或第二吸附器102内。其中，第二缓存罐140内的气体的压力与分子筛纯化器本体110所需压力相适应。当然，也可以在第二缓存罐140为低压空气，风机130采用升压风机，对第二缓存罐140中的气体压力进行升压至分子筛纯化器本体110的所需压力。

同理，也可以在第二缓存罐140内存储高压气体，在第二缓存罐140的出口设置减压阀，进而得到适合分子筛纯化器本体110的气体压力。

如图4所示，在本发明的一些实施例中，增压支路120包括第一减压阀107。增压气源经过第一减压阀107减压后进入第一吸附罐或第二吸附罐中。

例如，继续参考图4，本发明提供了一种液态空气储能系统，包括释能回路300和上述实施例的液态空气储能回路，释能回路300与液态空气储能回路连接。其中，液态空气储能回路，包括一级压缩机210、二级压缩机220、三级压缩机230和上述实施例的空气纯化模块100；一级压缩机210与二级压缩机220连接，二级压缩机220与空气纯化模块100连接，空气纯化模块100与三级压缩机230连接。在本实施例中，液态空气储能回路还包括第一换热器211、第二换热器221、第三换热器231、空气过滤器250和气液分离器240，其中，第一换热器211置于一级压缩机210之后，第二换热器221置于二级压缩机220之后，第三换热器231置于三级压缩机230之后，空气过滤器250置于一级压缩机210之前，对进入的空气进行过滤，气液分离器240置于第二换热器221与空气纯化模块100之间，对进入空气纯化模块100的空气进行气液分离。

其中，增压支路120包括第一减压阀107，第一减压阀107连接在分子筛纯化器本体110与释能回路300的进气口之间。在液态空气储能回路发电阶段，增压支路120对第一吸附器101或第二吸附器102进行升压。

具体地，液态空气储能回路还包括冷箱260，冷箱260的进口与三级压缩机230连接，冷箱260的出口与释能回路300连接。增压支路120的第一减压阀107与冷箱260的出口连接。也就是说，冷箱260出口的空气作为第一吸附器101或第二吸附器102的增压气源。通过第一减压阀107对冷箱260出口的空气进行减压至分子筛纯化器本体110所需的压力，在通入分子筛纯化器本体110中。

进一步地，针对本发明的分子筛纯化器本体110而言，可以为立式、卧式等结构，流道布置可为径向流或轴向流等形式，床层布置为双层床布置。压缩机形式可以为活塞式、螺杆式或离心式等结构，

本发明提供的空气纯化模块100，通过在分子筛纯化器本体110设置增压支路120，增压支路120与增压气源连接，通过增压支路120给第一吸附器101和第二吸附器102交替增压，从而提高缩短空气纯化模块100的升压时间，提升响应速度，提升液态空气储能系统的储能和发电效率。

进一步，在本发明提供的液态空气储能回路及储能系统中，由于具备如上所述的空气纯化模块100，因此同样具备如上所述的各种优势。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。