專利名稱：一種利用自來水動能制取壓縮空氣的裝置及方法
—種利用自來水動能制取壓縮空氣的裝置及方法本發(fā)明涉及壓縮空氣的制取裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種將自來水在使 用過程中流失的動能加以利用并制取壓縮空氣的裝置及方法。水是地球上最寶貴的資源，是孕育我們?nèi)祟愒趦?nèi)的一切生命之源，保護水資源、節(jié)約用水、創(chuàng)建節(jié)能型社會是全人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措和共同目標。盡管我們一直大力提倡“節(jié)約用水”，而“節(jié)能用水”卻是長期以來被人們忽略的另一個重要議題。目前，城鎮(zhèn)居民生活用水及工業(yè)生產(chǎn)用水主要來源于自來水，從自來水廠到各個用戶終端，其輸送過程需要經(jīng)過泵站多次增壓，通過一定壓力將水輸送到供水管網(wǎng)或高位水塔后供用戶使用，其間需消耗大量的電能或其它動力能。因此，人們所使用的自來水是具有一定的壓力的，而自來水的壓力主要用于輸送，根據(jù)當今自來水的使用情況，除消防、洗車、噴淋等使用場合有必需的壓力要求外，其它的自來水使用場合幾乎都并無壓力要求，完全可憑水的自身重力、水的流動性及自由落差便能滿足其使用要求。譬如，車站、機場、碼頭、大型超市及公園街道等公共場合都建有公共廁所，其清理污物并非直接打開水龍頭進行沖刷，而是一般都裝有高位水箱，先向高位水箱內(nèi)注水，待積聚到一定水容量，然后打開水箱底閥，水在自身重量及落差的作用下瞬間大量涌出，從而將污物沖掉；家用抽水馬桶的工作原理也類似，水箱進水的方式同上，當積聚到一定水量時打開底閥，大量的水一下子涌入馬桶，并產(chǎn)生虹吸效應(yīng)，迅速將污物抽掉；以上兩種工作方式所利用的作用力均來源于水的自身重力，而并未利用自來水的壓力；此外，每家每戶所使用的洗衣機，也并非利用自來水的壓力進行沖洗，而是先向桶內(nèi)放水，然后靠其它機械動力完成洗滌過程；諸如上述，大多數(shù)的自來水使用場合，只需將自來水注入水池或容器即可，并無要求自來水必須達到多大的壓力。綜上，人們在使用自來水時，基本只利用了自來水管道中的水，而自來水放出時伴隨水流所儲存的大量動能，則隨著嘩嘩的水流聲，并未得到任何利用而隨之流失了，從而造成了極大的能源浪費，而這些動能最初是靠消耗電能獲得的，這就是長期以來一直被人們所忽略的自來水動能流失問題。在資源稀缺、尤其能源危機的今天，若能減少自來水在使用過程中的動能流失，將自來水在釋放時隨之流失的動能利用起來，轉(zhuǎn)換成其它儲能形式，并充分利用，將對緩解日益緊缺的能源、資源及人類文明發(fā)展都將起到積極的作用。本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種利用自來水動能制取壓縮空氣的裝置及方法，減少了自來水在使用過程中的動能流失，將自來水在釋放時隨之流失的動能利用起來，轉(zhuǎn)換成其它儲能形式，在轉(zhuǎn)換過程中制取壓縮空氣，并充分利用或儲存，且簡化了壓縮空氣的制取工藝，降低了制取成本。為實現(xiàn)上述目的設(shè)計一種利用自來水動能制取壓縮空氣的裝置，包括壓力轉(zhuǎn)換器和儲氣罐，所述壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有進水口，所述進水口連接自來水管道，所述進水口處設(shè)有進水閥，所述壓力轉(zhuǎn)換器的底部設(shè)有排水口，所述排水口處設(shè)有排水閥，所述壓力轉(zhuǎn)換器上端分別設(shè)有出氣口、吸氣口，所述出氣口通過管道連接儲氣罐的進氣口，所述出氣口的管道上設(shè)有空氣出口閥，所述吸氣口通過管道連接吸氣閥和空氣濾清器，所述自來水管道上設(shè)有壓力表，所述壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有壓力表一和液位計，所述儲氣罐上設(shè)有壓力表二。還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)通過控制線路分別連接進水閥、排水閥、空氣出口閥及吸氣閥。所述壓力表、壓力表一、壓力表二及液位計分別采用壓力傳感器、壓力傳感器一、壓力傳感器二及液位傳感器代替，所述壓力傳感器、壓力傳感器一、壓力傳感器二及液位傳感器分別由線路連接電氣控制系統(tǒng)。所述儲氣罐上設(shè)有壓縮空氣出口，所述壓縮空氣出口處設(shè)有壓縮空氣出口閥和調(diào)壓閥。 所述儲氣罐上設(shè)有排氣口，所述排氣口處設(shè)有排氣閥。所述排水閥的排水端連接接水器具，所述接水器具安裝位置低于壓力轉(zhuǎn)換器。一種利用自來水動能制取壓縮空氣的方法，包括以下步驟I)首先，將壓力轉(zhuǎn)換器與大氣相通，然后關(guān)閉吸氣閥、進水閥、排水閥以及空氣出口閥，使得壓力轉(zhuǎn)換器、儲氣罐處于封閉狀態(tài)；2)通過壓力表測得自來水壓力為P，壓力表一測得壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)壓力為P1，壓力表二測得儲氣罐內(nèi)壓力為P2 ；3)打開進水閥，自來水進入封閉的壓力轉(zhuǎn)換器，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)液面開始上升，壓力轉(zhuǎn)換器上面的空氣被壓縮；4)當Pl接近P，打開空氣出口閥，壓縮空氣通過管道輸送到儲氣罐內(nèi)，由于P大于P2，在壓差作用下，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的液位繼續(xù)上升；5)當液位達到上限時，關(guān)閉進水閥和空氣出口閥，打開排水閥、吸氣閥，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的水迅速排出；6 )重復(fù)上述步驟I)至5 )，壓縮空氣逐步積累，并儲存在儲氣罐內(nèi)。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)新穎、簡單，由于設(shè)有封閉的壓力轉(zhuǎn)換器和儲氣罐，壓力轉(zhuǎn)換器的出氣口通過管道連接儲氣罐的進氣口，壓力轉(zhuǎn)換器的進水口與自來水管相連，壓力轉(zhuǎn)換器的排水口連接用水端的接水器具，該接水器具為水池、水槽、水箱、洗衣機及其它無特殊壓力要求的用水器具，自來水通過壓力轉(zhuǎn)換器的進水口進入封閉的壓力轉(zhuǎn)換器，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)液面上升的同時，壓力轉(zhuǎn)換器上面的空氣被壓縮，被壓縮的空氣進入儲氣罐，從而實現(xiàn)了壓縮空氣的制取，流經(jīng)壓力轉(zhuǎn)換器的自來水則經(jīng)排水口迅速排出，流向用水端，該裝置以“節(jié)能用水”為理念，使得自來水在釋放時隨之流失的動能得到充分有效的利用，轉(zhuǎn)換成其它儲能形式，在轉(zhuǎn)換過程中制取壓縮空氣，并將壓縮空氣儲存或充分利用，在節(jié)能方面具有非常重要的意義；而制得的壓縮空氣作為僅次于電力的第二大動力能源，在人們生產(chǎn)生活中有廣泛的使用價值，能夠?qū)崿F(xiàn)同其它能量形式之間的相互轉(zhuǎn)換，且壓縮空氣又是具有多種用途的常用工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等眾多領(lǐng)域，作為一種常用氣源，壓縮空氣中含有寶貴的氧氣成份，在生產(chǎn)生活中也是必不可少的，尤其在水產(chǎn)養(yǎng)殖、生物培育、深井作業(yè)時用作氧氣補給，可以遠距離輸送，使用極為方便；此外，本發(fā)明利用自來水動能制取壓縮空氣，不僅不污染環(huán)境，節(jié)約能源，而且簡化了制取工藝，降低了壓縮空氣的制取成本，值得推廣應(yīng)用。圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1、壓力轉(zhuǎn)換器2、儲氣罐3、進水口 4、排水口 5、自來水管道6、進水閥7、接水器具8、排水閥9、出氣口 10、進氣口 11、管道 12、空氣出口閥13、壓力表一 14、液位計15、吸氣口 16、吸氣閥17、空氣濾清器18、壓力表二 19、壓縮空氣出口 20、壓縮空氣出口閥21、調(diào)壓閥22、排氣口 23、排氣閥24、壓力表。下面結(jié)合附圖
對本發(fā)明作以下進一步說明如附圖所示，本發(fā)明包括壓力轉(zhuǎn)換器I和儲氣罐2，該壓力轉(zhuǎn)換器和儲氣罐均為封閉容器，該壓力轉(zhuǎn)換器為氣液兩相壓力轉(zhuǎn)換器，壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有進水口 3，進水口連接自來水管道5，進水口處設(shè)有進水閥6，壓力轉(zhuǎn)換器的底部設(shè)有排水口 4，排水口處設(shè)有排水閥8，壓力轉(zhuǎn)換器上端分別設(shè)有出氣口 9、吸氣口 15，出氣口通過管道11連接儲氣罐的進氣口 10，出氣口的管道上設(shè)有空氣出口閥12，吸氣口通過管道連接吸氣閥16和空氣濾清器17，該吸氣閥和空氣濾清器最好安裝在室外，并選擇無煙塵無污染的地方，以便獲得清新的空氣，自來水管道上設(shè)有壓力表24，壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有壓力表一 13和液位計14，儲氣罐上設(shè)有壓力表二 18，壓力表一設(shè)置在壓力轉(zhuǎn)換器的上端處，液位計設(shè)置在壓力轉(zhuǎn)換器的側(cè)壁處，壓力表二設(shè)置在儲氣罐的上端處。本發(fā)明中，還包括電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)通過控制線路分別連接進水閥、排水閥、空氣出口閥及吸氣閥，利用該電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)本裝置的全自動控制，操作非常方便，自動化程度高；該裝置中的壓力表、壓力表一、壓力表二及液位計分別采用壓力傳感器、壓力傳感器一、壓力傳感器二及液位傳感器代替，壓力傳感器、壓力傳感器一、壓力傳感器二及液位傳感器分別由線路連接電氣控制系統(tǒng)；儲氣罐上設(shè)有壓縮空氣出口 19，壓縮空氣出口處設(shè)有壓縮空氣出口閥20和調(diào)壓閥21，使用儲氣罐內(nèi)的壓縮空氣時，可以直接使用，也可經(jīng)該調(diào)壓閥調(diào)壓后使用，完全根據(jù)使用要求確定具體的使用方式，儲氣罐上還設(shè)有排氣口 22，排氣口處設(shè)有排氣閥23 ;壓力轉(zhuǎn)換器排水閥的排水端連接接水器具7，接水器具安裝位置低于壓力轉(zhuǎn)換器，該接水器具為水池、水槽、水箱、洗衣機及其它無特殊壓力要求的用水器具。為了進一步說明本發(fā)明所述裝置的節(jié)能原理，設(shè)想從離地面高20米的水塔接一根水管，并將Im3的水注入地面水池，這時水管出口處的壓強相當于O. 2MPa，而將水放入地面水池的過程中，勢能減少并轉(zhuǎn)換為動能，動能隨著水流被全部釋放掉，根據(jù)勢能公式EP=mgh，這一過程被損失的勢能為EP=1000X10X20=2000KJ (g=10m/s2);而若采用同樣的方式，將Im3的水放入封閉容器，動能則不會隨著水流被全部釋放掉，而是隨著液面的上升，封閉容器內(nèi)的空氣被壓縮，變成空氣分子間彈性勢能。因此，本發(fā)明為減少自來水在使用過程中的動能流失，在那些無特殊壓力要求的使用場合，可先將自來水放入封閉容器，通過氣液兩相壓力轉(zhuǎn)換器，制取壓縮空氣，并加以利用或儲存。
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本發(fā)明中，壓力轉(zhuǎn)換器排水時相當于高位水箱，其安裝高度離用水端有一定的落差，落差距離可為O. 5-1. 5米，由于排水時完全靠自來水的自身重力，可將排水口管徑適當加大，以保證壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的自來水快速暢通地排出至用水端；儲氣罐所儲存壓縮空氣的壓力可為O. 1-0. 15MPa，比較安全，其擺放位置及設(shè)計容量可根據(jù)實際要求和現(xiàn)場條件而確 定，也可以集中儲氣，即利用空氣管網(wǎng)將儲氣罐與多個壓力轉(zhuǎn)換器連通；該儲氣罐可以采用干式儲氣罐，干式儲氣罐是根據(jù)活塞原理，其儲存壓力可以人為設(shè)定，只需調(diào)整配重即可設(shè)定恒定壓力，但儲存壓力必定低于自來水自身壓力。附圖I中所描述的制取壓縮空氣的裝置僅為實驗?zāi)Ｐ?，當在實際生產(chǎn)生活應(yīng)用時，可采用壓力傳感器、液位傳感器、電磁閥及相應(yīng)的電氣控制單元等，從而實現(xiàn)全自動運行模式；而且，當自來水壓力過低或壓力波動較大時，只需關(guān)掉壓力轉(zhuǎn)換器出氣口處的空氣出口閥，使得自來水經(jīng)過封閉的壓力轉(zhuǎn)換器后直通用水端，而壓力轉(zhuǎn)換器此時將起到緩沖器的作用。本發(fā)明所述的利用自來水動能制取壓縮空氣的方法，包括以下步驟I)首先，將壓力轉(zhuǎn)換器與大氣相通，然后關(guān)閉吸氣閥、進水閥、排水閥以及空氣出口閥，使得壓力轉(zhuǎn)換器、儲氣罐處于封閉狀態(tài)；2)通過壓力表測得自來水壓力為P，壓力表一測得壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)壓力為P1，壓力表二測得儲氣罐內(nèi)壓力為P2 ；3)打開進水閥，自來水進入封閉的壓力轉(zhuǎn)換器，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)液面開始上升，壓力轉(zhuǎn)換器上面的空氣被壓縮；4)當Pl接近P，打開空氣出口閥，壓縮空氣通過管道輸送到儲氣罐內(nèi)，由于P大于P2，在壓差作用下，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的液位繼續(xù)上升；5)當液位達到上限時，關(guān)閉進水閥和空氣出口閥，打開排水閥、吸氣閥，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的水迅速排出；6)重復(fù)上述步驟I)至5)，壓縮空氣逐步積累，并儲存在儲氣罐內(nèi)。上述步驟中，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)起始的相對壓力為零，絕對壓力可看作為標準大氣壓
I.01325 X IO5Pa,粗略計算取O. IMPa,假設(shè)自來水壓強為O. 2MPa，則絕對壓強應(yīng)加上大氣壓強O. IMPa,當壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)Pl接近P，兩相壓力平衡時，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的絕對壓強為
O.2MPa+0. IMPa=O. 3MPa，通過下表的“空氣密度表”可查得，在封閉的容器內(nèi)，空氣質(zhì)量不變，若忽略溫度變化，絕對壓強增加為原來的3倍，空氣密度也相應(yīng)增加3倍，而密度與體積成反比關(guān)系，因此體積縮小為原來的1/3，液面高度約為容器的2/3高度；隨著儲氣罐內(nèi)的壓縮空氣逐步積累，壓力P2將慢慢上升，但始終不會達到自來水的壓力P (即源驅(qū)動壓力)。
絕對密度(Mpa)空氣攝氏溫度(V )空氣密度(Kg/m3)O. I25I. 1691O. 2252.3381O. 3253. 5073 本發(fā)明所制得的壓縮空氣不僅為僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其在其它方面的諸多用途在此不再一一列舉，僅就壓縮空氣在生活方面的應(yīng)用，提出如下一個實施方案北方地區(qū)，冬季漫長，氣候寒冷且干燥，到了一定時候，城市供暖部門都要向大樓居民集中供熱，為保持室內(nèi)溫度，許多居民將門窗長期緊閉，甚至貼上封閉膠帶，室內(nèi)空氣不易流通且十分干燥，若采取排氣通風又將會熱量流失。在這種情況下，若有條件，可直接向室內(nèi)輸送壓縮空氣補充氧氣成份，則不至于熱量流失，且壓縮空氣本身又是氣體動力源，在空氣出口處還可以進行加濕處理，以增加空氣濕度；具體實施辦法為，以每棟大樓作為一個運行單元，每戶安裝一只可自動控制運行的壓力轉(zhuǎn)換器，所制取的壓縮空氣集中儲存，可采用干式恒壓儲氣罐，其氣壓設(shè)定在O. 02-0. 03MPa之間，安裝在大樓頂部，利用空氣管網(wǎng)連通每戶居民。此外，對于需要不間斷供水的工作場合，可以設(shè)置兩套或兩套以上壓力轉(zhuǎn)換器，其中一套在排水吸氣時，另外幾套則處在不同的壓縮空氣制取過程中，整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來，好比汽車發(fā)動機的工作方式，這樣就可做到連續(xù)供水，連續(xù)制取壓縮空氣。以下采取實驗的方式，對本發(fā)明進行分析比對一、實驗器具I.壓力容器I，即氣液兩相壓力轉(zhuǎn)換器，Φ 245 X 600，容量28. 3L，I只；2.壓力容器II，即儲氣罐，0 385父500，容量58.21^，1只；3.接水槽，即用水端的接水器具；4.壓力表，3只，表值0-0. 25MPa，最小單位O. 005MPa ；5.閥門、液位計及連接管道等。二、實驗流程I.按附圖所示的原理圖將以上器具部件進行安裝連接，并檢測有無泄漏；2.按說明書操作流程，重復(fù)實驗5-6次。三、實驗數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種利用自來水動能制取壓縮空氣的裝置，其特征在于包括壓力轉(zhuǎn)換器和儲氣罐，所述壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有進水口，所述進水口連接自來水管道，所述進水口處設(shè)有進水閥，所述壓力轉(zhuǎn)換器的底部設(shè)有排水口，所述排水口處設(shè)有排水閥，所述壓力轉(zhuǎn)換器上端分別設(shè)有出氣口、吸氣口，所述出氣口通過管道連接儲氣罐的進氣口，所述出氣口的管道上設(shè)有空氣出口閥，所述吸氣口通過管道連接吸氣閥和空氣濾清器，所述自來水管道上設(shè)有壓力表，所述壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有壓力表一和液位計，所述儲氣罐上設(shè)有壓力表二。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)通過控制線路分別連接進水閥、排水閥、空氣出口閥及吸氣閥。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述壓力表、壓力表一、壓力表二及液位計分別采用壓力傳感器、壓力傳感器一、壓力傳感器二及液位傳感器代替，所述壓力傳感器、壓力傳感器一、壓力傳感器二及液位傳感器分別由線路連接電氣控制系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于所述儲氣罐上設(shè)有壓縮空氣出口，所述壓縮空氣出口處設(shè)有壓縮空氣出口閥和調(diào)壓閥。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于所述儲氣罐上設(shè)有排氣口，所述排氣口處設(shè)有排氣閥。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于所述排水閥的排水端連接接水器具，所述接水器具安裝位置低于壓力轉(zhuǎn)換器。
7.一種利用權(quán)利要求I制取壓縮空氣的方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先，將壓力轉(zhuǎn)換器與大氣相通，然后關(guān)閉吸氣閥、進水閥、排水閥以及空氣出口閥，使得壓力轉(zhuǎn)換器、儲氣罐處于封閉狀態(tài)；2)通過壓力表測得自來水壓力為P，壓力表一測得壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)壓力為P1，壓力表二測得儲氣罐內(nèi)壓力為P2;3)打開進水閥，自來水進入封閉的壓力轉(zhuǎn)換器，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)液面開始上升，壓力轉(zhuǎn)換器上面的空氣被壓縮；4)當Pl接近P，打開空氣出口閥，壓縮空氣通過管道輸送到儲氣罐內(nèi)，由于P大于P2，在壓差作用下，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的液位繼續(xù)上升；5)當液位達到上限時，關(guān)閉進水閥和空氣出口閥，打開排水閥、吸氣閥，壓力轉(zhuǎn)換器內(nèi)的水迅速排出；.6 )重復(fù)上述步驟I)至5 )，壓縮空氣逐步積累，并儲存在儲氣罐內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將自來水在使用過程中流失的動能加以利用并制取壓縮空氣的裝置及方法，包括壓力轉(zhuǎn)換器和儲氣罐，所述壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有進水口，所述進水口連接自來水管道，所述進水口處設(shè)有進水閥，所述壓力轉(zhuǎn)換器的底部設(shè)有排水口，所述排水口處設(shè)有排水閥，所述壓力轉(zhuǎn)換器上端分別設(shè)有出氣口、吸氣口，所述出氣口通過管道連接儲氣罐的進氣口，所述出氣口的管道上設(shè)有空氣出口閥，所述自來水管道上設(shè)有壓力表，所述壓力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有壓力表一和液位計，所述儲氣罐上設(shè)有壓力表二；本發(fā)明以節(jié)能為目的，減少了自來水在使用過程中的動能流失，將自來水在釋放時隨之流失的動能利用起來，并制取壓縮空氣，且簡化了制取工藝，降低了成本。
文檔編號F17C13/02GK102943960SQ20121047990
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者殷冰清 申請人:殷冰清