本申请公开一种活塞式膨胀单元及双级膨胀系统，包括活塞式膨胀单元，Ⅰ级气缸的排气门通过管道与Ⅱ级气缸的进气门连接，管道与Ⅱ级恒压储气装置连接；控制器上还连接有Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元，Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元与Ⅱ级气缸连接，Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元分别用于向Ⅱ级气缸充气、对Ⅱ级气缸放气；Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元与Ⅱ级恒压储气装置或Ⅰ级恒压储气装置连接；解决现有技术中进气阀、排气阀的驱动机构还需另设启动动力的难题；同时解决单级活塞4式膨胀机、传统两级活塞4式膨胀机存在的压缩空气资源浪费的问题以及不完全膨胀、损失大的问题。胀、损失大的问题。胀、损失大的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种活塞式膨胀单元及双级膨胀系统
[0001]本专利技术涉及空气储能
，具体涉及一种活塞式膨胀单元及双级膨胀系统。
技术介绍
[0002]空气储能系统作为储能技术的一种，由于其具有低成本、寿命长、零排放的特点，而受到全世界的关注；其中，膨胀机作为空气储能系统的终端功率输出环节，膨胀机的效率、运行特性对空气储能系统的整体运行性能具有决定性的影响；经研究表明，活塞式膨胀机更适合小型空气储能系统。
[0003]目前，在实际使用过程中，通常会使用到单级的活塞式膨胀机，具体参考图1，示出的是单级活塞式膨胀机的立体结构示意图，从图中可以看出，单级活塞式膨胀机包括Ⅰ级气缸，Ⅰ级气缸的上方连接有进气阀和排气阀，Ⅰ级气缸内设有活塞，活塞的下方连接有连杆，连杆另一端与输出轴连接；单级活塞式膨胀机的工作原理：进气时，进气阀打开（排气阀关闭），工质（空气气体）进入Ⅰ级气缸的腔室内，工质（空气气体）推动活塞向下发生移动；进气完成后，进气阀关闭，此时，工质（空气气体）继续膨胀做功，继续推动活塞移动。排气时，排气阀打开（进气阀关闭），工质（空气气体）从排气阀排出，进而带动活塞向上移动。
[0004]但是，上述公开的单级活塞式膨胀机存在的问题在于：现有技术中，使进气阀、排气阀移动的驱动机构需单独另行设置启动动力，若驱动机构为凸轮配气机构时，为驱动机构提供启动动力即为电机输出的动力。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种活塞式膨胀单元及双级膨胀系统，解决现有技术中进气阀、排气阀的驱动机构还需另设启动动力的难题。
[0006]第一方面，本专利技术公开了一种活塞式膨胀单元，包括Ⅰ级气缸，Ⅰ级气缸上设有进气门、排气门，Ⅰ级气缸上设有可变阀门配气控制模块，可变阀门配气控制模块控制进气门、排气门的开启或关闭；Ⅰ级气缸的一侧设有Ⅰ级恒压储气装置，Ⅰ级恒压储气装置分别与进气门、可变阀门配气控制模块连接。
[0007]作为对气缸的进一步限定：Ⅰ级气缸内设有活塞，活塞的一端连接有连杆，连杆另一端与曲轴连接，曲轴用于与输出装置相连接。
[0008]作为对可变阀门配气控制模块的进一步限定：可变阀门配气控制模块包括控制器，控制器连接有Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元，Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元与Ⅰ级恒压储气装置连接；Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元分别用于向Ⅰ级气缸充气、对Ⅰ级气缸放气。
[0009]作为对Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元的进一步限定：Ⅰ级进气控制单元或Ⅰ级排气控制单元包括阀门执行器；其中，阀门执行器包括缸腔，缸腔内设有隔板，隔板用于将缸腔分隔为上腔室、下腔室；隔板上密封、滑动连接有双层活塞连杆，双层活塞连杆的上挡部、下档部位于隔板的上、下方，双层活塞连杆密封、滑动穿过缸腔并与进气阀门连接，进
气阀门活动贯穿Ⅰ级气缸，进气阀门用于封堵或打开进气门。
[0010]作为对本专利技术的第一种优化方案：进气阀门上设有压片，压片、气缸的连接处设有预紧弹簧。
[0011]作为对Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元的进一步限定：Ⅰ级进气控制单元或Ⅰ级排气控制单元还包括电磁阀；其中，电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀与控制器、缸腔连接；第一电磁阀、第二电磁阀与双层活塞连杆上挡部上方的空腔连通，第三电磁阀、第四电磁阀与双层活塞连杆上挡部、隔板之间的空腔连通，第五电磁阀、第六电磁阀与双层活塞连杆下挡部、隔板之间的空腔连通，第七电磁阀、第八电磁阀与双层活塞连杆下挡部下方的空腔连通；Ⅰ级恒压储气装置与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀连接。
[0012]作为对本专利技术的第二种优化方案：Ⅰ级恒压储气装置的出气端上设有Ⅰ级单向阀，Ⅰ级单向阀与Ⅰ级恒压储气装置内的工质流出方向一致。
[0013]第二方面，本专利技术公开了一种双级膨胀系统，包括活塞式膨胀单元以及Ⅱ级气缸，Ⅰ级气缸的排气门通过管道与Ⅱ级气缸的进气门连接，管道与Ⅱ级恒压储气装置连接；控制器上还连接有Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元，Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元与Ⅱ级气缸连接，Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元分别用于向Ⅱ级气缸充气、对Ⅱ级气缸放气；Ⅱ级进气控制单元、Ⅱ级排气控制单元与Ⅱ级恒压储气装置或Ⅰ级恒压储气装置连接。
[0014]作为对双级膨胀系统的进一步限定：Ⅰ级恒压储气装置或Ⅱ级恒压储气装置包括储罐，储罐的一侧设有双向定量液压泵、水箱，储罐与双向定量液压泵、水箱串联连接。
[0015]作为对本专利技术的第三种优化方案：管道上连接有Ⅱ级单向阀，Ⅱ级单向阀的流向与Ⅰ级单向阀的流向一致。
[0016]本专利技术的有益效果在于以下几点：第一，本专利技术可以将Ⅰ级恒压储气装置内的空气一分为二，并将气体分别分配至Ⅰ级气缸、Ⅰ级进气控制单元或Ⅰ级排气控制单元，与现有技术相比，本专利技术能够使可变阀门配气控制模块无需另行设置驱动源即可为其提供启动动力，最终节省成本。
[0017]第二，本专利技术通过采用电动气动的可变气门结构，实现了进、排气阀门的灵活控制，通过在Ⅰ级气缸与Ⅱ级气缸的连通管道之间设置恒压储气装置，保证管道内气体压力的恒定，解决单级活塞式膨胀机、传统两级活塞式膨胀机存在的压缩空气资源浪费的问题以及不完全膨胀、损失大的问题，提高了活塞式膨胀机的输出功率和能源利用效率。
附图说明
[0018]图1为单级活塞式膨胀机的立体结构示意图。
[0019]图2为活塞式膨胀单元的立体结构示意图。
[0020]图3为活塞式膨胀单元进气过程的状态示意图。
[0021]图4为活塞式膨胀单元膨胀过程的状态示意图。
[0022]图5为活塞式膨胀单元排气过程的状态示意图。
[0023]图6为Ⅰ级恒压储气装置的立体结构示意图。
[0024]图7为双级膨胀系统的整体结构示意图。
[0025]图中，Ⅰ级气缸1、进气门2、排气门3、活塞4、连杆5、曲轴6、控制器7、阀门执行器8、缸腔801、隔板802、双层活塞连杆9、联轴器10、进气阀门11、压片12、预紧弹簧13、堵体14、第一电磁阀15、第二电磁阀16、第三电磁阀17、第四电磁阀18、第五电磁阀19、第六电磁阀20、第七电磁阀21、第八电磁阀22、Ⅰ级单向阀23、储罐24、双向定量液压泵25、水箱26、Ⅱ级气缸27、Ⅱ级单向阀28。
实施方式
[0026]为了清楚的理解本申请技术方案，下面将结合具体实施例和附图对本申请提供的一种活塞式膨胀单元及双级膨胀系统进行详细说明。
[0027]以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种活塞式膨胀单元，其特征在于：包括Ⅰ级气缸（1），Ⅰ级气缸（1）上设有进气门（2）、排气门（3），Ⅰ级气缸（1）上设有可变阀门配气控制模块，可变阀门配气控制模块控制进气门（2）、排气门（3）的开启或关闭；Ⅰ级气缸（1）的一侧设有Ⅰ级恒压储气装置，Ⅰ级恒压储气装置分别与进气门（2）、可变阀门配气控制模块连接。2.根据权利要求1所述的活塞式膨胀单元，其特征在于：Ⅰ级气缸（1）内设有活塞（4），活塞（4）的一端连接有连杆（5），连杆（5）另一端与曲轴（6）连接，曲轴（6）用于与输出装置相连接。3.根据权利要求1所述的活塞式膨胀单元，其特征在于：可变阀门配气控制模块包括控制器（7），控制器（7）连接有Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元，Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元与Ⅰ级恒压储气装置连接；Ⅰ级进气控制单元、Ⅰ级排气控制单元分别用于向Ⅰ级气缸（1）充气、对Ⅰ级气缸（1）放气。4.根据权利要求3所述的活塞式膨胀单元，其特征在于：Ⅰ级进气控制单元或Ⅰ级排气控制单元包括阀门执行器（8）；其中，阀门执行器（8）包括缸腔（801），缸腔（801）内设有隔板（802），隔板（802）用于将缸腔（801）分隔为上腔室、下腔室；隔板（802）上密封、滑动连接有双层活塞连杆（9），双层活塞连杆（9）的上挡部、下档部位于隔板（802）的上、下方，双层活塞连杆（9）密封、滑动穿过缸腔（801）并与进气阀门（11）连接，进气阀门（11）活动贯穿Ⅰ级气缸（1），进气阀门（11）用于封堵或打开进气门（2）。5.根据权利要求4所述的活塞式膨胀单元，其特征在于：进气阀门（11）上设有压片（12），压片（12）、气缸的连接处设有预紧弹簧（13）。6.根据权利要求3所述的活塞式膨胀单元，其特征在于：Ⅰ级进气控制单元或Ⅰ级排气控制单元还包括电磁阀；其中，电磁阀包括第一电磁阀（15）、第二电磁阀（16）、第三电磁阀（17）、第四电磁阀（18）、第五电磁阀（19）、第六电磁阀（20）、第七电磁阀（21）、第八电磁阀（22）；第一电磁阀（15）、第二电磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：虞启辉，张家宝，孙国鑫，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：
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