一种太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统的制作方法
1.本发明涉及一种太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统，利用太阳能热水，和常温自来水，交替对饱和液态丙烷进行加热和冷却，使其温度上升和下降。当两种不同温度、不同压力的丙烷气体作用于一组压缩气体气缸两侧的2个活塞时，2个活塞中间有一根活塞杆连为一体。活塞在两侧不同的丙烷压力下，向着丙烷压力和温度较小的一端运动。通过热水和冷水切换，切换两端的丙烷温度、压力，则压缩机气缸两端的活塞受力改变，向着反方向运动。重复操作冷热水加热和冷却两个丙烷罐，则压缩机不断循环往复地压缩被压缩气体(空气或天然气等各种工艺气体)，被压缩气体压力理论上最高可达1.5mpa(设计为1.0mpa)。
背景技术：
2.目前，国内的气体压缩机，都是电动机作为原动机，要消耗电能。利用电能压缩气体储存能量，从节能方面来看根本作用不大。谷电储能只是利用了电价的价格差。而太阳能作为一种最普遍常见的能源，直接用于发电或者制热又不方便储存。所以，利用太阳能的节能优势和压缩气体可以长期储存的优势，可以完美结合二者的优点，规避二者的缺点。而太阳能作为热源，被加热对象膨胀和冷却最容易、压差最大的工质，是丙烷(甲烷、乙烷冷却液化较难，丁烷戊烷加热后压差太小)。所以，本发明以太阳能为基础动力能源，以丙烷为膨胀驱动工质，以空气或天然气为被压缩气体对象，以对称式压缩气缸为工作界面，整个系统组成了一个完整、封闭、可循环的能源转换装置，有效地将太阳能转变为气体压力能储存起来。当然，为了获得更大的能量密度，需要在此基础上进一步增压，才能产生较大的储存效益和经济效益。而这种机械装置可以参见本人另一款发明-自力式气体压缩机。
技术实现要素：
3.为了降低压缩气体生产成本的问题，本发明避开谷电压缩方式，提供了一种太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统。压缩机气缸的2个活塞，受到2个饱和丙烷储罐的压力，由于人为操作2个丙烷储罐的加热和冷却，使它们温度不等，压力不等。根据丙烷的特性可知，饱和丙烷在30摄氏度时其饱和压力为1.02mpa，在70摄氏度时其压力可升高至2.5mpa，压差高达1.5mpa。压缩机气缸中的两个活塞，就是在两端的压差作用下，往复运动，达到给被压缩介质增压的目的。利用这一系统，可以生产压缩空气、压缩天然气和其他压缩气体。进一步利用本人发明的自力式气体压缩机，还可以生产cng、lng等高密度天然气、液化气体。
附图说明
4.图1为根据本发明的太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统示意图
具体实施方式
5.所述太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统，具有2个带加热盘管的饱和丙烷储罐(2)和(25)和三列或多列压缩气缸(图中仅以三列作为示意)。
6.由于各列气缸作用和原理完全相同，属于并联运行模式，本文以第一列气缸为例说明。
7.图中各个数字编号的设备或者部件名称为：(1)1号丙烷储罐气相出口、(2)1号丙烷罐、(3)循环水入口、(4)循环水盘管、(5)循环水出口、(6)饱和丙烷气体管路、(7)丙烷调压阀、(8)压缩机左侧丙烷气体入口、(9)左侧丙烷膨胀气缸、(10)左侧丙烷驱动活塞、(11)左侧缓冲气缸、(12)左侧缓冲气缸抽真空口、(13)左侧压缩气缸气体入口、(14)左侧压缩气缸排气单向阀、(15)左侧压缩气缸、(16)压缩气缸活塞(17)右侧压缩气缸、(18)右侧压缩气体入口、(19)右侧缓冲气缸抽真空口、(20)右侧压缩气缸出口、(21)右侧缓冲气缸、(22)右侧丙烷驱动活塞、(23)右侧丙烷膨胀气缸、(24)右侧丙烷入口、(25)右侧丙烷储罐。
8.左侧和右侧各个部分是对称的，因此，右侧个别零部件不再重复标记。
9.2个储罐分别对应压缩机气缸的2个端部驱动入口(8)和(24)。
10.假设气缸截面积为s，各个气缸截面积相等。压缩机被压缩介质为空气。从自然空气中吸气。被压缩介质自然压力为1个大气压(绝压)，约为0.1mpa(绝压)。本文因为涉及到局部抽真空，所以都以绝对压力来计算。
11.初始时刻，2个丙烷储罐温度都是30摄氏度，压力都是1.02mpa。各个气缸受力的情况：(9)左侧丙烷膨胀气缸，压强1.02mpa，压力1.02s。方向向右。(11)左侧缓冲气缸，初始压力为设定压力，从抽真空口(12)预先将其抽真空至绝对空气压力0.03mpa(30kpa)，然后永久封闭。其受力为0.03s，方向向左。(15)左侧压缩气缸，其初始压力为0.1mpa(绝压)，压力为0.1s，方向向右。(17)右侧压缩气缸，其初始压力为0.1mpa(绝压)，压力为0.1s，方向向左。(21)右侧缓冲气缸，初始压力为设定压力，从抽真空口预先抽走空气至绝对压力0.03mpa，然后永久封闭。其受力为0.03s，方向向右。(23)右侧丙烷膨胀气缸，压强1.02mpa，压力1.02s。方向向左。
12.此时，气缸和活塞左右受力总体平衡，力的矢量和为零，活塞处于静止状态。
13.下一刻，利用太阳能热水和循环水泵，经过加热盘管，给图中左侧1号丙烷储罐(2)进行加热，将其温度提升至70摄氏度(假设初始温度为30摄氏度)。其压力将从1.02mpa升高至2.5mpa。右侧2号丙烷储罐(25)此时不进行加热，维持初始状态(30摄氏度，1.02mpa)。左右两侧的压差约等于1.5mpa。在压差的作用下，活塞(16)向右侧运动。
14.活塞向右运动时，各个气缸容积、压强发生变化，活塞的受力发生变化。尤其是(17)右侧压缩气缸压力越来越大，对活塞运动阻力越来越大。
15.当活塞运动位移和余隙长度比值为10时，(17)右侧压缩气缸压强增大至10倍，即1.0mpa，达到设计的排气压力，排气自动单向阀(20)打开，向高压气体储罐输气。此后，无论活塞向右位移多少，(17)右侧压缩气缸压强都是1.0mpa不变。而左侧压缩气缸(15)处于膨胀状态，其进气自动单向阀(13)自动打开吸气，其缸内压力维持0.1mpa不变。
16.当活塞继续向右运动，其总位移与余隙长度比值达到20倍时，各个气缸活塞的受力左右基本均衡。经计算，可知：
17.此时各个气缸受力的情况：(9)左侧丙烷膨胀气缸，压强2.5mpa，压力2.5s。方向向
右。(11)左侧缓冲气缸，压强0.6mpa，其受力为0.6s，方向向左。(15)左侧压缩气缸膨胀，进气自动单向阀打开吸气，其压强0.1mpa不变，其受力为0.1s，方向向右。(17)右侧压缩气缸，压强1.0mpa，其受力为1.0s，方向向左。(21)右侧缓冲气缸，压强0.015mpa，其受力为0.015s，方向向右。(23)右侧丙烷膨胀气缸，压强1.02mpa，压力1.02s。方向向左。
18.设计每个气缸的长度都相同，长度为l。观察右侧被压缩气缸(17)，活塞开始运动前，位于气缸中间位置。当活塞向右运动0.45l时，被压缩气缸初始长度与余隙长度比值为0.5l/0.05l，即10倍，其压力增长10倍，即1.0mpa。此时开始排气。当被压缩气缸初始长度与余隙长度比值为20倍，即活塞位移为0.5l-0.025l＝0.475l时，观察左侧缓冲气缸，其压力增长20倍，从0.03mpa增长至0.6mpa。它的迅速增长阻止了活塞继续向右运动，避免碰撞。而且其压力会随着容积越小变得越大。
19.活塞完成向右的压缩过程时，右侧压缩气缸(17)排出了1.0mpa高压气体。左侧压缩气缸(15)完成了吸气过程。
20.下一个时刻，开始冷却1号丙烷罐(2)至30摄氏度，其压力会下降至1.02mpa。同时加热2号丙烷罐(25)至70摄氏度，其压力会增长至2.5mpa。分析气缸的受力，可知与之前的初始状态相反。活塞反向运动。右侧压缩气缸(17)开始吸气，左侧压缩气缸(15)开始排气。如此循环往复，不断生产出1.0mpa压缩气体。
21.从能源的角度描述其作用就是，利用太阳能与水交换得到热能，热水经过循环输送与液态丙烷交换热量，使丙烷气化增压，膨胀。高压丙烷推动活塞压缩其他低压气体。被压缩气体可以是空气，也可以是天然气等其他任意一种气体。
22.本产品具体制作，应该由本人授权给压缩机厂完成样品生产并进行性能试验和经济评价。主要应用领域是天然气行业、新能源行业、储能行业。待产品性能成熟、经济价值可商业化操作后，经过与相关行业用户合作，进行可行性项目分析、设计后，方可投入实施。
技术特征：
1.本发明提供了一种太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统。压缩机气缸的2个活塞，受到2个饱和丙烷储罐的压力，由于人为操作2个丙烷储罐的加热和冷却，使它们温度不等，压力不等。根据丙烷的特性可知，饱和丙烷在30摄氏度时其饱和压力为1.02mpa，在70摄氏度时其压力可升高至2.5mpa，压差高达1.5mpa。压缩机气缸中的两个活塞，就是在两端的压差作用下，往复运动，达到给被压缩介质增压的目的。利用这一系统，可以生产压缩空气、压缩天然气和其他压缩气体。进一步利用本人发明的自力式气体压缩机，还可以生产cng、lng等高密度天然气、高密度氮气、氧气等高压气体和液化气体。2.所述太阳能转换成气体压力能的装置系统是以太阳能热水技术为动力能源，以饱和丙烷液体为工质，以空气或者天然气为对象(被压缩气体)，以活塞式压缩气缸为主要设备的装置系统。由于太阳能热水采集系统不属于本专利发明内容，所以本专利的主要设备包括2个带加热盘管的丙烷储罐、一组以丙烷膨胀驱动的对称式气体压缩机(3列或多列)。
技术总结
本发明公开了一种太阳能转换成气体压力能的设备和工艺系统，利用太阳能热水，和常温自来水，交替对饱和液态丙烷进行加热和冷却，使其温度上升和下降。当两种不同温度、不同压力的丙烷气体作用于一组压缩气体气缸两侧的2个活塞时，2个活塞中间有一根活塞杆连为一体。活塞在两侧不同的丙烷压力下，向着丙烷压力和温度较小的一端运动。通过热水和冷水切换，切换两端的丙烷温度、压力，则压缩机气缸两端的活塞受力改变，向着反方向运动。重复操作冷热水加热和冷却两个丙烷罐，则压缩机不断循环往复地压缩被压缩气体(空气、天然气或其他气体)，被压缩气体压力理论上最高可达1.5MPa(设计为1.0MPa)。计为1.0MPa)。
