一种数字能源真空站的能量回收系统及其方法与流程

1.本发明涉及能量回收技术领域，具体涉及一种数字能源真空站的能量回收系统及其方法。


背景技术：

2.真空站是一种用于产生高真空环境的设备。它由真空泵和相关的辅助设备组成，用于将气体从封闭容器或系统中抽出，从而使容器内部形成真空。真空泵真空站被广泛应用于许多工业领域，如制造业、研究实验室和半导体行业。它们可用于空间模拟试验、真空冷冻干燥、真空处理和真空包装等应用中。
3.真空站的主要动力通常是由真空泵提供的，真空泵通过抽出容器或系统内的气体来降低压力，从而形成真空环境，真空泵运行过程中会产生大量的热能，若不对此热能进行回收利用，不仅会造成能量的浪费，而且会导致真空泵运行温度过高，影响其使用寿命。
4.现有技术中，通常将真空泵的机油循环管路与换热器对接安装，从而实现热交换，不仅对真空泵进行降温保护，而且回收的热量可形成热水用于生活或工业使用，起到了能量回收的效果，但是，由于真空泵其运行功率会随着负荷发生变动，而通入换热器内的冷水其流速并不会虽之变化，真空泵运行功率增大后，若冷进水流速不变就会导致热交换效率降低，影响能量回收效率，而真空泵运行功率降低后，冷进水流速不随之降低，就会导致输送冷进水的能耗增加，使得能量不能得到最大化利用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种数字能源真空站的能量回收系统及其方法，解决了真空泵功率发生改变后，通入换热器内的冷进水速度不能随之自动调整，从而影响能量利用率的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种数字能源真空站的能量回收系统，包括：
8.真空泵测定模块，其用于测定真空泵固定周期的运行功率参数；
9.机油测定模块，其用于对固定周期真空泵内机油循环管路中的机油参数进行测定，机油循环管路与对真空泵进行热能回收的换热器连接；
10.换热器测定模块，其用于对固定周期进入换热器内的冷进水参数以及经由换热器流出的热出水参数进行测定；
11.处理模块，其分别与真空泵测定模块、机油测定模块和换热器测定模块电性连接，所述处理模块用于根据测定到的参数进行处理，得出分析结果数据，所述分析结果数据包括真空泵的标准热交换量、循环机油实际换热量和进入换热器内的冷水所需流速；
12.判定控制模块，其与处理模块电性连接，所述判定控制模块用于根据分析结果数据对进入换热器内的实际冷水流速进行判定，并根据判定结果对冷水流速进行调整。
13.作为本发明进一步的方案：所述真空泵测定模块包括输入功率监测单元和输出功
率监测单元，所述输入功率监测单元和输出功率监测单元分别用于采集固定周期内真空泵运行时的平均输入功率和平均输出功率；
14.所述机油测定模块包括油温差测定单元、油速测定单元、油密度计单元和油比热容单元，所述油温差测定单元用于测定机油循环管路出油口与回油口的油温差，所述油速测定单元、油密度计单元和油比热容单元分别用于测定机油循环管路中机油的流速、密度和比热容；
15.所述换热器测定模块包括水温差测定单元、水密度计单元和水比热容单元，所述水温差测定单元用于测定热出水与冷进水之间的水温差，所述水密度计单元和水比热容单元分别用于测定换热器内水的密度和比热容。
16.作为本发明进一步的方案：所述处理模块包括时间单元和数据计算单元，所述数据计算单元根据真空泵运行的输入功率和输出功率计算出固定周期真空泵的标准热交换量，所述数据计算单元根据油温差、机油的流速、密度和比热容计算出固定周期循环机油实际换热量，所述数据计算单元根据水温差、水的密度和比热容计算出进入换热器内的冷水所需流速，所述时间单元用于设定固定周期的时间，且时间为t。
17.作为本发明进一步的方案：所述数据计算单元将固定周期t内真空泵运行的平均输入功率和平均输出功率数据代入第一公式内计算得出真空泵的标准热交换量，其中，第一公式为：q1＝(p1-p2)
×
t
×
k，q1为标准热交换量，p1为真空泵平均输入功率，p2为真空泵平均输出功率，k为真空泵热交换百分比；
18.所述数据计算单元将固定周期t内测定的油温差、机油的流速、密度和比热容数据代入第二公式内计算得出循环机油的实际换热量，其中，第二公式为：q2＝δt1
×
v1
×
t
×
ρ1
×
c1，q2为循环机油实际换热量，δt1为油温差，v1为机油流速，ρ1为机油密度，c1为机油比热容；
19.所述数据计算单元将固定周期t内测定的水温差、换热器内水的密度和比热容数据代入第三公式内计算得出进入换热器的冷水所需流速，其中，第三公式为：v2＝q1/(δt2
×
t
×
ρ2
×
c2)，v2为进入换热器的冷水所需流速，η为热交换器的换热百分比，δt2为水温差，ρ2为换热器内水的密度，c2为换热器内水的比热容。
20.作为本发明进一步的方案：所述处理模块还包括设定单元，所述设定单元用于对真空泵热交换百分比k的数值进行设定。
21.一种数字能源真空站的能量回收系统的方法，包括以下步骤：
22.s1：预设真空泵热交换比的最大值为kmax，最小值为kmin，其中kmin＜k＜kmax；
23.s2：根据第一公式q1＝(p1-p2)
×
t
×
k，分别将kmin和kmax代入第一公式获取q1的范围值；
24.s3：将计算得到的循环机油实际换热量q2与步骤s2中获取的q1范围值进行对比，判定q2是否在q1的范围值内；
25.s4：当q2在q1范围值内，则无需对进入换热器内的冷水流速进行调整，若q2不在q1范围值内，则需要对进入换热器内的冷水流速进行调整；
26.s5：当q2不在q1范围值内且q2超过q1的范围值，则降低进入换热器内的冷水流速，使q2恢复至q1范围值区间，当q2不在q1范围值内且q2低于q1的范围值，则增大进入换热器内的冷水流速，使q2恢复至q1范围值区间。
27.本发明的有益效果：
28.本发明中，通过对真空泵热交换百分比设定范围区间，结合测定真空泵固定周期的平均输入功率和平均输出功率数据，方便计算出真空泵的标准热交换量范围，利用测定的循环管路出油口与回油口的油温差、机油的流速、密度和比热容数据，方便计算出循环机油实际换热量并将其与标准热交换量范围对比，判定进入换热器内的冷水流速是否进行调整，使得进入换热器内的冷水流速可随着真空泵的功率变化自动发生调整，使得不会因冷水流速慢而影响热交换效果，也不会因冷水流速快而导致能耗加大(冷水输送由泵体提供动力，其流速越快则能耗越高)，从而方便对真空站的能量进行合理化回收利用。
附图说明
29.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
30.图1是本发明一种数字能源真空站的能量回收系统及其方法的结构示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1所示，本发明为一种数字能源真空站的能量回收系统，包括真空泵测定模块、机油测定模块、换热器测定模块、处理模块和判定控制模块，真空泵测定模块，其用于测定真空泵固定周期的运行功率参数，真空泵测定模块包括输入功率监测单元和输出功率监测单元，输入功率监测单元和输出功率监测单元分别用于采集固定周期内真空泵运行时的平均输入功率和平均输出功率；
33.机油测定模块用于对固定周期真空泵内机油循环管路中的机油参数进行测定，机油测定模块包括油温差测定单元、油速测定单元、油密度计单元和油比热容单元，油温差测定单元用于测定机油循环管路出油口与回油口的油温差，油速测定单元、油密度计单元和油比热容单元分别用于测定机油循环管路中机油的流速、密度和比热容，机油循环管路与对真空泵进行热能回收的换热器连接；
34.换热器测定模块，其用于对固定周期进入换热器内的冷进水参数以及经由换热器流出的热出水参数进行测定，换热器测定模块包括水温差测定单元、水密度计单元和水比热容单元，水温差测定单元用于测定热出水与冷进水之间的水温差，水密度计单元和水比热容单元分别用于测定换热器内水的密度和比热容。
35.处理模块，其分别与真空泵测定模块、机油测定模块和换热器测定模块电性连接，处理模块用于根据测定到的参数进行处理，得出分析结果数据，分析结果数据包括真空泵的标准热交换量、循环机油实际换热量和进入换热器内的冷水需流速，处理模块包括时间单元和数据计算单元，数据计算单元根据真空泵运行的输入功率和输出功率计算出固定周期真空泵的标准热交换量，数据计算单元根据油温差、机油的流速、密度和比热容计算出固定周期循环机油实际换热量，数据计算单元根据水温差、水的密度和比热容计算出进入换热器内的冷水需流速，时间单元用于设定固定周期的时间，且时间为t，本实施例中t为
30min。
36.判定控制模块，其与处理模块电性连接，判定控制模块用于根据分析结果数据对进入换热器内的实际冷水流速进行判定，并根据判定结果对冷水流速进行调整；处理模块还包括设定单元，所述设定单元用于对真空泵热交换百分比k的数值进行设定。
37.数据计算单元将固定周期30min内真空泵运行的平均输入功率和平均输出功率数据代入第一公式内计算得出真空泵的标准热交换量，其中，第一公式为：q1＝(p1-p2)
×
t
×
k，q1为标准热交换量，p1为真空泵平均输入功率，p2为真空泵平均输出功率，k为真空泵热交换百分比；
38.数据计算单元将固定周期t内测定的油温差、机油的流速、密度和比热容数据代入第二公式内计算得出循环机油的实际换热量，其中，第二公式为：q2＝δt1
×
v1
×
t
×
ρ1
×
c1，q2为循环机油实际换热量，δt1为油温差，v1为机油流速，ρ1为机油密度，c1为机油比热容；
39.数据计算单元将固定周期t内测定的水温差、换热器内水的密度和比热容数据代入第三公式内计算得出进入换热器的冷水所需流速，其中，第三公式为：v2＝q1/(δt2
×
t
×
ρ2
×
c2)，v2为进入换热器的冷水需流速，η为热交换器的换热百分比(由热交换器技术手册的具体参数获取)，δt2为水温差，ρ2为换热器内水的密度，c2为换热器内水的比热容。
40.一种数字能源真空站的能量回收系统的方法，包括以下步骤：
41.s1：预设真空泵热交换比的最大值为kmax，最小值为kmin，其中kmin＜k＜kmax；
42.s2：根据第一公式q1＝p1-p2
×
t
×
k，分别将kmin和kmax代入第一公式获取q1的范围值；
43.s3：将计算得到的循环机油实际换热量q2与步骤s2中获取的q1范围值进行对比，判定q2是否在q1的范围值内；
44.s4：当q2在q1范围值内，则无需对进入换热器内的冷水流速进行调整，若q2不在q1范围值内，则需要对进入换热器内的冷水流速进行调整；
45.s5：当q2不在q1范围值内且q2超过q1的范围值，则降低进入换热器内的冷水流速，使q2恢复至q1范围值区间，当q2不在q1范围值内且q2低于q1的范围值，则增大进入换热器内的冷水流速，使q2恢复至q1范围值区间。
46.本发明的工作原理：利用设定单元对真空泵热交换百分比k的数值进行设定，其中kmin＜k＜kmax，利用输入功率监测单元和输出功率监测单元分别采集固定周期内真空泵的平均输入功率和平均输出功率，代入第一公式为q1＝(p1-p2)
×
t
×
k即可计算出真空泵的标准热交换量范围，将固定周期t内测定的油温差、机油的流速、密度和比热容数据代入第二公式q2＝δt1
×
v1
×
t
×
ρ1
×
c1即可计算出循环机油实际换热量，利用判定控制模块将q2的具体数值与标准热交换量范围对比，若q2在标准热交换量范围内则无需对进入换热器内的冷水流速进行调整；若q2不在标准热交换量范围内，且高于范围值，则控制冷水流速降低，若q2不在标准热交换量范围内，且低于范围值，则控制冷水流速增大；利用第三公式v2＝q1/(δt2
×
t
×
ρ2
×
c2)，因q1存在范围值，从而方便计算出冷水所需流速v2的范围值，使得冷水流速在增大或降低调节时提供参照区间，避免调节过程中超出合理范围。
47.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进
等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种数字能源真空站的能量回收系统，其特征在于，包括：真空泵测定模块，其用于测定真空泵固定周期的运行功率参数；机油测定模块，其用于对固定周期真空泵内机油循环管路中的机油参数进行测定，机油循环管路与对真空泵进行热能回收的换热器连接；换热器测定模块，其用于对固定周期进入换热器内的冷进水参数以及经由换热器流出的热出水参数进行测定；处理模块，其分别与真空泵测定模块、机油测定模块和换热器测定模块电性连接，所述处理模块用于根据测定到的参数进行处理，得出分析结果数据，所述分析结果数据包括真空泵的标准热交换量、循环机油实际换热量和进入换热器内的冷水所需流速；判定控制模块，其与处理模块电性连接，所述判定控制模块用于根据分析结果数据对进入换热器内的实际冷水流速进行判定，并根据判定结果对冷水流速进行调整。2.根据权利要求1所述的一种数字能源真空站的能量回收系统，其特征在于，所述真空泵测定模块包括输入功率监测单元和输出功率监测单元，所述输入功率监测单元和输出功率监测单元分别用于采集固定周期内真空泵运行时的平均输入功率和平均输出功率；所述机油测定模块包括油温差测定单元、油速测定单元、油密度计单元和油比热容单元，所述油温差测定单元用于测定机油循环管路出油口与回油口的油温差，所述油速测定单元、油密度计单元和油比热容单元分别用于测定机油循环管路中机油的流速、密度和比热容；所述换热器测定模块包括水温差测定单元、水密度计单元和水比热容单元，所述水温差测定单元用于测定热出水与冷进水之间的水温差，所述水密度计单元和水比热容单元分别用于测定换热器内水的密度和比热容。3.根据权利要求1所述的一种数字能源真空站的能量回收系统,其特征在于，所述处理模块包括时间单元和数据计算单元，所述数据计算单元根据真空泵运行的平均输入功率和平均输出功率计算出固定周期真空泵的标准热交换量，所述数据计算单元根据油温差、机油的流速、密度和比热容计算出固定周期循环机油实际换热量，所述数据计算单元根据水温差、水的密度和比热容计算出进入换热器内的冷水所需流速，所述时间单元用于设定固定周期的时间，且时间为t。4.根据权利要求3所述的一种数字能源真空站的能量回收系统,其特征在于，所述数据计算单元将固定周期t内真空泵运行的输入功率和输出功率数据代入第一公式内计算得出真空泵的标准热交换量，其中，第一公式为：q1＝(p1-p2)
×
t
×
k，q1为标准热交换量，p1为真空泵平均输入功率，p2为真空泵平均输出功率，k为真空泵热交换百分比；所述数据计算单元将固定周期t内测定的油温差、机油的流速、密度和比热容数据代入第二公式内计算得出循环机油的实际换热量，其中，第二公式为：q2＝δt1
×
v1
×
t
×
ρ1
×
c1，q2为循环机油实际换热量，δt1为油温差，v1为机油流速，ρ1为机油密度，c1为机油比热容；所述数据计算单元将固定周期t内测定的水温差、换热器内水的密度和比热容数据代入第三公式内计算得出进入换热器的冷水所需流速，其中，第三公式为：v2＝q1/(δt2
×
t
×
ρ2
×
c2)，v2为进入换热器的冷水所需流速，η为热交换器的换热百分比，δt2为水温差，ρ2为换热器内水的密度，c2为换热器内水的比热容。
5.根据权利要求4所述的一种数字能源真空站的能量回收系统，其特征在于，所述处理模块还包括设定单元，所述设定单元用于对真空泵热交换百分比k的数值范围进行设定。6.根据权利要求1-7任意一项所述的一种数字能源真空站的能量回收系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：预设真空泵热交换比的最大值为kmax，最小值为kmin，其中kmin＜k＜kmax；s2：根据第一公式q1＝(p1-p2)
×
t
×
k，分别将kmin和kmax代入第一公式获取q1的范围值；s3：将计算得到的循环机油实际换热量q2与步骤s2中获取的q1范围值进行对比，判定q2是否在q1的范围值内；s4：当q2在q1范围值内，则无需对进入换热器内的冷水流速进行调整，若q2不在q1范围值内，则需要对进入换热器内的冷水流速进行调整；s5：当q2不在q1范围值内且q2超过q1的范围值，则降低进入换热器内的冷水流速，使q2恢复至q1范围值区间，当q2不在q1范围值内且q2低于q1的范围值，则增大进入换热器内的冷水流速，使q2恢复至q1范围值区间。

技术总结
本发明公开了一种数字能源真空站的能量回收系统及其方法，涉及能量回收技术领域，解决了真空泵功率发生改变后，通入换热器内的冷进水速度不能随之自动调整，从而影响能量利用率的技术问题；包括真空泵测定模块，其用于测定真空泵固定周期的运行功率参数；机油测定模块，其用于对固定周期真空泵内机油循环管路中的机油参数进行测定，机油循环管路与对真空泵进行热能回收的换热器连接。本发明使得真空泵的功率发生改变后，通入换热器内的冷水流速也会发生相应调整，不会因冷水流速慢而影响热能回收效率，也不会因冷水流速过快而增加了能耗，使得真空站的能量能够进行合理化回收利用。用。用。


技术研发人员：胡培生 孙小琴 魏运贵 胡明辛
受保护的技术使用者：广东鑫钻节能科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/20