一种负压储能与真空管道耦合系统及方法与流程

本发明属于真空管道交通，具体涉及一种负压储能与真空管道耦合系统及方法。

背景技术：

1、我国的国土面积较为广阔，人口基数较大，随着社会经济的高速发展以及人们生活水平的逐步提升，不同城市之间的人员流动频率以及平均行驶里程也逐年提升，使得人员通行过程中的时间成本也随之增长。在现有的交通运输体系中，高铁和飞机的运行速率相差较大，采用真空管道轨道交通能够填补二者运行速率之间的空白点，进而提升人员出行效率。

2、真空管道交通系统通常包括车辆、运行轨道、完整包覆车辆和运行轨道的真空管道，通过真空管道为车辆提供低于环境压力的运行环境。在车辆高速运动过程中，降低车辆所受到的压力和摩擦阻力，可降低车辆运动过程中的能源损耗和噪音污染，确保乘客和设备的运行安全。

3、为产生低压环境，在现有技术条件下，需要采用真空泵将真空管道中的空气持续抽出，直至真空管道内的真空度达到符合车辆运行要求。由于完整的真空管道内空间较大，完成真空管道的抽真空作业往往需要消耗大量的能源。在诸如管道检修或轨道检修等特殊情况下，需要将真空管道中的气压恢复到正常大气压，以便人员能够进入真空管道内部对真空管道内部的结构和机电设备进行检修维护；在完成检修之后又需要重新将真空管道抽真空。往复如此，通常造成较大的能源浪费，降低整个真空管道交通系统的经济效益。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种负压储能与真空管道耦合系统及方法，其能够结合真空管道的结构特性，在真空管道内部压力恢复过程中实现对真空管道内部负压势能的高效回收，显著降低压力恢复过程中的能源浪费，提升真空管道交通系统的经济效益。

2、为实现上述目的，本发明提供一种负压储能与真空管道耦合系统，用于对真空管道中释放负压势能的转换储能，包括：

3、真空管道，所述真空管道的内部气压小于所述真空管道的外部气压，用于形成所述真空管道中的负压势能；所述真空管道上设置有至少一个接口构件，各所述接口构件均贯穿所述真空管道的管壁，连通所述真空管道的内部和外部；

4、势能转换机构，所述势能转换机构包括转换管路、至少一个膨胀机、发电机和转换阀门；

5、所述转换阀门设置在所述转换管路上，所述转换管路的一端与所述接口构件连通；所述转换管路的另一端连通所述真空管道外部，用于可控释放所述真空管道内的负压势能；

6、各所述膨胀机均设置在所述转换管路上，且各所述膨胀机均包括与所述发电机相连的转轴，所述膨胀机被配置为：在所述真空管道负压势能释放时，所述转换管路中形成驱动所述转轴转动的气体流，用于带动所述发电机发电。

7、作为本发明的进一步优选，所述势能转换机构还包括储能构件，所述储能构件与所述发电机相连接，用于存储所述发电机产生的电能。

8、作为本发明的进一步优选，所述势能转换机构包括第一膨胀机和第二膨胀机，所述第一膨胀机和所述第二膨胀机的转轴均与所述发电机的转轴相连接，所述转换管路依次连通所述第一膨胀机和所述第二膨胀机。

9、作为本发明的进一步优选，还包括赋能机构，所述赋能机构包括至少一个赋能构件、赋能管路和蓄热构件；

10、各所述赋能构件均设置在所述转换管路上；各所述赋能构件均通过所述赋能管路与所述蓄热构件相连通，所述蓄热构件中的高温换热工质通过所述赋能管路流入各所述赋能构件中，用于提升所述转换管路中所述气体流的焓值。

11、作为本发明的进一步优选，所述赋能管路上设置有至少一个第一加压泵，用于驱动所述换热工质的循环流动。

12、作为本发明的进一步优选，所述赋能机构还包括集热管路和至少一个集热构件，各所述集热构件通过所述集热管路与所述蓄热构件相连通，各所述集热构件采集所述真空管道外侧的热能，用于提升所述蓄热构件中换热工质的焓值。

13、作为本发明的进一步优选，所述赋能机构还包括设置所述蓄能构件和所述集热构件之间的蓄热换热器，所述蓄热换热器设置在所述集热管路上，用于所述集热构件和所述蓄热构件之间的热能交换。

14、作为本发明的进一步优选，所述集热构件包括太阳能集热构件、地热集热构件中的一种或多种。

15、作为本发明的进一步优选，还包括势能产生机构，所述势能产生机构包括抽真空管路和至少一个真空泵，各所述真空泵均通过所述真空管路与所述接口构件相连通，用于所述真空管道内的抽真空。

16、作为本发明的进一步优选，还包括快速复压管路和复压阀门，所述复压阀门设置在所述快速复压管路上，所述快速复压管路与所述接口构件相连通，用于所述真空管道的快速复压。

17、上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

19、(1)本发明的负压储能与真空管道耦合系统，其通过采用内部压力小于外部压力的真空管道，形成符合车辆运行要求的管道环境。并对应真空管道上设置若干接口构件，使得在真空管道内部负压势能能够通过接口构件稳定释放。同时，通过连接接口构件的势能转换机构以及势能转换机构所包括的转换管路、至少一个膨胀机、发电机和转换阀门，使得真空管道中负压势能释放所形成的气体流能够通过膨胀机带动发电机转动发电，进而实现对真空管道内负压势能的回收利用，显著提升了真空管道交通系统的能源利用率，实现真空管道交通系统的绿色环保运行。

20、(2)本发明的负压储能与真空管道耦合系统，其通过采用包括至少一个赋能构件、赋能管路和蓄热构件的赋能机构，使得蓄热构件能够将存储的高温换热工质循环运输至赋能构件，使得赋能构件能够将高温换热工质中的热能传输至气体流中，显著提升转换管路中气体流的焓值，进而使得膨胀机能够在高焓值气体流的带动下，显著提升发电机的发电量，继而实现真空管道中负压势能到电能的稳定高量转换。

21、(3)本发明的负压储能与真空管道耦合系统及方法，结构简单，运行稳定，转换效率高，其通过采用包括若干真空泵和抽真空管路的势能产生机构，使得势能产生机构能够实现对真空管道内部空气高效、全面的抽真空，确保真空管道能够在保持符合列车运行所需要的真空度。同时，通过设置包括多个膨胀机和转换管路，使得在真空管道内负压势能逐步释放过程中，通过各膨胀机并结合发电机，将真空管道负压势能转换为膨胀机转动的机械能，之后将膨胀机的机械能转换为发电机产生的电能，进而完成对真空管道负压势能的高效转换。并且，通过与膨胀机相连的赋能机构，采用集热构件采集外界的热能，进而将热能赋予到转换管路内的气体流中，继而显著提升气体流中的焓值，提升发电机的发电量，具有较高的经济价值和推广前景。

技术特征：

1.一种负压储能与真空管道耦合系统，用于对真空管道中释放负压势能的转换储能，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，所述势能转换机构还包括储能构件，所述储能构件与所述发电机相连接，用于存储所述发电机产生的电能。

3.根据权利要求1所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，所述势能转换机构包括第一膨胀机和第二膨胀机，所述第一膨胀机和所述第二膨胀机的转轴均与所述发电机的转轴相连接，所述转换管路依次连通所述第一膨胀机和所述第二膨胀机。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，还包括赋能机构，所述赋能机构包括至少一个赋能构件、赋能管路和蓄热构件；

5.根据权利要求4所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，所述赋能管路上设置有至少一个第一加压泵，用于驱动所述换热工质的循环流动。

6.根据权利要求4所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，所述赋能机构还包括集热管路和至少一个集热构件，各所述集热构件通过所述集热管路与所述蓄热构件相连通，各所述集热构件采集所述真空管道外侧的热能，用于提升所述蓄热构件中换热工质的焓值。

7.根据权利要求6所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，所述赋能机构还包括设置所述蓄能构件和所述集热构件之间的蓄热换热器，所述蓄热换热器设置在所述集热管路上，用于所述集热构件和所述蓄热构件之间的热能交换。

8.根据权利要求1～3、5～7中任一项所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，还包括势能产生机构，所述势能产生机构包括抽真空管路和至少一个真空泵，各所述真空泵均通过所述真空管路与所述接口构件相连通，用于所述真空管道内的抽真空。

9.根据权利要求1～3、5～7中任一项所述的负压储能与真空管道耦合系统，其中，还包括快速复压管路和复压阀门，所述复压阀门设置在所述快速复压管路上，所述快速复压管路与所述接口构件相连通，用于所述真空管道的快速复压。

10.一种负压储能与真空管道耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种负压储能与真空管道耦合系统及方法，属于真空管道交通技术领域，包括内部气压小于外部气压的真空管道和势能转换机构；势能转换机构包括转换管路、膨胀机、发电机和转换阀门；转换阀门设置在转换管路上，转换管路的一端与接口构件连通；转换管路的另一端连通真空管道外部；各膨胀机均设置在转换管路上，且各膨胀机均包括与发电机相连的转轴，膨胀机被配置为：在真空管道负压势能释放时，转换管路中形成驱动转轴转动的气体流。本发明提供了一种负压储能与真空管道耦合系统及方法，其能够结合真空管道的结构特性，在真空管道内部压力恢复过程中实现对真空管道内部负压势能的高效回收，显著降低能源浪费。技术研发人员：刘畅,张家炳,郭江,李伟强,龚俊虎,许智榜,丁兆锋,李明耀受保护的技术使用者：中铁磁浮交通投资建设有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15