[发明专利]利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法

说明书

本发明是关于产生机械能的系统，至少包括：一台压缩机、一台膨胀器、一台热交换器；所述系统具有电动机运行模式，在该模式下该系统还包括：用于在所述交换器的液氮进口处吸入加压液氮的装置，用于在所述交换器的空气或气态氮进口处吸入空气或气态氮的装置，用于在所述交换器的汽化氮出口处排出汽化氮的装置，用于在所述交换器的另一个空气或冷却气态氮出口处排出空气或冷却气态氮的装置；用于将所述汽化氮吸入所述膨胀器内部以使其膨胀的装置；用于将空气或冷却的气态氮吸入所述压缩机以在其中产生压缩空气或气态氮的装置；用于膨胀所述压缩空气或气态氮的装置；用于在进入所述膨胀装置之前或在其内部加热压缩空气或气态氮的装置；用于回收所述汽化氮膨胀和所述压缩空气或气态氮膨胀所产生能量的装置。

1.发明领域

本发明是关于一种利用液氮和/或通过制备液氮或其他液化气体而产生机械能的系统。

凭借各种变型，本发明涉及一种以液氮或其他液化气体(比如空气)形式储存能量的系统。

2.现有技术

国际专利申请号WO-A1-2014/154715描述了一种可逆机械系统，其可在两种模式下运行，即：

-在运行中制备液氮的模式，在此模式下可同时制备并储存液氮；

-运行中的电动机模式，在此模式下，先前制备并储存的液氮被消耗以产生机械能，机械能可用于例如驱动交流发生器并产生电流或为车辆提供动力。

在发生器模式下，该系统由活塞式压缩机组成，压缩机将可压缩的气态氮吸入并压缩。压缩后的氮气首先进入交换器中冷却，然后进入活塞膨胀器中膨胀并部分液化，由此产生的液氮会被储存。膨胀器中的非液化氮气将进入热交换器中，用于冷却来自压缩机的压缩气态氮，然后返回至压缩机。

在电动机模式下，高压泵送的液氮在交换器中汽化后依次进入初级活塞膨胀器(其作为发生器模式下形成液氮的膨胀器)和次级活塞膨胀器(其作用为发生器模式下的低压压缩机)。活塞连接到单个曲轴，汽化氮在膨胀器内膨胀推动曲轴旋转。

在所述发生器模式和电动机模式下操作时，可通过简单有效的方式产生液氮和通过由所述液氮恢复机械能存储大量能量，用于驱动交流发生器并产生电流或为车辆提供动力，例如……

然而，发生器模式和电动机模式的性能仍可进一步改善，以大幅提高每次膨胀所产生的液氮和机械能总量。

3.发明目的

本发明具体旨在为上述各类问题中的至少一部分问题提供有效的解决方案。

特别地，本发明的目的之一是使用至少一种性能模式，提高机械系统在电动机模式下通过液氮或其他液化气体产生机械能的性能。

本发明的另一个目的是使用至少一种性能模式，提高机械系统在发生器模式下产生液氮或其他液化气体的性能。

特别地，本发明的目的之一是使用至少一种性能模式，提供一种简单和/或有效和/或稳健和/或性价比高的系统。

本发明的另一个目的是在至少一种性能模式下，通过组合上述三个目的提高整体性能，并降低能量存储系统在存储和恢复能量方面的成本。

4.发明介绍

为此，本发明提供一种可以产生机械能的系统，其至少包括：

-一台压缩机；

-一台膨胀器；

-一台热交换器。

所述系统具有电动机运行模式，在该模式下所述系统还包括：

-用于在所述交换器的液氮进口处吸入加压液氮的装置，用于在所述交换器的空气或气态氮进口处吸入空气或气态氮的装置，用于在所述交换器的汽化氮出口处排出汽化氮的装置，用于在所述交换器的另一个空气或冷却气态氮出口处排出空气或冷却气态氮的装置；