一种双工质合成做功的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种双工质合成做功的系统，包括1号膨胀机、发电机、双室涡轮增压机、间壁换热器、管壳式换热器和气化器。1号膨胀机与发电机轴连接。间壁换热器的氢气出口通过氢气循环管路连接到1号膨胀机的入口，1号膨胀机的出口通过管壳式换热器连接到双室涡轮增压机的增压室氢气入口，增压室的氢气出口连接到间壁换热器的氢气入口。间壁换热器的氮气出口通过氮气循环管路经管壳式换热器连接到液氮加压泵。液氮加压泵出口通过气化器连接到双室涡轮增压机的涡轮室氮气入口，涡轮室的出口连接到间壁换热器的氮气入口。本发明专利技术以氢气、氮气等为循环工质，利用大自然能量及工业余热将热能转变为机械能和电能，有利于节能减排、创造经济效益。

A Duplex Synthetic Work System

The invention relates to a duplex synthetic work system, which comprises a No. 1 expander, a generator, a double-chamber turbocharger, a wall heat exchanger, a shell-and-tube heat exchanger and a gasifier. No. 1 expander is connected with generator shaft. The hydrogen outlet of the wall heat exchanger is connected to the inlet of the No. 1 expander through the hydrogen circulation pipeline, the outlet of the No. 1 expander is connected to the hydrogen inlet of the booster chamber of the double-chamber turbocharger through the shell-and-tube heat exchanger, and the hydrogen outlet of the booster chamber is connected to the hydrogen inlet of the wall heat exchanger. The nitrogen outlet of the wall heat exchanger is connected to the liquid nitrogen pressure pump through the nitrogen circulation pipeline through the shell and tube heat exchanger. The outlet of the liquid nitrogen pressurized pump is connected to the nitrogen inlet of the turbine chamber of the two-chamber turbocharger through the gasifier, and the outlet of the turbine chamber is connected to the nitrogen inlet of the wall heat exchanger. The invention uses hydrogen, nitrogen and other circulating working substances to convert heat energy into mechanical energy and electric energy by using natural energy and spare-time heat, which is beneficial to energy saving, emission reduction and economic benefit creation.

【技术实现步骤摘要】
一种双工质合成做功的系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种双工质合成做功的系统。
技术介绍
自然界充满着无限的常温能源，空气、海水等无限量的常温能源，具有开发潜力。地球上的能源绝大部分来自于太阳，在能源日益紧缺的今天，新的可再生绿色洁净发电技术日益受到重视。现在新能源中，水能和风能发电技术应用较为普遍，技术也较为成熟。水电开发潜力不大，而风力又过于分散，只能在一些特定区域有用，而且水能和风能发电装置投入很大，占地面积广。空气能已逐步进入人们的视野中，目前空气能热水器也得到了普遍应用，其原理就是利用空气中的热能，通过热泵加热水。但是利用空气能发电的技术非常少，技术不够成熟，难以推广应用。授权公告号为CN202055876U，授权公告日为2011年11月30日的中国技术专利公开了一种新能源太阳能热力超临界低温空气能发电装置。包括吸热器、膨胀发电机组、回热器、冷却器、增压泵、制冷机及其管道附件及检测和控制装置，密闭系统内有氮气或混合工质。工质经吸热器成为高压超临界流体，经膨胀发电机组做功发电成为临界状态工质，经回热器、冷却器冷凝，由增压泵压入回热器换热再进吸热器吸热形成封闭循环发电系统。它也可以用于余热废热地热等中低温热源发电，工质用二氧化碳或混合工质。该技术专利能够将空气能转化成推动发电机组转动的动能，但是因冷却器冷凝需要耗能，其系统能量转换率变低，发电机发电量较小，实际推广价值有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双工质合成做功的系统，通过氢气和氮气工质循环，利用空气的热量通过能量转换转变为机械能带动发电机发电，充分利用大自然能量及工业余热，节能减排增加企业经济效益。本专利技术的技术方案是：一种双工质合成做功的系统，系统包括1号膨胀机、发电机、双室涡轮增压机、间壁换热器、氢气循环管路、氮气循环管路、液氮加压泵、管壳式换热器和气化器。1号膨胀机与发电机轴连接，发电机与外部电网电路连接。双室涡轮增压机包括涡轮室和增压室。间壁换热器的氢气出口通过氢气循环管路连接到1号膨胀机的入口、1号膨胀机的出口通过管壳式换热器的管程连接到双室涡轮增压机的增压室氢气入口。增压室的氢气出口连接到间壁换热器的氢气入口。间壁换热器的氮气出口通过氮气循环管路经管壳式换热器的壳程连接到液氮加压泵。液氮加压泵出口通过气化器连接到双室涡轮增压机的涡轮室氮气入口。涡轮室的氮气出口连接到间壁换热器的氮气入口。气化器为液氮气化器或空气气化器。系统设有空气换热管路。空气气化器为管壳式结构。空气换热管路连接到空气气化器的管程入口，空气气化器的管程出口与大气连通。液氮加压泵出口通过空气气化器的壳程连接到双室涡轮增压机的涡轮室氮气入口。另一种形式，气化器为液氮气化器，液氮加压泵的出口通过液氮气化器连接到双室涡轮增压机的涡轮室氮气入口，液氮气化器设有换热盘管。系统设有氢反应床单元、空气换热管路、1号氢气中间罐、2号膨胀机、2号氢气中间罐和空气换热器。2号膨胀机与发电机轴连接。氢反应床单元的每台氢反应床分别设有低压氢气进口、高压氢气出口、换热氢气入口和换热氢气出口。氢反应床单元的每台氢反应床的高压氢气出口经高压氢气管路连接到2号膨胀机的入口，2号膨胀机的出口通过低压氢气管路连接到每台氢反应床的低压氢气进口。氢反应床单元中的氢反应床的换热氢气出口通过三通阀分为两路，一路经冷却氢气管路依次通过换热介质低压氢气循环泵、1号氢气中间罐、液氮气化器的换热盘管和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成换热循环回路。另一路经加热氢气管路依次通过换热介质高压氢气循环泵、2号氢气中间罐、空气换热器的管程和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成氢气加热回路。空气换热管路连接到空气换热器的壳程入口，空气换热器的壳程出口与大气连通。氢反应床单元设有至少两台氢反应床，每台氢反应床分别设有低压氢气进口、高压氢气出口、换热氢气入口和换热氢气出口。低压氢气进口设有低压氢气进口阀门，高压氢气出口设有高压氢气出口阀门，换热氢气入口和换热氢气出口分别设有三通阀。所述氢反应床单元可以依据放氢热源温度设置为多级。氢反应床内装载金属储氢材料，包括但不限于稀土系金属氢化物；低压氢气由低压氢气入口进入氢反应床，低压氢气被储氢材料吸收形成金属氢化物，对完成吸氢后的金属氢化物加热放出高压氢气。氢反应床为一级结构，或者为阶梯利用热量的多级结构，允许每级氢反应床中的每个氢反应床内的金属氢化物的品种、质量或体积可以不一样，每级氢反应床可以相同或者不同。氢反应床采用循环介质与加热介质间壁或非间壁换热，加热介质为空气、烟气、海水、河水、湖水、气体加热介质、液体加热介质、固体加热介质、气液固之间二二混合或三相混合加热介质。氢反应床采用的高压或低压循环介质包括氢气但不限于氢气，直接进入氢反应床进行加热或移热，或采用电、电磁或内部加热的方式，或采用外加热的方式，或同时采用内外加热的方式，循环介质为氢气或其他稳定介质。对氢反应床吸氢时放出的反应热，采用换热循环介质进行换热，换热循环介质包括但不限于低压循环氢气，低压循环氢气的温度可以跟吸氢温度不同，可以是比吸氢温度更低的温度，当低压循环氢气的温度低于吸氢温度时，吸氢时的换热循环介质可以采用间断直接进入或变流量直接进入氢反应床内部，从而使氢反应床的温度在吸氢温度以下保持稳定。氢反应床设置有金属氢化物更换装置，将生产过程中粉化或老化的金属氢化物快速移出并更换装载新的金属氢化物，利用吸放氢间歇时间快速更换氢反应床内的物料，也可以停机更换氢反应床内的物料，被更换的物料可以是吸氢状态，也可以是放氢状态，也可以是吸放氢的过渡状态。氢反应床单元的氢反应床设有使用过的金属氢化物抽出口和新鲜金属氢化物加入口，金属氢化物更换装置包括新鲜金属氢化物仓和使用过的金属氢化物仓，使用过的金属氢化物抽出口通过密封阀和抽出泵连接到使用过的金属氢化物仓，新鲜金属氢化物仓通过添加泵和密封阀连接到氢反应床。金属氢化物更换装置或采用重力输送、机械输送、气力输送、真空输送、液力输送、电磁输送的方法或它们的组合，从而可靠的实现氢反应床内金属氢化物更换的任何方法都适用。双室涡轮增压机和间壁换热器组成的加压调温系统被能够将氢气氮气混合后再分离，同时传热使温度平衡的系统替代。氢气和氮气混合或者采用引射器结构。氢气氮气混合后或者采用膜分离或吸氢分离分离单元分离。当采用吸氢分离单元时，吸氢分离单元设有至少两台金属氢化物反应床和吸氢分离换热器，吸氢分离换热器与每台金属氢化物反应床循环连接。允许设置由多组吸氢分离单元串联或并联的形成的组合，保证能够连续、稳定提供氢气和氮气。吸氢分离单元的氮气出口和氢气出口设置膜结构，氮气出口的膜结构只允许氮气通过并流出吸氢分离单元，氢气出口的膜结构只允许氢气通过并流出吸氢分离单元。调整两个氢气膨胀机的氢气流量、膨胀机前压力和膨胀比，使1号膨胀机和2号膨胀机转速尽可能接近一致，再通过加气体抽头，使1号膨胀机和2号膨胀机组合成一个膨胀机。如果空气经过空气气化器，有可能结霜，当空气经过空气换热器，氢气经过液氮气化器时，会使结霜过程缓解。本专利技术双工质合成做功的系统通过以氢气、氮气等为循环工质，利用空气自身的热量，通过工质循环驱动膨胀机做功，将热能转变为机械能带动发电机发电或驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双工质合成做功的系统，其特征是：所述系统包括1号膨胀机（4）、发电机（5）、双室涡轮增压机（6）、间壁换热器（8）、氢气循环管路（11）、氮气循环管路（18）、液氮加压泵（14）、管壳式换热器（15）和气化器；所述1号膨胀机（4）与发电机（5）轴连接，发电机（5）与外部电网电路连接；所述双室涡轮增压机（6）包括涡轮室和增压室；所述间壁换热器的氢气出口通过氢气循环管路（11）连接到1号膨胀机（4）的入口，所述1号膨胀机（4）的出口通过管壳式换热器（15）的管程连接到双室涡轮增压机（6）的增压室氢气入口，所述增压室的氢气出口连接到间壁换热器的氢气入口；所述间壁换热器（8）的氮气出口通过氮气循环管路（18）经管壳式换热器（15）的壳程连接到液氮加压泵（14）；所述液氮加压泵（14）出口通过气化器连接到双室涡轮增压机（6）的涡轮室氮气入口，所述涡轮室的氮气出口连接到间壁换热器（8）的氮气入口。

【技术特征摘要】
1.一种双工质合成做功的系统，其特征是：所述系统包括1号膨胀机（4）、发电机（5）、双室涡轮增压机（6）、间壁换热器（8）、氢气循环管路（11）、氮气循环管路（18）、液氮加压泵（14）、管壳式换热器（15）和气化器；所述1号膨胀机（4）与发电机（5）轴连接，发电机（5）与外部电网电路连接；所述双室涡轮增压机（6）包括涡轮室和增压室；所述间壁换热器的氢气出口通过氢气循环管路（11）连接到1号膨胀机（4）的入口，所述1号膨胀机（4）的出口通过管壳式换热器（15）的管程连接到双室涡轮增压机（6）的增压室氢气入口，所述增压室的氢气出口连接到间壁换热器的氢气入口；所述间壁换热器（8）的氮气出口通过氮气循环管路（18）经管壳式换热器（15）的壳程连接到液氮加压泵（14）；所述液氮加压泵（14）出口通过气化器连接到双室涡轮增压机（6）的涡轮室氮气入口，所述涡轮室的氮气出口连接到间壁换热器（8）的氮气入口。2.根据权利要求1所述的双工质合成做功的系统，其特征是：所述气化器为液氮气化器（2）或空气气化器（22）。3.根据权利要求2所述的双工质合成做功的系统，其特征是：所述系统设有空气换热管路（12），所述空气气化器（22）为管壳式结构；所述空气换热管路（12）连接到空气气化器（22）的管程入口，空气气化器（22）的管程出口与大气连通；所述液氮加压泵（14）出口通过空气气化器（22）的壳程连接到双室涡轮增压机（6）的涡轮室氮气入口。4.根据权利要求2所述的双工质合成做功的系统，其特征是：所述气化器为液氮气化器（2），液氮加压泵（14）的出口通过液氮气化器（2）连接到双室涡轮增压机（6）的涡轮室氮气入口，液氮气化器（2）设有换热盘管（17）；所述系统设有氢反应床单元（1）、空气换热管路（12）、1号氢气中间罐（27）、2号膨胀机（3）、2号氢气中间罐（28）和空气换热器（29）；所述2号膨胀机（3）与发电机（5）轴连接，所述氢反应床单元的每台氢反应床分别设有低压氢气进口（31）、高压氢气出口（32）、换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）；所述氢反应床单元（1）的每台氢反应床的高压氢气出口（32）经高压氢气管路（10）连接到2号膨胀机（3）的入口，所述2号膨胀机（3）的出口通过低压氢气管路（9）连接到每台氢反应床的低压氢气进口（31）；所述氢反应床单元（1）中的氢反应床的换热氢气出口（34）通过三通阀（30）分为两路，一路经冷却氢气管路（25）依次通过换热介质低压氢气循环泵（13）、1号氢气中间罐（27）、液氮气化器（2）的换热盘管（17）和三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33），形成换热循环回路；另一路经加热氢气管路（26）依次通过换热介质高压氢气循环泵（21）、2号氢气中间罐（28）、空气换热器（29）的管程和三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33），形成氢气加热回路；所述空气换热管路（12）连接到空气换热器（29）的壳程入口，空气换热器（29）的壳程出口与大气连通。5.根据权利要求4所述的双工质合成做功的系统，其特征是：所述氢反应床单元（1）设有至少两台氢反应床，每台氢反应床分别设有低压氢气进口（31）、高压氢气出口（32）、换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）；所述低压氢气进口（31）设有低压氢气进口阀门（19），所述高压氢气出口（32）设有高压氢气出口阀门（20），所述换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）分别设有三通阀（30）；所述氢反应床单元（1）可以依据放氢热源温度设置为多级。6.根据权利要求5所述的双工质合成做功的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏，
申请(专利权)人：上海柯来浦能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31