CN105299945B - 混合气体冷凝分离存质升压储能装置和方法及实用系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能领域，公开一种混合气体冷凝分离存质升压储能装置和方法及实用系统，换热压力均衡器，本发明特点是，将混合气体分离；压力升高；储能；热量交换；气体液体相互转化在一个装置中完成，这样就简化了设备，提高了效率，减少热能；冷能损失，储存能量和释放能量可分时；还可以同时进行，减少二氧化碳排放，搜集氮的氧化物；硫的氧化物；重金属[pm2.5]等进行储存和利用，变有害物质为有用物质。本发明公开：空气；烟气等气体冷凝分离储能电站；风电厂空气分离储能电站；光伏发电厂空气分离储能电站；太阳能热动力空气储能电站；风电太阳能热动力互补空气储能电站；核电空气分离储能电站；燃煤燃烧生物质发电厂烟气分离储能电站；燃气发电烟气分离储能电站；工业窑炉烟气分离储能电站。

Description

混合气体冷凝分离存质升压储能装置和方法及实用系统

技术领域

本发明属于储能领域，由其是气体冷凝分离储能发电或动力驱动领域。

背景技术

混合气体如空气；天然气；瓦斯气；油田气；烟气；煤气；页岩气；煤制氢气；天然气制氢气；生物质制氢气等气体，需要气体分离技术而，冷凝分离是一种常用的方法和技术，常用地冷凝分离技术，常常耗能较多，需要节能改进。

由于风力发电，太阳能发电，具有波动性，而煤电；核电由于用电负荷经常发生变化，就需要储能装置，抽水畜能电站是最早采用的成熟技术方案，世界各国都在用，抽储能电站对地质条件；水质条件，有较高要求，要占用大量土地，要搬迁移民，所以选址很困难。电池储能技术，处在实验和示范阶段，电池寿命周期较短，还要防止二次污染问题发生。电容储能；飞轮储能容量较小，造价较高，只能在特殊场合下采用。利用地下密封的岩洞，储存压缩空气发电技术，是一种较为成熟的，并且商业化了的技术。但是合格岩洞比较少，限制了这种技术的推广。二十兆帕；三十兆帕；四十兆帕，高压罐空气储能技术，液化空气储能技术，超临界空气储能技术，还处在实验或示范阶段，还没有商业化或者前景不明。

混合气体冷凝分离时，消耗的能量没有充分的有效的回收，如果能予储能发电技术相结合，有望节省能量的消耗，开辟出一种新的技术领域。当今锅炉排放的烟气，窑炉排放的烟气，高炉排放的烟气等，常常含有大量的二氧化碳气，硫的氧化物，氮的氧化物，汞以及其他重金属，pm2.5等有毒有害物质对环境；对人都有害。二氧化碳减排，是世界各国关心的大事。二氧化碳气单独搜集，还很耗能，投资运行成本都很高。单独的烟气除硫；除硝设备投资与运行成本也很高。这就给冷凝分离储能技术带来商机，通过冷凝分离烟气，分离出各种单一气体，都可以转化为有用资源加以利用。当今高温超导技术有了很大的发展，超导储能器，超导传输线，超导发电机，超导电动机，超导变压器，超导限流器，已经投入使用。但他们都需要自备冷源，这就增加超导器件生产成本和运行成本。如果能够利用冷凝分离出的液体的冷能，就可以减少超导器件制冷装置，又可以更大规模更；可靠；更低成本地支持和推广超导技术的发展。

当今燃煤发电和生物质燃烧发电，工质是水蒸气，这给缺水有煤；有生物质资源的地区，就近建设发电站带来困难。燃气；燃油发电系统利用废热锅炉产生蒸汽推动汽轮机发电，也需要水资源。这给缺水地区建设燃气；燃油电站带来困难。而利用烟气分离过程中产生的水，可以减少电站对水的需求，就可以解决缺水问题。燃煤；燃气发电过程中，有大量的低温热能没有充分利用，而且还要消耗一部分能量去解决散热问题，如果利用气体冷凝分技术就能将低温热能转换成电能，并且能提高总体发电效率。

为了解决上述问题，给出以下技术解决方案。

发明内容

本发明公开一种混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵装置，其特征是：根据储能容量的需要，确定一定数目圆柱形塔(T1)；塔(T2)；塔(T3)；塔(T4)；塔(T5)；塔(T6)；塔(T7)；塔(T8)，每个塔上端和下端各连接一个数控三通阀2端口，塔(T1)上端和下端数控三通阀3端口与塔(T2)上端和下端数控三通阀1端口连接，塔(T2)上端和下端数控三通阀3端口与塔(T3)上端和下端数控三通阀1端口连接，其他各塔也按照此项规则依次连接，最后，塔(T8)上端和下端数控三通阀3端口与塔(T1)上端和下端数控三通阀1端口连接，围成塔一个环形塔阵，在环柱塔阵上下圆心处各放置数控三通阀，并各用圆半径长承压管道，分别与圆周上的两个数控三通阀相连接，

每一个圆柱形塔，由圆柱形塔壳(41)和园柱形塔芯(43)组成，圆柱形的塔壳是一个空心的圆柱体，由直径为D长度为L的金属圆管和两个直径为D金属圆板焊接组成单层塔壳，；由直径为D长度为L的金属圆管外面套上一个由直径为(D+X)长度为L的金属圆管和两个直径为(D+X)金属圆板焊接组成双层塔壳，圆柱形塔芯(43)是空心单圆柱体由直径为(D-Y)长度为(L-Z)的金属圆管和两个直径为(D-Y)金属圆板焊接组成，用直径为(D-Y-J)金属圆板焊接在直径为(D-Y)长度为(L-Z)的金属圆管内，组成的两腔空心圆柱体；三腔空心圆柱体，塔壳；塔芯之间有多个外直径(D-N)内部直径为(D-Y)的圆环盘，圆环盘又被四个或三个圆扇形所镂空，成为镂空圆环承液盘(42)，既机械连接塔壳；塔芯，并承接冷凝液体，通过导管引出圆柱形塔外，D；X：Y：Z；J：N尺寸根据冷凝储能需要来决定。

所述圆柱塔的数目根据储存能量需求和生产成本来决定常用四个；六个；八个；十个等圆柱塔。

所述围成一个环柱塔阵，其特征是：可以是圆环形，也可以是椭圆环形，多个柱状直立塔通过承压管道；阀门接续围拢而成。

所述圆柱形的塔壳，其特征是：可以是单层壳(31)；(41)，也可以是双层壳(21)，并且具有很好的密封性，在上顶；下底根据需要，还开有输入孔和输出孔，侧面还开有引流孔，引出冷凝液分别送到各自储液槽，在孔附近装有温度传感器，根据各单纯气体冷凝温度预设温度，根据预先设定的某一种单纯气体冷凝温度，决定镂空圆环承液盘(42)达到该温度时，数控三通阀就将这种单纯气体冷凝液流入预先设定的哪个储液槽，塔壳是由耐压；耐低温；耐受交变温度冲击的材料制成，塔壳的上下两端，都分别与三通阀的一端相连接，三通阀另外两端都分别于临近塔壳的三通阀另外两端相连接，这样就构成环形连接。

所述圆柱形的塔芯，其特征是：单个密封的空心圆柱体(43)；或者是上下组合连接的密封的空心圆柱体(51)；(52)，根据需要可以在上顶和下底开出输入孔；输出孔，塔芯内部都装有压力传感器，塔芯是由耐高压和耐低温；耐受交变温度冲击的材料制成。

所述混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵，其特征是：整体由密封材绝热材料所包裹。

所述数控三通阀，其特征是：由计算机发出控制信号控制驱动力为：电动控制；气动控制；液压控制等阀门或者各种蝶阀，在研制；实验阶段；调试阶段可以进行手动控制。

所述环柱塔阵其特征是：通过数控阀有序切换，几个塔串联组合成一个塔组，并根据需要随时解体这个塔组，从新组成新塔组，所有上述过程都是经由可编程计算机控制完成的。

本发明公开一种混合气体冷凝分离存质升压储能方法，其特征是：具有压力清洁的混合气体，在混合气体冷凝存质升压储能环柱塔阵内由塔(1)；塔(2)；塔(3)，临时串联组成的一个塔组内部流过，并与塔芯(5)；塔芯(6)；塔芯(7)中存放的冷气体；冷液体交换热量，塔(5)；塔芯(6)；塔芯(7)中的冷气体；冷液体得到入具有压力的混合气体的热量后，温度逐渐上升，由于容积不变，所以内压力渐渐的增加上升，最终成为高压气体，当塔组内部首塔(1)整体升温达到，混合气体刚进入塔时温度后，即接近环境温度后，通过阀门有序切换到下一个由塔(2)；塔(3)；塔(4)新组成的塔组，使上述过程分别在塔阵列中各个塔组，逐一完成，形成有序的循环，出塔阵后具有压力的混合气体，进入液化循环系统(10)，之后将液化后的液体，和未液化的气体，依次送入塔芯，成为接续的冷源。当混合气体在一个塔组内部流过时，由于温度不断降低，一些气体成分，在一定的温度范围内，开始冷凝液化，并被承液盘收集引出到塔外进入储液槽组(11)内的各自储液槽。

所述具有压力的混合气体，其特征是：所称混合气体是多种气体的混合物，经过除尘后，混合气体的压力，超过正常大气压，或经过压缩机压缩的混合气体。

所述塔阵一个塔组组成，其特征是：临近的几个塔，通过数控三通阀组成一组，形气体一个串联流动通道，具有压力的混合气体从数控三通阀(12)进入首塔(1)然后依次流经数三通阀(13)，数控三通阀(15)，塔(2)，数控三通阀(14)，数控三通阀(16)，塔(3)数控三通阀(17)，数控三通阀(19)并经过数控三通阀(19)输出，当首塔(1)整体温度达到气体刚进入塔的初始时的温度时，通过数控三通阀(18)，数控三通阀(19)增加尾塔，然后通过数控三通阀(12)，数控三通阀(15)减除首塔(1)，气体流经次序改为，经过数控三通阀(12)，三通阀(14)，塔(2)，数控三通阀(15)，数控三通阀(17)，塔(3)，数控三通阀(16)，数控三通阀(18)，塔(4)，数控三通阀(19)之后，气体进入液化循环克劳特；卡皮查；海兰特；考林斯；克劳特；卡皮查；海兰特；考林斯系统，以各种改进型等气体液化循环系统(10)，应用在车；船；飞行器时，为了简化系统减轻重量；缩小体积，可省略气体液化循环系统(10)，改换成冷储罐降温装置(10c)。

所述高压气体，其特征是：具有很高的压力如十兆帕；二十兆帕；三十兆帕；五十兆帕；六十兆帕；七十兆帕等并且能，推动膨胀机做工功。

空气烟气等气体分离储能电站

本发明公开一种烟气等气体分离储能电站，其特征是：利用混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵和混合气体冷凝分离存质升压储能方法，电站由空气；烟气等气体压缩机组(131)；压缩热储热换热器(132)；空气；烟气等气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵[塔(T2)；塔(T3)；塔(T4)；塔芯(C1)；塔芯(C2)；塔芯(C3)；塔芯(C4)；塔芯(C5)；塔芯(C6)；塔芯(C7)；塔芯(C8)]，气液分离器(135)；节流阀(136)；储水槽(134)；液化循环压缩机压缩热换热器(139)；膨胀机组(1311)；压缩机组(1310)；节流阀(137)；主换热器(138)；膨胀机组(1312)；减压膨胀机组(1313)；节流阀(1314)；主膨胀机组(1316)；次级膨胀机(1321)；余压膨胀机(1322)；发电机(1317)；超导储能器 (1319)；AC/DC电流变换器(1318)；二氧化碳储液槽(133)；储液槽(1320)；换热压力均衡器(1323)；可利用热能储能换热器(1315)，采用连接管道；阀门组成工作系统，以实现如下系统工作流程，

工作流程：空气；烟气等气体经压缩机(131)压缩后，进入压缩热储热换热器(132)，然后再进入换热压力均衡器(1323)，空气；烟气等气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵，通过控制塔(T2)两个数控三通阀；塔(T3)两个数控三通阀；塔(T4)两个数控三通阀，使空气烟气等气体依照次序流过塔(T2)；塔(T3)；塔(T4)，并且依次与塔芯(C2)；塔芯(C3)；塔芯(C4)中的冷气；冷液交换热量，由于温度不断地降低，空气；烟气等气体中的水；二氧化碳等气体先后被液化，并引出塔外，输入到二氧化碳储液槽(133)；储水槽(134)等储液槽，剩下的比较纯洁的空气；氮气等气体已经接近液化温度或达到液化温度出塔阵，进入气液分离器(135)，气液分离器(135)下部的液体，经过节流阀(136)降压后进入储液槽(1320)，储液槽(1320)上部气体进入主换热器(138)释放冷能后，进入液化循环压缩机组(1310)，之后再进入液化循环压缩机压缩热储热换热器(1310)，压缩热被吸收并被储存，失去压缩热的气体返回主换热器(138)，其中一部分空；气氮气等气体降低温度后，经过经过节流阀(137)降压降温后进入储液槽(1320)，另外一部分经过主换热器(138)中间抽头，抽出一部分降温空气；氮气等气体进入膨胀机(1311)降温降压后，进入储液槽(1320)，来自气液分离器(135)，上部的空气；氮气等气体经主换热器(138)交换热量后，进入低温膨胀机组(1312)，膨胀后低温空气；氮气等气体也进入储液槽(1320)，储液槽(1320)底部过冷液体；气体其分别送入，空气；烟气等气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵中的塔芯(C5)；塔芯(C5)，装满后送入塔芯(C6)，用于冷却进入塔阵空气；烟气等气体，过冷的液态氮气，送往超导储能装置(1319)，及其他各种超导器件，用于保持低温超导状态，空气；烟气等气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵中；塔芯(C2)；塔芯(C3)；塔芯(C4)内部液态空气；氮气等气体与已经空气进入塔阵的空气；烟气等气体交换热量，而当升温气化达到塔芯(C2)设定压力时，开始释放部分空气；氮气等气体使塔芯(C2)内部的空气；氮气压强不高于设定压强，释放出来的较冷的空气；氮等气体气推动减压膨胀机组(313)做功，进一步降温的空气；氮气经节流阀(1314)，降压后进入储液槽(1320)，塔芯(C2)继续升温到接近常温成为高压”空气；氮气储气罐”，以此类推，塔芯(C1)；塔芯(C8)；塔芯(C7)等也都成为高压”空气；氮气储气罐”，当需要发电时，电控指令经塔芯(C2)数控六通阀，使塔芯(C2)内高压空气；氮气，去推主膨胀机组(1316)做功，膨胀后的气体进入换热压力均衡器(1323)；液化循环压缩机压缩热换热器(1310)；压缩热储热换热器(132)；可利用热能储能换热器(1315)，加热后去，推动次级膨胀机(1321)做工，塔芯(C1)内余压去推动余压膨胀机(1322)做工，

并驱动发电机发电(1317)，发出的电能一部分经AC/DC交直流变流器(1318)，存在超导储能装置(1319)中，用于提高电能质量和适应各种用电负荷变化的需求，当塔芯(C1)内部的压力，不能推动余压膨胀机组(1322)做功时，塔芯(C1)内的空气；氮气等气体送往液化循环压缩机(1310)然后进入液化循环过程，并且使塔芯(C1)内部空气；氮气压强低于储液槽(1320)的压强，这样有利于液态空气；氮气，储液槽(1320)底部的液态空气；氮气等气体顺利的进入塔芯(C1)或塔芯(C8)接续进程以此类推，次级膨胀机(1321)做工；塔芯(C1)内余压去推动余压膨胀机(1322)做工做功后排出的氮气，如果温度高于常温就将空气氮气送往希望升温的装置；地方，如果温度接近常温，就将氮气送往液化循环压缩机组(1310)或空气；烟气等气体压缩机组(131)；或者工业利用或者排入大气，如果温度很低就送往主换热器(138)相同温度位置释放冷能后，进入液化循环压缩机组(1310)或者工业利用或者排入大气。

所述清洁烟气等气体，其特征是：烟气等气体经过除尘器或过滤器，将灰尘和颗粒物，有害物质无用多余物质等滤除掉，气体种类包括烟气；空气；煤气；天然气；天然气制氢气；生物质制氢气等气体，如果气体是常压就需要经过气体压缩机组压缩，如果气体压强高于压缩机压缩后的气体压强，则具有压力气体可以省略压缩机组。

所述压缩机组，其特征是：由活塞式压缩机；涡旋压缩机；回转压缩机；离心压缩机；轴流压缩机；螺杆压缩机；混流压缩机等组成并联；串联；串并联的机组或单机，压缩机是由电站低谷电；风电；水电；核电；电太阳能发电；潮汐发电的电能供电给电动机并且驱动压缩机压缩气体，虽然压缩机的工质是烟气，但是烟气的组成成分跟空气类似，所以可以采用空气压缩机。

所述压缩机热储热换热器，其特征是：他是储热器和换热器的复合体，例如储热器以及换热器并连由开关控制热量的输入与输出，或者在换热器中，充满储热介质，储热介质可以是水；油；石蜡等物质。

所述储液槽组的气体分离物包括水；二氧化碳；一氧化氮；二氧化硫；烷烃；烯烃及化合物等物质，如果如果分离物为m种，塔壳体外液体输出阀门为(m+1)通阀门，储液槽组由m个储液槽组成。

所述膨胀机组，其特征包括有：串联；并联；串并联压缩机组成，种类包括有：旋转式；螺杆式；涡旋式；活塞式膨胀机。

所述减压膨胀机组其特征是：当塔芯内部压力达到设定压力时，数控阀门开启，膨胀机组开始转动释放压力，当压力降低到规定值时，膨胀机组停止转动。

所述可以将汽轮机；燃气轮机；压缩机；电动机；发电机等的机械轴直接连通，可以有选择性连通，简化传动机构，提高机电传动效率。

所述超导储能器，设计成适中容量快速反应的储能装置，成为大容量气体；液体储能设备的补充，送往超导储能器：液氮的温度63K-78K，压缩机；膨胀机利用液氮来降温冷却轴承，就可以采用低温磁悬浮轴承，来减少摩擦损耗减少油污，当电网和用户对储能电站，无紧急快速的处理电网故障的要求时，超导储能器(319)；AC/DC电流变换器(1318)可以省略不用。

所述可利用热能储热换热器(1315)，特征是；其热能来自烟道余热，汽轮机或其他动力机械余热，地热，太阳能集热器的热能。

所述的气液分离器(135)应用在气体液体同时存在的状态下，如果只有气体存在，液分离(135)可以用三通管来代替。

所述换热压力均衡器(1323)，由汽缸(141)；汽缸(42)；自由活塞(143)；自由活塞(144)；三通阀(145)；三通阀(146)；三通阀(147)；三通阀(148)；管桶换热器(149)；管桶换热器(1410)；四通换向阀(1411)，经管道连接而成，

工作流程：主膨胀机(1316)膨胀后的气体，经过四通换向阀(1411)；三通阀(145)进入汽缸(141)推动自由活塞(143)向右运动，直到气缸(141)右端终点，自由活塞(143)向右运动推出的气体，经三通阀(146)；四通换向阀(1411)去推动次级膨胀机(1321)做工，压缩气体经三通阀(147)进入管桶换热器(149)与汽缸(141)里的气体交换热量，使汽缸(141)里的气体升温，压缩气体经三通阀(148)排出，然后四通换向阀(1411)内双通道转换阀芯(672)相对与阀体旋转90度，气体通路发生颠倒反向流通，经三通阀(146)气体通路，反转进入气缸(142)，推动自由活塞(144)向左运动，直到气缸(142)左端终点，自由活塞(144)向左运动推出的气体，经三通阀(145)；四通换向阀(1411)去推动次级膨胀机做工，压缩气体经三通阀(147)进入管桶换热器(1410)与汽缸(142)里的气体交换热量，使汽缸(142)里的气体升温，压缩气体经三通阀(148)排出。

本发明特点有效益效果是，将混合气体分离；压力升高；热量交换；气体液体相互转化；气体储能量；液体储能等多种功能，采用低温冷凝液化方法，在一个装置中完成。这样就简化了设备，提高了效率，减少热能；冷能损失。现有技术，利用低温蒸馏法，将烟气中氮气和二氧化碳，通过低温冷凝，引起二氧化碳相变进行分离，结果是耗能较高。如美国DavyMckee公司设计的N2/CO2低温蒸馏分离方法，该方法能量消耗为燃烧煤能量55％-95％。而本发明采用方法，能够将冷凝物作为储存冷能物质并且能够将冷能回收，并通过等容气化，竞而转化成高压气体，获得了很高的压力，使得能量得到充分的回收，另外塔壳；塔芯及塔整体参与能量交换过程，自然都成为储藏冷能物体，增加了冷能储存容量本发明采用的方法；方案不再另外需要储存能量的物质，如蓄冷介质：水；鹅卵石；金属丝金属结构物；冰球；混凝土；固体液体相变材料；氨及氨的水溶液；盐类水溶液；醇类水溶液；烷烃；烯烃及化合物，这样就省掉了蓄冷装置和材料，这样就简化了设备，减小了体积和容量，由于自身具有冷凝分离的能力，，就更增加了系统的可靠性安全性，节省用地；建设成本和运行维护的成本。

本发明与WO2011054169A1超临界空气储能系相比较有如下优点，超临界空气储能系统，是先储存能量，然后根据需要在释放能量。而本发明的技术方案是，储存能量和释放能量同时进行，并且具有气体储能；液体储能两种方式，这样就大大缩减了，系统应急启动时间，对电网安全来说是非，常必须和必要的。另外本发明方案具有两种储能运行方式，第一种是间歇运行方式，用电低谷时储存能量，用电高峰时释放能量发电，第二种是连续常态化的运行，随时平滑发电和用电出现的大小波动，使电网运行更加平稳。

本发明技术方案高压空气储能技术相比较，用高压罐储存空气，如二十兆帕；三十兆帕；四十兆帕高压罐空气储能，需要强力高压压缩机组。并且有几百度的压缩热，这些热能如利用得不好，就会造成热能损失，对压缩机和管线的制造，提出了很高的要求。高压空气做功需要经过节流降压，节流降压能量损耗很大，高压空气做功后还伴冷能解释放，如果没有充分的利用，也会造成能量的损失。而本发明提出的技术方案，充分地注意到上述问题，采用相对较低的压力压缩机，降低了制造成本。利用塔阵和热交换器，热能和冷能进行有效回收，并转化为电能，并综合了高压空气储能；气体低温液体储能优越性。

本发明的技术方案，与岩洞空气储能相比较，优势在于不受地理位置的限制，不需要燃气轮机配合，不存在 处理环境污染的难题，占地少可以向空中发展。

本发明技术方案与抽水储能电站相比较，优势在于不受地理位置的限制，不受水环境的限制，不需要搬迁移民，不改变自然环境。

本发明技术方案与电化学储能相比较，没有电池制造时，和电池用过后，处理对环境污染的问题，没有因为频繁换电池带来的高成本问题，以及安全问题。

本发明技术方案与超级电容储能；磁悬浮飞轮储能相比较，优越性在于造价低，储能容量大，加工和制造难度较小，很容易普及和推广。

本发明的技术方案与超导储能相互配合，克服各自的缺点，发挥各自的优势。目前在技术上以液氮作为冷源，超导储能器的容量还不能做得很大，小容量的超导储能器已经商品化了，但是较小容量的超导储能器，就能与本发明技术方案就能实现完美的配合。超导储能器，不但省掉制冷装置而且又能够平滑压力波动；压缩机和膨胀机动力输出的波动；和用电负荷的波动。当电网发生故障时，超导储能器在几毫秒时间内启动，能瞬间给电网补充电能，接续本发明给出储能技术方案能在几秒内迅速启动，能快速的给出电网补充电能，能及时地和迅速的阻止电网崩溃，防止大面积的断电发生，可以成为电网安全的”防火墙”保证电网安全可靠的运行。在电网任何一个节点上，只要技术上需要，都能利用空气分离储能电站，改善电能质量，可以充分满足输配电网电压支撑；功率补偿；频率调节；提高系统稳定性；功率输送能力的要求。

本发明技术方案，一个明显的优势在于，利用低温热源转化成动力和电力，如锅炉余热；燃气轮机的废热；地热等，尤其是能够与太阳热发电进行最佳的配合。一般的太阳能热发电，需要一定的规模，太阳能集热器需要高的温度，以满足蒸气轮机对蒸汽温度温度的要求，需要合适的储热器相配合，这样对地理条件有很高的要求。而储热介质，如油；融盐等各有优缺点，还不够完美。本发明给出的技术方案，利用空气作为工作介质，对太阳能集热器的规模和温度，没有要求，可大可小，可高可低，这样有限空间的太阳能都能充分的利用。能更有效推广太阳能的普及和应用。

本发明技术方案更大的优越性，是减少二氧化碳排放，和对的环境保护。通过本发明技术方案，混合气体冷凝分离存质升压储能方法，再增设一些装置，再采取一些措施，完全可以实现对水；氮气；二氧化碳；氮的氧化物；硫的氧化物；重金属；[pm2.5]等进行搜集储存和利用，变有害物质为有用物质。在气体液化的过程中，气凝胶产生条件被破坏，这就为清除pm2.5等大气污染，提供了技术基础和技术支持。

本发明技术方案，一个明显的优势在于，对于风力发电厂不需要改造，就能利用空气分离储能电站。光伏发电站；太阳能热力发电站；核电站；燃煤电站；生物质燃烧发电厂；燃气电站等只需要小的技术改动就能利用空气分离储能电站，这样就节约了，技术改造成本，方便于技术推广普及。

本发明所提供的技术方案。开辟了气体冷凝分离储能发电的新的领域，为解决更多环境保护问题，提供技术支持。

附图说明

图1：混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵结构示意图

图2：双层壳塔组成的混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵平面展开结构示意图

图3：单层壳塔组成的混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵平面展开结构示意图

图4：单层壳塔剖面图

图5：两腔塔芯剖面图

图6：镂空圆环承液盘主视图

图7：组成单层壳塔圆管剖面图和上下圆盖板图

图8：组成双层壳塔圆管和圆套管剖面图和上下圆盖板图

图9：三腔塔芯剖面图和上下圆盖板以两个隔板图

图10：混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵一个塔组内气体流程示意图

图11：混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵下一个重组的塔组内气体流程示意图

图12：混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵冷储液体；固体一个塔组内气体流程示意图

图13：空气烟气等气体分离储能电站结构工作流程图

图14：换热压力均衡器结构流程示意图

(图2；图3塔阵平面展开结构示意图都省略了两个圆柱塔)

具体实施方式

风电厂空气分离储能电站

当风力发电厂有过剩的电能时，将电能输入到空气分离储能电站，供给电动机带动压机(31)实现储能任务，当用电高峰来临时，空气分离储能电站发电，输送给电网。当电网出现故障时空气储能电站，能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行。

光伏发电厂空气分离储能电站

当光伏发电厂有过剩的电能时，将电能输入到空气分离储能电站，供给电动机带动压机(31)实现储能任务，当用电高峰来临时，储能电站发电输送给电网。当电网出现故障时，空气分离储能电站能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行。另外还能将光伏电池冷却系统，产生的低温热量，输送给空气分离储能电站可利用热能储热换热器(315)，将低温热能加以充分利用，用来产生更多的电能。

太阳能热动力发电空气分离储能电站

太阳能集热器：槽式；塔式；盘式；条式；平板式；太阳能烟囱等产生的热能，用热油输送到空气分储能电站可利用热能储热换热器(315)，将低温热能加以充分利用，用来产生电能，由于空气分储能电站存在，并不需要太阳能集热器的温度很高，就能满足发电技术要求，这样就减少了太阳能集热器热辐射；热传导损失，提高了发电效率。

风电太阳能热动力互补空气分离储能电站

当风力发电厂有过剩的电能时，将电能输入到空气分离储能电站，供给电动机带动压缩机(31)实现储能任务，当用电高峰来临时，空气分离储能电站发电输送给电网，当电网出现故障时，空气储能电站能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行，太阳能集热器：槽式；盘式；条式；平板式产生的热能，用热油输送到空气分储能电站可利用热能储热换热器(315)，将低温热能加以充分利用，用来产生电能，由于空气分储能电站存在，并不需要太阳能集热器的温度很高，就能满足发电技术要求，这样就减少了太阳能集热器热辐射；热传导损失，提高秒了发电效率，在风电场范围内见缝插针的灵活的安排太阳能集热器，可多可少，充分的有效的利用发电厂的场地；节约土地；节省投资。

核电空气分离储能电站

当核电厂有过剩的电能时，将电能输入到空气分离储能电站，供给电动机带动压机(31)实现储能任务。当用电高峰来临时，储能电站发电输送给电网，当电网出现故障时，空气储能电站，能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行。并且还能够将核电产生的低温热能，输送给空气分离储能电站可利用热能储热换热器(315)，将低温热能加以充分利用，用来产生更多的电能。还能解决散热问题，节省因为散热问题带来的能量消耗。

电网重要节点空气分离储能电站

当电网重要节点经常出现，比较大地电力波动时，就在此处接入空气分离储能电站，，当电网有过剩的电能时，将电能输入到空气分离储能电站，供给电动机带动压机(31)，实现储能任务，当用电高峰来临时，空气分离储能电站发电输送给电网。当电网出现故障时，空气储能电站，能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行。

燃煤燃烧生物质发电厂烟气分离储能电站

电厂将电能输入到烟气分离储能电站，供给电动机带动压机(31)实现从烟气中分离出水；二氧化碳；氮气；硫的氧化物；氮的氧化物；pm2.5；金属汞等重金属加以工农业利用，变有害物质为有用的物质。因为没有烟气；二氧化碳；硫的氧化物；氮的氧化物；pm2.5；金属汞等重金属排出，这样就减少了雾霾的形成，净化了大气，保障了人民身体健康。从烟气中分离出的水可补充电厂锅炉用水，这样在缺水的地区，可以建设燃煤电厂从烟气中分离出的二氧化碳加以工农业利用或者进行集中封存处理，减少温室效应。

当电厂有过剩的电能时，产生更多过冷的液态氮气；高压氮气进行储能，当用电高峰来临时，储能电站发电输送给电网，当电网出现故障时，空气储能电站能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行。并且还能够将电厂产生的低温热量，输送给烟气分离储能电站可利用热能储热换热器(315)，将低温热能加以充分利用，用来产生更多的电能。还能解决散热问题，节省因为散热问题带来的能量消耗。

燃气发电烟气分离储能电站

电厂将电能输入到烟气分离储能电站，供给电动机带动压机(31)实现从烟气中分离出水；二氧化碳；氮气；； 氮的氧化物，加以工农业利用，变有害物质为有用的物质。因为没有烟气；二氧化碳；；氮的氧化物；pm2.5排出，这样就减少了雾霾的形成，净化了大气，保障了人民身体健康。从烟气中分离出的水可补充电厂余热锅炉用水，这样在缺水的地区，可以建设燃煤电厂从烟气中分离出的二氧化碳加以工农业利用或者进行集中封存处理，减少温室效应。

当电厂有过剩的电能时，产生更多过冷的液态氮气；高压氮气进行储能，当用电高峰来临时，储能电站发电输送给电网，当电网出现故障时，空气储能电站能在几毫秒内迅速为电网提供电能的支撑，并保护电网安全地运行。并且还能够将电厂产生的低温热量，低温烟气热能；蒸气轮机乏气余热；余热锅炉的余热加以充分利用，输送给烟气分离储能电站可利用热能储热换热器(315)，将低温热能加以充分利用，用来产生更多的电能。还能解决散热问题，节省因为散热问题带来的能量消耗。

工业窑炉烟气分离储能电站

工业窑炉包括有：炼铁高炉；冬季北方取暖锅炉；玻璃窑炉；水泥窑炉等，产生的高低温热量，输送给烟气分离储能电站可利用热能储热换热器(315)，将高低温热能加以充分利用，用来产生更多的电能热。从烟气中分离出水；氮气；二氧化碳；硫的氧化物；氮的氧化物；pm2.5；金属汞等重金属，加以工农业利用，变有害物质为有用的物质，因为没有烟气；二氧化碳；硫的氧化物；氮的氧化物；pm2.5；金属汞等重金属排出，这样就减少了雾霾的形成，净化了大气，保障了人民身体健康。从烟气中分离出的水可补充工农业用水，这样在缺水的地区非常有利。从烟气中分离出的二氧化碳加以工农业利用或者进行集中封存处理，减少温室效。

附图

图1：T1塔；T2塔；T3塔；T4塔；T5塔；T6塔；T7塔；T8塔

图4：41单层壳；42镂空圆环承液盘；43单腔塔芯

图5：51上空腔；52下空腔

图10：1塔；2塔；3塔；4塔；5塔芯；6塔芯；7塔芯；8塔芯；9具有压力的混合气体；10气体液化循环系统；11储液槽组；12数控三通阀；13数控三通阀；14数控三通阀；15数控三通阀；16数控三通阀；17数控三通阀；18数，控三通阀；19数控三通阀

图11：1塔；2塔；3塔；4塔；5塔芯；6塔芯；7塔芯；8塔芯；9具有压力的混合气体；10气体液化循环系统；11储液槽组；12数控三通阀；13数控三通阀；14数控三通阀；15数控三通阀；16数控三通阀；17数控三通阀；18数，控三通阀；19数控三通阀

图12：1塔；2塔；3塔；4塔；5塔芯；6塔芯；7塔芯；8塔芯；9具有压力的混合气体；10c冷储罐降温装置；11储液槽组；12数控三通阀；13数控三通阀；14数控三通阀；15数控三通阀；16数控三通阀；17数控三通阀；18数，控三通阀；19数控三通阀

图13：131烟气等气体压缩机组；132压缩热储热换热器；133储液槽；134储水槽；135气液分离器；136节流阀；137节流阀；138主换热器；139压缩机组；1310液化循环压缩机压缩热换热器；1311膨胀机组；1312膨胀机组；1313减压膨胀机组；1314节流阀；1315可利用热能储能换热器；1316主膨胀机组；1317发电机；1318AC/D电流变换器；1319超导储能装置；1320储液槽；1321次级膨胀机；1322余压膨胀机；1323换热压力均衡器；烟气等气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵[T2塔；T3塔；T4塔；C1塔芯；C2塔芯；C3塔芯；C4塔芯；C5塔芯；C6塔芯；C7塔芯；C8塔芯]

图14：141汽缸；142汽缸；143自由活塞；144自由活塞；145三通阀；146三通阀；147三通阀；148三通阀；149管桶换热器；1410管桶换热器；1411四通换向阀。

Claims (10)

1.一种混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵装置，其特征是：根据储能量容量的需要，确定一定数目圆柱形塔(T1)和塔(T2)和塔(T3)和塔(T4)和塔(T5)和塔(T6)和塔(T7)和塔(T8)，每个塔上端和下端各连接一个数控三通阀2端口，塔(T1)上端和下端数控三通阀3端口与塔(T2)上端和下端数控三通阀1端口连接，塔(T2)上端和下端数控三通阀3端口与塔(T3)上端和下端数控三通阀1端口连接，其他各塔也按照此项规则依次连接，最后，塔(T8)上端和下端数控三通阀3端口与塔(T1)上端和下端数控三通阀1端口连接，围成塔一个环形塔阵，在环柱塔阵上下圆心处各放置数控三通阀，并各用圆半径长承压管道，分别与圆周上的两个数控三通阀相连接，每一个圆柱形塔，由圆柱形塔壳(41)和圆柱形塔芯(43)组成，圆柱形的塔壳是一个空心的圆柱体，由直径为D长度为L的金属圆管和两个直径为D金属圆板焊接组成单层塔壳，由直径为D长度为L的金属圆管外面套上一个由直径为(D+X)长度为L的金属圆管和两个直径为(D+X)金属圆板焊接组成双层塔壳，圆柱形塔芯(43)是空心单圆柱体由直径为(D-Y)长度为(L-Z)的金属圆管和两个直径为(D-Y)金属圆板焊接组成，用为(D-Y-J)金属圆板焊接在直径为(D-Y)长度为(L-Z)的金属圆管内组成的两腔空心圆柱或三腔空心圆柱体，塔壳和塔芯之间有多个外直径(D-N)内部直径为(D-Y)的圆环盘，圆环盘又被四个或三个圆扇形所镂空，成为镂空圆环承液盘(42)，既机械连接塔壳和塔芯，并承接冷凝液体，通过导管引出圆柱形塔外，D和X和Y和Z和J和N尺寸根据冷凝储能需要来决定。

2.根据权利要求1所述一种混合气体冷凝分离储存质升压储能环柱塔阵装置，混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵，其特征在于：是圆环形或是椭圆环形，多个柱状直立塔通过承压阀门接续围拢而成整体，由密封材绝热材料所包裹，塔壳具有很好的密封性，在上顶和下底根据需要，还开有输入孔和输出孔，侧面还开有引流孔，引出冷凝液分别送到各自储液槽，在孔附近装有温度传感器，根据各单纯气体冷凝温度预设温度，根据预先设定的某一种单纯气体冷凝温度，决定镂空圆环承液盘(42)达到该温度时，数控三通阀就将这种单纯气体冷凝液流入预先设定的那个储液槽，塔壳是由耐压和耐低温和受交变温度冲击的材料制成，塔芯是单腔或两腔或三腔密封的空心圆柱体，根据需要，可以在上顶和下底开出输入孔或输出孔，塔芯内部都装有压力传感器，塔芯是由耐高压和耐低温耐受交变温度冲击的材料制成。

3.一种混合气体冷凝分离存质升压储能方法，其特征是：具有压力的混合气体冷凝存质升压储能环柱塔阵内由首塔 塔(1)和塔(2)和尾塔 塔(3)，临时串联组成的一个塔组内部流过，并与塔芯(5)和塔芯(6)和塔芯(7)中存放的冷气体和冷液体交换热量，塔芯(5)和塔芯(6)和塔芯(7)中的冷气体和冷液体得到流入具有压力的混合气体的热量后，温度逐渐上升，由于容积不变，所以内压力渐渐的增加上升，最终成为高压气体，当这个塔组内部的首塔 塔(1)整体升温达到，混合气体刚进入塔时的温度后，即接近环境温度后，通过阀门有序切换到下一个由首塔 塔(2)和塔(3)和尾塔 塔(4)新组成的塔组，使上述过程分别在塔阵列中各个塔组，逐一完成，形成有序的循环，出塔阵后具有压力的混合气体，进入液化循环系统(10)，之后将液化后的液体，和未液化的气体，依次送入塔芯，成为接续的冷源，当混合气体在一个塔组内部流过时，由于温度不断降低，一些气体成分在一定的温度范围内，开始冷凝液化，并被承液盘收集引出到塔外，进入储液槽组(11)内的各自储液槽。

4.根据权利要求3所述一种混合气体冷凝分离存质升压方法：塔阵一个塔组组成，其特征在于：临近几个塔通过计算机控制的数控三通阀组成一组，形成气体一个串联流动通道，具有压力的混合气体，即多种气体的混合物，压力超过正常大气压或经过压缩机压缩的气体，从数控三通阀(12)进入，这组塔的首塔(1)然后依次流经数控三通阀(13)，数控三通阀(15)，塔(2)，数控三通阀(14)，数控三通阀(16)，尾塔(3)，数控三通阀(17)，数控三通阀(19)，并经过数控三通阀(19)输出，当首塔(1)整体温度达到气体刚进入塔时的初始时的温度时，通过数控三通阀(18)，数控三通阀(19)增加尾塔，然后通过数控三通阀(12)，数控三通阀(15)减除首塔(1)，气体流经次序改为，经过数控三通阀(12)，数控三通阀(14)，塔(2)，数控三通阀(15)，数控三通阀(17)，塔(3)，数控三通阀(16)，数控三通阀(18)，塔(4)，数控三通阀(19)之后，气体进入液化循环克劳特或卡皮查或海兰特或考林斯系统，以及各种改进型气体液化循环系统(10)，应用在车或船或飞行器时，为了简化系统减轻重量和缩小体积，可省略气体液化循环系统(10)，改换成冷储罐降温装置(10c)。

5.一种空气或烟气气体分离储能电站，其特征在于：利用混合气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵和混合气体冷凝分离存质升压储能方法，电站由空气或烟气气体压缩机组(131)和压缩热储热换热器(132)，空气和烟气气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵其中包括，塔(T2)和塔(T3)和塔(T4)和塔芯(C1)和塔芯(C2)和塔芯(C3)和塔芯(C4)和塔芯(C5)和塔芯(C6)和塔芯(C7)和塔芯(C8)，气液分离器(135)和节流阀(136)和储水槽(134)和液化循环压缩机压缩热换热器(139)和膨胀机组(1311)和压缩机组(1310)和节流阀(137)和主换热器(138)和膨胀机组(1312)和减压膨胀机组(1313)和节流阀(1314)和可利用热能储能换热器(1315)和主膨胀机组(1316)和发电机(1317)和超导储能装置(1319)和AC/DC电流变换器(1318)和二氧化碳储液槽(133)和储液槽(1320)和次级膨胀机(1321)和余压膨胀机(1322)和换热压力均衡器(1323)，采用连接管道和阀门组成工作系统，以实现如下系统工作流程，

工作流程：空气或烟气气体经压缩机组(131)压缩后，进入压缩热储热换热器(132)，然后再进入换热压力均衡器(1323)，空气或烟气气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵，通过控制塔(T2)两个数控三通阀和塔(T3)两个数控三通阀和塔(T4)两个数控三通阀，使空气烟气气体依照次序流过塔(T2)和塔(T3)和塔(T4)，并且依次与塔芯(C2)和塔芯(C3)和塔芯(C4)中的冷气和冷液交换热量，由于温度不断地降低，空气或烟气气体中的水和二氧化碳气体先后被液化，并引出塔外，输入到二氧化碳储液槽(133)和储水槽(134)，剩下的比较纯的空气或氮气气体已经接近液化温度或达到液化温度出塔阵，进入气液分离器(135)，气液分离器(135)下部的液体，经过节流阀(136)降压后进入储液槽(1320)，储液槽(1320)上部气体进入主换热器(138)释放冷能后，进入压缩机组(1310)，之后再进入液化循环压缩机压缩热换热器(139)，压缩热被吸收并被储存供给储能电站加以综合利用，失去压缩热的气体返回主换热器(138)，其中一部分空气或氮气气体降低温度后，经过节流阀(137)降压降温后进入储液槽(1320)，另外一部分经过主换热器(138)中间抽头，抽出一部分降温空气或氮气气体进入膨胀机组(1311)降温降压后，进入储液槽(1320)，来自气液分离器(135)，上部的空气或氮气气体经主换热器(138)交换热量后，进入低温膨胀机组(1312)，膨胀后低温空气或氮气气体也进入储液槽(1320)，储液槽(1320)底部过冷液体或冷气体其分别送入，空气或烟气气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵中的塔芯(C5)，塔芯(C5)装满后送入塔芯(C6)，用于冷却进入塔阵空气或烟气气体，过冷的液态氮气，送往超导储能装置(1319)，用于保持低温超导状态，空气或烟气气体冷凝分离存质升压储能环柱塔阵中塔芯(C2)和塔芯(C3)和塔芯(C4)内部液态空气或液态氮气与已经空气进入塔阵的空气或烟气气体交换热量，而当升温气化达到塔芯(C2)设定压力时，开始释放部分空气或氮气气体使塔芯(C2)内部的空气或氮气压强不高于设定压强，释放出来的较冷的空气或氮气体气推动减压膨胀机组(1313)做功，进一步降温的空气或氮气经节流阀(1314)，降压后进入储液槽(1320)，塔芯(C2)继续升温到接近常温成为高压空气或氮气储气罐，以此类推塔芯(C1)和塔芯(C8)和塔芯(C7)也都成为高压空气或氮气储气罐，当需要发电时，电控指令经塔芯(C2)数控六通阀，使塔芯(C2)内高压空气或氮气，去推主膨胀机组(1316)做功，膨胀后的气体，进入换热压力均衡器(1323)和液化循环压缩机压缩热换热器(139)和压缩热储热换热器(132)和可利用热能储能换热器(1315)，加热后去推动次级膨胀机(1321)做工，塔芯(C1)内余压去推动余压膨胀机(1322)做工并驱动发电机(1317)发电，发出的电能一部分经AC/DC电流变换器(1318)，存在超导储能装置(1319)中，用于提高电能质量和适应各种用电负荷变化的需求，当塔芯(C1)内部的压力，不能推动余压膨胀机(1322)做功时，塔芯(C1)内的空气或氮气气体送往压缩机组(1310)然后进入液化循环过程，并且使塔芯(C1)内部空气氮气压强低于储液槽(1320)的压强，这样有利于液态空气或液态氮气储液槽(1320)底部的液态空气或液态氮气顺利的进入塔芯(C1)或塔芯(C8)接续进程以此类推，次级膨胀机(1321)做工，塔芯(C1)内余压去推动余压膨胀机(1322)做工做功后排出的空气或氮气，如果温度高于常温就将空气氮气送往希望升温的装置或地方，如果温度接近常温，就将空气或氮气送压缩机组(1310)，或者工业利用或者排入大气，如果温度很低就送往主换热器(138)相同温度位置释放冷能后，进入压缩机组(1310)或者工业利用或者排入大气。

6.根据权利要求5所述的一种空气或烟气气体分离储能电站，清洁烟气气体，其特征在于：烟气气体经过除尘器或过滤器，将灰尘和颗粒物，有害物质无用多余物质滤除掉，气体种类包括烟气和空气和煤气和天然气和天然气制氢气和生物质制氢气气体，如果气体是常压就需要经过气体压缩机组压缩，如果气体压强高于压缩机压缩后的气体压强，则具有压力气体可以省略压缩机组。

7.根据权利要求5所述的一种空气或者烟气气体分离储能电站，压缩机组和膨胀机组其特征是：由活塞式压缩机或涡旋压缩机或回转压缩机离心压缩机或轴流压缩机或螺杆压缩机或混流压缩机组成并联或串联或串并联的机组或单机，压缩机是由电站低谷电或风电或水电或核电或电太阳能发电或潮汐发电的电能供电给电动机并且驱动压缩机，电动机和发电机和压缩机组和膨胀机组的机械轴可以直接连通，可以有选择性连通，简化传动机构，提高机电传动效率，虽然压缩机的工质是烟气，但是烟气的组成成分跟空气类似，所以可以采用空气压缩机，减压膨胀机组是，当塔芯内部压力达到设定压力时，数控阀门开启，膨胀机组开始转动释放压力，当压力降低到规定值时，膨胀机组停止转动。

8.根据权利要求5所述的一种空气或烟气气体分离储能电站，压缩机热储热换热器和可利用热能储热换热器，其特征是：压缩机热储热换热器是储热器和换热器的复合体，是由储热器以及换热器并连由开关控制输入与输出，或者在换热器中，充满储热介质，储热介质可以是水或油或石蜡物质，可利用热能储热换热器(1315)其热能来自烟道余热，汽轮机或其他动力机械余热，地热，太阳能集热器的热能。

9.根据权利要求5所述的一种空气或烟气气体分离储能电站：超导储能装置(1319)，设计成适中容量快速反应的储能能装置，成为大容量气体液体储能设备的补充，送往超导储能装置液氮的温度63K-78K，压缩机和膨胀机利用液氮来降温冷却轴承，就可以采用低温磁悬浮轴承，来减少摩擦损耗减少油污，当电网和用户对储能电站，无紧急快速的处理电网故障的要求时或无快速的平滑电网波动要求时，超导储能装置(1319)和AC/DC电流变换器(1318)可以省略不用。

10.根据权利要求5所述的一种空气或烟气气体分离储能电站，换热压力均衡器(1323)：由汽缸(141)和汽缸(142)和自由活塞(143)和自由活塞(144)和三通阀(145)和三通阀(146)和三通阀(147)和三通阀(148)和管桶换热器(149)和管桶换热器(1410)和四通换向阀(1411)，经管道连接而成，

工作流程：主膨胀机组(1316)膨胀后的气体，经过四通换向阀(1411)和三通阀(145)进入汽缸(141)推动自由活塞(143)向右运动，直到汽缸(141)右端终点，自由活塞(143)向右运动推出的气体，经三通阀(146)和四通换向阀(1411)去推动次级膨胀机做工，压缩气体经三通阀(147)进入管桶换热器(149)与汽缸(141)里的气体交换热量，使汽缸(141)里的气体升温，压缩气体经三通阀(148)排出，然后四通换向阀内双通道转换阀芯相对与阀体旋转90度，气体通路发生颠倒反向流通，经三通阀(146)气体通路，反转进入汽缸(142)，推动自由活塞(144)向左运动，直到汽缸(142)左端终点，自由活塞(144)向左运动推出的气体，经三通阀(145)和四通换向阀(1411)去推动次级膨胀机做工，压缩气体经三通阀(147)进入管桶换热器(1410)与汽缸(142)里的气体交换热量，使汽缸(142)里的气体升温，压缩气体经三通阀(148)排出。