CN109690032A - 利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法 - Google Patents

利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109690032A
CN109690032A CN201780052575.XA CN201780052575A CN109690032A CN 109690032 A CN109690032 A CN 109690032A CN 201780052575 A CN201780052575 A CN 201780052575A CN 109690032 A CN109690032 A CN 109690032A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
expander
liquid nitrogen
air
exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780052575.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109690032B (zh
Inventor
埃里克·杜庞特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CN109690032A publication Critical patent/CN109690032A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109690032B publication Critical patent/CN109690032B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F17C7/02—Discharging liquefied gases
    • F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F17C9/04—Recovery of thermal energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/014—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0157—Compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0306—Heat exchange with the fluid by heating using the same fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/038—Treating the boil-off by recovery with expanding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

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。

Description

利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法
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；
-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，从而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。
就本发明而言，术语“气态氮”或“液氮”基本上指由氮气组成、但如果需要，也可以指包含低比例的其他元素和较低比例但足以燃烧的氧气的氮气。已处理流体中氮的理想比例为90-98％。
然而，本发明可以与空气一起使用。在这种情况下，本发明可以用作简单经济的空气液化器以及储能之外的其他用途。
因此，利用本发明的这一方面，空气或气态氮经过交换器冷却后压缩(优选绝热压缩)，再进行膨胀。膨胀之前和/或膨胀期间将提供热能。气体在膨胀后体积扩增(例如，扩增四倍)，从而产生多余的机械能。
这一方法使相变和液氮加热产生的机械能可以回收，并且与加压和汽化后液氮的简单膨胀相比，电动机模式的性能得到了提高。
5.附图目录
通过阅览以下对特定性能模式的描述，本发明的其他特征和优点显而易见。性能模式的描述包括简单、说明性和非限制性示例以及附图，其中：
-图1列示使用本发明的一种简化变型使液氮产生机械能的系统的示意图；
-图2列示使用本发明的一种改进变型使液氮产生机械能的系统的示意图；
-图3和图4列示上游加热或冷却装置和单级或多级膨胀器或压缩机中的加热或冷却装置；
-图5列示使用本发明的一种改进变型生产液氮的示意图；
-图6列示使用本发明产生机械能的系统的示意图；
-图7列示使用本发明启动液氮生产程序的流程图；
-图8和图8b列示使用本发明的液氮生产过程的稳定操作阶段；
-图9列示使用由若干压缩机或膨胀器组成的本发明改进变型的系统变型；
-图10列示使用由分级压缩机/膨胀器(包括两个低压膨胀室)组成的本发明简化变型的系统变型。
6.特定性能模式的描述
6.1.机械能的产生
6.1.1.利用液氮产生机械能的机械系统
本发明涉及一种由液氮产生机械能的机械系统。
i.简化版本
该系统的简化版本参考图1。
该系统包括通向热交换器302液氮入口301的加压液氮管300。
热交换器302包括加热汽化的氮气出口303，管道304将其连接到压缩机/膨胀器306的加热汽化液氮入口305。热交换器302包括大气入口311。
管道302'贯穿交换器302，连接交换器入口301至交换器出口302。管道302'用作交换器内管道内部流体、液氮和管道外部流体、空气或氮气的热交换表面。它可以包括一组形成导管的堆叠板，或者甚至包括连接交换器入口301和出口303的多个管道。
压缩机/膨胀器306包括膨胀空气或气态氮的排出口307。它还包括冷却空气入口308，该入口通过管道309与交换器302的冷却空气出口310连接。
例如，压缩机/膨胀器306可为由至少一个活塞314组成的系统，活塞314在腔室315内移动并且通过连杆317连接到曲轴316。该曲轴可以通过诸如连接到交流发电机318产生电流等方式，为车辆等提供动力。
压缩机/膨胀器中的活塞可以连接到线性电动机或交流发电机，而不是连接到曲柄连臂型系统。
该系统包括在汽化氮进入膨胀器306之前加热汽化氮的装置或在膨胀器306内的加热装置。这些装置可包括位于管道304上的加热器500。可选地(或另外地)，包括将流体313注入膨胀器确认加热的装置。
在其中一个变型中(在图1和10中以虚线表示)，入口311可以通过管道311'直接连接到压缩机/膨胀器306的另一个加压(膨胀后的残余压力)氮气出口312。关于系统功能的描述之后将愈加清晰，因而可以减小系统的尺寸(尤其是交换器302和压缩机/膨胀器306)。
在可以与先前变型组合的一个变型中，压缩机/膨胀器306(图1)可运用图4中所示的原理分级，以在不同压力下压缩或膨胀多次。因此，多个膨胀器/压缩机(两个或以上)可运行让流体从一个膨胀器/压缩机进入另一个压缩机/膨胀器的装置，实现在与前一个压力不同的压力下膨胀或压缩的目的。
对于双级压缩机/膨胀器，高压压缩机/膨胀器还包括一个附加孔，其通过管道连接到低压膨胀器中的附加孔，分别为进口孔308和305。低压压缩机/膨胀器将包括出口孔312和307(孔308、305、312和307根据图1连接到各自对应的管道)。
在根据图10的另一变型中(与压缩机/膨胀器分级的先前变型相关)，第二低压级可包括两个膨胀器306'和306"，每个膨胀器通过管道400和400’连接到高压级。管道400和400’连接到孔600和601，以及孔602和603。其中一个低压膨胀器可能包括通过孔307的新风出口，而另一个低压膨胀器包括通过孔312的出口，孔312可通过管道311'连接到交换器入口311，如先前变型所示。
在此变型中，在汽化氮进入膨胀器之前加热汽化氮的装置或在膨胀器内加热的装置可以安装在每个膨胀器/压缩机内，且可选地(或另外地)安装在每个膨胀器/压缩机的入口管道上。因此，在图10中，外部加热器500、501和502位于管304、400和400'上，内部加热器313、313'和313"位于压缩机/膨胀器306、306'和306"内。
这些加热装置可以通过诸如直接注入能量载送流体(例如汽油)及燃烧、或者通过蕴含大量热能的流体(例如水)等方式来提供。在本文所述变型中，热量均来自膨胀器外部，可通过由热传输流体加热的热交换器获得。热传输流体本身通过热源(太阳聚焦辐射或燃气或汽油的燃烧)加热。
加热不仅增加了待膨胀的气体体积，而且减少了产生相同量机械能需消耗的液氮量。
可选择将压力计P置于管道311'上，可选择将温度计T°置于管道304上。
ii.改进版本
该系统的进一步改进版本参考图2。
该系统包括液氮储罐10。
储罐10包括液氮出口11，该出口与管道12连接，泵13安装于这两部分之间。可选择将泵13安装于储罐10内，因为压力可以通过例如加热储罐获得。
管道12通向阀门14。
阀门14包括出口，该出口通过管道15连接到热交换器16的液氮入口160。
阀门14为可选装置，当不使用阀门14时，管道12和15可构成单个管道。
热交换器16包括加热汽化的氮气出口161。
管道16'贯穿交换器16，连接交换器入口160至交换器出口161。管道16'用作交换器内管道内部流体、液氮和管道外部流体、空气或氮气的热交换表面的热交换表面。它可以包括一组形成导管的堆叠板，或者甚至包括连接交换器入口160和出口161的多个管道。
加热汽化的氮气出口161连接到管道17，管道17连至膨胀器18的汽化氮入口180，并且可选择采用温度计T°。
热交换器16包括空气入口162，最好是在环境温度或更低温度下。可选择将该入口162通过管道19连接到可选的膨胀器18的加压(膨胀后的残余压力)气态氮出口181。
热交换器16包括冷却空气或氮气出口163。该出口连接到管道20，通往阀门21。
管道20可选择采用温度计T。
阀门21通过管道22连接到绝热压缩机23的冷却空气或氮气入口230。
阀门21为可选装置，当不使用阀门21时，管道20和22可构成单个管道。
绝热压缩机23包括压缩空气或氮气出口232。
压缩空气或氮气出口232通过管道24连接到膨胀器18的压缩空气或氮气入口182。
膨胀器18包括气态氮排出口183。
可选择将阀门14连接到可选的管道25，管道25连接到绝热压缩机23的可选孔231。可选择将阀门21连接到可选的管道26，管道26连接到可选的液氮储罐10的可选孔11'。这些可选元件对于机械能的产生不是必需的。如下所述，它们对制备液氮是必需的。
膨胀器18和绝热压缩机23各自包括驱动轴184和233。
该系统包括输出轴27。这可以例如连接到交流发电机28以产生电流，用于为车辆等提供动力。
膨胀器18的驱动轴184直接或通过传动装置构成或连接到系统输出轴27。
在理想情况下，膨胀器18的驱动轴184直接或通过传动装置连接到绝热压缩机23的驱动轴，使得绝热压缩机23在膨胀器18的驱动下移动。否则，必须使用辅助电动机装置来驱动压缩机23的驱动轴。
压缩机23的驱动轴233，膨胀器18的驱动轴184和系统的输出轴27可以构成一个单轴，如图2所示。在这种情况下，膨胀器同时驱动绝热压缩机和输出轴。
膨胀器18和绝热压缩机23各包括一个或多个活塞185和235，它们在一个或多个腔室186和236中做平移运动，并通过连杆187和237连接到曲轴188和238。膨胀器曲轴构成膨胀器驱动轴，压缩机曲轴构成压缩机驱动轴。
在理想情况下，压缩机和膨胀器共用构成或连接至系统输出轴的曲轴。
或者，膨胀器和压缩机可各自分别由涡轮机组成，涡轮机包括装载转子的定子，转子则由膨胀器驱动轴和压缩机驱动轴组成。压缩机转子轴、膨胀器转子轴和输出轴可以构成单个轴。
压缩机和/或膨胀器活塞可以连接到线性电动机或交流发电机，而不是连接到连杆曲柄型系统。
压缩机和膨胀器可执行分级膨胀和/或压缩。在这种情况下，压缩机/膨胀器可运用图4中所示的原理分级，以在不同压力下压缩或膨胀多次。因此，多个膨胀器/压缩机(两个或以上)可运行让流体从一个膨胀器/压缩机进入另一个压缩机/膨胀器的装置，实现在与前一个压力不同的压力下膨胀或压缩的目的。
在膨胀器18和压缩机23内连续进行多个循环，其将在下文有关机械能产生过程的描述中进行更详细描述。
使用本发明的系统明确包括管理膨胀器和压缩机上各种孔(入口、出口)开闭的控制装置，确保这些循环与各个阶段(进气、膨胀、压缩、排气)保持同步。这些装置本身是已知的，故无详细描述。
该系统包括在进入膨胀器之前加热汽化氮和/或压缩空气或气态氮的装置或在膨胀器内加热的装置。
参考图3，这种加热装置包括位于管17和/或24上的外部加热系统40。可选地或(另外地)，它们可包括内部加热系统41，该系统允许将流体注入膨胀器，从而提供热能。
在各种变型中，这些加热装置可以通过例如直接注入而不燃烧热流体(例如水)或直接注入及燃烧流体(例如汽油)降低气体温度。在本文所述变型中，热量均来自膨胀器外部，可通过由热传输流体加热的热交换器获得。热传输流体本身通过热源(太阳聚焦辐射或燃气或汽油的燃烧)加热。它还可以指膨胀器机壁内的加热系统。这是简化版本的一部分。
图4列示一种变型，根据该变型对膨胀器分级，即它包括多个串联安装的膨胀器18和18'。膨胀器(18)中部分膨胀的汽化氮出口181通过管道42连接到另一个膨胀器(18')部分膨胀的汽化氮入口180'。入口/出口181'(可选择通过管道19连接到交换器16中的孔162)和183位于低压膨胀器18'内，而入口/出口180和182位于高压膨胀器18内。
在这种情况下，加热装置包括位于管道17和/或24上的外部加热系统40。可选地(或另外地)，它们可以包括内部加热系统41，其允许将流体注入膨胀器(在膨胀器内不燃烧的热流体，例如水，或在膨胀器内燃烧的流体)以提供热量。它们还可以包括位于一个或多个管道42上的外部加热系统43和/或位于膨胀器或膨胀器18'中的(系统41型的)内部加热系统44。它还可以指在膨胀器或膨胀器机壁内的加热系统。
诸如图4所述的系统还允许通过将多个压缩机18'和18串联安装来实现分级压缩机。在这种情况下，内部和/或外部加热装置用作冷却装置。
在一个变型中，管道17和24内的压力大致相等，则这两个管道可接入到相同入口180或182。
在另一个变型中，管道17和24内的压力不同，则可使用两个膨胀器，一个连接管道17，另一个连接管道24。
在另一个变型中，空气或冷却氮气在压缩机23内压缩之后进行膨胀，压缩机23在压缩阶段之后用作膨胀器。
压缩机23膨胀产生的机械能之后通过其驱动轴回收。此时压缩机23将作为压缩机/膨胀器，它将包括一个用于排出压缩空气或冷却氮气的附加孔234，以及在膨胀器/压缩机内和/或管道24上的加热装置。
连接该系统的储罐、管道和阀门为可选装置。重要的是该系统包括旨在连接到加压的液氮供应装置的液氮入口。
6.1.2.机械能的产生程序
下文将就图6描述通过液氮产生机械能的程序。
i.简化版本
本段中所述程序对应于图1中所述系统简化版本在变型中的操作。在该变型中，膨胀器-压缩机包括活塞-套筒组件，其中，活塞与曲轴相连。
当系统启动时，必须向交换器管道302'和连接到膨胀器的管道304中注入加压(例如，300巴)气态(即汽化)氮气，然后将加压液氮输送到管道中，这是为了避免由于管道可能处于环境温度下导致大量液氮汽化，从而使环路内的压力增加超过必要值。
为此，可以计划，例如，实施通过孔301将液氮引入管道302'(其与管道304形成缓冲储罐)的步骤，将少量液氮引入管道302'，这些液氮经汽化和加热后，将达到理想压力水平状态。
在启动阶段，流入302'管和304管的液氮量与相同体积和所需压力(约200/300巴)有关。
启动阶段之后是电动机发动阶段，然后是稳定运行阶段，在此阶段调节管道302'和管道304中的压力，以便维持一定的压力水平。该压力水平通过调节进入交换器孔301的液氮量确定，并与进入交换器的空气或气态氮的量相关。
当管道304和管道302'通过气态氮加压时，开始进入电动机发动阶段。
最初，活塞位于上止点，孔305打开，孔308、307和312(如适用)关闭。孔301和303在整个发动阶段和稳定运行阶段保持开启状态。
加压(约200/300巴)的液氮(约-195℃)通过管道300进入(步骤501)交换器302的入口301，然后进入管道302'。
约-195℃的液氮在交换器302内由交换器内循环的空气加热，然后汽化和加热，直到达到接近环境温度的温度(步骤502)。这样做的目的是将交换器中的环境空气冷却到接近所引入液氮的温度(-195℃)(步骤53)。1千克液氮达到环境温度大约需要1.7千克环境空气。
执行步骤504，将加热至接近环境温度的汽化氮输入交换器306。
为此，加热至环境温度的汽化氮通过汽化氮出口303从热交换器302中输出，然后通过管道304和孔305输送至膨胀器306。
当然，步骤501到504是同时进行的。
进入膨胀器306的汽化氮经过膨胀步骤505，这导致活塞下降至其下止点，并使曲轴运动：该运动构成用于回收机械能的步骤507。
用于加热氮气的步骤602将在进气(约300℃/600℃)之前和/或在膨胀过程中(如果注入不燃烧的流体，则约20℃至140℃)执行，其方式应优先使出口温度等于或大于环境温度。为此，将使用加热装置500和/或313。如果加热发生在进气之前，膨胀最好是绝热膨胀，如果加热发生在膨胀过程中，膨胀最好是等温膨胀。
当活塞返回上止点时，入口305关闭，出口307打开，使得膨胀器306(步骤506)释放经膨胀的氮气。
释放出口307关闭，电动机发动阶段结束，稳定运行阶段开始。
稳定运行阶段从选择以膨胀模式运行或以压缩模式运行开始。
为充分汽化交换器内的液氮，必须引入一定量的空气。否则，汽化氮在离开交换器时的温度将不够高。
为确保汽化氮达到足够高的温度，须执行选择膨胀模式或压缩模式的步骤65。
使用一种变型，该选择步骤65包括测量在交换器出口303处的管道300或管道304内的氮气温度。
当记录的温度达到预定的阈值，表明已经达到足够的温度时，启动膨胀模式，程序继续进行。
当记录的温度未达到该预定阈值时，即氮气加热不足，启动压缩模式，程序继续进行。
膨胀模式包括步骤50，其中加压(约200/300巴)的液氮(约-195℃)通过管道300进入交换器302的入口301，然后进入管道302'。
约-195℃的液氮在交换器302内由交换器内循环的空气加热，然后汽化和加热，直到达到接近环境温度的温度(步骤52)。这样做的目的是将交换器中的环境空气冷却到接近所引入液氮的温度(-195℃)(步骤53)。1千克液氮达到环境温度大约需要1.7千克的环境空气。
执行步骤54，将加热至接近环境温度的汽化氮输入交换器306。
为此，加热至环境温度的汽化氮通过汽化氮出口303从热交换器302输出，通过管道304和孔305输送至膨胀器306。
当然，步骤51到54是同时进行的。
进入膨胀器306的汽化氮经过膨胀步骤55，这导致活塞下降到其下止点，并使曲轴运动：该运动构成用于回收机械能的步骤57。
在进气之前(约300℃/600℃)和/或膨胀期间(如果注入不燃烧的流体，则约20℃至140℃)，将执行加热氮气的步骤62，使出口处的温度等于或大于环境温度。为此，将使用加热装置500和/或313。如果加热发生在进气之前，膨胀最好是绝热膨胀，如果加热发生在膨胀过程中，膨胀最好是等温膨胀。
当活塞返回上止点时，入口305关闭，出口307打开，使得膨胀器306(步骤56)释放经膨胀的氮气。
出口307再次关闭。
-压缩模式包括同时执行以下步骤：
-步骤51，将环境空气引入交换器；
-步骤53，冷却交换器中的空气；
-步骤53'，进入压缩机。
执行步骤51、53和53'，活塞返回下止点。从出口310离开交换器302的冷却环境空气执行步骤53’(进入压缩机)，其将流经管道309并通过入口308进入压缩机306。
进口308关闭，活塞返回上止点。接着，冷却空气(约-195°)进行步骤58，即绝热压缩(压力约为50)，同时活塞返回压缩机302的上止点。这种绝热压缩的作用是将空气温度提高到环境温度。
压缩空气保持在腔室中，在压缩机内压力的作用下，活塞再次回到下止点，同时压缩空气膨胀(步骤59)。步骤63(加热空气)将在膨胀过程中执行，最好确保其为等温膨胀。为此，将启动加热装置313。
该膨胀导致活塞运动和曲轴的旋转，从而恢复机械能(步骤61)。当活塞到达下止点时，孔307打开，然后活塞返回上止点。空气仍保留少许压力，然后离开压缩机(步骤60)，进入环境空气。
出口307再次关闭。
与压缩模式结束时一样，在膨胀模式结束时执行新的步骤65，即选择膨胀模式或压缩模式，然后启动新的循环。
使用第一个变型，步骤65(选择膨胀模式或压缩模式)可通过对交换器出口处的汽化氮进行温度检查加以优化。使用附加或替代变型，步骤65可通过使用加热液氮的要求以及加热和汽化液氮所需的空气量对膨胀和压缩模式的顺序进行编程来替代。众所周知，要将1千克液氮汽化并加热到环境温度，需要1.7千克处于环境温度的空气，因此，必须交替输入约1千克300巴压力的已加热汽化液氮和1.7千克1巴压力的冷却空气，或者如果空气从出口回收，则最多为6巴的冷却空气，这将在后面的变型中看到。
这些不同的步骤按照此方式依次进行(在短时间内)，从而导致曲轴运动。
若干相同的压缩或膨胀步骤可依次执行，目的是在液氮由加热器加热或进入膨胀器之前，汽化液氮，并将其加热至接近环境温度的温度，并且，将在压缩之前经过交换器的空气冷却至非常接近供给电动机的液氮温度。
通过冷却交换器中的空气及绝热压缩，使其之后在膨胀器中的体积更大(例如扩增四倍)，以产生过量的机械能。这使得由于相变和加热液氮而产生的机械能得以恢复，从而增加了机械能回报。
例如，膨胀器-压缩机306的曲轴运动可使交流发电动机转动以产生电流或为车辆提供动力。
在入口311通过管道311'连接至膨胀器/压缩机出口312的变型中，进入交换器以汽化液氮的气体不再是环境空气，而是来自于电动机模式下从系统回收废气。在这种情况下，释放步骤56(506)包括通过出口312而非出口307释放膨胀氮气，(当构成缓冲储罐的管道311'中的压力达到确定的压力阈值时，出口307与出口312可交替释放氮气，如果管道311'内的压力足够，则通过孔307释放到新鲜空气中，如果管道311'内的压力不足，则通过出口312释放到管道311'内。保留微弱压力(约6巴)的废气将被引入交换器(步骤51)，用于在步骤52期间汽化液氮。这可促进交换器内的热交换并减小其尺寸。此外，在压缩步骤58中，气体通过电动机的每次转动进一步压缩。该变型的实施需要启动步骤，在此过程中，经孔308将汽化、加热和储存在膨胀器中的液氮释放到管道311'中。重复此步骤，直到管道311'中的压力达到预定的压力阈值，例如，在1到6巴之间。然后，在稳定运行期间，通过调节孔312的氮气量来维持管道中的压力，当管道311'中的压力足够时，通过孔307交替释放到新鲜空气中。
这种变型的另一个好处是，如果废气在大约6巴的压力下被回收，并且将压力回报率50应用于低温氮气的绝热压缩，则在压缩室内环境温度下(当活塞到达上止点时)，我们将得到大量300巴压力的氮气。因此，这种高压气体可以通过孔305释放，暂时储存在管道304内，在管道304内，汽化液氮处于相同的300巴压力和相同的温度，然后通过管道304中的气体多次膨胀，再进行压缩。将刚压缩的气体重新引入管道304后外部加热步骤62开始。压缩步骤58之后，入口305打开，所有或部分空气或压缩氮气流入管道304，并在此与加压汽化氮混合(步骤400，释放)。如果所有空气或压缩氮气都流入管道304，则循环将继续执行步骤54。如果只有部分空气或压缩氮气流入304管，则循环将继续执行步骤59。压缩来自交换器的冷气体可能导致压缩机中产生过多的压缩气体。气体过多将导致后续无法完全膨胀，除非允许较低量的气体进入或释放有压气体到环境空气中之外，而这会降低系统的效率。
在另一种变型中，压缩机/膨胀器分级为高压室和低压室，并且可以与交换器入口311通过管道311’连接到膨胀器/压缩机出口312的变型组合，压缩来自交换器的冷空气(步骤58)只能在高压室内实现，随后部分压缩冷空气从压缩机中释放，与管道304中的加热汽化氮气混合(步骤400)，而其余的压缩冷空气直接在高压室中膨胀，然后进入低压室进行完全膨胀(步骤59)。
与之前一样，当304管中的液氮加热不足时，实施步骤51、53、53'和58(交换器和膨胀器内的冷空气的进气和压缩)。
高压压缩机/膨胀器包括孔308和305，低压压缩机/膨胀器包括孔312和307。这两台压缩机都将包括一个附加孔，孔由一根管道连接，用作缓冲储罐，还可以包括一个加热器。
在另一种变型中，根据图10，低压级可以包括两个膨胀器，其中一个可以通过出口307释放新鲜空气，另一个通过出口312释放新鲜空气，出口312通过管道311’连接到交换器311的入口。在后一种变型中，将同时向新鲜空气和311'管中释放。后一种变型有3个气缸，可使用分级压缩机变型中液氮制备部分所示的一般信息将其转化为液氮发生器。为此，它使用低压压缩机/膨胀器306'和高压膨胀器306作为分级等温压缩机，而低压膨胀器313”将用作膨胀器。
ii.改进版本
本段中所述程序对应于图2中所述系统改进版本在变型中的实施。在该变型中，膨胀器和压缩机各自包含一个套筒-活塞组件，其中，活塞与曲轴相连。
当系统启动时，在将加压液氮送入这些管道之前，必须用加压(例如，300巴)气态氮填充来自交换器的管道16’和管道17(连接至膨胀器18)，这是为了避免液氮蒸发过多，因为这些管道处于环境温度，这可能会使环路内的压力增加、超过必要的程度。
为此，可以计划，例如，执行通过孔160将液氮引入管道16'(其与管道17构成缓冲储罐)的步骤，将少量液氮引入管道16'。这些液氮在汽化和加热后，将达到所需的压力水平。
在启动阶段，管道16'和17中引入的液氮量与液氮体积和所需压力(例如300巴)有关。
启动阶段还要求管道24在第一个旋转过程中以大约50巴(如果使用6巴的废气回收选项，则为300巴)的压力加压，因为管道的体积代表与压缩机气缸相关的一定体积。该启动和管道加压使得加热来自交换器的冷气体所需的压缩率能够在稳定运行期间通过压缩机内的绝热压缩达到。为此，可以计划，例如，来自交换器16的冷却空气或储存在膨胀器18内的汽化氮(经过管道22和孔230到达绝热压缩机23)，在活塞235下降过程中进入压缩机23中被压缩，然后随着活塞上升释放到管道24中，循环重新开始，直到管道24内的压力达到预定的阈值，同时继续保持管道16'和17内的压力。
启动阶段之后是稳定的操作阶段，在此阶段调节管道16'和17中的压力，以维持一定的压力水平。该压力水平通过调节进入交换器孔160的液氮量确定，并与进入交换器的空气或气态氮量相关。
此外还要调节管道24内的压力，例如通过其内的压力测量和调节通过压缩机的孔232进入和通过膨胀器的孔282离开的气体量进行调节。
当管道16’、17和24由气态氮加压时，开始稳定操作阶段。
稳定操作期间，孔160和161打开。
膨胀器活塞最初位于上止点，孔180打开。孔183、181和182关闭。
该程序包括热交换器16内的液氮汽化步骤，环境空气或大约为环境温度的氮气进入热交换器16中，这些氮气来自膨胀器18，仍残留压力，其在通过交换器16的过程中由管道16’冷却。在汽化过程中获得的气态氮，在给定压力的情况下，处于临界阶段(蒸气/液体)，在膨胀之前被加热。
为此，使用泵13将约-195℃的液氮吸入储罐10，使其通过储罐出口11，流入管道12和15，直到进入交换器16的进口160，然后在大约300巴的压力下进入管道16’(进气步骤50)。环境空气通过进口162进入交换器16(进气步骤51)。
管道16'中的液氮在交换器16内由交换器内循环的空气加热，因此汽化(汽化步骤52)并加热至接近环境温度的温度，同时，交换器内循环的空气被冷却(步骤53)至接近环境温度的温度，此时将液氮引入交换器(约-195℃)。
然后，该程序包括步骤54，在大约300巴的压力和例如接近环境温度的温度下，将汽化氮从交换器16吸入膨胀器18。
为此，汽化氮通过汽化氮出口161离开热交换器16，通过管道17和汽化氮进口180进入膨胀器18，汽化氮进口180在膨胀器活塞处于上止点时打开。
当然，步骤50、52和54是同时进行的。
进入膨胀器18的汽化氮经过膨胀步骤55，这导致活塞移动到下止点，并使膨胀器驱动轴184(即曲轴)运动。这对应于机械能回收步骤57。
步骤62，加热氮气(约300℃至600℃)，将在进气前和/或膨胀过程中开始(如果注入不燃烧的液体，则为10℃到140℃)。为此，将启动加热装置40和/或41。
一旦活塞到达下止点，出口183打开，活塞返回上止点。接着，汽化氮通过出口183进行释放步骤56。
在出口181连接到交换器入口162的一种变型中，出口181与新鲜空气释放出口183交替打开，从而在孔181和孔230之间的网络中获得恒定压力(约1至6巴)，并提供释放步骤56。
在这种情况下，在步骤51的过程中，来自膨胀器出口181的氮气，而不是环境空气，在通过入口162中的管道19进入交换器16时被加压(约1至6巴)。当管道19中的压力足够时，通过孔183释放到新鲜空气中。
该变型的实施需要一个启动步骤，在此期间，膨胀器中汽化、加热和储存的液氮通过孔181(步骤56)释放到管道19中，而不进入压缩机。重复此步骤，直到孔181和孔230之间的网络中的压力达到预定的压力阈值，例如1至6巴。在稳定操作期间，通过孔183或181交替进行释放，从而在孔181和230之间的网络内保持所需的压力。
使用此变型，在汽化步骤52期间，液氮通过来自膨胀器并在交换器内循环的氮气在交换器16内加热，在步骤53期间，膨胀器的氮气在此冷却。
从膨胀器向交换器吸入加压氮气，而不是环境空气，可以提高交换器的效率，从而减小系统的尺寸。
从出口163离开交换器16的空气或冷却氮气实施步骤53’(进入压缩机23)，即流经管道20、22并通过入口230进入压缩机。为此，入口230打开，同时压缩机活塞从上止点移动到下止点，膨胀器活塞在释放步骤56中从下止点移动到上止点。
当然，步骤51、53和53'是同时进行的。
入口230关闭，活塞返回上止点。空气或冷却氮气在压缩机23中经过压缩步骤58。该压缩优选绝热压缩，并且具有加热(例如)温度接近-195℃气体的效果，直到由于压缩而使温度接近环境温度。出口232打开，然后从压缩机中释放压缩空气或氮气(例如，由于压缩，在接近环境温度的温度下)，然后流入管道24，在释放步骤58'期间，管道24用作缓冲储罐。孔232关闭，压缩机活塞返回下止点，同时孔182打开，压缩空气或氮气进行步骤54’，通过入口182进入膨胀器。在膨胀器内，它会经过释放步骤59，从而导致膨胀器活塞下降到下止点，膨胀器驱动轴184(步骤61)移动。然后，当活塞返回上止点时，孔183打开，其被释放(步骤60)。
步骤62(加热氮气)将在进气前和/或膨胀过程中实施。为此，将启动加热装置40和/或41。
空气或气态氮在交换器内冷却(通过来自泵和储罐的经汽化和加热的液氮)，接着压缩(优选绝热)，然后在膨胀器内通过供应的热能发生膨胀，气体体积剧增，例如增加四倍，产生多余的机械能。
这使得由于相变和加热液氮而产生的机械能得以恢复，并且与加压和汽化液氮的简单膨胀相比，增加了回报。
当管道17和24中的压力大致相等(约300巴)时，汽化氮和压缩空气或氮气可同时进入膨胀器。此外，这些管道还可以相互连接，以允许在一个单独的步骤和一个单独的入口点进入。当这两个管道内的压力不同时，汽化氮的膨胀和空气或压缩氮气的膨胀将被延迟，首次膨胀发生在当高压流体在管道内循环时，第二次膨胀发生在当低压流体在管道内循环时。
当这两个管道内的压力不同时，两个不同的膨胀器被激活，一个用于膨胀汽化氮，另一个用于膨胀空气或压缩氮气。两次膨胀可以同时进行。
如果管道19中的压力为6巴，压力回报率为50(以获得必要的热量)，则压缩机出口处的压力将为300巴，而汽化氮的压力将为300巴。
由于来自交换器的汽化氮和来自压缩机的压缩空气或氮气的膨胀，使曲轴或(更普遍地说)膨胀器18的驱动轴184运动，构成了机械能回收(或产生)的步骤。
这些不同的步骤依次进行，从而导致曲轴的运动。
例如，将膨胀器18的驱动轴184投入运行，可使交流发电动机28转动以产生电流或为车辆提供动力。当膨胀器的驱动轴和压缩机的驱动轴连接或构成单轴时，膨胀器产生的机械能驱使压缩机运动。如果不是这样，则必须启动驱动压缩机的装置，例如电动或其他发动机。
在另一种变型中，其中压缩机23是压缩机/膨胀器，在压缩步骤58之后，孔232打开，使所有或部分压缩空气或氮气流入用作缓冲管的管道24。
如果所有的空气或压缩氮气都流入管道24，则循环将继续进行，新的空气或压缩氮气从管道24通过孔232进入膨胀器23，然后通过孔234进行膨胀和释放。
管道24中存在的压缩空气或氮气可部分存储在膨胀器23中，部分存储在膨胀器18中。
如果部分压缩空气或氮气未流入缓冲管24而留在压缩机/膨胀器中，则循环包括压缩空气或氮气在膨胀器23中膨胀，然后通过孔234释放。
膨胀器23中部分气体膨胀的好处是，如果机器作为液氮发生器可逆，那么压缩机23也可逆，它必须构成比单独用作压缩机时更大的气缸。
所有的管道和热交换器构成缓冲储罐时最好确保每一步所需的各种流体可用，从而使程序的各个步骤易于同步。
6.2液氮的制备
6.2.1.制备液氮的机械系统
本发明涉及用于制备液氮的机械系统。
该系统的组件在结构上与上文所述(参考图2)的用于产生机械能的系统组件相同，具有相同的编号，但它们在不同系统中的功能可能不同。
参考图5，该系统包括等温压缩机18。该压缩机18包括：
-空气或气态氮入口183；
-压缩空气或氮气一级出口180；
-压缩空气或氮气二级出口182；
-非液化氮气入口181；
压缩空气或氮气的一级出口180通过管道17连接至热交换器16的空气或压缩氮气入口161。
热交换器16包括空气或压缩冷却氮气出口160。该出口160由管道15连接至阀门14。
管道16'贯穿交换器16，连接交换器入口161至交换器出口160。管道16'用作交换器内管道内部流体、压缩氮气和管道外部流体以及来自膨胀器23的冷氮气的热交换表面。它可以包括一组形成导管的堆叠板，或者甚至包括连接交换器入口161和出口160的多个管道。
阀门14通过管道25连接至膨胀器23的空气或压缩冷却氮气入口231。
阀门14通过管道12连接至储罐10的液氮出口11，泵13位于该管道上。阀门14以及管道12、泵13和出口11可任选，并非制备液氮的必需组件。
膨胀器23包括空气或压缩氮气入口232，该入口通过管道24连接至压缩机18的空气或压缩氮气二级出口182。
膨胀器23包括液氮及非液化氮混合物出口230。该出口230由管道22连接至阀门21。
阀门21连通液相及气相分离装置。
阀门21包括通过管道26连接至液氮储罐10的液氮入口11’的出口。
阀门21提供通过管道20连接至热交换器16的非液化氮入口163的出口。
热交换器16包括加热后非液化氮出口162，该出口通过管道19链接至压缩机18的非液化氮入口181。
膨胀器23及压缩机18分别包括驱动轴233及184。
出口234并非必需配置。
该系统包括输出轴27。
该系统包括驱动轴的致动装置，例如，电动机或风力电动机28。
在理想情况下，膨胀器的驱动轴将以适当的方式连接至压缩机的驱动轴，确保压缩机和膨胀器采用共同的驱动装置。
压缩机的驱动轴、膨胀器的驱动轴及系统的输出轴可构成单个轴。因此，驱动装置连接至输出轴，可(例如)包括电动机或风力电动机28。
压缩机/膨胀器可运用图4中所示的原理分级，以在不同压力下压缩或膨胀多次。因此，多个膨胀器/压缩机(两个或以上)可运行让流体从一个膨胀器/压缩机进入另一个压缩机/膨胀器的装置，实现在与前一个压力不同的压力下膨胀或压缩的目的。
膨胀器18和压缩机23分别包括一个或多个活塞185和235，活塞通过适当组装，可在一个或多个腔室186和236内做平移运动，并通过连接杆187和237连接至曲轴188和238。膨胀器曲轴构成膨胀器驱动轴，压缩机曲轴构成压缩机驱动轴。
压缩机/膨胀器中的活塞可以连接到线性电动机或交流发电动机，而不是连接到曲柄连臂型系统。
在理想情况下，压缩机和膨胀器共用构成或连接至系统输出轴的曲轴。
或者，膨胀器和压缩机可各自分别由涡轮机组成，涡轮机包括装载转子的定子，转子则由膨胀器驱动轴和压缩机驱动轴组成。压缩机转轴、膨胀器转轴和输出轴可构成单个轴。
该系统包括在压缩机内冷却压缩氮气的装置，无论在压缩机内及/或在释放时(若压缩机已分级)。该冷却装置可确保排空压缩产生的热量及以不增加气体体积的方式减少压缩工作。
在理想情况下，该冷却装置与系统处于电动机模式时的加热装置相同，从而实现可逆操作。在任何情况下，它们可安装在大致相同的位置。在分级压缩情况下，它们可在每次压缩操作之间实现冷却。
参考图3，该冷却装置包括位于管道17及/或24的外部冷却系统40’。可选地(或另外地)，它们可包括内部冷却系统41’，该系统通过将流体注入膨胀器(冷流体，例如水)实现冷却。它还可指压缩机壁上的冷却系统。
参考图4，它们包括内部冷却装置44’和41’及/或外部冷却装置43’和40’。
在一种变型中，可运行两个膨胀器。其中一个膨胀器包括连接至管道25的入口231和连接至管道22的出口230。另一个膨胀器包括连接至管道24的入口232和连接至管道25的出口230’。
在一种变型中，可运行两个压缩机。其中一个压缩机包括连接至管道19的入口181以及连接至管道17的出口180和(如必要)入口183。另一个压缩机包括连接至管道19的入口181’以及连接至管道24的出口182和(如必要)入口183。
在图9所示的变型中，若使用先前的变型运行两个膨胀器和两个压缩机，可能有两种截然不同的回路。
第一环路由带等温压缩机18和绝热膨胀器23的原始环路、交换器16、孔230、181、231和180之间的两个管道网络以及带液氮出口26和气态氮入口183的分离器21组成。管道24位于第二环路。
第二环路由第二压缩机18’组成，因此包括连接至管道24的出口182，管道24本身通过入口232连接至第二膨胀器23’，由管道1、2和3组成的另一个网络将膨胀器23’的出口230’连接至第二等温压缩机18’的入口181’，通过入口163’和出口162’贯穿交换器16。因此，管道2和16’贯穿交换器16。
这两个环路各自包括两个网络，彼此独立，因此可以不同的压力运行。第二环路完全密闭，可携带氮气以外的气体，为交换器16提供冷却，而第一环路则可通过膨胀经膨胀器冷却及压缩机压缩的氮气来制备液氮。冷却环路可补偿产生的液氮，但对交换器内的压缩氮气起不到冷却作用。通过在管道25上安装温度探头，对冷却环路进行调节，该管道接至液氮制备的膨胀器。压缩机18和膨胀器23可由连接同一驱动轴的电动机驱动。压缩机18’和膨胀器23’也可连接至另一个驱动轴，由采用不同速度运行的另一个电动机驱动，如此便可精准调节进入膨胀器23的压缩氮气的温度，该温度最好接近液化点。
该系统采用这样的设计：当它运行时，可在压缩机和膨胀器内形成一连串的循环，详见下文关于液氮制备程序的说明。
使用本发明的系统明确包括管理膨胀器和压缩机上各种孔(入口、出口)开闭的控制装置，确保这些循环与各个阶段(进气、膨胀、压缩、排气)保持同步。这些装置本身是已知的，故无详细描述。
例如，在其中一种变型中(参见图5和图9)，入口183并非必需配置，气态氮已经压缩及注入管道19。
6.2.2.液氮的制备程序
下文将就图7说明液氮的制备程序。
在运行过程中，系统包括两个环路，分别连接至压缩机和膨胀器，使得氮气能够在闭合环路中循环。
第一环路以高压(例如，5至100巴)运行，连接孔180和231。第二环路以低压(例如，1至10巴)运行，连接孔230和181。第一环路中的气态氮由压缩机压缩后，在第二环路由膨胀器膨胀。
为了使两个环路内的压力维持在预定的压力水平，需进行压力调节，一方面通过调节进入膨胀器的流体量，另一方面通过调节由压缩机输入系统的氮气量。
当系统启动时，步骤70(通过入口183吸入空气或氮气)和步骤72(在压缩机18内压缩)以适当的方式执行，通过孔180向第一环路进料(释放步骤73)，以便进行加压。为此，压缩机18将一直运行，直至第一环路内的压力达到预定的阈值(步骤74)。
第一高压环路加压后，通过膨胀器对第二环路充气，同时通过压缩机维持第一环路内的压力。
为此，空气或氮气应不断输入压缩机(步骤70)，并在压缩机内(步骤72)进行等温压缩，同时启动步骤76，将压缩后的气态氮输入膨胀器，以便膨胀(步骤79)然后抽取(释放步骤79)，从而通过孔230将它引入第二环路。循环这些步骤，直至第一环路内的压力和第二环路内的压力均达到其各自的预定阈值(步骤74和75)。达到预定压力后，意味着系统已稳定，步骤70(吸入外部气态氮)停止。
这构成了启动阶段的示例。可实施另一个启动模式。
在该启动阶段，氮气在绝热膨胀过程中冷却。由于两个环路都通过热交换器，因此，当氮气在第二环路循环时，将开始冷却第一环路内的压缩气态氮。
第一和第二环路构成缓冲储罐。
启动阶段完成后，稳定运行阶段开始，实施该阶段可产生液氮。
在稳定运行阶段，步骤70(吸入外部气态氮)停止。因此，系统以闭路方式运行。
在闭路运行阶段，以下步骤将连续循环实施：
-步骤80：通过管道19和入口181将来自交换器16的加热后非液化氮输送至压缩机(该非液化氮的制备将在下文更清晰显示)；
-步骤81：非液化氮在压缩机中等温压缩；
-步骤82：从压缩机释放经压缩的气态非液化氮；
-步骤83：由入口161将通过出口180从压缩机释放的经压缩气态非液化氮吸入热交换器16；
-步骤84：在热交换器内冷却经压缩的气态非液化氮(将在下文更清晰地描述)；
-步骤85：将来自热交换器16的经压缩气态非液化氮吸入膨胀器23：为此，经压缩的气态非液化氮通过出口160从热交换器16释放，然后通过入口231进入膨胀器23；
-步骤86：在膨胀器内对经压缩的气态非液化氮进行绝热膨胀：该膨胀将产生液氮，因为膨胀器内的氮气液化过程尚未完成；
-步骤87：液氮和非液化氮混合物通过出口230从膨胀器23释放；
-步骤88：两相分离使液氮与气态非液化氮分离：液氮和非液化氮混合物通过管道22输送至连通液相及气相分离装置的阀门21。
-步骤89：回收液氮，该步骤可能将液氮通过管道26和入口11’输送至储罐10；
-步骤90：回收非液化氮；
-步骤91：将气态非液化氮通过入口163吸入热交换器：低温的气态非液化氮在交换器内循环，将使压缩气态氮能够在步骤84冷却，从而加热气态非液化氮(步骤92)。
在该闭路运行期间，液氮的制备将导致由第一和第二环路组成的环路内的压力下降。为补偿该压力损失，必须将环路外部的气态氮输入环路。为此，应在进气步骤93通过入口183输入大气中的气态氮，而非将非液化氮从交换器输送至压缩机(步骤80)，这与系统启动阶段执行的步骤类似。
为确定在稳定运行阶段进气步骤93取代进气步骤80的时刻，将执行步骤94(确定至少一条有关液氮制备量的代表信息)。该信息将与初始预定的阈值比较(步骤95)。当有关液氮制备量的代表信息达到初始预定的阈值时，进气步骤93取代进气步骤80。
为确定将进气步骤80切换为进气步骤93的时刻，一个方法包括：第一步在第一环路或第二环路测量压力，第二步将测得的压力值与预定低阈值比较，当达到阈值时，则可从进气步骤71切换至步骤70。
为确定将进气步骤80切换为进气步骤93的时刻，另一个方法包括：第一步测量液氮制备量(按质量或体积)，第二步将测得的值与预定的阈值比较，当达到阈值时，从进气步骤80切换至步骤93。
切换进气步骤后，系统开始制备液氮，但暂时不再是闭路运行，重新引入的气态氮在压缩机18内等温压缩(步骤98)。
外部进气模式的一个工作循环即足以恢复内部进气模式下后续多个循环所需的环路压力。
在无需配置入口183的变型中，气态氮将会预先加压及注入管道19。无需进气步骤93和压缩步骤98。
来自膨胀器的部分低温氮以液态从环路释放。因此，来自压缩机且输入交换器的热氮量超过来自膨胀器且输入交换器的低温非液化氮量。当热交换器的运行无法使来自压缩机的压缩气态氮充分冷却时，将启动把压缩氮气输入膨胀器的直接进气循环。这可增加输入交换器的低温氮量，从而加快压缩氮气的冷却。
在稳定运行期间，该程序包括步骤99(将来自压缩机18的更多压缩气态氮直接输入膨胀器23)。进气步骤99暂时取代步骤85(输入压缩气态氮)。
为此，压缩气态氮通过出口182从压缩机18释放，并通过管道24从入口232输入膨胀器23。
该程序还包括步骤100(对直接进入膨胀器23的压缩气态氮进行膨胀)。该膨胀产生低温非液化氮，该低温非液化氮从膨胀器释放(步骤101)后，通过管道20和入口163进入交换器，以提高交换器的效率。
利用交换器18的冷却需求，将来自压缩机18的气态氮通过管道24直接输入膨胀器23(步骤99)。可将温度探头T°安装在(例如)交换器的低温压缩氮出口160，以便实施步骤800(测量经冷却的氮气在离开交换器时的温度)以及步骤801(将该温度与预定的高温阈值比较)，以确保在达到该阈值时执行步骤99(直接进气)。这样，可最大限度地冷却交换器内的压缩氮气，增加后续在交换器内的液氮制备量，从而提高系统回报率(就液氮制备量而言)。
为停止执行步骤99(直接进气)，将执行步骤802(将测得的温度与预定低温阈值比较)。当达到低温阈值时，步骤99(直接进气)将停止。步骤85(输入压缩气态氮)将再次取代步骤99(直接进气)。
在执行步骤99(直接进气)之前，必须实施启动阶段，以便对管道24加压。为此，将打开运行的压缩机的入口182(而非入口180)，直至管道24内的压力达到预定的阈值。当达到该阈值时，将进入稳定运行阶段。
在稳定运行阶段，管道24通过打开压缩机的出口182保持加压，氮气能够从入口183(当必须将外部氮气再次引入系统时)或入口181进入。
可运行两个不同的膨胀器，其中一个用于膨胀在管道15内循环的经冷却压缩氮气，另一个用于膨胀在管道24内循环的压缩氮气。两个膨胀过程可同时发生。其中一个膨胀器包括入口231和出口230，另一个则包括入口232和出口230。
可运行两个压缩机。其中一个压缩机将包括入口181、出口180以及(若必需)入口183。另一个将包括入口181、出口182以及(若必需)入口183。这些压缩机内的两个压缩过程可同时发生。
如图9所示，若运行两个膨胀器和两个压缩机，可能会有两个截然不同的回路。
第一环路由带等温压缩机18和隔热膨胀器23的原始环路、交换器16、孔230、181、231和180之间的两个管道网络以及带液氮出口26和气态氮入口183的分离器21组成。管道24位于第二环路。
第二环路由第二压缩机18’组成，因此包括连接至管道24的出口182，管道24本身通过入口232连接至第二膨胀器23’，由管道1、2和3组成的另一个网络将膨胀器23’的出口230’连接至第二等温压缩机18’的入口181’，通过入口163’和出口162’贯穿交换器16。因此，管道2和16’贯穿交换器16。
这两个环路各自包括两个网络，彼此独立，因此可以不同的压力运行。第二环路完全密闭，可携带氮气以外的气体，为交换器16提供冷却，而第一环路则可通过膨胀经膨胀器冷却及压缩机压缩的氮气来制备液氮。冷却环路可补偿产生的液氮，但对交换器内的压缩氮气起不到冷却作用。通过在管道25上安装温度探头，对冷却环路进行调节，该管道接至用于制备液氮的膨胀器。压缩机18和膨胀器23可由连接同一驱动轴的电动机驱动。压缩机18’和膨胀器23’也可连接至另一个驱动轴，由采用不同速度运行的另一个电动机驱动，如此便可精准调节输入膨胀器23的压缩氮气的温度，该温度最好接近液化点。该变型包括建立外部环路，该环路在液氮制备期间运行以产生通过热交换器的低温氮气，从而冷却膨胀器内的压缩气态氮。
因此，系统内可形成多个循环，确保制备将存储于(例如)储罐10的液氮。
6.3液氮的制备或机械能的产生
如上所述，本发明包括用于从液氮产生机械能的机械系统以及用于制备液氮的机械系统。
这两个系统可完全独立于彼此运行。
在其中一种变型中，由于该系统可逆，因此可以电动机模式(作为产生机械能的系统)或发生器模式(作为制备液氮的系统)运行。
例如，用于产生机械能的非可逆机械系统并不包括阀门14、阀门12、管道25、管道26以及孔231和11’。它可能包括或不包括管道19和孔181。
例如，用于制备液氮的非可逆机械系统不包括阀门14、管道12、泵13以及孔11和234。
用于产生机械能和制备液氮的系统(即，具有电动机模式及发生器模式的可逆系统)包括以电动机模式和发生器模式运行所需的所有组件以及用于在各个运行模式关闭部分管道的阀门14和21。
阀门可沿管道19设置，以便大气及/或来自膨胀器的压缩空气能够在电动机模式下进入热交换器以及在发生器模式下在交换器的出口162与压缩机的入口181之间循环。
6.4变型
在电动机模式下，系统压缩用于汽化液氮的气体，从而确保在紧凑系统中产生大量压缩空气。实际上，气体在冷却后压缩，然后用于汽化液氮。
使用其中一种变型，该压缩空气可注入现有的膨胀器，例如在进气阶段注入车辆发动机的气缸。使用本发明的系统构成能够用作涡轮增压器的压缩空气发生器。
这种可产生压缩空气的系统亦可用于(例如)压缩气体电动机或使用压缩空气的储能系统。

Claims (30)

1.用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；
-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。
2.使用权利要求1的系统，其中包括用于在所述交换器的空气或气态氮进气口内接收来自所述膨胀器和/或所述膨胀装置的加压气态氮装置。
3.使用权利要求1或2的系统，其中包括在进入所述膨胀装置之前或在其内部加热所述压缩空气或气态氮的装置。
4.使用权利要求1至3中任一项的系统，所述膨胀器及/或膨胀装置采用分级设计。
5.使用权利要求1至4中任一项的系统，所述压缩机及/或压缩装置采用分级设计。
6.使用权利要求1至5中任一项的系统，所述膨胀器、膨胀装置及压缩机在其中可逆。
7.使用权利要求1至6中任一项的系统，所述膨胀器、膨胀装置及压缩机在其中构成用作膨胀器、膨胀装置及压缩机功能的单个装置。
8.使用权利要求1至7中任一项的系统，所述膨胀器和压缩机在其中彼此独立。
9.使用权利要求8的系统，包括将所述膨胀器连接至所述压缩机的传输装置。
10.使用权利要求1至9中任一项的系统，其中包括用于将所述压缩空气或氮气吸入所述膨胀器中的装置，所述膨胀器构成所述压缩空气或气态氮的膨胀装置。
11.使用权利要求1至10中任一项的系统，具有制备液氮的功能，其包括：
-用于将压缩气态氮吸入所述热交换器的压缩气态氮入口以便将其冷却的装置；
-用于将经压缩冷却的气态氮从所述交换器吸入膨胀装置以便制备液氮的装置；
-用于在所述膨胀装置出口分离液氮和非液化氮的装置；
-用于将来自所述膨胀装置的非液化氮吸入所述交换器的非液化氮入口的装置；
-用于将来自该交换器的加热非液化氮吸入所述压缩装置以便压缩的装置；
-用于将来自所述压缩装置的压缩非液化氮吸入所述交换器的压缩气态氮入口的装置；
-用于将来自所述压缩装置的压缩非液化氮直接吸入所述膨胀装置以膨胀所述压缩非液化氮的装置；
-用于将来自所述膨胀装置的经过压缩及膨胀后的非液化氮吸入所述交换器的所述非液化氮入口的装置。
12.使用权利要求11的设备，包括确定至少一条有关在所述交换器出口产生的经压缩及冷却气态氮温度的代表信息的装置，以及直接进气装置，该装置在不利于所述经压缩非液化氮(来自所述压缩装置)进入所述膨胀器时实施,当关于所述温度的所述代表信息达到预定的高阈值时，则不实施，直至有关该温度的代表信息达到预定的低阈值方可实施。
13.使用权利要求11或12的系统中，膨胀来自压缩装置的压缩非液化氮的装置与膨胀来自交换器的经压缩及冷却的气态氮的装置截然不同。
14.使用权利要求11至13中任一项的系统，包括将气态氮吸入所述压缩装置以产生压缩气态氮的装置。
15.使用权利要求14的系统中，所述气态氮的压缩装置与非液化氮的压缩装置截然不同。
16.使用权利要求11至15中任一项的系统中，膨胀经压缩非液化氮的装置及/或膨胀经压缩及冷却气态氮的装置采用分级设计。
17.使用权利要求11至16中任一项的系统，在该系统中，压缩非液化氮及/或气态氮的装置采用分级设计。
18.使用权利要求11至17中任一项的系统，该系统包括以可逆方式切换模式的装置。
19.用于从液氮产生机械能的程序，所述程序至少包括以下步骤：
-在热交换器内汽化液氮，在该步骤中，大致处于环境温度的空气或气态氮在通过该交换器时冷却；
-将来自交换器的汽化氮吸入膨胀器；
-将所述汽化氮在所述膨胀器中膨胀以产生机械能；
-将已在所述交换器中冷却的空气或气态氮吸入压缩机；
-在所述压缩机中将冷却空气或冷却气态氮压缩；
-将经冷却及压缩的空气或气态氮吸入膨胀装置；
-压缩所述经冷却及压缩的空气或气态氮以产生机械能；
-在将压缩空气或气态氮吸入所述膨胀装置之前或在该膨胀装置内加热该空气或气态氮；
-回收所述膨胀产生的机械能。
20.使用权利要求19的程序，其中，进入所述交换器的氮是来自所述膨胀器及/或膨胀装置的经膨胀气态氮。
21.使用权利要求19至20中任一项的程序，包括在将汽化氮吸入膨胀器之前或在膨胀器中加热汽化氮的步骤。
22.使用权利要求19至21中任一项的程序，其中，所述汽化氮的膨胀步骤及/或经冷却及压缩的空气或气态氮的膨胀步骤采用分级设计。
23.使用权利要求19至22中任一项的程序，其中，所述压缩步骤采用分级设计。
24.制备液氮的程序，包括以下步骤：
-在热交换器中冷却空气或压缩气态氮；
-在膨胀装置中膨胀所述经压缩及冷却的空气或气态氮以制备液氮和非液化氮混合物；
-分离来自所述混合物的液氮和非液化氮；
-将非液化氮吸入热交换器以冷却所述压缩空气或气态氮；
-在压缩装置内压缩来自所述交换器的经冷却非液化氮；
-在所述交换器中加热来自所述压缩装置的经压缩非液化氮；
-将来自所述压缩装置的经压缩非液化氮直接吸入所述膨胀装置以产生经压缩及膨胀的非液化氮；
-将来自所述膨胀装置的经压缩及膨胀的非液化氮吸入所述交换器进行加热。
25.使用权利要求24的程序，包括用于确定至少一条有关在所述交换器出口产生的经压缩及冷却气态氮温度的代表信息的步骤，以及直接进气步骤，该步骤在不利于所述经压缩非液化氮(来自所述压缩装置)进入所述膨胀器时实施,当关于所述温度的所述代表信息达到预定的高阈值时，则不实施，直至有关该温度的代表信息达到预定的低阈值方可实施。
26.使用权利要求24或25的程序，其中，将来自压缩装置的经压缩非液化氮膨胀的步骤以及将来自交换器的经压缩及冷却的空气或气态氮膨胀的步骤同时在各自的膨胀装置中执行。
27.使用权利要求24至26中任一项的程序，包括用于压缩空气或氮气以产生所述压缩空气或气态氮的步骤。
28.使用权利要求27的程序，其中，压缩所述空气或气态氮的步骤以及压缩所述非液化氮的步骤同时在各自的压缩装置中执行。
29.使用权利要求24至28的任一项的程序，其中，将所述经压缩的非液化氮及/或经压缩及冷却的空气或气态氮进行膨胀的步骤采用分级设计。
30.使用权利要求24至29中任一项的程序，其中，压缩所述非液化氮及/或空气或气态氮的步骤采用分级设计。
CN201780052575.XA 2016-09-09 2017-08-30 利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法 Active CN109690032B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1601329A FR3055923B1 (fr) 2016-09-09 2016-09-09 Systeme mecanique de production d'energie mecanique a partir d'azote liquide et procede correspondant
FR16/01329 2016-09-09
PCT/FR2017/000158 WO2018046807A1 (fr) 2016-09-09 2017-08-30 Système mécanique de production d'énergie mécanique à partir d'azote liquide, et procédé correspondant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109690032A true CN109690032A (zh) 2019-04-26
CN109690032B CN109690032B (zh) 2022-03-04

Family

ID=60117701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780052575.XA Active CN109690032B (zh) 2016-09-09 2017-08-30 利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11187114B2 (zh)
EP (1) EP3510257B1 (zh)
CN (1) CN109690032B (zh)
AU (1) AU2017324486B2 (zh)
CA (1) CA3036148A1 (zh)
FR (1) FR3055923B1 (zh)
MA (1) MA46197A (zh)
WO (1) WO2018046807A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10982543B2 (en) * 2017-03-10 2021-04-20 Barry W. Johnston Near-adiabatic engine
CN109578100B (zh) * 2018-12-26 2024-05-31 天津大学 一种利用液氮的换热-发电集成系统及控制方法
WO2022130191A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Sylans Sagl Plant for producing mechanical energy from a carrier fluid under cryogenic conditions
CN116105074B (zh) * 2022-12-07 2024-03-08 北京航天试验技术研究所 一种高压氮气供给装置及其控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1254656B (de) * 1963-10-16 1967-11-23 Air Prod & Chem Verfahren zur Herstellung von fluessigem Parawasserstoff
US3998059A (en) * 1973-07-12 1976-12-21 National Research Development Corporation Power systems
EP0296313B1 (en) * 1987-06-24 1990-06-13 The M. W. Kellogg Company Method for sub-cooling a normally gaseous hydrocarbon mixture
CN1261429A (zh) * 1997-06-20 2000-07-26 埃克森生产研究公司 液化天然气的改进方法
CN1324440A (zh) * 1998-10-23 2001-11-28 埃克森美孚上游研究公司 将加压液态天然气的加压气化气再液化的方法
CN102287267A (zh) * 2010-06-17 2011-12-21 气体产品与化学公司 使用多个再生器来进行周期性冷却、存储和加热的方法和系统
CN104169542A (zh) * 2012-01-13 2014-11-26 高维有限公司 发电设备和方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3724229A (en) 1971-02-25 1973-04-03 Pacific Lighting Service Co Combination liquefied natural gas expansion and desalination apparatus and method
IL36741A (en) 1971-04-30 1974-11-29 Zakon T Method for the separation of gaseous mixtures with recuperation of mechanical energy and apparatus for carrying out this method
US4197715A (en) 1977-07-05 1980-04-15 Battelle Development Corporation Heat pump
JPS5491648A (en) 1977-12-29 1979-07-20 Toyokichi Nozawa Lnggfleon generation system
US4341072A (en) 1980-02-07 1982-07-27 Clyne Arthur J Method and apparatus for converting small temperature differentials into usable energy
US4449379A (en) 1982-10-25 1984-05-22 Centrifugal Piston Expander Inc. Method and apparatus for extracting heat and mechanical energy from a pressured gas
US5139547A (en) * 1991-04-26 1992-08-18 Air Products And Chemicals, Inc. Production of liquid nitrogen using liquefied natural gas as sole refrigerant
GB9211405D0 (en) 1992-05-29 1992-07-15 Nat Power Plc A compressor for supplying compressed gas
GB2300673B (en) 1992-05-29 1997-01-15 Nat Power Plc A gas turbine plant
JPH09138063A (ja) * 1995-11-14 1997-05-27 Osaka Gas Co Ltd 液化天然ガス冷熱利用の空気分離方法および設備
US5733941A (en) 1996-02-13 1998-03-31 Marathon Oil Company Hydrocarbon gas conversion system and process for producing a synthetic hydrocarbon liquid
US5924305A (en) 1998-01-14 1999-07-20 Hill; Craig Thermodynamic system and process for producing heat, refrigeration, or work
MXPA04009982A (es) 2002-04-11 2006-02-22 Richard A Haase Metodos, procesos, sistemas y aparatos con tecnologia de combustiion de agua, para la combustion de hidrogeno y oxigeno.
US8631657B2 (en) 2003-01-22 2014-01-21 Vast Power Portfolio, Llc Thermodynamic cycles with thermal diluent
DE102004032215A1 (de) * 2004-07-02 2006-01-26 Richter, Manfred Durch Über- und Unterdruck angetriebene Kraftmaschine
US7961835B2 (en) 2005-08-26 2011-06-14 Keller Michael F Hybrid integrated energy production process
BRPI0503705A (pt) * 2005-09-05 2007-05-15 Reynaldo Sigiliao Da Costa sistema de geração de energia elétrica a partir do nitrogênio
US20100058760A1 (en) 2007-03-22 2010-03-11 Felix Wirz Method and device for generating mechanical energy
BRPI0821737A8 (pt) 2007-12-21 2018-12-18 Green Prtners Tech Holdings Gmbh sistemas de turbina a gás de ciclo aberto e fechado e semi-fechado para geração de energia e de turbina de expansão e compressor de pistão fechado, turbocompressor e métodos de produção de energia com turbina de gás de ciclo aberto, de compressão de gás de operação em turbocompressor e de operação de sistema de motor
CA2934541C (en) 2008-03-28 2018-11-06 Exxonmobil Upstream Research Company Low emission power generation and hydrocarbon recovery systems and methods
US7958731B2 (en) 2009-01-20 2011-06-14 Sustainx, Inc. Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems
US20110203311A1 (en) 2008-08-22 2011-08-25 Wright Allen B Removal of carbon dioxide from air
US8096128B2 (en) 2009-09-17 2012-01-17 Echogen Power Systems Heat engine and heat to electricity systems and methods
US7937948B2 (en) 2009-09-23 2011-05-10 Pioneer Energy, Inc. Systems and methods for generating electricity from carbonaceous material with substantially no carbon dioxide emissions
DE102010027347B4 (de) * 2010-07-16 2021-08-12 Josef Birner Vorrichtung zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses
US9399950B2 (en) 2010-08-06 2016-07-26 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods for exhaust gas extraction
ES2597231T3 (es) * 2012-08-02 2017-01-17 Linde Aktiengesellschaft Procedimiento y dispositivo para la generación de energía eléctrica
US20170016577A1 (en) * 2014-03-12 2017-01-19 Mada Energie Llc Liquid Air Energy Storage Systems, Devices, and Methods
FR3032224B1 (fr) 2015-02-02 2017-01-27 Ifp Energies Now Procede et systeme de conversion d'une energie thermique en energie mecanique au moyen d'un echange de chaleur entre un fluide moteur et un fluide de transport

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1254656B (de) * 1963-10-16 1967-11-23 Air Prod & Chem Verfahren zur Herstellung von fluessigem Parawasserstoff
US3998059A (en) * 1973-07-12 1976-12-21 National Research Development Corporation Power systems
EP0296313B1 (en) * 1987-06-24 1990-06-13 The M. W. Kellogg Company Method for sub-cooling a normally gaseous hydrocarbon mixture
CN1261429A (zh) * 1997-06-20 2000-07-26 埃克森生产研究公司 液化天然气的改进方法
CN1324440A (zh) * 1998-10-23 2001-11-28 埃克森美孚上游研究公司 将加压液态天然气的加压气化气再液化的方法
CN102287267A (zh) * 2010-06-17 2011-12-21 气体产品与化学公司 使用多个再生器来进行周期性冷却、存储和加热的方法和系统
CN104169542A (zh) * 2012-01-13 2014-11-26 高维有限公司 发电设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3510257B1 (fr) 2024-02-07
CA3036148A1 (en) 2018-03-15
WO2018046807A1 (fr) 2018-03-15
US20190218944A1 (en) 2019-07-18
EP3510257A1 (fr) 2019-07-17
AU2017324486A1 (en) 2019-03-28
AU2017324486B2 (en) 2023-04-27
FR3055923B1 (fr) 2022-05-20
US11187114B2 (en) 2021-11-30
FR3055923A1 (fr) 2018-03-16
MA46197A (fr) 2019-07-17
EP3510257C0 (fr) 2024-02-07
CN109690032B (zh) 2022-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109690032A (zh) 利用液氮产生机械能的机械系统及相应方法
US7823547B2 (en) System and method for split-cycle engine waste heat recovery
US20060248886A1 (en) Isothermal reciprocating machines
US20060174627A1 (en) Gas turbine cycle
EA011332B1 (ru) Низкотемпературный мотокомпрессорный узел с непрерывным "холодным" сгоранием при постоянном давлении и с активной камерой
JP2014532138A (ja) 熱エネルギーを貯蔵するための設備
CN102414522A (zh) 跨临界热激活的冷却、加热和制冷系统
EA014465B1 (ru) Система теплового двигателя
MX2009000406A (es) Motor criogenico de energia termica ambiente y presion constante.
WO2004059155A1 (en) Isothermal reciprocating machines
US20150192065A1 (en) Process and apparatus for generating electric energy
EP2920526B1 (en) Improvements in refrigeration
CN102829569B (zh) 新型制冷设备
US20210340906A1 (en) Gaseous fluid compression with alternating refrigeration and mechanical compression
US9608498B2 (en) Method and device for generating electrical energy
JP2001090509A (ja) 液体空気を利用した冷熱発電システム
CN106461159A (zh) 冷能回收系统和方法
CN117537259A (zh) 液氢氢气化站能量补偿系统及其工作方法
CN113818941A (zh) 一种高效制冷的方法及装置
CA3157283A1 (en) New combined thermodynamic cycle with high energy recovery
KR20060067827A (ko) 초고효율 증기 사이클과 대기열을 이용한 열기관
NO337189B1 (no) Metode og fremgangsmåte for omforming av varmeenergi til mekanisk energi

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant