專利名稱：用于周期性冷卻、存儲和加熱大氣氣體的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于周期性冷卻、存儲和加熱大氣氣體的方法和系統(tǒng)。更具體的， 本發(fā)明涉及一種方法和系統(tǒng)，其包括用于大氣氣體的再生循環(huán)。
背景技術(shù)：
已知的系統(tǒng)能夠冷卻在非需電高峰小時(shí)(非高峰小時(shí))過程中所獲得的加壓空氣，并且在需電高峰小時(shí)(高峰小時(shí))過程中在壓力下汽化該加壓的空氣。日本專利申請JP4_13^37A(其在此以其全部引入作為參考)描述一種燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備，其包含用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的燃?xì)鉁u輪，用于液化空氣的液化設(shè)備，用于存儲液化流體的存儲容器，和用于汽化該液化流體，并且將產(chǎn)物供給到燃?xì)鉁u輪燃燒器的汽化設(shè)備。當(dāng)該液化流體從存儲容器泵送出來時(shí)，它發(fā)生汽化，并且導(dǎo)向燃?xì)鉁u輪燃燒器。該設(shè)備具有幾種缺點(diǎn)。例如，空氣的液化是使用專用的液化器來進(jìn)行的，其可能是低效的。另外，該液化的流體的汽化和致冷的傳遞因?yàn)榘ǘ鄠€(gè)傳熱步驟而會是低效的。日本專利申請JP4_127850(其在此以其全部引入作為參考)描述了一種液體空氣存儲發(fā)電系統(tǒng)，其冷卻、液化和存儲常壓下的空氣。將該液體空氣升溫，并且根據(jù)需要抽取高壓空氣。使用該高壓空氣來驅(qū)動發(fā)電渦輪和發(fā)電。這種系統(tǒng)具有幾種缺點(diǎn)。例如，雖然在液化天然氣的汽化中使用致冷能夠降低空氣液化所需的能量，但是液化天然氣并非總是能夠獲得的。另外，作為可燃?xì)怏w，液化天然氣包括了與存儲和運(yùn)輸有關(guān)的安全考慮，并且更重要的是作為可燃材料的液化天然氣與氧化性氣體(例如空氣)的熱交換。日本專利申請JP4_191419(其在此以其全部引入作為參考)描述了這樣的方法， 其用于將空氣以恒定的規(guī)定壓力供給到燃燒溫度。在一種高損失性方法中，壓力增加到遠(yuǎn)高于規(guī)定壓力的壓力，并且該壓力在使用過程中降低到恒定壓力。在一種高風(fēng)險(xiǎn)方法中，使用由海水、河水、湖水等所產(chǎn)生的分別的水位差來將壓力升高到規(guī)定的水平。在該 JP4-191419專利的方法中，將空氣進(jìn)行液化，并且將體積降低到低于在大氣壓力時(shí)存在的體積。將該液體汽化，并且存儲致冷。該存儲的致冷可以用于預(yù)冷卻空氣液化所吸入的空氣，來降低壓縮機(jī)的動力消耗和來降低在液體空氣生產(chǎn)中電功率的消耗速率。這種方法具有這樣的缺點(diǎn)，即，它沒有提供一種有效的方法來液化空氣和汽化存儲的液體空氣。Hitachi(Hidefumi Araki, Mitsugu Nakabaru, 禾口 Kooichi Chino, Heat Transfer-Asian Research，31 (4)，200 (其在此以其全部引入作為參考)描述了將高壓空氣在高峰小時(shí)送到燃?xì)鉁u輪的燃燒器。這樣的循環(huán)包括預(yù)冷卻的再生器。預(yù)冷卻可以通過液化天然氣的汽化來實(shí)現(xiàn)。在一些地區(qū)，液化天然氣可能是無法獲得的。另外，作為一種可燃?xì)怏w，液化天然氣包括了與存儲和運(yùn)輸有關(guān)的安全考慮，并且更重要的是作為可燃材料的液化天然氣與氧化性氣體(例如空氣)的熱交換。另外，Hitachi討論了通過包括再生介質(zhì)例如小圓石或者混凝土的長期冷卻。同樣，如Hitachi所公開的那樣，預(yù)冷卻的再生器的運(yùn)行會導(dǎo)致該再生器在循環(huán)過程中的升溫，這歸因于熱泄漏，通過機(jī)器例如液體空氣泵所引入的熱量，和如果冷卻的空氣的壓力等同于或者類似于加熱的空氣的壓力時(shí)，在再生器和其他熱交換器中進(jìn)行傳熱所需的傳熱溫差，因此這樣的方法是不可維持的。如果待加熱的空氣的壓力遠(yuǎn)低于冷卻的空氣的壓力，則該方法變得效率更低。所需要的是一種方法和系統(tǒng)，其用于在加工循環(huán)的第一運(yùn)行周期過程中冷卻和存儲大氣氣體，并且在第二運(yùn)行周期過程中加熱該大氣氣體，其中該方法和系統(tǒng)的運(yùn)行是可維持的，可靠的和安全的。維持能力理想的包括在該系統(tǒng)運(yùn)行幾周或者幾月之后，系統(tǒng)中流體的溫度和壓力，特別是較低溫度時(shí)的這些，在周期性運(yùn)行的相同階段時(shí)基本保持恒定?？煽啃岳硐氲陌ú牧虾脱b置的使用不受大量的另外一種材料存在的限制。安全性理想的包括在該系統(tǒng)中使用不可燃材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面包括一種再生方法，用于周期性冷卻、存儲和加熱大氣氣體。該方法包括壓縮大氣氣流到高于預(yù)定壓力的壓力，來至少形成超臨界大氣氣流(該預(yù)定壓力在該大氣氣流的臨界壓力左右)；由該超臨界大氣氣流來至少形成第一流；將該第一流導(dǎo)向用于冷卻的再生器，來至少形成第一冷卻流；將該第一冷卻流從該再生器導(dǎo)出；膨脹該第一冷卻流來至少形成液化的大氣氣流；存儲至少一部分的該液化的大氣氣流，作為存儲的液化大氣氣體；加壓至少一部分的該存儲的液化大氣氣體到高于第二預(yù)定壓力的壓力， 來形成加壓的液化大氣氣流(該第二預(yù)定壓力在該液化的大氣氣體的臨界壓力左右)；和在再生器中加熱至少一部分的該加壓的液化大氣氣流。從外部不可燃源將低于預(yù)定溫度的致冷直接或者間接的提供給該大氣氣流、該超臨界大氣氣流、該第一流、該第一冷卻流、該液化的大氣氣流和該加壓的液化大氣氣流中的一種或多種，所述的預(yù)定溫度在該液化的大氣氣流的臨界溫度左右。本發(fā)明的另一方面包括一種系統(tǒng)，用于周期性冷卻，存儲和加熱大氣氣體。該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，其配置來壓縮大氣氣流到高于預(yù)定壓力的壓力，來至少形成超臨界大氣氣流(該預(yù)定壓力在該大氣氣流的臨界壓力左右)；再生器，其配置來接收由該超臨界氣流所形成的第一流，并且形成第一冷卻流；降壓裝置，其配置來降低該第一冷卻流的壓力，并且設(shè)置來至少形成液化的大氣氣流；容器，用于存儲至少一部分的該液化的大氣氣流作為存儲的液化大氣氣體；升壓裝置，其配置來加壓該存儲的液化大氣氣體到高于預(yù)定壓力的壓力(該預(yù)定壓力在該大氣氣體的臨界壓力左右)；和不可燃外部致冷源，其配置來將低于預(yù)定溫度的致冷提供給該系統(tǒng)的至少一部分，該預(yù)定溫度在該液化的大氣氣流的臨界溫度左右ο本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括在用于冷卻和存儲大氣氣體的系統(tǒng)和相關(guān)的系統(tǒng)的加熱和冷卻運(yùn)行中，更大的控制和更大的效率。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)包括允許一種使用再生器的可維持的周期性循環(huán)，其中由于熱交換所產(chǎn)生的能量損失被明顯降低。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是由于在所述過程中使用不可燃材料而帶來的安全性。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是提高的通用性，這歸因于消除了必須將液化天然氣的氣化單元整合到所述系統(tǒng)這樣的限制。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的更詳細(xì)說明的優(yōu)選實(shí)施方案，并且結(jié)合附圖而變得顯而易見，該附圖作為例舉，說明了本發(fā)明的原理。


圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。圖3表示了根據(jù)本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。圖4表示了根據(jù)本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。圖5表示了根據(jù)本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。圖6表示了根據(jù)本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。
具體實(shí)施例方式提供了一種方法和系統(tǒng)，用于在加工循環(huán)的第一運(yùn)行周期過程中冷卻和存儲大氣氣體，并且在第二運(yùn)行周期過程中加熱該大氣氣體。該系統(tǒng)和方法包括用于冷卻和加熱該大氣氣體的再生器。該方法和系統(tǒng)的實(shí)施方案能夠由于存儲和隨后使用液體大氣氣體而提高效率，為其他運(yùn)行或者系統(tǒng)提供加熱或者冷卻，調(diào)整該系統(tǒng)和相關(guān)系統(tǒng)的加熱和冷卻運(yùn)行，和/或使得所述方法能夠維持，而不引入大的低效率。作為此處使用的，術(shù)語“大氣氣體”指的是這樣的氣體，其主要包含氮?dú)?，氬氣，氧氣或者其組合。在一種實(shí)施方案中，該大氣氣體是氮?dú)猓瑲鍤夂脱鯕獾幕旌衔?。在一種實(shí)施方案中，氧氣含量可以高于大約20. 95體積％。在一種實(shí)施方案中，氬氣含量可以高于大約 0.93體積％。作為此處使用的，術(shù)語“再生器”指的是一種固定體，具有流動特征和熱容量， 并且是作為一種周期性傳熱裝置來運(yùn)行的，其在第一運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)提供冷卻，在第二運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)提供加熱。作為此處使用的，術(shù)語“不可燃”指的是在空氣存在下不燃燒的材料。通常，流體在第一運(yùn)行周期過程中(例如，當(dāng)電價(jià)通常較低時(shí)的非高峰需電周期) 和在第一運(yùn)行模式過程中在第一方向上流過再生器的流動部件(例如流道)。在該第一運(yùn)行模式中，再生器吸收了來自導(dǎo)入到該再生器中的至少一部分的流體的熱量。通過再生器吸熱而將所述流體冷卻到低于預(yù)定溫度，來形成從再生器導(dǎo)出的流體。在第二運(yùn)行周期 (例如，當(dāng)電價(jià)通常較高時(shí)，在高峰需電周期中)過程中，相同的再生器可以以第二運(yùn)行模式來運(yùn)行。在該第二運(yùn)行模式中，加壓的液化大氣氣流被引導(dǎo)通過再生器(其為該加壓的大氣氣流提供了熱)。該第一運(yùn)行周期和第二運(yùn)行周期可以重復(fù)循環(huán)多次，并且該循環(huán)可以重復(fù)進(jìn)行。該第一運(yùn)行周期可以處于低能量需求周期中，該第二運(yùn)行周期可以處于高能量需求周期中。當(dāng)再生器在是第一運(yùn)行周期和第二運(yùn)行周期過程中經(jīng)歷運(yùn)行循環(huán)時(shí)，該再生器的傳熱或者吸熱能力是根據(jù)溫度曲線來提供的。即，該再生器在第一運(yùn)行周期和第二運(yùn)行周期過程中具有預(yù)定的傳熱能力。在預(yù)定數(shù)目的循環(huán)之后，本發(fā)明再生器的溫度曲線必須在該循環(huán)的任何固定的階段保持基本恒定，用于使得所述方法和/或系統(tǒng)長時(shí)間工作。在該溫度曲線在所述循環(huán)的固定階段是基本恒定的情況中，該再生器的溫度在運(yùn)行循環(huán)期間基本上不升高，因此這樣的方法能夠運(yùn)行數(shù)月或者更長時(shí)間。這種維持能力是由如下來提供的在所述方法中提供給至少一種流體的處于低于該大氣氣體的臨界溫度的溫度的外部致冷源。本發(fā)明中的外部致冷源定義為流體外部的致冷源，其與再生器相連。該外部致冷源可以是液氮或者液體空氣流，其來自所述方法外部的來源，與再生器，液體大氣氣體存儲裝置，此處所述的其他系統(tǒng)部件，致冷器例如氣體膨脹器、Sterling致冷器、脈沖管致冷器、磁性致冷、其組合等有關(guān)。一個(gè)再生器可以與一個(gè)或多個(gè)另外的再生器串聯(lián)排列，和/或該再生器可以平行于一個(gè)或多個(gè)另外的再生器來排列。再生器的串聯(lián)排列能夠降低縱向傳熱(縱向傳熱是在流動方向上的傳熱)。在包括多個(gè)再生器的情況中，令人期望的是將不同的再生器配置來用于不同的預(yù)定參數(shù)值(例如壓力范圍，溫度范圍和/或流量范圍)。圖1表示了再生系統(tǒng)101的示意圖，該系統(tǒng)用于本發(fā)明的加熱，冷卻和存儲大氣氣體的再生方法。在該再生方法的一種實(shí)施方案中，將大氣氣流100加壓到高于預(yù)定壓力的壓力，來形成超臨界大氣氣流108。該預(yù)定壓力在大氣氣流100中的大氣氣體的臨界壓力左右。該大氣氣流100被引導(dǎo)通過空氣壓縮機(jī)10。雜質(zhì)(例如水蒸氣，二氧化碳和/或其他雜質(zhì))是通過空氣凈化器20除去的。進(jìn)一步加壓是通過增壓壓縮機(jī)30來實(shí)現(xiàn)的。在一種實(shí)施方案中，該增壓壓縮機(jī)30可以包括級間冷卻器(未示出)和后冷卻器(未示出)。如圖1所示，在一種實(shí)施方案中，將超臨界大氣氣流108分成第一流110和第二流 120。第一流110可以以比第二流120更大的體積流量來提供。將第一流110導(dǎo)向再生器 40。該第一流110在第一運(yùn)行周期過程中和在第一運(yùn)行模式過程中，在第一方向上流過再生器40的流動部件(例如流道)。在該第一運(yùn)行模式中，再生器40接收了來自至少一部分的第一流110的熱量。這種傳熱將第一流110冷卻到低于預(yù)定溫度，來形成第一冷卻流 112。該預(yù)定溫度低于大氣氣流100中的大氣氣體的臨界溫度。在第二運(yùn)行周期過程中，再生器40是以第二運(yùn)行模式運(yùn)行的。在該第二運(yùn)行模式中，將加壓的液化大氣氣流引導(dǎo)通過再生器40 (其提供了熱來產(chǎn)生再生器加熱的大氣氣流196)。將第二流120(包括一部分的超臨界大氣氣流108)在第一運(yùn)行周期過程中導(dǎo)向間接熱交換器50。該間接熱交換器50冷卻了至少一部分的該第二流120，來形成第二冷卻流 122。合并的冷卻流130通過液體空氣或者液氮流150來進(jìn)一步冷卻。在一種實(shí)施方案中， 冷卻是通過液體空氣或者液氮流150提供的。在其他實(shí)施方案中，間接熱交換器50和60 中的之一或者之二可以用任何合適的外部致冷源來替代。間接熱交換器50和60能夠冷卻超臨界大氣氣流108、第一流110、第二流120、第一冷卻流112、合并的冷卻流130或者其組合，來形成外部冷卻流132。作為此處使用的，術(shù)語“外部冷卻”指的是由非再生器40的源來提供的冷卻。例如，圖1表示了合并的冷卻流 130和第二流120是通過外部低溫流150 (其可以為熱交換器50，60 二者提供致冷)來冷卻的。另外或者可選擇的，冷卻可以通過將高壓氣流(未示出)膨脹到低于大氣氣體臨界溫度的溫度來提供。參考圖6，在線冷卻來形成外部冷卻流132可以通過冷卻該超臨界大氣氣流108、第一流110、第一冷卻流112或者其組合來提供。明確的，圖6表示了第一冷卻流 112是通過外部致冷源500冷卻，來形成外部冷卻流130的。在這種實(shí)施方案中，外部致冷源500可以是Merling致冷器，Gifford-McMahon致冷器，脈沖管致冷器，熱聲致冷器，磁致冷器，其組合，或者任何其他合適的致冷源。在第一運(yùn)行周期過程中，將第一冷卻流112和第二冷卻流122定向排列，來形成合并的冷卻流130。該合并的冷卻流130是通過液體空氣或者液氮流150 (其在這里是一種外部致冷源)在第二間接熱交換器60中進(jìn)一步冷卻的。將該第二間接熱交換器60配置到低于第一間接熱交換器50的溫度。液體空氣或者液氮流150可以在預(yù)定壓力(例如高于環(huán)境大氣壓)來提供。通過冷卻，該合并的冷卻流130形成了另外的冷卻流132。該另外的冷卻流132膨脹來形成液化的大氣氣流134，將其低壓存儲在空氣存儲槽80中(例如稍高于環(huán)境大氣壓力)。在一種實(shí)施方案中，冷卻流132是通過膨脹閥70來膨脹的。在一種可選擇的實(shí)施方案中，如圖3所示，冷卻流132可以通過濃稠流體膨脹器370來膨脹。在該可選擇的實(shí)施方案中，液體空氣或者液氮流150(這種方法中的外部致冷源)可以在間接熱交換器60中加熱，然后在間接熱交換器50中加熱。在第二運(yùn)行周期(通過圖1的虛線/點(diǎn)線部分來表示)過程中，液體大氣氣流190 從空氣存儲槽80中導(dǎo)出，并且通過增壓機(jī)構(gòu)90(例如泵)加壓，來形成加壓的液體大氣氣流194。將該加壓的液體大氣氣流194導(dǎo)向再生器40，并且加熱到環(huán)境溫度左右或者稍高于環(huán)境溫度。在一種實(shí)施方案中，液體空氣的壓力比導(dǎo)入再生器40的大氣氣體的第一流110 低(例如低了大約5-50 psi)。其他合適的冷卻源可以另外的或者可選擇的使用。例如，外部源可以提供另外的流體(其低于大氣氣體的臨界溫度)，并且與第一冷卻流112，第二冷卻流122，液體空氣或者液氮流150，合并的冷卻流130，另外的冷卻流132，該液化的大氣氣流134，液體大氣氣流 190，和/或加壓的液體大氣氣流194混合。在一種實(shí)施方案中，由一個(gè)或多個(gè)再生器來提供另外的或者可選擇的冷卻。該外部致冷允許冷卻到低于大氣氣體的臨界溫度，由此延長該再生系統(tǒng)的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間。例如，包括該外部致冷能夠?qū)⑦\(yùn)行維持能力延長數(shù)月或者數(shù)年的持續(xù)時(shí)間。引入液氮，液體空氣，和/或加入低溫致冷器到所述方法中能夠提供這樣的外部致冷。該再生系統(tǒng)中的冷卻是使用不可燃材料來進(jìn)行的。例如，致冷系統(tǒng)的冷卻中所用的流體是不可燃的。作為此處使用的，術(shù)語“不可燃流體”可以包括空氣，氬氣，氮?dú)猓鯕?，氦氣，氙氣及其組合。圖2表示了根據(jù)本發(fā)明另外一種實(shí)施方案的再生系統(tǒng)101的示意圖。如圖1所示的實(shí)施方案中，將超臨界大氣氣流108分成第一流110和第二流120。在這種實(shí)施方案中， 超臨界大氣氣流202 ( 一部分的第二流120，其被冷卻到例如大約-50 T -大約-180 T的預(yù)定溫度)從間接熱交換器50中導(dǎo)向膨脹器210。廢流203(其可以是兩相流)從間接熱交換器50導(dǎo)向相分離器230。相分離器230將蒸氣流204導(dǎo)向間接熱交換器50。間接熱交換器50傳熱到蒸氣流204來形成加熱的大氣氣流205。該加熱的大氣氣流205處于升高的溫度(例如大約環(huán)境溫度)和預(yù)定壓力(例如高于大約90 psia)。該加熱的大氣氣流205 可以再循環(huán)到增壓壓縮機(jī)30的入口或者用于其他目的，例如供給到低溫空氣分離單元。除了第一流110和第二流120之外，超臨界大氣氣流108可以分成第三流206，其可以小于第一流110和第二流120。第三流206被導(dǎo)向第二膨脹器220。該第二膨脹器220 可以配置到比膨脹器210更高的溫度，并且可以基本上平衡間接熱交換器50中的多個(gè)溫度的供熱與吸熱。第二膨脹器220膨脹了第三流206來形成膨脹器廢流208。該膨脹器廢流 208導(dǎo)向間接熱交換器50，來在蒸氣流204在間接熱交換器50中被部分加熱之后與蒸氣流 204合并，由此通過在熱交換器50中進(jìn)一步加熱來形成加熱的大氣氣流205。該加熱的大氣氣流205處于大約環(huán)境溫度。該加熱的大氣氣流205再循環(huán)到增壓壓縮機(jī)30的入口。在圖2所示的實(shí)施方案中，第一冷卻流112是通過濃稠流體膨脹器270來膨脹的，第二冷卻流122是通過節(jié)流閥240來膨脹的。這里，第一膨脹器210的廢流(例如流203) 和第一膨脹器210的廢流(例如流208)為所述系統(tǒng)提供了外部致冷。在它們中，通過第一膨脹器的廢流(例如流20 所提供的致冷的較冷部分低于冷卻的大氣氣流(流110和 120)的臨界溫度。將從間接熱交換器50導(dǎo)出的第一冷卻流112、第二冷卻流122和廢流 203進(jìn)行合并，并且導(dǎo)向相分離器230來形成液體流232和蒸氣流204。液體流232從相分離器230中導(dǎo)出，通過節(jié)流閥260進(jìn)一步膨脹，并且導(dǎo)向第二相分離器250。第二相分離器 250的運(yùn)行壓力低于第一相分離器230。第二相分離器250形成了富含氮?dú)獾恼魵饬?34， 其導(dǎo)向間接熱交換器50。在該間接熱交換器50中，富含氮?dú)獾恼魵饬?34接收了來自第二流120的熱，并且形成了第二富含氮?dú)獾恼魵饬?36。將該第二富含氮?dú)獾恼魵饬?36排出或者導(dǎo)向另外的方法。來自第二相分離器250的液體形成了液化的大氣氣流134，并且導(dǎo)向液體空氣大氣氣體存儲槽80。圖3表示了根據(jù)本發(fā)明另外一種實(shí)施方案的再生系統(tǒng)101的示意圖。在這種實(shí)施方案中，將再生器加熱的大氣氣流196(包括大氣氣體)從再生器40導(dǎo)向熱交換器310，來形成加熱的流396。熱交換器310將熱從燃?xì)鉁u輪(未示出)的廢流302傳導(dǎo)給再生器加熱的大氣氣流196。該燃?xì)鉁u輪可以用于在第二運(yùn)行周期(高峰運(yùn)行)過程中產(chǎn)生電。將加熱的流396導(dǎo)向膨脹器320來形成膨脹流398和來產(chǎn)生功率。在一種實(shí)施方案中，系統(tǒng) 101的運(yùn)行包括引導(dǎo)具有大約表1所列組成的流體。表 1 組成(moW)
N2 Ar O2 CO, fht) 1 Wi ipsia) llbmol'li)i'll KM) no 120 132 134 150 154 194 1% 3% :m 302 304JSI2 JMIW ,2(W5 0 0 14._ 90 6500 ,7812 .00 ,2095 0 0 U9 100 fi402.5 .7812 .0093 .2095 0 D 84') iflO 97.5 .7812 .1X 3 ,2C 5 0 0 S45 -311,5 64015 .7812 .0093 .2095 0 U 844 -317,5 6500 .7812 ,0(i()3 .2W5 0 0 15 -317.5 6500 1 0 0 I) 0 15.5 -319,6 228 1 Cl 0 0 0 15 -29.0 6500 ,7812 ,2C 5 0 ) M5 -312,21) C>500 ,7812 Mm .2095 0 845 -312.29 650U .7812 Mim .2095 0 1) H4I) 88.15 ftSOfl J 12 Λ_3 ,2095 I) I) 14.7 97,44 651MI .74756 ,WWW ,11435 .04306 .08612 15 SKW 6689.3 .74756 .0089(1 .11435 .(M306 .08612 14.7 163- 6MW.3
在這種實(shí)施方案中，空氣壓縮機(jī)10和增壓壓縮機(jī)30的功率可以是大約11903 kff,膨脹器320的功率可以是大約-10006 kff,濃稠流體膨脹器370的功率可以是大約_88 kW。在這種實(shí)施方案中，流動條件，功輸入和/或功輸出對于第一運(yùn)行周期(非高峰運(yùn)行)和第二運(yùn)行周期(高峰運(yùn)行)來說基于相同的流動持續(xù)時(shí)間。在其他實(shí)施方案中，該第一運(yùn)行周期的持續(xù)時(shí)間和該第二運(yùn)行周期的持續(xù)時(shí)間不同。例如，該第一運(yùn)行周期(非高峰運(yùn)行)可以是10小時(shí)，而第二運(yùn)行周期(高峰運(yùn)行)可以是6小時(shí)。在這種實(shí)施方案中，在第一運(yùn)行周期過程中流體100，110，120，112和132的流量，或者在第二運(yùn)行周期過程中流體150， 154，194，196，396，398，302和304的流量以及膨脹器320和/或濃稠流體膨脹器370的功率量是可以進(jìn)行調(diào)整的。例如，該調(diào)整可以包括將流體100，110，120，112和132的流量降低0. 6的乘積倍數(shù)，和將空氣壓縮機(jī)10的功率量降低相同的乘積倍數(shù)。在這種實(shí)施方案中， 流150中的液氮的流量可以是再生器加熱的大氣氣流196流量的大約3. 5%。在一種實(shí)施方案中，將從膨脹器320導(dǎo)出的膨脹流398導(dǎo)向空氣分離系統(tǒng)(未示出)。在另外一種實(shí)施方案中，將該膨脹流398作為冷卻源導(dǎo)向數(shù)據(jù)中心610。例如，數(shù)據(jù)中心中的計(jì)算機(jī)可以由預(yù)定溫度和/或預(yù)定相對低的濕度的空氣維持。在一種實(shí)施方案中， 與圖3所述的運(yùn)行條件相結(jié)合，膨脹流398處于預(yù)定溫度范圍內(nèi)。膨脹流398可以與空氣混合來形成具有期望溫度和/或期望濕度的流體。膨脹流398在數(shù)據(jù)中心610中的這種用途能夠降低或者消除需電高峰小時(shí)過程中的致冷需求。圖4表示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的再生系統(tǒng)101的示意圖。在這種實(shí)施方案中，再生器加熱的大氣氣流196從再生器40導(dǎo)向低溫空氣分離設(shè)備(未示出)的熱交換器 50。該熱交換器50是一種“泵送式LOX熱交換器”，其可以用于加熱從低溫空氣分離設(shè)備泵送的液氧。該熱交換器50將熱從再生器加熱的大氣氣流196傳導(dǎo)給導(dǎo)入熱交換器50中的液氧流504。通過加熱，該液氧流504形成了氣態(tài)或者超臨界氧氣流506，其被送往一種耗氧方法。通過冷卻，再生器加熱的大氣氣流196形成了冷卻流502，并且用于低溫空氣分離設(shè)備中。圖5表示了根據(jù)本發(fā)明另外一種實(shí)施方案的再生系統(tǒng)101的示意圖。在這種實(shí)施方案中，從再生器40導(dǎo)出的該再生器加熱的大氣氣流196是通過熱交換器710中的燃?xì)鉁u輪的廢氣流712來加熱的。廢氣流712形成了冷卻流714，其可以排出或者用于另外一種方法中。該再生器加熱的大氣氣流196形成了加熱的流702，其被導(dǎo)向膨脹器720來形成膨脹的流704，該膨脹流形成了至少一部分的供料流705。該供料流705可以在注入水流706之后來進(jìn)一步冷卻燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)730中的大氣氣體(例如，通過蒸發(fā)性冷卻)之后，導(dǎo)向燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)730，由此形成壓縮的空氣狀流708，其被送往燃?xì)鉁u輪(未示出)的燃燒器 (未示出)。在一種實(shí)施方案中，該供料流705被導(dǎo)向空氣分離系統(tǒng)(未示出)。雖然已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以進(jìn)行不同的變化，并且等價(jià)物可以替代其元件，而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)而進(jìn)行許多的改變來適應(yīng)具體的情形或者材料，而不脫離其的基本范圍。所以， 其目的是不將本發(fā)明限制到作為進(jìn)行本發(fā)明的最佳實(shí)施方式而公開的具體實(shí)施方案中，相反，本發(fā)明將包括落入附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種用于周期性冷卻、存儲和加熱大氣氣體的再生方法，該方法包括壓縮大氣氣流到高于預(yù)定壓力的壓力，來至少形成超臨界大氣氣流，該預(yù)定的壓力在該大氣氣流的臨界壓力左右；由該超臨界大氣氣流來至少形成第一流； 將該第一流導(dǎo)向用于冷卻的再生器，來至少形成第一冷卻流； 將該第一冷卻流從該再生器導(dǎo)出； 膨脹該第一冷卻流來至少形成液化的大氣氣流； 存儲至少一部分的該液化的大氣氣流，作為存儲的液化大氣氣體； 加壓至少一部分的該存儲的液化大氣氣體到高于第二預(yù)定壓力的壓力，來形成加壓的液化大氣氣流，該第二預(yù)定壓力在該液化的大氣氣體的臨界壓力左右；和在再生器中加熱至少一部分的該加壓的液化大氣氣流；其中從外部不可燃源將低于預(yù)定溫度的致冷直接或者間接的提供給該大氣氣流、該超臨界大氣氣流、該第一流、該第一冷卻流、該液化的大氣氣流和該加壓的液化大氣氣流中的一種或多種，所述的預(yù)定溫度在該液化的大氣氣流的臨界溫度左右。
2.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將該超臨界大氣氣流至少分成第一流和第二流；將該第二流導(dǎo)向間接熱交換器，并且冷卻至少一部分的該第二流來至少形成第二冷卻流；將該第一冷卻流和該第二冷卻流合并。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該分流發(fā)生在第一運(yùn)行周期過程中，該第一運(yùn)行周期處于非高峰運(yùn)行過程中。
4.權(quán)利要求3的方法，其中在再生器中加熱該部分的加壓的液化大氣氣流發(fā)生在第二運(yùn)行周期過程中，該第二運(yùn)行周期處于高峰運(yùn)行過程中。
5.權(quán)利要求4的方法，其中該分流發(fā)生在第一運(yùn)行周期和第二運(yùn)行周期過程中。
6.權(quán)利要求4的方法，其中該第二運(yùn)行周期的持續(xù)時(shí)間低于該第一運(yùn)行周期。
7.權(quán)利要求2的方法，其進(jìn)一步包括將至少一部分的該第二超臨界大氣氣流從間接熱交換器導(dǎo)入膨脹器中。
8.權(quán)利要求2的方法，其進(jìn)一步包括 將廢流從該間接熱交換器導(dǎo)向相分離器中； 將蒸氣流從該相分離器導(dǎo)向間接熱交換器； 加熱該蒸氣流來形成加熱的大氣氣流；和將該加熱的大氣氣流再循環(huán)到增壓壓縮機(jī)中，該增壓壓縮機(jī)被配置和處置來壓縮該大氣氣流。
9.權(quán)利要求1的方法，其中至少一部分的該致冷是通過液體空氣或者液氮流來提供的。
10.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將該超臨界大氣氣體分成第三流，并且將該第三流導(dǎo)向膨脹器。
11.權(quán)利要求1的方法，其中該第一冷卻流是通過濃稠流體膨脹器來膨脹的。
12.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將該加熱的部分加壓液化大氣氣流導(dǎo)向熱交換器，該熱交換器被配置來傳遞來自燃?xì)鉁u輪廢流的熱。
13.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將再生器加熱的大氣氣流導(dǎo)向膨脹器，來形成膨脹流，和將該膨脹流導(dǎo)向空氣分離系統(tǒng)，該再生器加熱的大氣氣流是通過該再生器加熱的加壓大氣氣流。
14.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將再生器加熱的大氣氣流導(dǎo)向膨脹器，來至少形成膨脹流，和將該膨脹流導(dǎo)向數(shù)據(jù)中心用于冷卻，該再生器加熱的大氣氣流是通過再生器加熱的加壓大氣氣流。
15.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將該再生器加熱的大氣氣流導(dǎo)向低溫空氣分離設(shè)備的熱交換器，該再生器加熱的大氣氣流是通過再生器加熱的加壓大氣氣流。
16.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括通過燃?xì)鉁u輪的廢流來加熱再生器加熱的大氣氣流，該再生器加熱的大氣氣流是通過再生器加熱的加壓大氣氣流。
17.權(quán)利要求1的方法，其中至少一部分的該再生器加熱的加壓液化大氣氣流是由該存儲部分的該液化大氣氣流形成的。
18.權(quán)利要求1的方法，其中至少一部分的該再生器加熱的加壓液化大氣氣流是由這樣的來源形成的，該來源不同于所述的存儲部分的液化大氣氣流。
19.一種可運(yùn)行的系統(tǒng)，其被配置來進(jìn)行權(quán)利要求1的方法。
20.一種用于周期性冷卻、存儲和加熱大氣氣體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，其被配置來壓縮大氣氣流到高于預(yù)定壓力的壓力，來至少形成超臨界大氣氣流，該預(yù)定壓力在該大氣氣流的臨界壓力左右；再生器，其被配置來接收由該超臨界氣流所形成的第一流，并且形成第一冷卻流；降壓裝置，其被配置來降低該第一冷卻流的壓力，并且被處置來至少形成液化的大氣氣流；容器，用于存儲至少一部分的該液化的大氣氣流，作為存儲的液化大氣氣體；升壓裝置，其被配置來加壓該存儲的液化大氣氣體到高于預(yù)定壓力的壓力，該預(yù)定壓力在該大氣氣體的臨界壓力左右；和不可燃外部致冷源，其被配置來將低于預(yù)定溫度的致冷提供給該系統(tǒng)的至少一部分， 該預(yù)定溫度在該液化的大氣氣流的臨界溫度左右。
全文摘要
公開了一種方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括壓縮大氣氣流來形成超臨界大氣氣流，由該超臨界大氣氣流來至少形成第一流，將該第一流導(dǎo)向用于冷卻的再生器，來形成第一冷卻流，將該第一冷卻流從該再生器導(dǎo)出，膨脹該第一冷卻流來形成液化的大氣氣流，存儲至少一部分的該液化的大氣氣流，加壓至少一部分的該存儲部分的液化大氣氣流，和在該再生器中加熱至少一部分的該加壓的液化大氣氣流。在該方法和系統(tǒng)中，從不可燃源將低于該大氣氣體臨界溫度的致冷直接或者間接的提供給至少一部分的該系統(tǒng)。
文檔編號F02C6/18GK102330603SQ20111016401
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者D.M.赫龍, J.F.西魯西, P.J.佩斯科, P.希格根博塔姆, R.M.皮爾斯泰恩, R.維羅, 徐建國 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司