配置双路气体回收系统的混合电能输出装置的制作方法

配置双路气体回收系统的混合电能输出装置
1.技术领域：一种配置双路气体回收系统的混合电能输出装置，涉及压缩气体动力发电、蓄电池电源和制冷技术领域。
2.

背景技术：
一般的气体动力装置依靠外接电源驱动空气压缩机为储气罐进行充气蓄能，一次充气不能做长时间的连续动力输出。
3.

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种配置双路气体回收系统的混合电能输出装置，要解决的问题是：将气体动力工质封闭循环使用，为封闭循环的压缩气体动力装置配置双路气体回收系统，为气马达做功后建立顺畅的排气环境，延长气马达的动力输出时间。引入制冷技术，提高气体的回收和蓄能效率。将压缩气体动力电能输出装置与蓄电池电能输出装置组成混合电能输出装置，在混合电能输出中，以压缩气体动力电能输出为主，以蓄电池电能输出为辅，从而降低蓄电池的配置容量和配置等级。它由压缩气体动力电能输出部分、蓄电池电能输出部分、气体回收蓄能系统、混合电能输出部分和辅助电源部分所组成：
4.蓄能罐1的排气端经充气阀2与动力罐3的进气端通过管路相连，动力罐3的排气端经调速阀4与气马达5的进气端通过管路相连，气马达5的排气端为开放式，安装在缓冲室6中，充气开关16的气控端安装在动力罐3上，其电输入端与电源调节电路26电连接，其电输出端与充气阀2电连接，发电机25与气马达5同轴安装，发电机25的电输出端，一路通过电源调节电路26与蓄电池27电连接，另一路与电输出转换开关28中控制压缩气体动力电能输出部分的执行开关的电输入端电连接，电输出转换开关28中控制压缩气体动力电能输出部分的执行开关的电输出端与负载29电连接，构成压缩气体动力电能输出部分；
5.电输出转换开关28中控制蓄电池电能输出部分的执行开关，其电输入端与蓄电池27电连接，其电输出端与负载29电连接，组成蓄电池电能输出部分；
6.缓冲室6的排气端与冷却室7的进气端通过管路连通，冷却室7 的排气端分别与主回气阀8、辅助回气阀18的进气端通过管路相连，主回气阀8与主回气室9的进气端通过管路相连，主回气压缩机10 的进气端为开放式，安装在主回气室9中，主回气电机11与主回气压缩机10同轴安装，回气蓄能器23中开关的气控端安装在主回气室9 上，其电输入端与电源调节电路26电连接，其电输出端与主回气电机 11电连接，组成主气体回收部分，辅助回气阀18与辅助回气室19的进气端通过管路相连，辅助回气压缩机20的进气端为开放式，安装在辅助回气室19中，辅助回气电机21与辅助回气压缩机20同轴安装，回气开关24的气控端安装在辅助回气室19上，其电输入端与电源调节电路26电连接，其电输出端与辅助回气电机21电连接，组成辅助气体回收部分，主回气压缩机10和辅助回气压缩机20的排气端通过管路和单向阀与蓄能罐1的进气端相连，冷凝器13的管路绕装在动力罐3上，蒸发器15安装在冷却室7中，制冷压缩机12的输出端与冷凝器13相连，冷凝器13通过节流器14与蒸发器15相连，蒸发器15 与制冷压缩机12的输入端相连，制冷电机22与制冷压缩机12同轴安装，制冷电机22与电输出转换开关28中控制压缩气体动力电能输出部分的执行开关的电输出端电连接，回气转换开关17的气控端安装在主回气室9上，回气转换开关17内设置两组执行开关，两执行开关的电输入端与电源调节电路26电连接，两执行开关的电输出端，控制主气体回收部分的与主回气阀8电连接，控制辅助气体回收部分的与辅助回气阀18电连接，组成气
体回收蓄能系统；
7.从蓄能罐1的排气端开始，经充气阀2、动力罐3、调速阀4、气马达5、缓冲室6、冷却室7，在冷却室7的排气端分成两路，一路经主回气阀8、主回气室9、主回气压缩机10，另一路经辅助回气阀18、辅助回气室19、辅助回气压缩机20，主回气压缩机10和辅助回气压缩机20的排气端在蓄能罐1的进气端会合，各构件通过管路相连，构成气体工质充气，做功，回收，蓄能的封闭循环回路；
8.电输出转换开关28内设两组执行开关，其气控端安装在缓冲室6 上，两执行开关的电输入端，控制压缩气体动力电能输出部分的与发电机25的电输出端电连接，控制蓄电池电能输出部分的与蓄电池27 电连接，两执行开关的电输出端与负载29电连接，组成混合电能输出部分；
9.电源调节电路26的一端与蓄电池27电连接，电源调节电路26 的另两端，一端与发电机25电连接，另一端与充气开关16、回气转换开关17中两执行开关、回气蓄能器23中开关、回气开关24的电输 入端电连接，充气开关16的电输出端与充气阀2电连接，回气转换开 关17中两执行开关的电输出端，控制主气体回收部分的与主回气阀8 电连接，控制辅助气体回收部分的与辅助回气阀18电连接，回气蓄能 器23中开关的电输出端与主回气电机11电连接，回气开关24的电输 出端与辅助回气电机21电连接，组成辅助电源部分。
10.本配置双路气体回收系统的混合电能输出装置，气体工质封闭循环，一次充气长时间使用，主气体回收部分和辅助气体回收部分交替运转，延长了封闭循环的压缩气体动力输出装置的动力输出时间。将延长了动力输出时间的压缩气体动力电能输出装置与蓄电池电能输出装置进行技术组合，形成了以压缩气体动力电能输出为主，以蓄电池电能输出为辅的连续运转的混合电能输出装置。本混合电能输出装置具有无排放，低噪声的特点，适用于配置以电能驱动的负载使用。
附图说明：
11.图1：配置双路气体回收系统的混合电能输出装置原理图。
12.图中：1、蓄能罐，2、充气阀，3、动力罐，4、调速阀，5、气马 达，6、缓冲室，7、冷却室，8、主回气阀，9、主回气室，10、主回 气压缩机，11、主回气电机，12、制冷压缩机，13、冷凝器，14、节 流器，15、蒸发器，16、充气开关，17、回气转换开关，18、辅助回 气阀，19、辅助回气室，20、辅助回气压缩机，21、辅助回气电机， 22、制冷电机，23、回气蓄能器，24、回气开关，25、发电机，26、 电源调节电路，27、蓄电池，28、电输出转换开关，29、负载。
具体实施方式：
13.结合图1说明压缩气体动力电能输出部分的结构和实施方式：
14.蓄能罐1的排气端经充气阀2与动力罐3的进气端通过管路相连， 动力罐3的排气端经调速阀4与气马达5的进气端通过管路相连，气 马达5的排气端为开放式，安装在缓冲室6中，充气开关16的气控端 安装在动力罐3上，其电输入端与电源调节电路26电连接，其电输出 端与充气阀2电连接，发电机25与气马达5同轴安装，发电机25的 电输出端，一路通过电源调节电路26与蓄电池27电连接，另一路与 电输出转换开关28中控制压缩气体动力电能输出部分的执行开关的 电输入端电连接，电输出转换开关28中控制压缩气体动力电
能输出部 分的执行开关的电输出端与负载29电连接，构成压缩气体动力电能输 出部分。
15.整机装机后，由外接气源对蓄能罐1充入整机运转所需全部气体。
16.蓄能罐1中的气体存量和压力大于动力罐3的气体存量和压力。 充气开关16为降压导通气控开关，其导通范围，上限设置在动力罐3 的额定气压值上，下限设置在动力罐3中气压下降至即将影响气马达 5正常运转的气压值上。动力罐3的气压随着气马达5运转不断下降， 当动力罐3气压下降至下限值时，充气开关16导通，充气阀2通电打 开，连通蓄能罐1与动力罐3，靠蓄能罐1与动力罐3之间的压差， 蓄能罐1中气体充入动力罐3中，动力罐3的气体充至额定气压时， 充气开关16关闭，充气阀2断电停止向动力罐3充气。蓄能罐1由充 气开关16控制随时为动力罐3补充压缩气体，推动气马达5运转，驱 动发电机25输出电能。电输出转换开关28中控制压缩气体动力电能 输出部分的执行开关的导通范围，上限设置在缓冲室6中气压上升至 即将影响气马达5正常运转的气压值上，下限设置在缓冲室6中气压 与机外环境气压相等的气压值上，电输出转换开关28中控制压缩气体 动力电能输出部分的执行开关导通后，接通发电机25与负载29的连 接，由发电机25输出的电能驱动负载29运行。
17.结合图1说明蓄电池电能输出部分的结构和实施方式：
18.电输出转换开关28中控制蓄电池电能输出部分的执行开关，其电 输入端与蓄电池27电连接，其电输出端与负载29电连接，组成蓄电 池电能输出部分。电输出转换开关28中控制蓄电池电能输出部分的执 行开关在压缩气体动力电能输出部分的缓冲室6中气压上升至即将影 响气马达5正常运转的气压值时导通，接通蓄电池27与负载29的连 接，由蓄电池27输出的电能驱动负载29运行。
19.结合图1说明气体回收蓄能系统的结构和实施方式：
20.缓冲室6的排气端与冷却室7的进气端通过管路连通，冷却室7 的排气端分别与主回气阀8、辅助回气阀18的进气端通过管路相连， 主回气阀8与主回气室9的进气端通过管路相连，主回气压缩机10 的进气端为开放式，安装在主回气室9中，主回气电机11与主回气压 缩机10同轴安装，回气蓄能器23中开关的气控端安装在主回气室9 上，其电输入端与电源调节电路26电连接，其电输出端与主回气电机11电连接，组成主气体回收部分，辅助回气阀18与辅助回气室19的进气端通过管路相连，辅助回气压缩机20的进气端为开放式，安装在辅助回气室19中，辅助回气电机21与辅助回气压缩机20同轴安装，回气开关24的气控端安装在辅助回气室19上，其电输入端与电源调节电路26电连接，其电输出端与辅助回气电机21电连接，组成辅助气体回收部分，主回气压缩机10和辅助回气压缩机20的排气端通过管路和单向阀与蓄能罐1的进气端相连，冷凝器13的管路绕装在动力罐3上，蒸发器15安装在冷却室7中，制冷压缩机12的输出端与冷凝器13相连，冷凝器13通过节流器14与蒸发器15相连，蒸发器15 与制冷压缩机12的输入端相连，制冷电机22与制冷压缩机12同轴安装，制冷电机22与电输出转换开关28中控制压缩气体动力电能输出部分的执行开关的电输出端电连接，回气转换开关17的气控端安装在主回气室9上，回气转换开关17内设置两组执行开关，两执行开关的电输入端与电源调节电路26电连接，两执行开关的电输出端，控制主气体回收部分的与主回气阀8电连接，控制辅助气体回收部分的与辅助回气阀18电连接，组成气体回收蓄能系统。
21.为使发电机25有足够的电能输出，主回气电机11和辅助回气电机21的配置功率要
远小于发电机25的输出功率，因此，气马达5运转后，气体的回收速度会滞后于气马达5的排气速度，缓冲室6中的气压会不断上升，当缓冲室6中的气压上升到一定值时，会影响气马达5有效做功，甚至停机。为了提高气马达5做功后排出气体的回收速度，延长气马达5的有效运转时间，设置了主气体回收部分和辅助气体回收部分。气体回收以主气体回收部分为主，以辅助气体回收部分为辅，主气体回收部分和辅助气体回收部分的交替运转由回气转换开关17控制，回气转换开关17受控于主回气室9中气压变化，回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关导通范围，上限设置在主回气室9中气压上升至即将影响气马达5正常运转的气压值上，下限设置在主回气室9中气压与机外环境大气压相等的气压值上。在这个气压范围内，整机无论处于运转或停机状态，回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关都处于导通状态。
22.回气转换开关17中控制辅助气体回收部分的执行开关在主回气室9中气压达到上限值时导通。
23.回气蓄能器23由蓄电池和开关组成。在压缩气体动力电能输出部分运转时，发电机25通过电源调节电路26为各电路、电器供电的同时，对回气蓄能器23中的蓄电池进行充电。压缩气体动力电能输出部分停机后，由于主回气室9中残留气体的压力，回气蓄能器23中开关继续导通，接通回气蓄能器23中蓄电池与主回气电机11的连接，由回气蓄能器23中蓄电池对主回气电机11供电，主回气电机11驱动主回气压缩机10，继续回收主回气室9中残留气体，直至主回气室9中的气压恢复至下限值，回气蓄能器23中开关关闭，主回气电机11断电停机，主气体回收部分进入待机状态，回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关处于导通状态，压缩气体动力电能输出部分再行启动，主气体回收部分首先运转。
24.压缩气体动力电能输出部分启动后，回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关为主回气阀8供电，主回气阀8打开，缓冲室 6、冷却室7与主回气室9之间的气路开通，气马达5做功后排入缓冲室6中的气体经冷却室7、主回气阀8进入主回气室9中，主回气室9 中气压上升，回气蓄能器23中开关导通，主回气电机11通电运转，驱动主回气压缩机10，将进入主回气室9中的气体抽出，压入蓄能罐 1中。
25.当主回气室9中气压上升到设置的上限值时，回气转换开关17 中控制辅助气体回收部分的执行开关导通，辅助回气阀18通电打开，主回气阀8断电关闭，缓冲室6、冷却室7与辅助回气室19之间的气路开通，气马达5做功后排入缓冲室6的气体经冷却室7、辅助回气阀18进入辅助回气室19中，辅助回气室19中气压上升，回气开关 24导通，辅助回气电机21通电运转，驱动辅助回气压缩机20，将辅助回气室19中的气体抽出，压入蓄能罐1中。
26.辅助气体回收部分运转时，在主回气室9中残留气体压力的作用下，主气体回收部分继续运转，回收主回气室9中残留气体，当主回气室9中气压恢复至下限值时，回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关导通，主回气阀8通电打开，缓冲室6中气体经冷却室 7、主回气阀8进入主回气室9，主气体回收部分接替辅助气体回收部分回收气马达5排入缓冲室6中气体。
27.主气体回收部分与辅助气体回收部分如此交替运转，完成气马达 5做功后排出气体的回收，从而延长气马达5的运转时间。
28.主气体回收部分和辅助气体回收部分回收气体的全过程，就是对蓄能罐1蓄能的全过程。
29.为提高气马达5排出气体的回收效率，在气体回收系统中引入制 冷技术。制冷系统运转后，由蒸发器15对进入冷却室7中的气体进行 冷却浓缩，提升主回气压缩机10和辅助回气压缩机20对同量级气体 的回收效率。冷凝器13绕装在动力罐3的外部，冷凝器13中的热被 动力罐3中经冷却过的压缩气体吸收，可提高冷凝器13的散热效率， 从而提升制冷系统的功效。同时，动力罐3中的压缩气体吸热膨胀， 加大动力罐3中压缩气体的输出压力。
30.由于制冷电机22连接在电输出转换开关28中控制压缩气体动力 电能输出部分的执行开关的电输出端，制冷系统只能在压缩气体动力 电能输出部分运转时才能通电运行。
31.结合图1说明气体工质充气，做功，回收，蓄能的封闭循环回路 的结构和实施方式：
32.从蓄能罐1的排气端开始，经充气阀2、动力罐3、调速阀4、气 马达5、缓冲室6、冷却室7，在冷却室7的排气端分成两路，一路经 主回气阀8、主回气室9、主回气压缩机10，另一路经辅助回气阀18、 辅助回气室19、辅助回气压缩机20，主回气压缩机10和辅助回气压 缩机20的排气端在蓄能罐1的进气端会合，各构件通过管路相连，构 成气体工质充气，做功，回收，蓄能的封闭循环回路。气体工质封闭 循环，一次充气可长时间使用。主回气压缩机10安装在主回气室9 中，辅助回气压缩机20安装在辅助回气室19中，气马达5安装在缓 冲室6中，将运转机件设置在气体的封闭循环回路中，与外部环境隔 绝起来，主回气压缩机10、辅助回气压缩机20的进气端和气马达5 的排气端设置为开放式，可简化进、排气部位的配置，又因对外部环 境无泄漏，相应降低相关部位的密封等级，还可降低机械噪声。
33.结合图1说明混合电能输出部分的结构和实施方式：
34.电输出转换开关28内设两组执行开关，其气控端安装在缓冲室6 上，两执行开关的电输入端，控制压缩气体动力电能输出部分的与发 电机25的电输出端电连接，控制蓄电池电能输出部分的与蓄电池27 电连接，两执行开关的电输出端与负载29电连接，组成混合电能输出 部分。
35.由于配置了双气体回收系统，相对延长了压缩气体动力电能输出 部分的气马达5的动力输出时间，增加了压缩气体动力电能输出部分 的电能输出占比，在混合电能输出装置中形成了以压缩气体动力电能 输出为主，以蓄电池电能输出为辅的电能输出结构。压缩气体动力电 能与蓄电池电能交替输出，由电输出转换开关28根据缓冲室6中气压 变化进行控制。具体控制方式如下：
36.电输出转换开关28中两执行开关的导通范围，控制压缩气体动力 电能输出部分的上限设置在缓冲室6中气压上升至即将影响气马达5 正常运转的气压值上，下限设置在缓冲室6中气压与机外环境气压相 等的气压值上。控制蓄电池电能输出部分的设置在缓冲室6中气压上 升至即将影响气马达5正常运转的气压值上。动力罐3输出的压缩气 体推动气马达5旋转做功，当缓冲室6中的气压上升到上限值时，电 输出转换开关28中控制压缩气体动力电能输出部分的执行开关关闭， 控制蓄电池电能输出部分的执行开关导通，接通蓄电池27与负载29 的连接，由蓄电池27接替发电机25输出电能，推动负载29运行。在 蓄电池27输出电能时，压缩气体动力电能输出部分的气体回收蓄能系 统继续回收缓冲室6中残留气体，当缓冲室6中气压降至下限值时， 电输出转换开关28中控制蓄电池电能输出部分的执行开关关闭，控制 压缩气体动力电能输出部分的执行开关导通，压缩气体动力电能输出 部分的气马达5驱动发电机25接替蓄电池27输出电能，推动负载29 运行。压缩气体动力电
能输出部分和蓄电池电能输出部分如此交替运 行，持续对负载29输出电能。
37.结合图1说明辅助电源部分的电路结构和原理：
38.电源调节电路26的一端与蓄电池27电连接，电源调节电路26 的另两端，一端与发电机25电连接，另一端与充气开关16、回气转 换开关17中两执行开关、回气蓄能器23中开关、回气开关24的电输 入端电连接，充气开关16的电输出端与充气阀2电连接，回气转换开 关17中两执行开关的电输出端，控制主气体回收部分的与主回气阀8 电连接，控制辅助气体回收部分的与辅助回气阀18电连接，回气蓄能 器23中开关的电输出端与主回气电机11电连接，回气开关24的电输 出端与辅助回气电机21电连接，组成辅助电源部分。
39.电源调节电路26为简单的智能控制电路，其作用是：在本混合电 能输出装置初始启动时，接通蓄电池27与充气开关16、回气转换开关17、回气蓄能器23中开关的连接，由蓄电池27通过充气开关16 为充气阀2供电，通过回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关为主回气阀8供电，通过回气蓄能器23中开关为主回气电机11 供电。在压缩气体动力电能输出部分运转正常，发电机25输出电能后，电源调节电路26接通发电机25与充气开关16、回气转换开关17、回气蓄能器23中开关、回气开关24的连接，由发电机25接替蓄电池 27，通过充气开关16为充气阀2供电，通过回气转换开关17中控制主气体回收部分的执行开关为主回气阀8供电，通过回气转换开关17 中控制辅助气体回收部分的执行开关为辅助回气阀18供电，通过回气蓄能器23中开关为主回气电机11供电，通过回气开关24为辅助回气电机21供电供电。
40.在气体动力电能输出部分运转的同时，电源调节电路26保持发电机25与蓄电池27的连接，由发电机25为蓄电池27补充因本混合电能输出装置初始启动时及蓄电池电能输出部分运行期间所消耗的电能。在蓄电池27的电能补足后，电源调节电路26断开发电机25与蓄电池27的连接。