能量互换装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于高低压气体的调压装置，具体是涉及一种在高压原料气降压的同时实现低压气体增压的能量互换装置。

背景技术：

高压原料气在降压的过程中将产生很大的压力降，同时释放出大量的能量。目前，此过程多通过大型减压阀等降压装置实现，在降压过程中，能量白白损失而没有得到利用。另一方面，低压废气回收利用需要增压装置增压，通常采用压缩机将低压废气增压为中高压气体，压缩机从吸气管吸入低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，但在增压过程中，需要消耗掉大量电能。目前，还缺少一种在高压原料气降压的同时实现低压气体增压的能量互换装置。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种能量互换装置，能够在高压原料气降压的同时实现低压气体增压，从而达到减少能量转换过程能量的损失、最大程度地利用压力能、实现效益最大化的目的。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种能量互换装置，包括机体、设于所述机体上的高压气体入口、低压气体入口、中压气体出口和设于所述机体内的膨胀系统、压缩系统，所述膨胀系统包括膨胀机构，所述压缩系统包括压缩机构和混合器，来自高压气源的高压气体经所述高压气体入口进入所述膨胀机构内进行膨胀做功降压，膨胀做功降压后的中压气体从所述中压气体出口直接输出或经所述混合器与目标压力气体混合后从所述中压气体出口输出；膨胀做功降压产生的机械能作为动力源直接输出给所述压缩机构，来自低压气源的低压气体经所述低压气体入口进入所述压缩机构内进行压缩做功增压，压缩做功增压后的中压气体从所述中压气体出口直接输出或经所述混合器与目标压力气体混合后从所述中压气体出口输出。

进一步的，所述膨胀系统还包括分布器，所述膨胀机构包括两个膨胀单元，来自高压气源的高压气体经所述分布器分配气流后通入两个所述膨胀单元内，一个所述膨胀单元输出第一中压气体，另一个所述膨胀单元输出中低压气体，所述压缩机构包括三级压缩单元，来自低压气源的低压气体经所述三级压缩单元增压后输出第二中压气体，所述第一中压气体与所述第二中压气体互为目标压力气体，且所述第一中压气体与所述第二中压气体在所述混合器中混合后从一个所述中压气体出口输出，所述中低压气体从另一个中压气体出口输出。

进一步的，所述膨胀系统还包括预热器，来自高压气源的高压气体经所述预热器加热后再通入所述分布器。

进一步的，所述压缩系统还包括冷却器，来自低压气源的低压气体经所述冷却器降温后再通入所述压缩机构。

进一步的，所述膨胀系统还包括换热器，所述膨胀机构输出的中低压气体或/和所述第一中压气体经所述换热器换热回收冷量后输出。

进一步的，所述膨胀系统具有用于外接发电机第一联轴器接口，所述压缩系统具有用于外接电动机的第二联轴器接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种能量互换装置，集成了膨胀系统和压缩系统于一机体内，且机体上设有高压气体入口、低压气体入口、中压气体出口。膨胀系统包括用于实现膨胀做功的膨胀机构，压缩系统包括用于压缩做功的压缩机构，这样，采用膨胀机构替代减压装置，对高压气体进行降压，在高压气体降压的同时，采用膨胀机构膨胀做功降压产生的机械能直接驱动压缩机构对低压气体进行压缩做功增压，即将压力能直接转化为增压的压缩功，实现了在高压原料气降压的同时实现低压废气增压的功能，相对于现有技术利用高压气体膨胀做功发电，发电后再用电驱动压缩机压缩做功，实现低压气体增压的技术方案，本实用新型使得高压气体的压力能得到了更充分高效的利用，减少了功的转换次数，提高了利用效率，从而达到了减少能量转换过程能量的损失、最大程度地利用压力能、实现效益最大化的目的，且整个压缩和膨胀集成在一台机器上，简化了系统，减少了零部件，有助于提高整体效率，降低故障率。较佳的，高压气体通过分布器分别通入膨胀机构的两个膨胀单元，实现了不同的目标压力的中压气体输出，通过三级压缩单元实现低压气体的增压，达到目标压力；相同目标压力的中压气体通过混合器进行混合后输出，增加了膨胀能的输出。更佳的，来自高压气源的高压气体先经预热器加热后再通入分布器然后再通入膨胀机构，增加了压力能的输出，来自低压气源的低压气体先经冷却器降温后再通入压缩机构，降低了压缩气体所需的压缩功。

附图说明

图1为本实用新型能量互换装置优选实施例气体调压示意图；

图2为本实用新型能量互换装置原理框图；

图3为本实用新型能量互换装置两个膨胀单元与三级压缩单元连接示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本实用新型的内容而非限制本实用新型的保护范围。实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。其中所说的结构或面的上面或上侧，包含中间还有其他层的情况。

如图1和图2所示，一种能量互换装置，包括机体、设于所述机体上的高压气体入口、低压气体入口、中压气体出口和设于所述机体内的膨胀系统、压缩系统，所述膨胀系统包括膨胀机构，所述压缩系统包括压缩机构和混合器，来自高压气源的高压气体经所述高压气体入口进入所述膨胀机构内进行膨胀做功降压，膨胀做功降压后的中压气体从所述中压气体出口直接输出或经所述混合器与目标压力气体混合后从所述中压气体出口输出；膨胀做功降压产生的机械能作为动力源直接输出给所述压缩机构，来自低压气源的低压气体经所述低压气体入口进入所述压缩机构内进行压缩做功增压，压缩做功增压后的中压气体从所述中压气体出口直接输出或经所述混合器与目标压力气体混合后从所述中压气体出口输出。

上述结构中，能量互换装置集成了膨胀系统和压缩系统于一机体内，且机体上设有高压气体入口、低压气体入口、中压气体出口。膨胀系统包括用于实现膨胀做功的膨胀机构，压缩系统包括用于压缩做功的压缩机构，压缩机构是指具有压缩做功功能但不具有电机驱动的机构体，其动力源来自于膨胀机构的膨胀做功产生的机械能，可以理解为，对现有对压缩机进行结构改进而形成具有压缩做功功能的压缩机构。本实用新型中上述膨胀机构是指具有联轴器接口直接输出动力的具有膨胀做功功能的机构体。可以理解为，对现有膨胀机比如透平膨胀机进行结构改进而形成的具有膨胀做功功能的膨胀机构。这样，采用膨胀机构替代减压装置，对高压气体进行降压，在高压气体降压的同时，采用膨胀机构膨胀做功降压产生的机械能直接驱动压缩机构对低压气体进行压缩做功增压，即将压力能直接转化为增压的压缩功，实现了在高压原料气降压的同时实现低压废气增压的功能，相对于现有技术利用高压气体膨胀做功发电，发电后再用电驱动压缩机压缩做功，实现低压气体增压的技术方案，本实用新型使得高压气体的压力能得到了更充分高效的利用，减少了功的转换次数，提高了利用效率，从而达到了减少能量转换过程能量的损失、最大程度地利用压力能、实现效益最大化的目的，且整个压缩和膨胀集成在一台机器上，简化了系统，减少了零部件，有助于提高整体效率，降低故障率。

优选的，参见图2和图3，所述膨胀系统还包括分布器，所述膨胀机构包括两个膨胀单元，来自高压气源的高压气体经所述分布器分配气流后通入两个所述膨胀单元，一个所述膨胀单元输出第一中压气体，另一个所述膨胀单元输出中低压气体，所述压缩机构包括三级压缩单元，来自低压气源的低压气体经所述压缩机构的三级压缩单元增压后输出第二中压气体，所述第一中压气体与所述第二中压气体互为目标压力气体，且所述第一中压气体与所述第二中压气体在所述混合器中混合后从一个所述中压气体出口输出，所述中低压气体从另一个中压气体出口输出。作为一种优选实施例，此处能量互换装置具有一个高压气体入口、一个低压气体入口、一个中压气体出口和一个中低压气体出口，图1示例出了各气体的气流走向。高压气体指相对来说压力最高的气体，比如高压原料气，需要降压使用。低压气体指相对来说压力最低的气体，比如，回收利用的低压废气，需要升压使用。中压气体指需要气体的压力介于高压气体和低压气体之间。中低压气体指需要气体压力介于中压气体和低压气体之间。作为一种优选实施例，上述结构中，分布器用于按照需要分配气流，两个膨胀单元可以根据需要将高压气体降压至不同目标压力，这样，高压气体通过分布器分别通入膨胀机构的两个膨胀单元，实现了不同的目标压力的中压气体输出，通过三级压缩单元实现低压气体的增压，达到目标压力；相同目标压力的中压气体通过混合器进行混合后输出，增加了膨胀能的输出。比如高压原料气的压力为5.8MPa经一个膨胀单元降压后可获得压力为0.25MPa的目标压力的中低压气体，经另一个膨胀单元降压后可获得压力为2.5MPa的目标压力的中压气体，低压气体的压力为0.22MPa，经三级压缩单元增压后可获得压力为2.5MPa的目标压力的中压气体，相同目标压力的中压气体共同进入混合器中后形成混合器输出，加以利用。

本实施例中表述的两个膨胀单元和三级压缩单元是一种特定实施例，但不限于此，具体实施时，可以根据需要气体的目标压力选择不同单元数的压缩机构及膨胀机构。

优选的，所述膨胀系统还包括预热器，来自高压气源的高压气体经所述预热器加热后再通入所述分布器。这样，通过预热器加热被膨胀的高压气体，可增加膨胀做功过程中能量的输出。

优选的，所述压缩系统还包括冷却器，来自低压气源的低压气体经所述冷却器降温后再通入所述压缩机构。这样，通过冷却器降低被压缩气体的温度，可减少所需压缩功。

优选的，所述膨胀系统还包括换热器，所述膨胀机构输出的中低压气体或/和所述第一中压气体经所述换热器换热回收冷量后输出。这样，膨胀做功输出的中压气体以及中低压气体通过换热器换热，可以回收冷量，加以利用。

优选的，所述膨胀系统具有用于外接发电机第一联轴器接口，所述压缩系统具有用于外接电动机的第二联轴器接口。这样，膨胀做功产生的机械能富余时，可以通过第一联轴器连接至发电机进行发明，在压缩功不足时可以通过第二联轴器连接电动机补功。

优选的，所述膨胀机构为基于透平技术的膨胀机构，所述压缩机构为基于离心压缩技术的压缩机构。

本实用新型上述预热器、换热器、冷却器，其工作介质可以是气体也可以是液体。

本实用新型膨胀做功降压产生的机械能作为动力源直接输出给压缩机构，具体实施时，可以采用联轴器的形式，将各个膨胀单元的动力输出轴与压缩机构的动力输入轴同步传动连接起来，参见图3，从而实现膨胀机构膨胀做功的同时，驱动压缩机构压缩做功，实现膨胀功与压缩功的直接转换。

本实用新型能量互换装置可较好的应用于各种高压气体需要降压，同时低压气体需要升压的场合，比如，参见表1，为某能化共轨循环冶金项目中高低压气体调压的工艺物流数据，在该项目中，高压气体来自甲醇合成尾气，低压气体来自还原竖炉尾气，中压气体输出至发电模块，中低压气体输出至还原竖炉，由此可知，在能化共轨循环冶金项目中，高压原料气需要降压处理输出不同的目标压力气体，同时回收利用的低压气体需要增压加以利用。

表1高低压气体调压的工艺物流数据

通过应用本实用新型能量互换装置，较好的实现了高压原料气的降压压力能直接转化为升压的低压气体的压缩功，使得高压原料气的压力能能够充分高效利用，并减少了功的转换次数，提高了利用效率。

以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。