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1、(10)申请公布号 CN 102536741 A (43)申请公布日 2012.07.04 C N 1 0 2 5 3 6 7 4 1 A *CN102536741A* (21)申请号 201210003751.X (22)申请日 2012.01.03 F04B 39/00(2006.01) F01B 23/08(2006.01) F01K 27/02(2006.01) (71)申请人吉林大学 地址 130012 吉林省长春市前进大街2699 号 (72)发明人韩永强 韩汛峰 谭满志 许允 王忠恕 (74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 代理人邵铭康 朱世林 (54) 。
2、发明名称 潜能利用式自由活塞有机郎肯循环天然气压 缩装置 (57) 摘要 潜能利用式自由活塞有机郎肯循环天然气压 缩装置属有机朗肯循环热能利用技术领域，本发 明中动力活塞在工作缸内作线性往复运动，通过 连杆带动压缩活塞压缩低压天然气，形成高压天 然气；同时向完成做功循环的汽态工质中喷入低 温液态工质，使做功后的工质放热成为液态，低温 液态工质吸收做功后工质的热量，温度升高，成为 不饱和工质；本发明通过改变动力活塞与压缩活 塞的面积比，实现改变压缩天然气的压缩比；通 过控制单元控制比例阀的开度，可以改变低温工 质与高温工质在工质混合器中的混合比例；本发 明可充分利用做功后工质的余热和工质的汽化潜。
3、 热，提高有机朗肯循环的热效率，实现节约能源和 保护环境的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种潜能利用式自由活塞有机郎肯循环天然气压缩装置，由低压天然气管路进 气口(1)、低压天然气管路(2)、高压天然气管路出气口(3)、高压天然气管路(4)、出气 恒压阀I(5)、进气单向阀I(6)、缸盖组件I(7)、压缩缸I(8)、压缩活塞I(9)、活塞位置传 感器I(10)、环形连接体I(11)、密封垫I(12)、弹性限位器I(13)、工作缸。
4、(14)、动力活塞 (15)、连杆(16)、弹性限位器II(17)、密封垫II(18)、环形连接体II(19)、活塞位置传感器 II(20)、压缩活塞II(21)、压缩缸II(22)、缸盖组件II(23)、进气单向阀II(24)、出气恒压 阀II(25)、溢流平衡罐(26)、回流阀(27)、工质储存罐(28)、工质泵I(29)、电磁阀I(30)、 工质收集槽I(31)、工质泵II(32)、电磁阀II(33)、电磁阀III(34)、冷凝器(35)、限压阀 (36)、电磁阀IV(37)、电磁阀V(38)、电磁阀VI(39)、工质泵III(40)、工质收集槽II(41)、定 压汽液分离器I(42)、。
5、工质混合器I(43)、比例阀I(44)、电磁阀VII(45)、电磁阀VIII(46)、 比例阀II(47)、工质混合器II(48)、定压汽液分离器II(49)、单向阀(50)、加热锅炉(51)、 控制单元(52)组成，其特征在于低压天然气管路(2)上设有低压天然气管路进气口(1)，低 压天然气管路(2)的两端分别与进气单向阀I(6)和进气单向阀II(24)连接；高压天然气 管路(4)上设有高压天然气管路出气口(3)，高压天然气管路(4)的两端分别与出气恒压阀 I(5)和出气恒压阀II(25)连接；进气单向阀I(6)和出气恒压阀I(5)都安装在缸盖组件 I(7)上；进气单向阀II(24)和出气恒。
6、压阀II(25)都安装在缸盖组件II(23)上；缸盖组件 I(7)与压缩缸I(8)连接；缸盖组件II(23)与压缩缸II(22)连接；压缩缸I(8)通过环形 连接体I(11)和密封垫I(12)与工作缸(14)内的工作腔连通；环形连接体I(11)与工作缸 (14)之间加装密封垫I(12)；压缩缸II(22)通过环形连接体II(19)和密封垫II(18)与工 作缸(14)内的工作腔连通；环形连接体II(19)与工作缸(14)之间加装密封垫II(18)；压 缩活塞I(9)置于压缩缸I(8)内部；压缩活塞II(21)置于压缩缸II(22)内部；压缩活塞 I(9)与连杆(16)通过球形铰链连接；压缩活塞。
7、II(21)与连杆(16)通过球形铰链连接；动 力活塞(15)与连杆(16)通过销钉连接；动力活塞(15)置于工作缸(14)内部；弹性限位器 I(13)置于工作缸(14)内部，弹性限位器I(13)的外边缘与工作缸(14)的外边缘齐平；弹 性限位器II(17)置于工作缸(14)内部，弹性限位器II(17)外边缘与工作缸(14)外边缘 齐平；活塞位置传感器I(10)通过环形连接体I(11)和密封垫I(12)与工作缸(14)内部空 间连通；活塞位置传感器II(20)通过环形连接体II(19)和密封垫II(18)与工作缸(14) 内部空间连通；低压天然气管路(2)通过单向阀(50)与加热锅炉(51)连。
8、接；定压汽液分 离器II(49)安装在工作缸(14)的靠近环形连接体I(11)的一侧；工作缸(14)内部靠近环 形连接体I(11)的工作腔通过定压汽液分离器II(49)与加热锅炉(51)连接；定压汽液分 离器I(42)安装在工作缸(14)的靠近环形连接体II(19)的一侧；工作缸(14)内部靠近环 形连接体II(19)的工作腔通过定压汽液分离器I(42)与加热锅炉(51)连接；工质储存罐 (28)与工质泵I(29)连接；工质泵I(29)分别与电磁阀I(30)、电磁阀IV(37)连接；电磁阀 I(30)、工质收集槽I(31)、工质泵II(32)串联连接；工质泵II(32)与比例阀II(47)、工。
9、质 混合器II(48)串联连接；工质泵II(32)还与电磁阀II(33)、加热锅炉(51)串联连接；工 质泵II(32)还与电磁阀III(34)、冷凝器(35)串联连接；冷凝器(35)和限压阀(36)连接； 限压阀(36)与工质储存罐(28)连接；限压阀(36)还与溢流平衡罐(26)连接；溢流平衡罐 (26)、回流阀(27)和工质储存罐(28)串联连接；电磁阀IV(37)、工质收集槽II(41)、工质 泵III(40)串联连接；工质泵III(40)与比例阀I(44)、工质混合器I(43)串联连接；工质泵 权 利 要 求 书CN 102536741 A 2/2页 3 III(40)还与电磁阀VI。
10、(39)、加热锅炉(51)串联连接；工质泵III(40)还与电磁阀V(38)、 冷凝器(35)串联连接；加热锅炉(51)与电磁阀VII(45)、工质混合器I(43)串联连接；加热 锅炉(51)还与电磁阀VIII(46)、工质混合器II(48)串联连接；活塞位置传感器I(10)和活 塞位置传感器II(20)采集的信号向控制单元(52)传输，工质泵I(29)、电磁阀I(30)、工质 泵II(32)、电磁阀II(33)、电磁阀III(34)、电磁阀IV(37)、电磁阀V(38)、电磁阀VI(39)、 工质泵III(40)、比例阀I(44)、电磁阀VII(45)、电磁阀VIII(46)和比例阀II(4。
11、7)均由控 制单元(52)控制。 2.按权利要求1所述的潜能利用式自由活塞有机郎肯循环天然气压缩装置，其特征在 于其压缩比由下列公式计算： p 2 /p 0 (1) A 1 /A 2 (p 2 /p 1 ) (2) 其中：为压缩比，为大于1.5的常数，p 0 为压缩缸I(8)或压缩缸II(22)压缩初 期的压力，p 1 为工作缸(14)内部压力，p 2 为压缩缸I(8)或压缩缸II(22)压缩终了的压力， A 1 为动力活塞(15)的面积，A 2 为缩活塞I(9)或压缩活塞II(21)的面积。 权 利 要 求 书CN 102536741 A 1/6页 4 潜能利用式自由活塞有机郎肯循环天然气压。
12、缩装置 技术领域 0001 本发明属有机朗肯循环热能利用技术领域，具体涉及一种潜能利用式自由活塞有 机郎肯循环天然气压缩装置。 背景技术 0002 随着世界经济飞速发展，能源消耗量急剧增加，节能已成为各国普遍关注的焦点。 由于石油具有不可再生的特性，因此节约能源，减少能源消耗，成为各国争相研究的课题。 0003 由于传统有机朗肯循环中工质的汽化潜热没有被有效利用，工质的汽化潜热完全 被浪费了。因此，采用低温热式燃气型天然气压缩机，可以将工质吸收的大部分热量利用并 且能利用工质的汽化潜热，提高有机朗肯循环的热效率，同时降低燃料消耗和CO 2 排放。 发明内容 0004 本发明目的是提供一种潜能利。
13、用式自由活塞有机郎肯循环天然气压缩装置，该装 置以有机朗肯循环为依据，充分利用工质吸收的热量和工质的汽化潜热，将热能转化为机 械能，压缩低压天然气，形成所需的高压天然气，实现节约能源的目的。 0005 本发明由低压天然气管路进气口1、低压天然气管路2、高压天然气管路出气口3、 高压天然气管路4、出气恒压阀I 5、进气单向阀I 6、缸盖组件I 7、压缩缸I 8、压缩活塞 I 9、活塞位置传感器I 10、环形连接体I 11、密封垫I 12、弹性限位器I 13、工作缸14、动 力活塞15、连杆16、弹性限位器II 17、密封垫II 18、环形连接体II 19、活塞位置传感器 II20、压缩活塞II 。
14、21、压缩缸II 22、缸盖组件II 23、进气单向阀II 24、出气恒压阀II 25、溢流平衡罐26、回流阀27、工质储存罐28、工质泵I 29、电磁阀I 30、工质收集槽I 31、 工质泵II 32、电磁阀II 33、电磁阀III34、冷凝器35、限压阀36、电磁阀IV37、电磁阀V38、 电磁阀VI39、工质泵III40、工质收集槽II 41、定压汽液分离器I 42、工质混合器I 43、比 例阀I 44、电磁阀VII45、电磁阀VIII46、比例阀II47、工质混合器II48、定压汽液分离器 II49、单向阀50、加热锅炉51、控制单元52组成，其特征在于低压天然气管路2上设有低压 天然。
15、气管路进气口1，低压天然气管路2的两端分别与进气单向阀I 6和进气单向阀II24 连接；高压天然气管路4上设有高压天然气管路出气口3，高压天然气管路4的两端分别与 出气恒压阀I 5和出气恒压阀II 25连接；进气单向阀I 6和出气恒压阀I 5都安装在缸 盖组件I 7上；进气单向阀II24和出气恒压阀II25都安装在缸盖组件II 23上；缸盖组件 I 7与压缩缸I 8连接；缸盖组件II 23与压缩缸II 22连接；压缩缸I 8通过环形连接体 I 11和密封垫I 12与工作缸14内的工作腔连通；环形连接体I 11与工作缸14之间加装 密封垫I 12；压缩缸II 22通过环形连接体II 19和密封垫。
16、II18与工作缸14内的工作腔 连通；环形连接体II 19与工作缸14之间加装密封垫II18；压缩活塞I 9置于压缩缸I 8 内部；压缩活塞II 21置于压缩缸II 22内部；压缩活塞I 9与连杆16通过球形铰链连接； 压缩活塞II 21与连杆16通过球形铰链连接；动力活塞15与连杆16通过销钉连接；动力 活塞15置于工作缸14内部；弹性限位器I 13置于工作缸14内部，弹性限位器I 13的外 说 明 书CN 102536741 A 2/6页 5 边缘与工作缸14的外边缘齐平；弹性限位器II 17置于工作缸14内部，弹性限位器II 17 外边缘与工作缸14外边缘齐平；活塞位置传感器I 10通过。
17、环形连接体I 11和密封垫I 12 与工作缸14内部空间连通；活塞位置传感器II 20通过环形连接体II 19和密封垫II18与 工作缸14内部空间连通；低压天然气管路2通过单向阀50与加热锅炉51连接；定压汽液 分离器II49安装在工作缸14的靠近环形连接体I 11的一侧；工作缸14内部靠近环形连 接体I 11的工作腔通过定压汽液分离器II 49与加热锅炉51连接；定压汽液分离器I 42 安装在工作缸14的靠近环形连接体II 19的一侧；工作缸14内部靠近环形连接体II 19 的工作腔通过定压汽液分离器I 42与加热锅炉51连接；工质储存罐28与工质泵I 29连 接；工质泵I 29分别与电磁。
18、阀I 30、电磁阀IV37连接；电磁阀I 30、工质收集槽I31、工质 泵II 32串联连接；工质泵II 32与比例阀II 47、工质混合器II 48串联连接；工质泵II 32还与电磁阀II33、加热锅炉51串联连接；工质泵II 32还与电磁阀III34、冷凝器35串 联连接；冷凝器35和限压阀36连接；限压阀36与工质储存罐28连接；限压阀36还与溢 流平衡罐26连接；溢流平衡罐26、回流阀27和工质储存罐28串联连接；电磁阀IV37、工 质收集槽II41、工质泵III40串联连接；工质泵III40与比例阀I 44、工质混合器I 43串 联连接；工质泵III40还与电磁阀VI39、加热锅炉5。
19、1串联连接；工质泵III40还与电磁阀 V 38、冷凝器35串联连接；加热锅炉51与电磁阀VII45、工质混合器I 43串联连接；加热 锅炉51还与电磁阀VIII46、工质混合器II 48串联连接；活塞位置传感器I 10和活塞位 置传感器II 20采集的信号向控制单元52传输，工质泵I 29、电磁阀I 30、工质泵II 32、 电磁阀II33、电磁阀III34、电磁阀IV37、电磁阀V38、电磁阀VI39、工质泵III40、比例阀I 44、电磁阀VII45、电磁阀VIII46和比例阀II47均由控制单元52控制。 0006 本发明的压缩比由下列公式计算： 0007 p 2 /p 0 (1) 0。
20、008 A 1 /A 2 (p 2 /p 1 ) (2) 0009 其中：为压缩比，为大于1.5的常数，p 0 为压缩缸I(8)或压缩缸II(22)压 缩初期的压力，p 1 为工作缸(14)内部压力，p 2 为压缩缸I(8)或压缩缸II(22)压缩终了的 压力，A 1 为动力活塞(15)的面积，A 2 为压缩活塞I(9)或压缩活塞II(21)的面积。 0010 本发明的原理是：低压天然气管路2向压缩缸I 8提供需要压缩的低压天然气，并 向加热锅炉51提供燃烧用天然气。工质泵I 29和工质泵III40将工质从工质储存罐28中 输送到加热锅炉51中，工质吸热后，形成高温高压的过热蒸汽。过热蒸汽通过。
21、工质混合器I 43直接喷入工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧的工作腔中，或者与工质收集槽II 41中的工质按一定的比例在工质混合器I 43中混合后喷入靠近环形连接体II 19一侧的 工作腔中，工质膨胀做功，推动动力活塞15向另一侧移动。动动力活塞15通过连杆16带 动压缩活塞I 9压缩低压天然气，形成高压天然气，输送至高压天然气管路4中。控制单元 52通过活塞位置传感器I 10和活塞位置传感器II 20采集的信号，判断动力活塞15在工 作缸14内的位置。当动力活塞15移动至控制单元52内部设定的极限位置时，控制单元52 根据喷入工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧工作腔内工质的量。
22、，判断出工作后工质 的所携带的热量，计算将工作缸14内部工作后的工质变成液态所需要喷入的低温液态工 质的量。控制单元52控制相应的电磁阀(电磁阀VI39关闭)开启或者闭合以及比例阀I 44的开度，只向工作缸14内部的靠近环形连接体II 19一侧工作腔喷入经过控制单元52 说 明 书CN 102536741 A 3/6页 6 计算的低温工质的量，使做功后的工质降低温度，变成液态；低温工质吸收热量形成不饱和 工质，流向工质收集槽II41，为下一个工作循环提供工作用的工质，减少在加热锅炉51中 燃料的消耗量。同时低压天然气管路2向压缩缸II22提供需要压缩的低压天然气，控制单 元52并向加热锅炉51。
23、提供燃烧用天然气。工质泵I 29和工质泵II 32将工质从工质储 存罐28中输送到加热锅炉51中，工质吸热后，形成高温高压的过热蒸汽。过热蒸汽通过工 质混合器II 48直接喷入工作缸14靠近环形连接体I 11一侧的工作腔中，或者与工质收 集槽I 31中的工质按一定的比例在工质混合器I 43中混合后喷入工作缸14内靠近环形 连接体I 11一侧的工作腔中，工质膨胀作功，推动动力活塞15向另一侧移动，通过连杆16 带动压缩活塞II 21压缩低压天然气，形成高压天然气，输送到高压天然气管路4中。 0011 本发明以有机朗肯循环基本原理为依据，通过改进其基本结构，解决传统朗肯循 环过程中工质热量利用率低。
24、以及工质的汽化潜热无法利用的难题，能充分利用做功工质的 余热和汽化潜热，提高有机朗肯循环的热效率，实现节约能源和保护环境的目的。 附图说明 0012 图1为低温热式燃气型天然气压缩机的结构示意图 0013 其中：1.低压天然气管路进气口、2.低压天然气管路、3.高压天然气管路出气口、 4.高压天然气管路、5.出气恒压阀I、6.进气单向阀I、7.缸盖组件I、8.压缩缸I、9.压缩 活塞I、10.活塞位置传感器I、11.环形连接体I、12.密封垫I、13.弹性限位器I、14.工作 缸、15.动力活塞、16.连杆、17.弹性限位器II、18.密封垫II、19.环形连接体II、20.活 塞位置传感器I。
25、I、21.压缩活塞II、22.压缩缸II、23.缸盖组件II、24.进气单向阀II、 25.出气恒压阀II、26.溢流平衡罐、27.回流阀、28.工质储存罐、29.工质泵I、30.电磁阀 I、31.工质收集槽I、32.工质泵II、33.电磁阀II、34.电磁阀III、35.冷凝器、36.限压阀、 37.电磁阀IV、38.电磁阀V、39.电磁阀VI、40.工质泵III、41.工质收集槽II、42.定压汽 液分离器I、43.工质混合器I、44.比例阀I、45.电磁阀VII、46.电磁阀VIII、47.比例阀 II、48.工质混合器II、49.定压汽液分离器II、50.单向阀、51.加热锅炉、52.。
26、控制单元 具体实施方式 0014 以下结合附图1对本发明技术方案作进一步详细阐述：本发明基于有机朗肯循环 开发的动力活塞式低温热式天然气压缩机的工作过程可以分为三个阶段：启动阶段、工作 阶段、停止阶段。 0015 启动阶段：低压天然气从低压天然气管路进气口1进入低压天然气管路2，低压天 然气管路2中的低压天然气通过单向阀50向加热锅炉51提供燃烧用燃料；低压天然气管 路2中的低压天然气还通过进气单向阀I 6和缸盖组件I 7向压缩缸I 8提供低压天然 气；低压天然气管路2中的低压天然气还通过进气单向阀II24和缸盖组件II23向压缩缸 II22提供低压天然气。 0016 控制单元52控制工质泵I。
27、 29工作以及电磁阀IV37开启，工质储存罐28中的过 冷工质经工质泵I 29、电磁阀IV37进入工质收集槽II 41中，工质收集槽II 41中的工质 是过冷工质；此时，控制单元52控制工质泵III40工作、电磁阀VI39开启，工质收集槽II41 中的工质经工质泵III40、电磁阀VI39进入加热锅炉51，过冷工质在加热锅炉51中吸热 说 明 书CN 102536741 A 4/6页 7 后，成为高温、高压的过热蒸汽；控制单元52控制电磁阀VII45开启以及比例阀I 44的开 度；工质收集槽II 41中的工质经工质泵III40、比例阀I 44进入工质混合器I 43，同时 加热锅炉51中高温、高。
28、压的过热蒸汽经电磁阀VII45进入工质混合器I 43，两者在工质混 合器I 43中混合后，喷入工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧的工作腔里，高温、高 压过热蒸汽在工作腔内部膨胀做功，推动动力活塞15向另一侧移动，动力活塞15通过连杆 16带动压缩活塞I 9压缩压缩缸I 8中的低压天然气，形成高压天然气，经缸盖出口组件I 7和出气恒压阀I 5进入高压天然气管路4，通过高压天然气管路出气口3进入天然气压缩 罐；同时低压天然气管路2中的低压天然气经进气单向阀II 24和缸盖组件II 23进入压 缩缸II 22。控制单元52根据活塞位置传感器I 10和活塞位置传感器II20采集的信号， 判断动。
29、力活塞15在工作缸14内部的位置，当动力活塞15运行至控制单元52内部设定的 极限位置时，控制单元52控制电磁阀VI39关闭以及比例阀I 44的开度，此时只向工作缸 14内部靠近环形连接体II 19一侧的工作腔里喷入过冷的工质，由于做功后的工质温度高 于喷入工作腔内的过冷工质的温度，因此做功后的工质放热，温度降低，成为液态；喷入工 作腔内的过冷工质吸热后成为不饱和工质，这样就可以利用工质的汽化潜热给过冷工质加 热，减少下一个工作循环过程中在加热锅炉51中加热工质所用的天然气燃料的消耗量。工 作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧工作腔内的工质由于变成液态，压力降低，减少了 下一个工作循环动力。
30、活塞15向该侧移动时的阻力。工作缸14内部靠近环形连接体II 19 一侧工作腔内的液态工质通过定压汽液分离器I 42流入工质收集槽II41中，当工作缸14 内部靠近环形连接体II 19一侧工作腔内的汽态工质变成液态工质时，控制单元52控制比 例阀I 44关闭，工质泵III40停止工作。同时，控制单元52控制电磁阀VI37关闭，电磁阀 I 30开启，工质储存罐28中的过冷工质经工质泵I 29、电磁阀I 30进入工质收集槽I 31 中，工质收集槽I 31中的工质是过冷工质；此时，控制单元52控制工质泵II 32工作、电磁 阀II 33开启，工质收集槽I 31中的过冷工质经工质泵II 32、电磁阀I。
31、I 33进入加热锅炉 51，过冷工质在加热锅炉51中吸热后，成为高温、高压的过热蒸汽；控制单元52控制电磁阀 VIII46开启以及比例阀II47的开度；工质收集槽I 31中的工质经工质泵II 32、比例阀II 47进入工质混合器II 48，同时加热锅炉51中高温、高压的过热蒸汽经电磁阀VIII46进入 工质混合器II48，两者在工质混合器II48中混合后喷入工作缸14内部靠近环形连接体I 11一侧工作腔里，高温、高压的过热工质蒸汽在工作缸14内部靠近环形连接体I 11一侧工 作腔内部膨胀做功，推动动力活塞15向另一侧移动，动力活塞15通过连杆16带动压缩活 塞II 21压缩压缩缸II 22中的。
32、低压天然气，形成高压天然气，经缸盖组件23和出气恒压 阀II25进入高压天然气管路4，通过高压天然气管路出气口3进入天然气压缩罐，同时低压 天然气管路2中的低压天然气经进气单向阀I 6和缸盖组件I 7进入压缩缸I 8。控制单 元52根据活塞位置传感器I 10和活塞位置传感器II20采集的信号，判断动力活塞15在 工作缸14内部的位置，当动力活塞15运行至控制单元52内部设定的极限位置时，控制单 元52控制电磁阀II 33关闭以及比例阀II47的开度，此时只向工作缸14内部靠近环形连 接体I 11一侧的工作腔喷入过冷的工质，由于做功后的工质温度高于喷入工作腔内的过 冷工质的温度，因此做功后的工质。
33、放热，温度降低，成为液态；喷入工作腔内的过冷工质吸 热后成为不饱和工质，这样就可以利用工质的汽化潜热给过冷工质加热，减少下一个工作 循环过程中在加热锅炉51中加热工质所用的天然气燃料的消耗量。工作缸14内部靠近环 说 明 书CN 102536741 A 5/6页 8 形连接体I 11一侧工作腔内的工质由于变成液态，压力降低，减少了下一个工作循环动力 活塞15向该侧移动时的阻力。工作缸14内部靠近环形连接体I 11一侧工作腔内的液态 工质通过定压汽液分离器II 49流入工质收集槽I 31中，当工作缸14内部靠近环形连接 体I 11一侧工作腔内的汽态工质变成液态工质时，控制单元52控制比例阀II4。
34、7关闭，工 质泵II 32停止工作。 0017 工作阶段： 0018 经启动阶段后，工质收集槽II41收集的工质是吸收热量的不饱和工质；此时，控 制单元52控制工质泵III40工作、电磁阀VI39开启，工质收集槽II 41中的不饱和工质经 工质泵III40、电磁阀VI39进入加热锅炉51，不饱和工质在加热锅炉51中吸热后，成为高 温、高压的过热蒸汽；控制单元52控制电磁阀VII45开启以及比例阀I 44的开度，工质收 集槽II41中的工质经工质泵III40、比例阀I 44进入工质混合器I 43；同时加热锅炉51 中高温、高压的过热蒸汽经电磁阀VII45进入工质混合器I 43，两者在工质混合器I。
35、 43中 混合后喷入工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧的工作腔里，高温、高压的过热工质 蒸汽在工作腔内部膨胀做功，推动动力活塞15向另一侧移动；动力活塞15通过连杆16带 动压缩活塞I 9压缩压缩缸I 8中的低压天然气，形成高压天然气，经缸盖组件I 7和出气 恒压阀I 5进入高压天然气管路4，通过高压天然气管路出气口3进入天然气压缩罐，同时 低压天然气管路2中的低压天然气经进气单向阀II 24和缸盖组件II 23进入压缩缸II 22。 0019 接下来整个系统的工作过程与启动阶段相对应的工作过程完全一致，直到工作缸 14内部靠近环形连接体II 19一侧工作腔内的工质成为液态并通过定压汽。
36、液分离器I 42 流入工质收集槽II 41中，工质泵III40停止工作为止，节能原理也完全一致。 0020 工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧工作腔内的工质由于变成液态，压力降 低，减少动力活塞15向右移动时的阻力。工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧工作腔 内的液态工质流入工质收集槽II 41中，当工作缸14内部靠近环形连接体II 19一侧工作 腔内的汽态工质变成液态工质时，控制单元52控制比例阀I 44关闭，工质泵III40停止工 作。同时，控制单元52控制工质泵II 32工作、电磁阀II 33开启，工质收集槽I 31中的不 饱和工质经工质泵II 32、电磁阀II 33进入加。
37、热锅炉51，不饱和工质在加热锅炉51中吸 热后，成为高温、高压的过热蒸汽；控制单元52控制电磁阀VIII46开启以及比例阀II47的 开度，工质收集槽I 31中的不饱和工质经工质泵II 32、比例阀II 47进入工质混合器II 48；同时加热锅炉51中高温、高压的过热蒸汽经电磁阀VIII46进入工质混合器II48，两者 在工质混合器II48中混合后喷入工作缸14内部的靠近环形连接体11一侧的工作腔里，高 温、高压的过热蒸汽在工作缸14内部的靠近环形连接体11一侧工作腔内部膨胀做功，推动 动力活塞15向另一侧移动，动力活塞15通过连杆16带动压缩活塞II21压缩压缩缸II22 中的低压天然气，形。
38、成高压天然气，经出缸盖组件II23和出气恒压阀II25进入高压天然气 管路4，通过高压天然气管路出气口3进入天然气压缩罐；同时低压天然气管路2中的低压 天然气经进气单向阀I 6和缸盖组件I 7进入压缩缸I 8。控制单元52根据活塞位置传 感器I 10和活塞位置传感器II20采集的信号，判断动力活塞15在工作缸14内部的位置。 当动力活塞15运行至控制单元52内部设定的极限位置时，控制单元52控制电磁阀II 33 关闭，此时只向工作缸14内部靠近环形连接体11一侧的工作腔喷入低温不饱和工质。 说 明 书CN 102536741 A 6/6页 9 0021 接下来整个系统的工作过程与启动阶段相对应。
39、的工作过程完全一致，直到工作缸 14内部靠近环形连接体I 11一侧工作腔内的工质成为液态并通过定压汽液分离器II49流 入工质收集槽I 31中，工质泵II 32停止工作为止，节能原理也完全一致。 0022 在工作阶段中，由于工质收集槽I 31和工质收集槽II 41中的不饱和工质喷入工 作缸14内部时不断吸收热量，工质收集槽I 31和工质收集槽II 41内的工质温度会不断 升高。当工质收集槽I 31中的工质温度达到工质的沸点时，控制单元52控制电磁阀III34 开启以及工质泵II 32运转，工质收集槽I 31中的工质经工质泵II 32、电磁阀III34流入 冷凝器35中。同理，当工质收集槽II4。
40、1中的工质温度达到工质的沸点时，控制单元52控 制电磁阀V38开启以及工质泵III40运转，工质收集槽II41中的工质经工质泵III40、电磁 阀V38流入冷凝器35中。工质在冷凝器35中散热后温度降低，直到成为过冷工质；过冷工 质经限压阀36流入工质储存罐28中。在工质回流管路中设置0.2MPa的限压阀36，保证冷 凝相变可靠性。限压阀36上布置溢流平衡罐26，收集溢出工质。当系统工作正常时，打开 回流阀27将液态工质补充至工质储存罐28中。 0023 上述的工作过程是一个工作循环，在正常的工作过程中，潜能利用式自由活塞有 机郎肯循环天然气压缩装置不断重复上述的工作循环，实现压缩低压天然气的。
41、过程。 0024 在工作阶段中，控制单元52要实时检测工质收集槽31和工质收集槽41中工质的 量，及时保证系统正常工作所需要的工质。 0025 安装弹性限位器I 13和弹性限位器II 17的目的是当控制单元52对动力活塞15 的位置检测不准确时，即动力活塞15越过控制单元52内部设定的极限位置时，弹性限位器 I 13和弹性限位器II 17可以吸收动力活塞15的动能，避免动力活塞15通过连杆16带 动压缩活塞I 9挤压缸盖组件I 7，或者避免动力活塞15通过连杆16带动压缩活塞II 21 挤压缸盖组件II 23，使整个装置受到损坏。 0026 停止阶段：当潜能利用式自由活塞有机郎肯循环天然气压缩。
42、装置停止工作时，控 制单元52控制工质泵II 32、工质泵III40运转，以及电磁阀III34和电磁阀V 38开启，工 质收集槽I31中的不饱和工质经工质泵II 32、电磁阀III34进入冷凝器35中；工质收集 槽II 41中的工质经工质泵III40、电磁阀V 38进入冷凝器35中；工质从冷凝器35流入 工质储存罐28中的过程以及限压阀36的作用与工作阶段相对应的过程和限压阀36的作 用完全一致。 0027 上述的工作过程是一个工作循环，在正常的工作过程中，潜能利用式自由活塞有 机郎肯循环天然气压缩装置不断重复上述的工作循环，实现压缩低压天然气的过程。 0028 本发明还可应用于压缩空气以及其。
43、他的可压缩气体；潜能利用式自由活塞有机郎 肯循环天然气压缩装置压缩天然气的压缩比可通过改变动力活塞15和压缩活塞(压缩活 塞I 9和压缩活塞II 21)的面积来实现，压缩比由下列公式计算： 0029 p 2 /p 0 (1) 0030 A 1 /A 2 (p 2 /p 1 ) (2) 0031 其中：为压缩比，为大于1.5的常数，p 0 为压缩缸I(8)或压缩缸II(22)压 缩初期的压力，p 1 为工作缸(14)内部压力，p 2 为压缩缸I(8)或压缩缸II(22)压缩终了的 压力，A 1 为动力活塞(15)的面积，A 2 为压缩活塞I(9)或压缩活塞II(21)的面积。 说 明 书CN 102536741 A 1/1页 10 图1 说 明 书 附 图CN 102536741 A 10 。