一種無間斷供電方法及電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無間斷供電方法及電源系統(tǒng)，主要包括一個(gè)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元、一個(gè)液氮?jiǎng)恿卧?、以及監(jiān)測(cè)與控制單元。當(dāng)市電正常供電時(shí)，電力儲(chǔ)存于超級(jí)電容以及液氮?jiǎng)恿卧小．?dāng)電力中斷時(shí)，超級(jí)電容迅速反應(yīng)，為用電設(shè)備供電，并啟動(dòng)液氮?jiǎng)恿卧?，?shí)現(xiàn)持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間供電。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，利用電網(wǎng)電力實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能過程，同時(shí)，低溫儲(chǔ)液罐中的液氮將根據(jù)需要給予補(bǔ)給。本發(fā)明所述的無間斷電源系統(tǒng)采用超級(jí)電容以及液氮?jiǎng)恿卧?，具有反?yīng)迅速、低碳環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專利說明】一種無間斷供電方法及電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無間斷供電方法及電源系統(tǒng)，特別是一種耦合市電、超級(jí)電容與液氮?jiǎng)恿卧臒o間斷供電方法及電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無間斷電源(Uninterruptible Power Supply, UPS)是一種包含整流、儲(chǔ)能、逆變以及開關(guān)等部件的電源設(shè)備，作為應(yīng)急電源或者備用電源接入電網(wǎng)或者局域電網(wǎng)中，當(dāng)電網(wǎng)供電系統(tǒng)中斷時(shí)，該設(shè)備釋放儲(chǔ)存的電能實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電，維持用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。無間斷電源在工業(yè)、商業(yè)以及住宅等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，主要包括通訊、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心、工業(yè)控制、醫(yī)療、能源以及各種建筑供電系統(tǒng)等。
[0003]無間斷電源主要包括兩部分:主機(jī)和電力儲(chǔ)存設(shè)備。主機(jī)包括整流、逆變、開關(guān)以及其他的感應(yīng)和控制模塊。電力儲(chǔ)存設(shè)備分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存設(shè)備。靜態(tài)儲(chǔ)存設(shè)備是目前廣泛應(yīng)用的一種電力儲(chǔ)存方案，其主體是化學(xué)蓄電池；動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存設(shè)備指供電輸出是靠動(dòng)能維持(如飛輪、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等)的無間斷電源方案。蓄電池具有使用壽命較短、充電時(shí)間長(zhǎng)、要求不完全放電、維護(hù)周期短、對(duì)環(huán)境條件要求高等缺點(diǎn)，更重要的是，蓄電池的生產(chǎn)過程以及廢舊電池的處理過程都伴有污染產(chǎn)生。飛輪蓄能可以實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，效率較高，但需要與內(nèi)燃機(jī)配合使用。內(nèi)燃機(jī)工作消耗化石燃料，其排放物將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。
[0004]超級(jí)電容是一種先進(jìn)的高能量?jī)?chǔ)存元件,具有反應(yīng)迅速、容量大、體積小、壽命長(zhǎng)、串并聯(lián)組合方便等。本發(fā)明提出了一種耦合超級(jí)電容的液氮?jiǎng)恿卧?，它具有無污染、能量密度高的特點(diǎn)，可以相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)電，而且與超級(jí)電容相耦合，具有反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，從而形成一種新型的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明旨在提供一種新型的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)，該無間斷供電方法及電源系統(tǒng)具有功率密度高、充電時(shí)間短、反應(yīng)迅速、低碳環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種無間斷供電方法，使用超級(jí)電容單元耦合液氮?jiǎng)恿卧姆绞脚浜鲜须妼?duì)外輸出電力，其特征在于，使用始終處于工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制單元?jiǎng)討B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電、超級(jí)電容單元以及液氮?jiǎng)恿卧墓ぷ鳡顟B(tài)，其中，
[0007]當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于正常供電的工作狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)與控制單元控制僅使市電對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，同時(shí)關(guān)閉所述液氮?jiǎng)恿卧?，其中?br>
[0008]一根據(jù)監(jiān)測(cè)到的超級(jí)電容單元的電量情況判斷是否需要對(duì)所述超級(jí)電容單元進(jìn)行供電，當(dāng)所述超級(jí)電容單元的電量小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則使市電同時(shí)對(duì)超級(jí)電容單元進(jìn)行供電，如果所述超級(jí)電容單元的電量不小于所述預(yù)設(shè)值時(shí)，則斷開對(duì)超級(jí)電容單元的供電；
[0009]-根據(jù)監(jiān)測(cè)到的液氮?jiǎng)恿卧械男顭釗Q熱單元的溫度信息判斷是否需要對(duì)所述蓄熱換熱單元進(jìn)行供電，當(dāng)所述蓄熱換熱單元的溫度信息小于預(yù)定值時(shí)，則使市電同時(shí)對(duì)所述蓄熱換熱單元進(jìn)行供電，以加熱所述蓄熱換熱單元中的蓄熱材料，如果所述蓄熱換熱單元的溫度信息不小于所述預(yù)定值時(shí)，則斷開對(duì)蓄熱換熱單元的供電；
[0010]當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于斷電的工作狀態(tài)時(shí)，斷開市電和用電設(shè)備之間的連接開關(guān)，啟動(dòng)所述超級(jí)電容單元和液氮?jiǎng)恿卧?，所述超?jí)電容單元輸出的電力一部分為用電設(shè)備供電，另一部分為所述液氮?jiǎng)恿卧械膯?dòng)電機(jī)供電，所述液氮?jiǎng)恿卧獑?dòng)后帶動(dòng)電機(jī)單元對(duì)外輸出電力。
[0011]進(jìn)一步地，所述液氮?jiǎng)恿卧ㄍㄟ^液氮管路依次順序連接的液氮罐、低溫液泵、風(fēng)冷器、蓄熱換熱單元、膨脹機(jī)組，所述膨脹機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元；在超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)下，液氮罐中的液氮被低溫液泵加壓，經(jīng)風(fēng)冷器吸收環(huán)境熱量后進(jìn)入蓄熱換熱單元進(jìn)一步吸收熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱獨(dú)?，高壓氮?dú)馔苿?dòng)膨脹機(jī)組做功。
[0012]進(jìn)一步地，所述液氮?jiǎng)恿卧€包括低溫?fù)Q熱器、壓縮機(jī)組，其中，所述低溫?fù)Q熱器設(shè)置在所述低溫液泵和風(fēng)冷器之間，低溫液泵加壓后的高壓低溫液氮經(jīng)所述低溫?fù)Q熱器的冷側(cè)進(jìn)入風(fēng)冷器，膨脹機(jī)組排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口，所述壓縮機(jī)組產(chǎn)生的高壓氮?dú)饨?jīng)所述蓄熱換熱單元加熱后重新通入膨脹機(jī)組中做功。
[0013]進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)組包括高壓膨脹機(jī)和低壓膨脹機(jī)，從所述蓄熱換熱單元排出高壓氮?dú)馐紫冗M(jìn)入高壓膨脹機(jī)并推動(dòng)其做功，從高壓膨脹機(jī)排出的氮?dú)饨?jīng)三通閥I與來自所述壓縮機(jī)組的部分氮?dú)鈪R合后，重新通入所述蓄熱換熱單元吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)做功。
[0014]進(jìn)一步地，所述低壓膨脹機(jī)排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口。
[0015]優(yōu)選地，所述液氮罐和低溫液泵之間的液氮管路上設(shè)有控制閥門。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種實(shí)施上述無間斷供電方法的無間斷電源系統(tǒng)，包括超級(jí)電容單元、液氮?jiǎng)恿卧约氨O(jiān)測(cè)與控制單元，，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)與控制單元通過控制線路與超級(jí)電容單元、液氮?jiǎng)恿卧B接，使用始終處于工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制單元?jiǎng)討B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電、超級(jí)電容單元以及液氮?jiǎng)恿卧墓ぷ鳡顟B(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于正常供電的工作狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)與控制單元控制僅使市電對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，同時(shí)關(guān)閉所述液氮?jiǎng)恿卧?，并使市電?duì)超級(jí)電容單元充電；當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于斷電的工作狀態(tài)時(shí)，斷開市電和用電設(shè)備之間的連接開關(guān)，啟動(dòng)所述超級(jí)電容單元和液氮?jiǎng)恿卧?，所述超?jí)電容單元輸出的電力一部分為用電設(shè)備供電，另一部分為所述液氮?jiǎng)恿卧械膯?dòng)電機(jī)供電。
[0016]優(yōu)選地，所述超級(jí)電容單元主要包括超級(jí)電容以及電力電子單元。
[0017]優(yōu)選地，所述液氮?jiǎng)恿卧ㄍㄟ^管路依次順序連接的液氮罐、低溫液泵、風(fēng)冷器、蓄熱換熱單元、膨脹機(jī)組，所述膨脹機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元。在超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)下，液氮罐中的液氮被低溫液泵加壓，高壓低溫液氮經(jīng)風(fēng)冷器吸收環(huán)境熱量后進(jìn)入蓄熱換熱單元進(jìn)一步吸收熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱獨(dú)?，高壓氮?dú)馔苿?dòng)膨脹機(jī)組做功。
[0018]進(jìn)一步地，所述液氮?jiǎng)恿卧€包括低溫?fù)Q熱器、壓縮機(jī)組，其中，所述低溫?fù)Q熱器設(shè)置在所述低溫液泵和風(fēng)冷器之間，低溫液泵加壓后的高壓低溫液氮經(jīng)所述低溫?fù)Q熱器的冷側(cè)進(jìn)入風(fēng)冷器，膨脹機(jī)組排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口，所述壓縮機(jī)組產(chǎn)生的高壓氮?dú)饨?jīng)所述蓄熱換熱單元加熱后重新通入膨脹機(jī)組中做功。[0019]進(jìn)一步地，所述膨脹機(jī)組包括高壓膨脹機(jī)和低壓膨脹機(jī)，從所述蓄熱換熱單元排出高壓氮?dú)馐紫冗M(jìn)入高壓膨脹機(jī)并推動(dòng)其做功，從高壓膨脹機(jī)排出的氮?dú)饨?jīng)三通閥I與來自所述壓縮機(jī)組的部分氮?dú)鈪R合后，重新通入所述蓄熱換熱單元吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)做功。
[0020]進(jìn)一步地，所述低壓膨脹機(jī)排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述液氮罐和低溫液泵之間的液氮管路上設(shè)有控制閥門。
[0022]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)，其工作原理在于:監(jiān)測(cè)與控制單元始終在工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)部件的工況及相關(guān)參數(shù)，當(dāng)市電正常供電時(shí):(I)用電負(fù)荷消耗來自市電的供電；(2)市電為無間斷電源系統(tǒng)的超級(jí)電容單元供電，存儲(chǔ)一定的電量；(3)市電為液氮?jiǎng)恿卧男顭?換熱單元供電，產(chǎn)生熱能并存儲(chǔ)；(4)液氮?jiǎng)恿卧牡蜏貎?chǔ)液罐中存儲(chǔ)有液氮。當(dāng)市電中斷時(shí)，無間斷電源系統(tǒng)迅速啟動(dòng)，為用電設(shè)備供電，具體為:(1)首先超級(jí)電容單元快速反應(yīng)，輸出電能，一方面為用電負(fù)荷提供無間斷的電力供應(yīng)，另一方面它為液氮?jiǎng)恿卧碾姍C(jī)提供啟動(dòng)電力，啟動(dòng)液氮?jiǎng)恿卧?2)液氮?jiǎng)恿卧獑?dòng),儲(chǔ)液罐中的液氮通過液泵以及換熱設(shè)備吸收熱量，并進(jìn)入膨脹機(jī)做功，輸出持續(xù)的電能。當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，液氮?jiǎng)恿卧P(guān)閉，市電為超級(jí)電容以及蓄熱單元提供電力，完成儲(chǔ)能；低溫儲(chǔ)液罐中的液氮將根據(jù)需要給予補(bǔ)給。
[0023]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)與控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)單元的工作狀況。市電正常工作時(shí)，用電設(shè)備消耗市電電力；市電通過電力電子設(shè)備為超級(jí)電容充電，另外一部分電力通過電力電子設(shè)備與液氮?jiǎng)恿卧械男顭釗Q熱單元相連接，以熱能的形式存儲(chǔ)于蓄熱材料中；當(dāng)?shù)蜏匾汗薜囊旱枯^少時(shí)，將提示用戶添加液氮。
[0024]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)當(dāng)市電中斷時(shí)，超級(jí)電容迅速反應(yīng)，一方面，通過電力電子設(shè)備為用電設(shè)備供電，另一方面超級(jí)電容的部分電力驅(qū)動(dòng)液氮?jiǎng)恿卧械碾姍C(jī)單元，啟動(dòng)液氮?jiǎng)恿卧?，?shí)現(xiàn)持續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的供電，此時(shí)市電側(cè)開關(guān)處于斷開狀態(tài)。
[0025]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)當(dāng)市電中斷時(shí)，液氮?jiǎng)恿卧獑?dòng)，液氮罐中的液氮通過閥門，被低溫液泵加壓，高壓低溫流體進(jìn)入低溫?fù)Q熱器與通過三通閥的部分尾氣換熱，繼續(xù)通過一個(gè)風(fēng)冷器吸收環(huán)境熱量，此時(shí)這部分流體狀態(tài)為常溫高壓的氮?dú)?；這部分氮?dú)馕招顭釗Q熱單元中的熱量，進(jìn)入高壓膨脹機(jī)，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)做功；這部分氣體繼續(xù)進(jìn)入蓄熱換熱器吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)做功；低壓膨脹機(jī)排出的為接近常壓的氮?dú)?，其中一部分氮?dú)馔ㄟ^三通閥進(jìn)入低溫?fù)Q熱器，吸收液氮的冷量，被冷卻的氮?dú)馔ㄟ^壓縮機(jī)升壓，然后通過三通閥與高壓膨脹機(jī)之后的氮?dú)饣旌?，一起進(jìn)入蓄熱換熱單元吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)做功；輸出的軸功驅(qū)動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)輸出電力，這部分電力通過電力電子設(shè)備為用電設(shè)備供電。
[0026]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)蓄熱換熱單元的蓄熱材料可以為顯熱蓄熱材料或者潛熱蓄熱材料。
[0027]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)液氮?jiǎng)恿卧械呐蛎洐C(jī)與壓縮機(jī)可以為葉輪式，也可以為活塞式。膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)為兩級(jí)或者兩級(jí)以上，壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)為一級(jí)或者一級(jí)以上。
[0028]本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)具有以下有益效果:[0029]本發(fā)明的主要儲(chǔ)能與供能單元包括超級(jí)電容與液氮?jiǎng)恿卧２捎贸?jí)電容作為快速反應(yīng)電力模塊，它具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)功率密度高，放電電流可以達(dá)上百安培；(2)充電時(shí)間短，超級(jí)電容器可以采用大電流充電，能在幾十秒內(nèi)完成充電過程；(3)使用壽命長(zhǎng)，超級(jí)電容器的循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)萬次以上；(4)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，超級(jí)電容器可以在-45?105°C的溫度范圍內(nèi)正常工作；(5)超級(jí)電容還具有免維護(hù)、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用一種液氮?jiǎng)恿卧鳛橄鄬?duì)長(zhǎng)時(shí)間供電單元，與超級(jí)電容耦合，液氮?jiǎng)恿卧哂邢铝袃?yōu)點(diǎn):
(I)能量密度高:液氮在常壓下最大可用能可達(dá)768kJ/kg (213Wh/kg);(2)所用設(shè)備易于獲得，系統(tǒng)主要涉及換熱器、膨脹機(jī)以及壓縮機(jī)，是較為常用的工業(yè)機(jī)械裝置；(3)環(huán)境友好，本供電系統(tǒng)沒有燃燒過程，它利用預(yù)存的熱能加熱氮?dú)?，因此整個(gè)過程沒有污染物的排放；
(4)維護(hù)成本低，本系統(tǒng)的各個(gè)部件為相對(duì)常用的工業(yè)產(chǎn)品，可適應(yīng)各種工作環(huán)境，不需要對(duì)部件進(jìn)行頻繁的檢修，只需要關(guān)注液氮量的變化；(5)儲(chǔ)能周期不受限制，使用壽命長(zhǎng)，目前工業(yè)常用的真空低溫儲(chǔ)罐(杜瓦罐)可以長(zhǎng)期存儲(chǔ)液氮，損耗率低，另外，系統(tǒng)的各個(gè)部件為工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品，使用壽命長(zhǎng)。
[0030]因此，同現(xiàn)有無間斷電源系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有諸多優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1
[0035]圖1為本發(fā)明的無間斷供電方法及電源系統(tǒng)的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。監(jiān)測(cè)與控制單元2實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)單元的工作狀況(圖中虛線為監(jiān)控連接線)。監(jiān)測(cè)與控制單元2通過控制線路與超級(jí)電容單元7、液氮?jiǎng)恿卧?連接，使用始終處于工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制單元2動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電1、超級(jí)電容單元7以及液氮?jiǎng)恿卧?的工作狀態(tài)。市電I正常工作時(shí)，用電設(shè)備5消耗市電電力；市電I通過電力電子設(shè)備6 —部分為超級(jí)電容充電，另外一部分通過電力電子設(shè)備8與液氮?jiǎng)恿卧?中的蓄熱換熱單元15相連接，以熱能的形式存儲(chǔ)于蓄熱材料中；當(dāng)?shù)蜏匾汗?0的液氮量較少時(shí)，將提示用戶添加液氮。當(dāng)市電I中斷時(shí)，靜態(tài)開關(guān)3斷開，超級(jí)電容7迅速反應(yīng)，一方面，通過電力電子設(shè)備6為用電設(shè)備5供電，另一方面超級(jí)電容7的部分電力通過電力電子設(shè)備8驅(qū)動(dòng)液氮?jiǎng)恿卧?中的電機(jī)單元21，啟動(dòng)液氮?jiǎng)恿卧?，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的供電，此時(shí)開關(guān)3處于斷開狀態(tài)。
[0036]液氮?jiǎng)恿卧?啟動(dòng)過程說明如下，在超級(jí)電容7驅(qū)動(dòng)下，液氮罐10中的液氮被低溫液泵12加壓，高壓低溫流體進(jìn)入低溫?fù)Q熱器13與通過三通閥19的部分尾氣換熱，繼續(xù)通過風(fēng)冷器14吸收環(huán)境熱量，此時(shí)這部分流體狀態(tài)為常溫高壓的氮?dú)?。這部分氮?dú)馕招顭釗Q熱單元15中的熱量，進(jìn)入高壓膨脹機(jī)16驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)做功；這部分氣體通過三通閥17與來自壓縮機(jī)20的部分氣體混合，繼續(xù)進(jìn)入蓄熱換熱器15吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)18做功；低壓膨脹機(jī)18排出的為接近常壓的氮?dú)?，其中一部分通過三通閥19進(jìn)入低溫?fù)Q熱器13，吸收液氮的冷量，被冷卻的氮?dú)馔ㄟ^壓縮機(jī)20升壓，然后通過三通閥17與高壓膨脹機(jī)16之后的氮?dú)饣旌?，一起進(jìn)入蓄熱換熱單元15吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)18做功；輸出的軸功驅(qū)動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)21輸出電力,這部分電力通過電力電子設(shè)備8與6為用電設(shè)備供電。
[0037]當(dāng)市電I恢復(fù)供應(yīng)后，在監(jiān)控單元的控制下，開關(guān)3聯(lián)通，液氮?jiǎng)恿卧?停止供電；市電I為超級(jí)電容7以及液氮?jiǎng)恿卧?輸入能量，同時(shí)檢測(cè)低溫儲(chǔ)罐10的液位,提示是否需要添加液氮。
[0038]在本實(shí)施例中膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)為兩級(jí)或者兩級(jí)以上，壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)為一級(jí)或者一級(jí)以上。
[0039]實(shí)施例2
[0040]圖2為本發(fā)明無間斷電源系統(tǒng)的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，所不同的是液氮?jiǎng)恿卧?的工作過程。當(dāng)液氮?jiǎng)恿卧?啟動(dòng)時(shí)，低溫儲(chǔ)罐10的液氮經(jīng)過閥門11并在液泵12中加壓，這部分流體通過風(fēng)冷器13，利用環(huán)境空氣加熱高壓液氮，得到高壓氮?dú)?。這部分氮?dú)馔ㄟ^蓄熱換熱單元14吸收熱量，首先通過高壓膨脹機(jī)15做功，這部分氣體再次通過蓄熱換熱單元14吸收熱量，然后進(jìn)入低壓膨脹機(jī)16膨脹做功，最后排出室外。
[0041]本實(shí)施例的膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)可以為一級(jí)或者多級(jí)。
[0042]實(shí)施例3
[0043]圖3為本發(fā)明無間斷電源系統(tǒng)的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例為一種移動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，可以作為車載動(dòng)力等，其動(dòng)力源9為液氮?jiǎng)恿卧?其中相比于實(shí)施例1與實(shí)施例2的液氮?jiǎng)恿卧?本系統(tǒng)中的動(dòng)力單元9中具有包含儲(chǔ)熱單元與不包括儲(chǔ)熱單元兩種情況；當(dāng)包括儲(chǔ)熱單元時(shí)，這部分熱能來自存儲(chǔ)的電能或者其他形式的熱能；當(dāng)不包括儲(chǔ)熱單元時(shí)，膨脹機(jī)前及級(jí)間包含有風(fēng)冷器，利用環(huán)境能量加熱每級(jí)膨脹前的氣體。動(dòng)力單元9產(chǎn)生的動(dòng)力主要以軸功的形式輸出，通過旋轉(zhuǎn)輪23提供移動(dòng)動(dòng)力，當(dāng)該動(dòng)力系統(tǒng)需要減速制動(dòng)時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)單元9的軸功通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)部件8來消耗力矩，達(dá)到制動(dòng)的目的，電機(jī)8產(chǎn)生的電能通過電力電子轉(zhuǎn)換部件6為超級(jí)電容7充電，這樣可以快速制動(dòng)并回收制動(dòng)能量。當(dāng)需要加速時(shí),超級(jí)電容7輸出電力，通過電力電子設(shè)備6驅(qū)動(dòng)電機(jī)8，從而可以快速增加力矩，實(shí)現(xiàn)快速加速的目的。控制單元2與各個(gè)部件連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。
[0044]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無間斷供電方法，使用超級(jí)電容單元耦合液氮?jiǎng)恿卧姆绞脚浜鲜须妼?duì)外輸出電力，其特征在于，使用始終處于工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制單元?jiǎng)討B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電、超級(jí)電容單元以及液氮?jiǎng)恿卧墓ぷ鳡顟B(tài)，其中， 當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于正常供電的工作狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)與控制單元控制僅使市電對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，同時(shí)關(guān)閉所述液氮?jiǎng)恿卧渲校? --根據(jù)監(jiān)測(cè)到的超級(jí)電容單元的電量情況判斷是否需要對(duì)所述超級(jí)電容單元進(jìn)行供電，當(dāng)所述超級(jí)電容單元的電量小于預(yù)設(shè)值時(shí)，則使市電同時(shí)對(duì)超級(jí)電容單元進(jìn)行供電，如果所述超級(jí)電容單元的電量不小于所述預(yù)設(shè)值時(shí)，則斷開對(duì)超級(jí)電容單元的供電； --根據(jù)監(jiān)測(cè)到的液氮?jiǎng)恿卧械男顭釗Q熱單元的溫度信息判斷是否需要對(duì)所述蓄熱換熱單元進(jìn)行供電，當(dāng)所述蓄熱換熱單元的溫度信息小于預(yù)定值時(shí)，則使市電同時(shí)對(duì)所述蓄熱換熱單元進(jìn)行供電，以加熱所述蓄熱換熱單元中的蓄熱材料，如果所述蓄熱換熱單元的溫度信息不小于所述預(yù)定值時(shí)，則斷開對(duì)蓄熱換熱單元的供電； 當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于斷電的工作狀態(tài)時(shí)，斷開市電和用電設(shè)備之間的連接開關(guān)，啟動(dòng)所述超級(jí)電容單元和液氮?jiǎng)恿卧?，所述超?jí)電容單元輸出的電力一部分為用電設(shè)備供電，另一部分為所述液氮?jiǎng)恿卧械膯?dòng)電機(jī)供電，所述液氮?jiǎng)恿卧獑?dòng)后帶動(dòng)電機(jī)單元對(duì)外輸出電力。
2.如權(quán)利要求1所述的無間斷供電方法，其特征在于:所述液氮?jiǎng)恿卧ㄍㄟ^液氮管路依次順序連接的液氮罐、低溫液泵、風(fēng)冷器、蓄熱換熱單元、膨脹機(jī)組，所述膨脹機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元；在超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)下，液氮罐中的液氮被低溫液泵加壓，經(jīng)風(fēng)冷器吸收環(huán)境熱量后進(jìn)入蓄熱換熱單元進(jìn)一步吸收熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱獨(dú)?，高壓氮?dú)馔苿?dòng)膨脹機(jī)組做功。
3.如權(quán)利要求2所述的無間斷供電方法，其特征在于:所述液氮?jiǎng)恿卧€包括低溫?fù)Q熱器、壓縮機(jī)組，其中，所 述低溫?fù)Q熱器設(shè)置在所述低溫液泵和風(fēng)冷器之間，低溫液泵加壓后的高壓低溫液氮經(jīng)所述低溫?fù)Q熱器的冷側(cè)進(jìn)入風(fēng)冷器，膨脹機(jī)組排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口，所述壓縮機(jī)組產(chǎn)生的高壓氮?dú)饨?jīng)所述蓄熱換熱單元加熱后重新通入膨脹機(jī)組中做功。
4.如權(quán)利要求3所述的無間斷供電方法，其特征在于:所述膨脹機(jī)組/包括高壓膨脹機(jī)和低壓膨脹機(jī)，從所述蓄熱換熱單元排出高壓氮?dú)馐紫冗M(jìn)入高壓膨脹機(jī)并推動(dòng)其做功，從高壓膨脹機(jī)排出的氮?dú)饨?jīng)三通閥I與來自所述壓縮機(jī)組的部分氮?dú)鈪R合后，重新通入所述蓄熱換熱單元吸收熱量，然后驅(qū)動(dòng)低壓膨脹機(jī)做功。
5.如權(quán)利要求4所述的無間斷供電方法，其特征在于:所述低壓膨脹機(jī)排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的無間斷供電方法，其特征在于:所述液氮罐和低溫液泵之間的液氮管路上設(shè)有控制閥門。
7.一種實(shí)施上述權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的無間斷供電方法的無間斷電源系統(tǒng)，包括超級(jí)電容單元、液氮?jiǎng)恿卧约氨O(jiān)測(cè)與控制單元，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)與控制單元通過控制線路與超級(jí)電容單元、液氮?jiǎng)恿卧B接，使用始終處于工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制單元?jiǎng)討B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電、超級(jí)電容單元以及液氮?jiǎng)恿卧墓ぷ鳡顟B(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于正常供電的工作狀態(tài)時(shí)，監(jiān)測(cè)與控制單元控制僅使市電對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電，同時(shí)關(guān)閉所述液氮?jiǎng)恿卧?，并使市電?duì)超級(jí)電容單元充電；當(dāng)監(jiān)測(cè)到市電處于斷電的工作狀態(tài)時(shí)，斷開市電和用電設(shè)備之間的連接開關(guān)，啟動(dòng)所述超級(jí)電容單元和液氮?jiǎng)恿卧龀?jí)電容單元輸出的電力一部分為用電設(shè)備供電，另一部分為所述液氮?jiǎng)恿卧械膯?dòng)電機(jī)供電。
8.如權(quán)利要求7所述的無間斷電源系統(tǒng)，其特征在于:所述超級(jí)電容單元主要包括超級(jí)電容以及電力電子單元。
9.如權(quán)利要求7所述的無間斷電源系統(tǒng)，其特征在于:所述液氮?jiǎng)恿卧ㄍㄟ^管路依次順序連接的液氮罐、低溫液泵、風(fēng)冷器、蓄熱換熱單元、膨脹機(jī)組，所述膨脹機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元。
10.如權(quán)利要求9所述的無間斷電源系統(tǒng)，其特征在于:所述液氮?jiǎng)恿卧€包括低溫?fù)Q熱器、壓縮機(jī)組，其中，所述低溫?fù)Q熱器設(shè)置在所述低溫液泵和風(fēng)冷器之間，低溫液泵加壓后的高壓低溫液氮經(jīng)所述低溫?fù)Q熱器的冷側(cè)進(jìn)入風(fēng)冷器，膨脹機(jī)組排出的氮?dú)饨?jīng)所述低溫?fù)Q熱器的熱側(cè)進(jìn)入所述壓縮機(jī)組的進(jìn)口，所述壓縮機(jī)組產(chǎn)生的高壓氮?dú)饨?jīng)所述蓄熱換熱單元加熱后重新通入膨脹 機(jī)組中做功。
【文檔編號(hào)】H02J9/08GK103647341SQ201310687337
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月15日
【發(fā)明者】張新敬, 盛勇, 陳海生, 譚春青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所