CN109213217A - 多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置 - Google Patents

多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，包括稳压器，所述稳压器内容纳有超临界二氧化碳，稳压器的上半部接触罩设有冷却壳罩；冷却壳罩的上部设有冷却介质输入管，冷却壳罩的下部设有冷却介质输出管；稳压器内还设有电加热元件，所述电加热元件用于加热超临界二氧化碳。本发明实现了稳压器内超临界二氧化碳状态稳定且可控，显著提高了超临界二氧化碳稳压器的性能，消除了稳压器内异种稳压气体进入实验回路的风险。

Description

多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置
技术领域
本发明涉及核工业技术领域，具体涉及一种多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置。
背景技术
超临界二氧化碳具有良好的物理、化学性能，在动力工程、化工、医学等领域具有较好的应用前景。开展大量的基础实验研究是必要的，在开展相关实验研究时需要确保变工况时实验回路压力相对稳定，因此需要在实验回路设置稳压器。对于水工质实验回路，惰性气体稳压器通常采用稳压方案。由于惰性气体基本不溶解于水，在稳压器内惰性气体和水工质间会形成一个明显且稳定的分界面，可实现稳压器液位准确测量，且惰性气体进入实验回路风险小。拟临界点附近超临界二氧化碳密度将发生剧烈变化，而二氧化碳临界点温度接近室温，当室温发生较小变化时稳压器内超临界二氧化碳密度可能发生明显变化，稳压器内惰性气体和超临界二氧化碳间难以形成一个明显且稳定的分界面，因此，惰性气体稳压方式直接用于超临界二氧化碳稳压装置存在易受环境温度变化影响、液位难以测量、惰性气体进入实验回路风险较大等不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：惰性气体稳压方式直接用于超临界二氧化碳稳压装置存在易受环境温度变化影响，超临界二氧化碳与惰性气体分界面不稳定的问题，以使液位难以测量、惰性气体进入实验回路风险较大，本发明提供了解决上述问题的多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，解决超临界二氧化碳热工实验回路稳压器易受环境温度变化影响、液位难以测量、惰性气体进入实验回路风险较大的难题。
本发明通过下述技术方案实现：
多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，包括稳压器，所述稳压器内容纳有超临界二氧化碳，稳压器的上半部接触罩设有冷却壳罩；冷却壳罩的上部设有冷却介质输入管，冷却壳罩的下部设有冷却介质输出管；稳压器内还设有电加热元件，所述电加热元件用于加热超临界二氧化碳。
优选地，所述冷却介质输入管和冷却介质输出管上分别设有进口温度测量仪和出口温度测量仪。
优选地，所述稳压器上还设有压力变送器和稳压器温度测量仪表。
优选地，所述电加热元件穿过冷却壳罩后由稳压器顶部插入，电加热元件的加热端置于超临界二氧化碳界面内。
优选地，所述稳压装置还包括冷却机，冷却机的输出端与冷却介质输入管的进口连通，冷却机的输入端与冷却介质输出管的出口连通。
本发明具有如下的优点和有益效果：
拟临界点附近超临界二氧化碳密度将发生剧烈变化，而二氧化碳临界点温度接近室温，当室温发生较小变化时稳压器内超临界二氧化碳密度可能发生明显变化，稳压器内惰性气体和超临界二氧化碳间难以形成一个明显且稳定的分界面，因此，惰性气体稳压方式直接用于超临界二氧化碳稳压器存在易受环境温度变化影响、液位难以测量、惰性气体进入实验回路风险较大等不足。
本发明通过对稳压器内部加热和外部冷却的协调控制，实现了稳压器内压力稳定且可控，不受外界环境变化的影响，显著提高了超临界二氧化碳稳压器的稳压性能；同时稳压器仅含超临界二氧化碳一种工质，消除了稳压器内异种稳压气体进入实验回路的风险。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的整体结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-冷却机，2-冷却水进口温度测量仪表，3-冷却壳罩，4-电加热元件，5-稳压器，6-压力变送器，7-稳压器温度测量仪表，8-冷却水出口温度测量仪表。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，包括稳压器5，稳压器5为钢制稳压器罐体，所述稳压器5内容纳有超临界二氧化碳，稳压器5的上半部接触罩设有冷却壳罩3；冷却壳罩3的上部设有冷却介质输入管，冷却壳罩3的下部设有冷却介质输出管；稳压器5内还设有电加热元件4，所述电加热元件4用于加热超临界二氧化碳。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进，所述冷却介质输入管和冷却介质输出管上分别设有进口温度测量仪和出口温度测量仪，所述稳压器5上还设有压力变送器6和稳压器温度测量仪表7。
实施例3
在实施例2的基础上进一步改进，所述电加热元件4穿过冷却壳罩3后由稳压器5顶部插入，电加热元件4的加热端置于超临界二氧化碳界面内。所述稳压装置还包括冷却机1，冷却机1的输出端与冷却介质输入管的进口连通，冷却机1的输入端与冷却介质输出管的出口连通。
具体实施方式为：首先向稳压器5内注入二氧化碳，当稳压器5内的压力达到预定值时启动电加热元件4，启动冷却机1，通过调节电加热元件4的加热功率、冷却水在冷却介质输入管处的进口温度和流量，使稳压器5内的压力达到所需数值；当稳压器5内压力偏低时，增加电加热元件4的加热功率，降低冷却水流量，当稳压器5内的压力偏高时，启动冷却机1，降低电加热元件4的加热功率，增加冷却水流量，降低冷却水进口温度调节稳压器5内的压力，实现了稳压器5内压力稳定且可控。
其中，冷却壳罩采用不锈钢制作，壁厚不低于3mm，腔体间隙不低于3mm。冷却壳罩的主要功能是与电加热元件协同配合，控制稳压器上部二氧化碳的温度，因此冷却壳罩未不全部包覆稳压器。
电加热元件采用现有加热元件，由不锈钢套管、结晶氧化镁粉和电阻丝组成，电阻丝产生的热量通过导热和绝缘性能良好的结晶氧化镁粉传递至不锈钢套管，最终传递至稳压器内的二氧化碳。电加热元件上部设置焊接座，电加热元件垂直穿过稳压器顶部开孔，要求电加热元件底部位于稳压器中部，电加热元件焊接座与稳压器顶部焊接。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，包括稳压器(5)，其特征在于，所述稳压器(5)内容纳有超临界二氧化碳，稳压器(5)的上半部接触罩设有冷却壳罩(3)；冷却壳罩(3)的上部设有冷却介质输入管，冷却壳罩(3)的下部设有冷却介质输出管；稳压器(5)内还设有电加热元件(4)，所述电加热元件(4)用于加热超临界二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，其特征在于，所述冷却介质输入管和冷却介质输出管上分别设有进口温度测量仪和出口温度测量仪。
3.根据权利要求1所述的多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，其特征在于，所述稳压器(5)上还设有压力变送器(6)和稳压器温度测量仪表(7)。
4.根据权利要求1所述的多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，其特征在于，所述电加热元件(4)穿过冷却壳罩(3)后由稳压器(5)顶部插入，电加热元件(4)的加热端置于超临界二氧化碳界面内。
5.根据权利要求1所述的多途径协同控制超临界二氧化碳稳压装置，其特征在于，所述稳压装置还包括冷却机(1)，冷却机(1)的输出端与冷却介质输入管的进口连通，冷却机(1)的输入端与冷却介质输出管的出口连通。
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