CN115539927A - 一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法，涉及能源转换领域，该用低温热源产生超临界饱和气体的方法包括如下步骤：提供容纳有工质的工质容器；将工质容器置于低温热源中，以使工质吸收低温热源的热量，从而促使工质相变产生气态工质；当工质容器内的环境温度与低温热源的温度达到热平衡时，工质容器内的气体工质形成超临界饱和气体。

Description

一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法
技术领域
本发明涉及能源转换领域，具体而言，涉及一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法。
背景技术
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成。有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。
然而传统的ORC在工作中，有机工质在进行热交换过程中只是温度提高，不能提高工质蒸汽的压力，经常需要借助增压设备来提高工质蒸汽的压力，如何有效且简单地来提高工质蒸汽压力是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法，可以有效且简单地用低温热源来产生出工质超临界饱和气体。
本发明提供一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法，包括如下步骤：
提供容纳有工质的工质容器；
将所述工质容器置于低温热源中，以使所述工质吸收所述低温热源的热量，从而促使所述工质相变产生气态工质；
当所述工质容器内的环境温度与所述低温热源的温度达到热平衡时，所述工质容器内的所述气体工质形成所述超临界饱和气体。
在一些实施例中，所述工质包括有机工质。
在一些实施例中，所述有机工质为液态二氧化碳。
在一些实施例中，所述低温热源包括热水。
在一些实施例中，所述热水容纳于热水容器中。
在一些实施例中，所述工质容器具有液态有机工质进口管路，液态有机工质出口管路和有机工质高压气体出口管路，且所述液态有机工质进口管路上安装有液态有机工质进口管路截止阀，所述液态有机工质出口管路上安装有液态有机工质出口管路截止阀，所述有机工质高压气体出口管路上安装有有机工质高压气体出口截止阀。
在一些实施例中，所述热水容器具有热水容器进水管路和热水出口管路，所述热水容器进水管路上安装有热水进水管路截止阀，所述热水出口管路上安装有热水出口管路截止阀。
在一些实施例中，工质容器连接外界的储存有液态二氧化碳的罐体。
在一些实施例中，热水容器连接外界的补给热源。
在一些实施例中，通过设置对应的温度传感器来监测所述工质容器和所述低温热源的温度变化。
在一些实施例中，还包括与所述截止阀和所述温度传感器连接的控制器，且所述控制器连接有网络模块。
在一些实施例中，所述工质容器连接外界的储存有液态二氧化碳的罐体；所述热水容器连接外界的补给热源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的用于实现用低温热源产生超临界饱和气体的方法的实施装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
传统的加热方式，比如锅炉这类饱和气体发生器，如果需要得到超临界饱和气体，必须提高温度和压力，才能得到超临界饱和气体，本发明解决了在低温条件下产生超临界饱和气体的方法，采用本发明的技术和工艺，能够大大简化此类设备的结构、成本和造价，同时在低温条件下(热水60～液态有机工质出口管路90摄氏度)获得有机工质超临界饱和气体，能够把热能的有效利用温度降低到这个范围，提高了热能的利用率，我们把这项技术称之为低温增压技术。
本发明实施例中采用的低温工质为液体二氧化碳，也可以用其他有机工质，例如酒精，乙醚等，只是效果没有液态二氧化碳突出。
如图1，首先，提供两个罐体，两个罐体分别是有机工质容器1和热水容器2，且有机工质容器1和热水容器2均为空罐，且有机工质容器1部分套设于热水容器2之内。
有机工质容器1具有液态有机工质进口管路8，液态有机工质出口管路9和有机工质高压气体出口管路12，且液态有机工质进口管路8上安装有液态有机工质进口管路截止阀7，液态有机工质出口管路9上安装有液态有机工质出口管路截止阀10，有机工质高压气体出口管路12上安装有有机工质高压气体出口截止阀11。
热水容器2具有热水容器进水管路3和热水出口管路13，热水容器进水管路3上安装有热水进水管路截止阀4，热水出口管路13上安装有热水出口管路截止阀14。
向有机工质容器1内先注入有机工质有机工质5，例如是液态二氧化碳，由于有机工质容器1和外界储液罐(即储存有液态二氧化碳的罐体)是回路，很方便注满有机工质容器1，有机工质容器1注满，关闭液态有机工质进口管路截止阀7、液态有机工质出口管路截止阀10及有机工质高压气体出口截止阀11。
然后，开始给热水容器2注入热水6(热水6作为低温热源，水温为60-90摄氏度)，热水容器2也是与外界热水有联通回路(热水容器2连接有一个外置的热水源)，很方便注满，热水容器2注满热水6后关闭热水进水管路截止阀4、热水出口管路截止阀14，此时热水容器2中液态二氧化碳在热水6环境中吸热相变成超临界饱和二氧化碳气体，由于二氧化碳的超临界温度是31.2摄氏度，也就是说在在31.2摄氏度的温度下液态二氧化碳相变能产生7Mpa的饱和气体，在热水6温度为60摄氏度下能产生40Mpa的理论压力，当有机工质容器1中液态二氧化碳从水中吸收热量相变，并与热水6达到温度平衡(例如可以通过设置对应的温度传感器来监测有机工质容器1和热水容器2内的温度变化，并将该温度传感器电连接一个控制器，且该控制器可以控制上述截止阀的开启状态，这些截止阀可以采用电磁阀或电动阀)，有机工质容器1中二氧化碳饱和气体压力会接近40Mpa压力，此状态下，有机工质容器1中即可产生超临界饱和气体，此时打开有机工质高压气体出口截止阀11，有机工质高压气体出口管路12将输出高压饱和二氧化碳气体，然后进一步可以再将该高压饱和二氧化碳气体输送至透平机械来进行能量转换而输出机械能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供容纳有工质的工质容器；
将所述工质容器置于低温热源中，以使所述工质吸收所述低温热源的热量，从而促使所述工质相变产生气态工质；
当所述工质容器内的环境温度与所述低温热源的温度达到热平衡时，所述工质容器内的所述气体工质形成所述超临界饱和气体。
2.根据权利要求1所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述工质包括有机工质。
3.根据权利要求2所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述有机工质为液态二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述低温热源包括热水。
5.根据权利要求4所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述热水容纳于热水容器中。
6.根据权利要求5所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述工质容器具有液态有机工质进口管路，液态有机工质出口管路和有机工质高压气体出口管路，且所述液态有机工质进口管路上安装有液态有机工质进口管路截止阀，所述液态有机工质出口管路上安装有液态有机工质出口管路截止阀，所述有机工质高压气体出口管路上安装有有机工质高压气体出口截止阀。
7.根据权利要求6所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述热水容器具有热水容器进水管路和热水出口管路，所述热水容器进水管路上安装有热水进水管路截止阀，所述热水出口管路上安装有热水出口管路截止阀。
8.根据权利要求7所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，通过设置对应的温度传感器来监测所述工质容器和所述低温热源的温度变化。
9.根据权利要求8所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，还包括与所述截止阀和所述温度传感器连接的控制器，且所述控制器连接有网络模块。
10.根据权利要求5所述的用低温热源产生超临界饱和气体的方法，其特征在于，所述工质容器连接外界的储存有液态二氧化碳的罐体；所述热水容器连接外界的补给热源。
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