CN206045921U - 一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，包括依次连接的二氧化碳供应装置、增压装置、混合装置以及高压容器，还包括可将混合装置内部抽真空的抽真空装置。本实用新型设备操作简单，不会破坏纳米粉体的结构和性质，可制得高质量的超临界二氧化碳混合工质纳米流体。并且，生产过程无毒无害、操作安全、工艺过程简单、安全环保。
Description
技术领域
本实用新型涉及设备，特别是涉及一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统。
背景技术
美国Argonne国家实验室的Choi等人曾于1995年提出纳米流体的概念，即把纳米粉末分散到导电系数低的分散介质(如水、醇或油)中形成悬浮液，从而提高分散介质的导热性能。纳米流体作为一种新型传热工质可广泛应用于车辆、航空航天、电子等领域的导热及冷却要求。
超临界二氧化碳流体可以作为超临界二氧化碳布雷顿循环工质使用。超临界二氧化碳布雷顿循环仅需外界提供500-800摄氏度的温度，应用现有技术即可很容易达到的的温度。超临界二氧化碳工质是气态和液态并存的流体，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍以上。超临界二氧化碳工质的特点是临界条件更容易达到，化学性质不活泼，无色无味无毒，安全。
虽然超临界二氧化碳具有优异的性能，但在使用方面仍存在瓶颈。向超临界二氧化碳内添加纳米颗粒，形成超临界二氧化碳纳米流体混合工质，能够极大地改进超临界二氧化碳的性能。纳米流体的均匀稳定性是其导热强化的前提，然而，纳米流体在长期静置后会发生聚沉现象，纳米颗粒的二次分散是最主要的限制因素。如何生产均匀的超临界二氧化碳纳米流体，是一个很大的技术难题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决超临界二氧化碳纳米流体混合工质在使用过程中难以重新分散，导致导热性能提升不明显的问题，提供一种制备导热性能较佳的超临界二氧化碳纳米流体混合工质的系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，包括用于提供二氧化碳的二氧化碳供应装置、用于将二氧化碳增压至超临界状态的增压装置、用于混合纳米粉体与二氧化碳形成超临界流体的混合装置、用于对混合装置抽真空的抽真空装置以及用于存储超临界流体的高压容器，所述二氧化碳供应装置、增压装置、混合装置以及高压容器依次连接，抽真空装置连接混合装置。
优选的，所述二氧化碳供应装置和增压装置之间设置有第一阀门，混合装置和抽真空装置之间设置有第二阀门，混合装置和高压容器之间设置有第三阀门。
优选的，所述第三阀门是三向阀。
优选的，所述增压装置为增压泵。
优选的，所述增压泵为柱塞泵或离心泵。
上述用于生产超临界二氧化碳混合工质的系统在使用时按照如下操作步骤：
1)先将装有纳米粉体的混合装置抽真空；
2)再将二氧化碳供应装置中的二氧化碳经增压装置增压后形成高压二氧化碳并通入混合装置中与纳米粉体充分混合形成超临界流体；
3)将超临界二氧化碳混合工质纳米流体储存在高压容器中备用。
此外，在生产超临界二氧化碳混合工质纳米流体前，可以使用抽真空装置先将系统抽真空，再用二氧化碳冲洗整个系统，以消除系统中残留的其他杂质。冲洗气体通过三向阀排出。
将高压二氧化碳通入混合装置中，与真空状态的混合装置形成较高的瞬间压力差。这种瞬间压力差在混合装置内形成“气爆”，可以将部分团聚的纳米粉体转变为细小的颗粒，甚至剥离成为单层纳米粉体，从而大大提高了纳米粉体的分散度，并形成超临界流体。制备的超临界二氧化碳流体具有低粘度、高扩散性以及高溶解能力的特殊性质。本实用新型设备操作简单，不会破坏纳米粉体的结构和性质，可制得高质量的超临界二氧化碳混合工质纳米流体。并且，生产过程无毒无害、操作安全、工艺过程简单、安全环保。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统不局限于实施例。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，包括二氧化碳供应装置1、增压装置2、混合装置3、抽真空装置4以及高压容器5。二氧化碳供应装置1、增压装置2、混合装置3以及高压容器5依次连接，抽真空装置3连接混合装置3以用于对混合装置3抽真空。增压装置2将二氧化碳增压至超临界状态，混合装置3是耐高温高压的装置并用于混合高压二氧化碳和纳米粉体形成超临界纳米流体，高压装置5用于存储纳米流体。
具体的，二氧化碳供应装置1可以是例如二氧化碳气瓶。增压装置2可以是增压泵，例如柱塞泵或离心泵。将装有纳米粉体的混合装置3抽真空可以进一步脱除混合装置内、以及吸附在纳米粉体表面的气体杂质。
进一步，设备的连接管路之间还设置有阀门以用于控制通断，二氧化碳供应装置1和增压装置2之间设有第一阀门6，混合装置3和抽真空装置4之间设置有第二阀门7，混合装置3和高压容器5之间设置有第三阀门8。第三阀门8是三向阀，可以控制连接管路的通断，又可以用于排出清洗设备的尾气。
使用实施例1
上述设备在使用时，打开阀门6、7、8使系统内部畅通。使用抽真空装置4对系统抽真空。随后关闭第二阀门7，使用高纯度CO2气体冲洗整个系统，以消除系统中残留的其他杂质，尾气通过第三阀门8排到设备外部。打开第二阀门7，将装有纳米石墨烯的混合装置3抽真空，真空度为0.01-0.1MPa。纳米石墨烯的平均粒径为1nm。将装有纳米石墨烯的混合装置3抽真空可以进一步脱除混合装置内、以及吸附在纳米石墨烯表面的气体杂质。关闭第二阀门7，将通过增压装置2提升至压力为20MPa的高压二氧化碳通入混合装置3中与纳米石墨烯充分混合形成超临界纳米石墨烯二氧化碳流体，控制流体中石墨烯的浓度为1wt％。高压二氧化碳通入混合装置3中，与真空状态的混合装置3形成较高的瞬间压力差。这种瞬间压力差在混合装置内形成“气爆”，将部分团聚的纳米石墨烯转变为细小的颗粒，甚至剥离成为单层石墨烯。二氧化碳流体注入到石墨烯层隙之间，形成二氧化碳流体-石墨烯的插层结构，进一步降低石墨层间的作用力，从而获得高分散度的石墨烯，从而达到较高导热性能的效果。纳米石墨烯的比表面积较高，表面吸附的超临界二氧化碳流体可以防止石墨烯的聚集。控制纳米流体的压强为20MPa，温度为：300℃，形成均匀的纳米流体。将制备的超临界二氧化碳石墨烯纳米流体储存在高压容器5中备用。
超临界二氧化碳石墨烯纳米流体工质是气态和液态并存的流体，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍以上，相比超临界二氧化碳工质具有更佳的导热效率和更低的能耗损失。该石墨烯纳米流体作为超临界二氧化碳布雷顿循环工作介质，用于核反应堆(小型模块反应堆)发电系统的能量循环中。此石墨烯纳米流体稳定存在12个月以上，并且其导热系数比超临界二氧化碳的导热系数提高32％。
使用实施例2
上述设备在使用时，先将装有Cu纳米粉体的混合装置3抽真空，真空度为0.01MPa。纳米粉体的平均粒径为10nm。通过增压装置2将压力提升为22MPa的高压二氧化碳通入混合装置3中与Cu纳米粉体充分混合形成超临界纳米铜二氧化碳流体。控制流体中Cu纳米粒子的浓度为0.3wt％。高压二氧化碳通入混合装置3中，与真空状态的混合装置3形成较高的瞬间压力差。这种瞬间压力差在混合装置内形成“气爆”，将部分团聚的纳米粉体转变为细小的颗粒。控制纳米流体的压强为22MPa，温度为：450℃，形成均匀的纳米流体。将生产的超临界纳米铜二氧化碳流体储存在高压容器5中备用。
该纳米流体作为超临界二氧化碳布雷顿循环工作介质，用于核反应堆(高温气冷堆)发电系统的能量循环中。此纳米流体稳定存在8个月以上，并且其导热系数比超临界二氧化碳的导热系数提高19％。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，其特征在于：包括用于提供二氧化碳的二氧化碳供应装置、用于将二氧化碳增压至超临界状态的增压装置、用于混合纳米粉体与二氧化碳形成超临界流体的混合装置、用于对混合装置抽真空的抽真空装置以及用于存储超临界流体的高压容器，所述二氧化碳供应装置、增压装置、混合装置以及高压容器依次连接，抽真空装置连接混合装置。
2.根据权利要求1所述的用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，其特征在于：所述二氧化碳供应装置和增压装置之间设置有第一阀门，混合装置和抽真空装置之间设置有第二阀门，混合装置和高压容器之间设置有第三阀门。
3.根据权利要求2所述的用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，其特征在于：所述第三阀门是三向阀。
4.根据权利要求1所述的用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，其特征在于：所述增压装置为增压泵。
5.根据权利要求4所述的用于制备超临界二氧化碳混合工质的系统，其特征在于：所述增压泵为柱塞泵或离心泵。
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| CN112648145A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-04-13 | 卜庆春 | 一种超临界流体大功率风力发电机 |
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| WO2022155911A1 (zh) * | 2020-01-22 | 2022-07-28 | 卜庆春 | 一种超临界流体大功率风力发电机 |
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