CZ34895U1 - Zařízení pro řízení množství a tlaku CO2 v superkritickém oběhu - Google Patents

Description

Zařízení pro řízení množství a tlaku CO₂ v superkritickém oběhu

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro řízení množství a tlaku CO₂ v superkritickém oběhu pro konverzi tepelné energie na elektřinu s pracovním médiem CO₂ v superkritickém stavu pomocí akumulace v nádrži či opětovným vpouštěním do běhu na základě regulace teploty v nádrži.

Dosavadní stav techniky

Dosud není známo konkrétní technické řešení pro superkritické CO₂ oběhy pracující na principu regulace teploty. Jsou používány zásobní nádrže, kde je CO₂ akumulováno v kapalném stavu a regulace množství a/nebo tlaku CO₂ v oběhu je regulováno za pomoci jednoho či více kompresorů, které na základě aktuálního požadavku přečerpávají CO₂ z nebo do oběhu.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro řízení množství a tlaku CO₂ v superkritickém oběhu, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z nádrže uzavřené víky opatřené pojistným ventilem, vstupem a výstupem media. Nádrž je dále opatřena chladícími okruhy, jímkami pro vložení topných tyčí s kompenzátory tepelné roztažnosti. Jímky a chladící potrubí jsou v nádrži vymezeny pomocí elementů pro vy středění. Celé zařízení je upevněno pomocí kloubového zařízení, pod nimiž jsou uloženy tlakové tenzometry. Zařízení je opatřeno objímkami pro manipulaci se zařízením.

Navrhované technické řešení je zřízení, které umožní řízení množství CO₂ v energetickém oběhu během provozu a k jeho uschování během odstavení tohoto oběhu bez nutnosti vypuštění CO₂ ze systému do ovzduší, nebo do speciálních zásobníků pomocí kompresorů. Ustrojí umožňuje plynule za zvýšených teplot a tlaků akumulovat CO₂ ve velkém množství v akumulační nádrži, či dle potřeb jej zpět pouštět do oběhu. Princip řízení je postaven na objemové změně CO₂ vyvolané změnou teploty média v nádrži. V případě potřeby akumulace, tedy odebrání CO₂ z oběhu, je při vstupu do akumulační nádrže médium chlazeno pomocí vnitřního primárního chladícího okruhu. Během chlazení dochází v závislosti na aktuálním tlaku v celém systému k výrazné změně hustoty, anebo přímo ke kondenzaci, tedy změně skupenství CO₂ z plynného na kapalné, což umožňuje uskladnit či odebrat značné množství CO₂ z oběhu. Během provozu oběhu je toto chlazení realizováno primárním chladícím okruhem. Primární chlazení se skládá z ocelových trubek umístěných v akumulační nádrži, které jsou pro zvýšení teplosměnné plochy, a tedy intenzifikaci odvodu tepla žebrovány. Těmito trubkami potom protéká chladící voda. Pro zvýšení tlaku, a tedy také obsahu CO₂ v připojeném energetickém oběhu jev nádrži naakumulované médium ohříváno. Ohřev je realizován přeměnou elektrické energie v elektrických topných tyčích v nádrži v tepelnou, čímž dochází k ohřevu CO₂ uvnitř akumulační nádoby. V průběhu takovéhoto postupu dochází opět v závislosti na aktuálním tlaku v systému ke zvětšení měrného objemu CO₂ díky tepelné roztažnosti, nebo k odpařování CO₂, a tedy přeměně skupenství z kapalného na plynné, což je opět doprovázeno změnou měrného objemu a nárůstem tlaku, a tedy vytlačováním akumulovaného CO₂ do oběhu. V nádrži se nachází kromě primárního chladícího okruhu ještě sekundární chladicí okruh, který slouží pro udržování požadované teploty v nádrži během odstávky připojeného energetického oběhu. V případě nutnosti odstávky připojeného oběhu je možné téměř veškeré CO₂ naakumulovat v akumulační nádrži, která je následně uzavřena pomocí uzavíracích ventilů na vstupu a výstupu. V odstaveném režimu je médium chlazeno sekundárním okruhem, který zajišťuje udržení přiměřeně nízké teploty v akumulační nádrži tak, aby nedocházelo vlivem ohřevu okolním prostředím ke zvýšení teploty v nádrži a souvisejícímu odparu CO₂ a odpovídajícímu

-1 CZ 34895 UI nárůstu tlaku v nádrži, tedy zajišťuje podmínky pro dlouhodobou úschovu CO2. Pro opětovné spuštění oběhu lze CO2 opět přepustit zpět do oběhu, dle výše popsaného mechanismu.

Objasnění výkresů

Technické řešení je objasněno na výkresech, kde na obr. laje pohled v podélném řezu po délce nádrže. Na obr. 1b je pohled na vstupní stranu nádrže a na obr. 1c je její výstupní strana.

Příklad uskutečnění technického řešení

Zařízení pro řízení množství CO2 v superkritickém oběhu se skládá z nádrže 1 tvořené silnostěnnou trubkou apřivařenými klenutými silnostěnnými víky 2, která jsou opatřena průhledítky 3 pro pozorování stavů ve vnitřku nádržek Klenutá silnostěnná víka 2 jsou dále opatřena pojistným ventilem 4, vstupem 5 a výstupem 6 média a jsou zakončená přírubami. Klenuté silnostěnné víko 2 má na výstupní části nádrže 1 přivařené vstupy 5 a výstupy 6 média primárního chladicího okruhu 7 a sekundárního chladicího okruhu 8. Primární chladicí okruh 7 je tvořen dvěma oddělenými žebrovanými trubkami. Tyto trubky jsou neprůchozí, tvarem připomínající tvar písmene U. Jsou protaženy téměř po celé délce nádrže 1, vstupuj í a vystupuj í na stej né straně. Čtyři j ímky 9 topných tyčí jsou průchozí a na výstupní straně jsou opatřeny kompenzátory 10 tepelné roztažnosti. Do jímek 9 se vkládají topné tyče v počtu 8 kusů o požadovaných výkonech. Topné tyče se zakládají zobou stran. Jímky 9 a chladicí potrubí obou okruhů 7 a 8 jsou vymezeny v nádrži pomocí elementů 11 pro vy středění, ve formě tvarových plechů. Celé zařízení je upevněno pomocí kloubového uložení 12. Zjišťování celkového množství CO2 v zařízení je prováděno vážením. Pomocí tlakových tenzometrů 13. které jsou umístěny pod kloubovými uloženími 12. se zjistí síla vyvozená zařízením a následně je vypočtena hmotnost. Pro manipulaci se zařízením slouží normalizované objímky 14. opatřené oky.

Navrhované technické řešení je zřízení, které umožní řízení množství CO2 v energetickém oběhu během provozu a k jeho u schování během odstavení tohoto oběhu bez nutnosti vypuštění CO2 ze systému do ovzduší, nebo do speciálních zásobníků pomocí kompresorů. Zařízení umožňuje plynule za zvýšených teplot a tlaků akumulovat CO2 ve velkém množství v akumulační nádrži, či dle potřeb jej zpět pouštět do oběhu. Princip řízení je postaven na objemové změně CO2 vyvolané změnou teploty média v nádrži. V případě potřeby akumulace, tedy odebrání CO2 z oběhu, je při vstupu do nádrže 1, médium chlazeno pomocí vnitřního primárního chladícího okruhu 7. Během chlazení dochází v závislosti na aktuálním tlaku v celém systému k výrazné změně hustoty, anebo přímo ke kondenzaci, tedy změně skupenství CO2 z plynného na kapalné, což umožňuje uskladnit či odebrat značné množství CO2 z oběhu. Během provozu oběhu je toto chlazení realizováno primárním chladícím okruhem 7. Primární chlazení se skládá z ocelových trubek umístěných v nádrži které jsou pro zvýšení teplosměnné plochy, a tedy intenzifikaci odvodu tepla, žebrovány. Těmito trubkami potom protéká chladící voda. Pro zvýšení tlaku, a tedy také obsahu CO2 v připojeném energetickém oběhu je v nádrži 1 naakumulované médium ohříváno. Ohřev je realizován přeměnou elektrické energie v elektrických topných tyčích, uložených v jímkách 9 v nádrži 1, v tepelnou, čímž dochází k ohřevu CO2 uvnitř nádrže L V průběhu takovéhoto postupu dochází, opět v závislosti na aktuálním tlaku v systému, ke zvětšení měrného objemu CO2 díky tepelné roztažnosti, nebo k odpařování CO2, a tedy přeměně skupenství z kapalného na plynné, což je opět doprovázeno změnou měrného objemu a nárůstem tlaku, a tedy vytlačováním akumulovaného CO2 do oběhu. V nádrži 1 se nachází kromě primárního chladícího okruhu 7 ještě sekundární chladicí okruh 8, který slouží pro udržování požadované teploty v nádrži 1 během odstávky připojeného energetického oběhu. V případě nutnosti odstávky připojeného oběhu je možné téměř veškeré CO2 naakumulovat v nádrži 1, která je následně uzavřena pomocí uzavíracích ventilů na vstupu 5 a výstupu 6 média. V odstavném režimu je médium chlazeno sekundárním chladícím okruhem 8, který zajišťuje udržení přiměřeně nízké teploty v nádrži 1 tak, aby nedocházelo vlivem ohřevu okolním prostředím ke zvýšení teploty v nádrži 1 a souvisejícímu

- 2 CZ 34895 UI odparu CO2 a odpovídajícímu nárůstu tlaku v nádrži 1, tedy zajišťuje podmínky pro dlouhodobou úschovu CO2. Pro opětovné spuštění oběhu lze CO2 opět přepustit zpět do oběhu, dle výše popsaného mechanismu.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení podle tohoto užitného vzoru je možné použít pro energetické tepelné oběhy, anebo pro experimentální zařízení se superkritickým CO2. Zařízení slouží k řízení množství CO2 10 v oběhu a k j eho uskladnění.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro řízení množství a tlaku CO2 v superkritickém oběhu, vyznačující se tím, že 5 sestává z nádrže (1) uzavřené víky (2), opatřené pojistným ventilem (4), vstupem (5) a výstupem (6) média, kdy nádrž (1) je dále opatřena chladícími okruhy (7; 8), přičemž nádrž (1) je dále opatřena jímkami (9) pro vložení topných tyčí s kompenzátory (10) tepelné roztažnosti, přičemž jímky (9) a chladící potrubí jsou v nádrži (1) vymezeny pomocí elementů (11) pro vystředění, přičemž celé zařízení je upevněno pomocí kloubového zařízení (12), pod nimiž jsou 10 uloženy tlakové tenzometry (13), přičemž zařízení je dále opatřeno objímkami (13) pro manipulaci se zařízením.