[发明专利]一种闭式超临界二氧化碳试验回路压力调节系统

说明书

本发明适用于超临界二氧化碳试验技术领域，提供了一种闭式超临界二氧化碳试验回路压力调节系统，所述系统包括：闭式超临界二氧化碳试验系统；压力调节系统，与闭式超临界二氧化碳试验系统相连接，用于调节闭式超临界二氧化碳试验系统的压力；充注/升压系统，所述充注/升压系统的输入端通过液态二氧化碳充装回路与压力调节系统连接，其输出端与闭式超临界二氧化碳试验系统连接；真空发生组件，分别与闭式超临界二氧化碳试验系统和压力调节系统连接，用于在系统初始阶为闭式超临界二氧化碳试验系统和压力调节系统提供真空环境，本发明内容的有益效果部分在于：调压精度高、调压范围广、调压响应快、安全性好。

技术领域

本发明属于超临界二氧化碳试验技术领域，尤其涉及一种闭式超临界二氧化碳试验回路压力调节系统。

背景技术

超临界二氧化碳具有临界点适中、来源广泛、无毒环保等优良特性，其密度接近于液体，粘度与气体接近，具有良好的流动性。早在20世纪50年，Su l zer 公司就提出了超临界二氧化碳动力循环，超临界二氧化碳是气、液两相平衡共存的极限热力状态，在此状态时，其流动性极好，表面张力极小，溶解能力很强，稍微改变超临界压力和温度就可以改变其溶解度。

近些年，针对超临界二氧化碳动力循环特性、换热特性的研究逐渐广泛和深入，目前，对于超临界二氧化碳动力循环、换热特性的研究与试验，主要以闭式布雷顿循环为主。具体过程为：预先对闭式试验回路抽取一定的真空度，然后通过增压泵向试验回路中注入二氧化碳。通过增压泵的加压及保温、隔冷等措施使闭式回路中的二氧化碳达到超临界态(压力7.38Mpa以上、温度31℃以上)，利用增压泵使试验回路的压力达到试验要求的压力。二氧化碳注入过程结束后，停止增压泵、关闭注入阀。在闭式回路中，依靠循环泵提供动力，使超临界二氧化碳在闭式回路中依次经过回热器、加热器、综合试验段、冷凝器等主要设备，最后回到循环泵入口形成闭式循环。以此来进行超临界二氧化碳的动力循环、换热特性等试验研究。为满足不同压力工况下的超临界二氧化碳试验需求，需要对闭式回路的压力进行调节。目前，常采用的方法有：(1)在试验系统管道中串联多级调节阀，通过控制阀门开度调节系统压力；(2)采用减压阀进行调压；(3)在闭式回路增加排放阀，通过排放回路介质调节系统压力。以上几种方式，存在以下缺点和不足：一是闭式循环回路通常压力较高，使调节阀前后存在较大的压差，从而使调节阀开启困难，难以有效进行压力调节；二是在闭式回路中通过节流或减压阀调压，存在使循环泵入口压力降低，发生汽蚀的风险。三是减压阀每次只能针对某一压力值进行调节，要调节其他压力值时，需人工对减压阀进行调整；四是压力调节精度不高、压力调节范围小以及调节量较难控制；五是通过排放介质的方式调压，存在工质浪费、环境污染等问题；六是人工调压存在操作不便及安全风险。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种闭式超临界二氧化碳试验回路压力调节系统，使用特定的高速电磁阀及变频增压泵，利用PLC控制系统、bang_bang控制原理、PWM/PTO技术及上位机监控等，对闭式回路调压系统及调压方式进行集成优化设计，可实现远程、高精度、大范围、快速压力调节，压力调节过程的安全高效。使用储罐、压缩机、干燥器、冷凝器等设备，可实现工质的循环利用。该压力调节系统和调节原理及方法可拓展至类似工质的闭式循环回路的压力调节。该压力调节系统可与闭式试验回路进行集成设计，可完成不同压力工况下的各类试验。

一种闭式超临界二氧化碳试验回路压力调节系统，所述系统包括：

闭式超临界二氧化碳试验系统；

压力调节系统，与闭式超临界二氧化碳试验系统相连接，用于调节闭式超临界二氧化碳试验系统的压力；

充注/升压系统，所述充注/升压系统的输入端通过液态二氧化碳充装回路与压力调节系统连接，其输出端与闭式超临界二氧化碳试验系统连接；

真空发生组件，分别与闭式超临界二氧化碳试验系统和压力调节系统连接，用于在系统初始阶为闭式超临界二氧化碳试验系统和压力调节系统提供真空环境；