[发明专利]利用二氧化碳进行能量转换的方法和设备系统

摘要

1.利用二氧化碳进行能量转换的方法和设备系统。2.1与水相比，二氧化碳的热容量较低，如果让其在临界和能量密度高的区域工作，所使用的材料和仪器就必须承受高压和高温。然而由于它的临界点低，人们可有效地利用它，将自然界的热能转换为机械能。2.2为此目的，需将大量的二氧化碳充填到容器中并加热，例如，用夏天的气候高温加热。由此为二氧化碳在热机中膨胀做功奠定了基础。在二氧化碳膨胀之前，人们应平稳二氧化碳的压力波动，并在二氧化碳流体流向热机时继续加热。膨胀后，它可冷却液化，例如通过气候寒冷来液化二氧化碳。为了获得气候的寒冷或高温，就需要通过二氧化碳运输系统或二氧化碳储存设施进行地区或时间桥接。二氧化碳存储系统除了存储功能外，还具有加热和冷却功能，这些功能必须与热机的功率相匹配，由此消除了热交换器的热传递缓慢和热机快速运转的矛盾。此外，二氧化碳储存设施的储罐中的二氧化碳工作过程，例如传热，不是连续稳态运行，而是逐批运行。因此，所用的热机设备系统的二氧化碳流体循环过程是一个批处理式的非稳态流动过程。2.3由此，循环使用中的二氧化碳就象烧不完的“天然气“，能把自然界的热能源源不断地转化为电能，从而经济有效地解决气候变化和能源短缺问题，一定条件下还可缓解沙漠化，顺便也就消除了雾霾的烦恼。

主权项

1.一种利用二氧化碳作为热机的工作介质进行能量转换的方法，其特征在于，所需的热力设备系统包含以下五种设备：1.1具有以下特征的热交换设备，1.1.1至少一个容器，其容积至少为27立方米，以及1.1.2在其外壁，部分或者完全隔热，并且1.1.3从其顶部到底部放置至少一条金属管道(5)，在其中，气体从顶部(1)向底部流动并且1.1.4在底部的外壁区有一个气体出口(2)，气体如燃煤厂的烟气，流过金属管道通过它流出容器，以及1.1.5在容器的下部存在一个输入口，它通过一根水管连接到上部的冷水入口(3)，冷水从此入口通过水管，进入输入口而流入容器内，并且1.1.6在容器的上壁区域有一个热水出口(4)，流入的冷水通过金属管(5)，在其表面进行热交换后，在这热水出口溢出；1.2具有以下特征的沉淀设备，1.2.1至少一个容积至少为27立方米的容器，以及1.2.2它有一个倾斜的底部，用于收集含有二氧化碳的流体中的沉积物1.2.3墙壁区域内有一个气体入口(6)，和1.2.4双层阀门(7)位于容器的最低层，用于取出流体沉积物1.2.5在墙壁上有一个出口，用于排出流体中的冷凝水，并且1.2.6在其容器内部上方可安装热交换器(10)以冷却含二氧化碳的气体，以及1.2.7在容器上部有一个气体出口(8)用于排气，并有一个止回阀(9)，并且1.2.8输出气体时，可在气体出口(8)安装可选的风扇或滤尘器；1.3具有以下特征的二氧化碳液化设备，1.3.1至少一个带有可选的和可切换旁路的气体压缩设备，1.3.2至少一个容器，用于接收已压缩的含二氧化碳的流体，例如，来自气体压缩设备的烟气，以及1.3.3一组热交换器，用于传递热量，例如来自气体压缩设备的压缩热或其他可用的热量，用于加热二氧化碳，或二氧化碳分离之后的剩余气体。1.3.4一组带有发电机的热机，用于二氧化碳流体或剩余气体的膨胀做功，以及1.3.5用于接收膨胀做功后的二氧化碳流体的容器，和1.3.6一个可选容器，用于接收膨胀后的剩余气体，和1.3.7一组用于储存二氧化碳流体的二氧化碳容器，其中二氧化碳液体容器可根据需要配备热交换器，以及1.3.8一组可选的容器，用于储存剩余气体，容器必要时可配备热交换器；1.4二氧化碳储存设备，它可带有以下两个储存设备的一个或两个，1.4.1具有以下特征的二氧化碳液体储存设备，1.4.1.1一组可通过阀门互连的容器，和1.4.1.2该组的每个容器都有：1.4.1.3二氧化碳液体输入口(11)带有可选的截止阀(13)和可选的泵(12)以及与泵相关的旁路，以及1.4.1.4带有可选的止回阀(15)的二氧化碳液体输出口(14)，和1.4.1.5至少一个安全出口阀，和1.4.1.6容器内部可有一个，几个或没有热交换器(16)，和1.4.1.7在容器外壁可部分或者完全热隔离，和1.4.1.8容器承受至少20巴的压力；1.4.2具有以下特征的二氧化碳气体储存设备，1.4.2.1一组可通过阀门相互连接的容器，和1.4.2.2该组的每个容器都有，1.4.2.3带有止回阀(19)和可选风扇(18)的二氧化碳气体输入口(17)，以及与风扇(18)相关的旁路，和1.4.2.4带有可选的止回阀(21)的二氧化碳气体输出口(20)，和1.4.2.5至少一个安全出口阀，和1.4.2.6容器内部有一个或多个或没有热交换器(22)，和1.4.2.7容器外壁部分或者完全隔热，或者无隔热，以及1.4.2.8承受至少1.2巴的压力；1.5具有以下特征的二氧化碳热电设备，1.5.1一组带发电机的热机，称为热电机组，和1.5.2热源设备，可为二氧化碳热力设备系统的所有热交换器供热，和1.5.3制冷设备，可为二氧化碳热力设备系统的所有热交换器供冷，和1.5.4至少两个操作容器用于供应二氧化碳于热机和用于接收从热机而来的二氧化碳，操作容器都装备热交换器，其各自又与热源和制冷设备通过切换开关相连接，并且1.5.5在供应二氧化碳的操作容器之前，可安装一个或多个热交换器，它们都和热源系统或制冷设备通过切换开关相连接。在适当条件下也可不安装热交换器，并且1.5.6在接收二氧化碳的操作容器之后，可安装一个或多个热交换器，它们都和热源和制冷设备通过切换开关相连接。在适当条件下也可不安装热交换器，以及1.5.7用于供应二氧化碳的一组容器和用于接收流体二氧化碳的一组容器，二氧化碳容器中可配备或没安装热交换器，它们通过切换开关又分别连接到热源设备和制冷设备；对于上述的热力设备系统，人们可采用以下1.10到1.18所述的方法：1.10利用大量二氧化碳，至少5000吨质量的二氧化碳作为工作介质，以及1.11对二氧化碳加热，在此可使用气候的炎热，废热，地热，太阳热或其他自然热能，或者二氧化碳中性燃料燃烧产生的热量等，以及1.12对二氧化碳冷却，在此可利用气候的寒冷，河水，深层土壤，深海水或其他自然冷却物的制冷作用，或在热机中可能产生的膨胀制冷作用，1.13在1.11和1.12中描述的气候炎热或气候寒冷的利用方式有三种：就地，使用二氧化碳运输系统或使用二氧化碳储存设施，1.14某些二氧化碳容器中的二氧化碳加热过程是分批进行的，1.15某些二氧化碳容器中的二氧化碳冷却过程是分批进行的，1.16将二氧化碳充入某些二氧化碳容器的过程是分批进行的，1.17从某些二氧化碳容器中提取二氧化碳的过程是分批进行的，1.18热力设备系统中的二氧化碳利用过程有以下四个步骤，在此过程中二氧化碳的质量也可能增加：1.18.1二氧化碳收集，在此利用低温，特别是自然界的低温，冷却含有二氧化碳的流体，1.18.2二氧化碳液化，在此用于充填的冷却过程和用于液化的冷却过程在某些二氧化碳容器中可并行或相继运行，1.18.3二氧化碳加热，在此用于充填的加热过程，用于充填的冷却过程以及用于升压的加热过程在某些二氧化碳的容器内可平行或相继运行，1.18.4二氧化碳能源转换，在此二氧化碳流到热机内膨胀做功之前的加热进程中，二氧化碳的压力波动应在必要时尽力降低。