专利名称：用于提供公用品和二氧化碳的系统和方法
用于提供公用品和二氧化碳的系统和方法技术领域
本公开的领域大体涉及用于提供公用品(utilities)和二氧化碳的系统和方法。 更具体地讲，本公开涉及用于提供电、热、水以及二氧化碳的系统和方法。
背景技术：
二氧化碳(CO2)是在大气中发现的天然存在的化合物。二氧化碳气体还是燃烧的副产物。二氧化碳通过参与光合作用有助于植物的生长，并且还用在许多行业中，诸如食品和饮料行业，其中，二氧化碳可用来生产充了碳酸气的食品和饮料。二氧化碳还是酿酒、气体力学、灭火器、焊接、药品、激光以及制冷(除了别的以外)中的主要成分。
在植物中，二氧化碳通过参与光合作用有助于植物生长，其中，植物使用二氧化碳、水和光来制造糖并且释放氧气。尽管二氧化碳是光合作用必需的三种主要成分(0)2、水和光)中的一种，空气中二氧化碳的量仅为大约O. 039%(该量由于季节可能会波动)。空气的其它组分包括大约78%的氮气、21%的氧气以及微量气体。比在空气中发现的二氧化碳浓度更高的二氧化碳浓度可促进植物生长的显著增加。
一些植物在温室中生长，温室典型地为这种结构其具有允许太阳光或者其它光进入该结构的透光壁。温室还储存热能，并且与周围的外部温度相比倾向于具有增加的内部温度。温室还需要水和电(例如，以便提供照明和空气调节)来运行，例如，以便供应给温室内的植物。发明内容
在一方面中，一种用于生产固态或者液态二氧化碳中的至少一种的系统包括构造成产生包含二氧化碳的排气的燃烧器；构造成压缩排气的压缩机；以及构造成冷却排气的热交换器。该系统还包括膨胀室，其构造成允许压缩排气膨胀以及形成固态或者液态二氧化碳，并且使固态或者液态二氧化碳与CO2基本上空竭(depleted)的气体分离。供给通道构造成将CO2空竭的气体供应给所述热交换器，并且储存室构造成储存固态二氧化碳。
在另一方面中，一种用于产生固态或者液态二氧化碳中的至少一种的方法包括 燃烧燃料以便产生包含二氧化碳的排气；在压缩机中压缩排气；以及在热交换器中冷却排气。该方法还包括使排气膨胀以便产生固态或者液态二氧化碳，并且使CO2空竭的气体从 CO2基本上空竭的气体中分离；将CO2空竭的气体的至少一部分供应给热交换器；以及在储存容器中储存固态或者液态二氧化碳。
在又一方面中，一种将二氧化碳气体供应给温室的方法包括燃烧燃料以便产生包含二氧化碳的排气；在压缩机中压缩排气；以及在热交 换器中冷却排气。该方法还包括 使排气膨胀以便产生固态或者液态二氧化碳中的至少一种；以及使固态或者液态二氧化碳与CO2基本上空竭的气体分离；将CO2空竭的气体的至少一部分供应给所述热交换器；以及在储存容器中储存固态或者液态二氧化碳的至少一部分。加热固态或者液态二氧化碳的至少一部分以便产生二氧化碳气体，并且将二氧化碳气体供应给温室。
图1是根据本公开的用于生产固态二氧化碳的系统的框图。
部件列表 100燃烧器 102冷却装置 104压缩机 106 马达108气体膨胀装置 110 二氧化碳分离室 112热交换器 114储存室 116建筑物 118燃料供给管路 120空气供给管路 122发电机 124 管126再循环通路 128传动轴130 二氧化碳空竭的气体132压缩排气134预冷却的排气136热的二氧化碳空竭的气体138 二氧化碳140旁路管142连接144管道146 二氧化碳空竭的气体的流。
具体实施方式
本文所描述的是用于生产公用品(诸如水、热、电以及可为固态二氧化碳、液态二氧化碳或者气态二氧化碳的二氧化碳)的系统和方法。
图1是用于生 产二氧化碳的示范性系统的框图。在某些实施例中，系统包括燃烧器100、冷却装置102、压缩机104、马达106、气体膨胀装置108、固态二氧化碳分离室110、 热交换器112、二氧化碳储存室114以及建筑物116。
在一个实施例中，燃烧器100是例如内燃机，诸如汽油发动机或装置、柴油发动机或装置、天然气发动机或装置或者使用燃料并且产生包含二氧化碳的排气的任何其它发动机或装置。燃烧器100连接到燃料供给管路118和空气供给管路120。
在一个实施例中，燃烧器100设有产生电能一诸如交流(AC)电能或者直流(DC)电能一的发电机122。发电机122由通过燃烧器100产生的机械力或者其它力驱动，能够使发电机122产生电能。在另一实施例中，发电机122是由通过燃烧器100产生的旋转运动驱动的交流发电机。
在一个实施例中，来自燃烧器100的排气经由管124被输送到压缩机104。来自燃烧器100的排气具有大约350°C到450°C的温度；尽管如此，排气的温度取决于使用的燃烧器的类型，并且因此可能会比350°C到450°C更高或者更低。来自燃烧器100的排气包含至少一些二氧化碳气体，并且还可能会包含其它的气体。在一些实施例中，排气包含百分之十二的氧气和百分之五的二氧化碳。
在一个实施例中，冷却装置102是废热回收系统(WHR)。在其它的实施例中，冷却装置102是气体/气体或者气体/液体热交换器。在又一实施例中，冷却装置102是有机兰金循环(Rankin cycle) (ORC)系统。
在一个实施例中，为了增加排气中二氧化碳的量，排气再循环通路126连接在燃烧器100和压缩机104之间。排气再循环通路126捕获排气的至少一部分，例如排气的 20% - 50%，并且使排气的该部分再循环到燃烧器100的空气供给管路120。再循环的排气在燃烧器100中进一步燃烧，因此允许燃烧器100的排气实现二氧化碳浓度的增加。在一个实施例中，再循环之后的排气具有大约百分之六到百分之七的二氧化碳浓度。尽管如此， 二氧化碳的浓度可为允许系统根据本公开来运行的任何百分比。
在一个实施例中，使用膜系统以便从排气中分离出至少一些二氧化碳。在一些实施例中，在分离出的流中的二氧化碳的浓度在60%到90%的范围内。在另一实施例中，将分离出的流送到压缩机104，而排气的剩余部分被排出系统，例如排到大气中。
压缩机104接收来自燃烧器100的排气，并且压缩该排气。在一个实施例中，排气在压缩机104中被压缩到大约4到6巴。通过经历压缩，排气温度可升高。在一个实施例中，排气的温度增加到200°C。在一个实施例中，压缩机104由马达106驱动，或者由通过燃烧器100产生的机械力驱动。在另一实施例中，马达70通过驱动压缩机104的传动轴128 连接到压缩机104。
离开压缩机104的压缩排气然后在热交换器112中冷却，并且被送到允许排气膨胀的气体膨胀装置108。在一些实施例中，气体膨胀装置108是涡轮膨胀装置。在气体膨胀装置108中的气体的膨胀使排气膨胀和冷却。在一个实施例中，排气被冷却到二氧化碳的至少一部分被转化成固态并且与排气中的其它气体分离的程度。例如，排气被冷却到使所有的或者基本上所有的二氧化碳与排气中的其它气体分离所必须的程度。在一个实施例中，百分之九十的二氧化碳以大约一 120°C到一 125°C的温度被从排气中分离。在其它的实施例中，排气被冷却到的温度取决于进入气体膨胀装置108的排气中二氧化碳的浓度或者期望的二氧化碳的分离量。
在一个实施例中，从分离室110中提供了二氧化碳空竭的气体130和146的分离流。离开分离室110的二氧化碳空竭的气体130和146是冷的。在一个实施例中，二氧化碳空竭的气体的温度在一 120°C到一 125°C的范围内。在一个实施例中，将离开分离室110 的冷的二氧化碳空竭的气体146供应给冷却系统102，以便在排气进入压缩机104之前预冷却排气。在另一实施例中，将冷的二氧化碳空竭的气体130提供给热交换器112，其利用冷的二氧化碳空竭的气体130预冷却离开压缩机104的压缩排气132。在一个实施例中，预冷却后的压缩气体的温度为一 95°C。当冷的二氧化碳空竭的气体穿过热交换器112时，它吸收来自压缩排气132的热量。预冷却的排气134然后流到气体膨胀装置108以便被膨胀。 热的二氧化碳空竭的气体136离开热交换器112并且被储存、排出或者回收。
在一个实施例中，将可为固态、液态或者气态二氧化碳138从气体分离器110提供给储存室114。在另一实施例中，二氧化碳138以固态形式被储存在储存室中，其中，储存室114保持处于大约一 56°C的温度以便基本上或者完全避免二氧化碳升华。在又一实施例中，二氧化碳138在足够的温度下被储存在储存室114中以便保持二氧化碳138处于特定的温度。
在一个实施例中，将二氧化碳从储存室114送到建筑物116，诸如温室或者饮料碳化工厂。在另一实施例中，二氧化碳138在被送到建筑物116之前通过加热装置(未示出) 加热到比一 56°C更高的温度。在又一实施例中，二氧化碳经由绕过储存室114的旁路管140 被直接送到建筑物116。被送到建筑物116的二氧化碳被用来例如增加建筑物116中(例如，温室中)的二氧化碳的浓度，或者被送到位于建筑物116处的二级储存罐(未示出)，以用于使用在食品和/或饮料产品中。在一个实施例中，建筑物116是温室，并且二氧化碳气体增加了温室中的二氧化碳浓度以便有助于植物的生长。在另一实施例中，二氧化碳在被送到储存室114或者建筑物116之前经历了净化的过程。例如，气体分离器110包括净化二氧化碳的二氧化碳净化装置或者净气器。
在一个实施例中，将公用品提供给建筑物116或者其它的结构，并且燃烧器100连接到产生电能的发电机122。来自发电机122的所产生的电能经由连接142被送到建筑物 116，例如，以便给照明系统和空气调节单元等提供功率。
在一个实施例中，将公用品提供给建筑物116或者其它的结构以及燃烧器。在另一实施例中，冷却系统102是WHR系统，并且产生作为废热回收的副产物的湿气(例如凝结物)。湿气经由管道144被输送到建筑物116，以便在其中使用，例如，用于给植物供水、湿化空气等。在另一实施例中，湿气在被输送到建筑物116之前经历了净化的过程。在另外的另一实施例中，WHR系统102产生用来给马达106或者系统的其它电气装置提供功率的电力144。在另一实施例中，冷的二氧化碳空竭的气体130的一部分被用来冷却建筑物116， 例如，通过使用在空调系统中。
本公开的系统和方法的技术效果提供了产生公用品(诸如水、热、电以及可为固态二氧化碳、液态二氧化碳或者气态二氧化碳的二氧化碳)的能力。
在一些实施例中，以上所描述的系统和方法以电子的方式受控制或者由计算机控制。本文描述的实施例不限于用于执行本文所描述的处理任务的任何特定的系统控制器或者处理器。本文使用的术语控制器或者处理器意图指代能够执行对于执行本文所描述的任务而言所必需的计算或者 测定的任何机器。术语控制器和处理器还意图指代能够接收结构化的输入并且能够按照规定的规则处理输入以便产生输出的任何机器。还应注意的是，如本领域技术人员将理解的，本文所使用的短语“构造成”意味着用硬件和软件的结合来装备控制器/处理器，以便执行本发明的实施例的任务。本文所使用的术语控制器/处理器指代中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本文所描述的功能的任何其它的电路或者处理器。
本文所描述的实施例包含一种或多种计算机可读介质，包括非瞬时性的(non —transitory)计算机可读存储介质,其中，各介质可被构造成在其上包括(或各介质在其上包括)数据或者用于处理数据的计算机可执行的指令。计算机可执行的指令包括数据结构、对象、程序、例程或者可被处理系统(诸如与通用计算机关联的能够执行各种不同功能的处理系统或者与专用计算机关联的能够执行有限数量的功能的处理系统)访问的其它程序模块。当被构造成执行本文所描述的指令时，公开的方面把通用计算机转化为专用计算装置。计算机可执行的指令使处理系统执行特定的功能或者功能组，并且是用于执行本文所公开的方法的步骤的程序代码方式的示例。此外，可执行的指令的特定的序列提供了可用来执行这些步骤的对应动作的示例。计算机可读介质的示例包括随机存取存储器 (“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、可编程只读存储器(“PR0M”)、可擦除可编程只读存储器 (“EPR0M”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPR0M”)、光盘只读存储器(“⑶一 ROM”) 或者能够提供可被处理系统访问的数据或者可执行指令的任何其它装置或者构件。
计算机或者计算装置(诸如本文所描述的)具有一个或者多个处理器或者处理单元、系统存储器以及一些形式的计算机可读介质。通过示例而不是限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或者技术实施的用于存储信息(诸如计算机可读的指令、数据结构、程序模块或者其它数据)的易失性的和非易失性的、可去除的和不可去除的介质。通信介质通常包含计算机可读的指令、数据结构、 程序模块或者在已调数据信号(诸如载波或者其它的传输机制)中的其它数据，并且包括任何信息输送介质。以上(介质)中的任何(介质)的结合也包括在计算机可读介质的范围内。
本书面描述使用示例公开了本发明，包括最佳模式，而且还使本领域内的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或者系统以及执行任何结合的方法。本发明的可得到专利保护的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的文字语言没有差别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性 差别的等效的结构元素，则这样的其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于生产固态或者液态二氧化碳中的至少一种的系统，所述系统包括燃烧器(100)，其构造成产生包含二氧化碳的排气；压缩机(104)，其构造成压缩所述排气；热交换器(102，112)，其构造成冷却所述排气；膨胀室(108)，其构造成允许所述压缩排气膨胀，并且形成固态或者液态二氧化碳，并且使所述固态或者液态二氧化碳与CO2基本上空竭的气体分离；供给通道(130，146)，其构造成将所述CO2空竭的气体供应给所述热交换器(102、112);以及储存室(114)，其构造成储存所述固态或者液态二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述压缩机(104)的上游提供所述热交换器(102)，所述热交换器构造成产生水以及将预冷却的排气流提供给所述压缩机。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热交换器(102)构造成利用所供给的CO2空竭的气体在所述排气进入所述压缩机之前来预冷却所述排气。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热交换器(102)包括废热回收(WHR)系统，所述WHR系统构造成利用所述排气来产生电和水，并且将所述预冷却的排气流提供给所述压缩机(104)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括构造成使所述压缩机(104)转动的电动马达(106)，并且所述电动马达电气地连接到所述WHR系统(102)的电气输出。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括在所述压缩机(104)的下游提供的第二热交换器(112)，所述第二热交换器构造成降低所述压缩排气的温度，并且将温度降低的排气提供给所述涡轮(108)。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用于将所述CO2空竭的气体供应给所述第二热交换器(112)的导管(130)，所述第二热交换器构造成使用所述CO2空竭的气体来进一步冷却所述温度降低的排气。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括连接在所述储存室(114)和建筑物(116)之间的用于将二氧化碳从所述储存室供应给所述建筑物的导管。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括位于所述储存室(114)上游并且连接到所述建筑物的第二导管(140)，所述第二导管构造成将二氧化碳供应给所述建筑物(116)，并且绕过所述储存室。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括连接到所述燃烧器(100)的发电机(122)，所述发电机构造成基于所述燃烧器的操作来发电，以及构造成将电从所述发电机供应给所述系统的至少一个其它构件(116)的供电线路(142)。
全文摘要
本发明涉及一种用于提供公用品和二氧化碳的系统和方法。一种用于生产固态或者液态二氧化碳中的至少一种的系统包括构造成生产包含二氧化碳的排气的燃烧器(100)；构造成压缩排气的压缩机(104)；以及构造成冷却排气的热交换器(102，112)。将膨胀室(108)构造成允许压缩排气膨胀，并且形成固态或者液态二氧化碳，并且使固态或者液态二氧化碳与CO2基本上空竭的气体分离。供给通道(130，146)将CO2空竭的气体供应给所述热交换器，并且储存室(114)储存固态二氧化碳。
文档编号C01B31/22GK103030142SQ20121037337
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年9月29日
发明者V.V.利相斯基, L.M.赫迪 申请人:通用电气公司