无泵压连续高压喷射装置及使用方法与流程

本发明涉及能源做功技术领域，尤其涉及一种无泵压连续高压喷射装置及使用方法。

背景技术：

传统技术中，如果低温液相工质因吸热蒸发而升压产生高压喷射，需要用高压泵将该低温低沸点的低压液相工质持续加压到喷射所需的高压状态，并连续高压做功以不间断输送低温工质，该低温工质在高压状态下吸热膨胀升温，增加焓值，然后持续不断的喷射并对外做功，这种方法的缺点是，工质在以气相喷射并做功以前必须先消耗大量的技术功以保证压力的稳定以及源源不断的液相工质供应。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种无泵压连续高压喷射装置及使用方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无泵压连续高压喷射装置及使用方法，该发明能在没有动力泵提供压力做功的条件下，通过断续供应低温低压的液相低沸点工质，实现液相低温工质吸热、蒸发至升压而产生不间断连续高压喷射，从自然界吸热做功，提高热能的使用效率，无泵作业降低维修维护与设备成本。

本发明的目的是这样实现的，一种无泵压连续高压喷射装置，包括用于容置液相低沸点工质的储罐，所述储罐能与进液交换罐间歇连通，所述无泵压连续高压喷射装置还包括能将液相低沸点工质气化的换热器和高压的喷射罐，所述换热器内设置介质换热通道和热源通道，所述介质换热通道的入口端为液相端口，所述介质换热通道的出口端为气相端口，所述进液交换罐的底部出口能与所述液相端口间歇连通，所述进液交换罐的上部能与所述气相端口间歇连通用于平衡气压；所述喷射罐用于高压气相低沸点工质的缓冲且能与所述气相端口连通，所述喷射罐上连通设置第一喷射出口，所述第一喷射出口用于气相低沸点工质的持续高压喷射，所述第一喷射出口还连通抽射管道，所述抽射管道用于抽射所述进液交换罐内的气相低沸点工质，进液交换罐能构成在无泵压条件下自所述储罐进液的低压环境。

在本发明的一较佳实施方式中，所述进液交换罐上连通设置第二喷射出口，所述第二喷射出口用于所述进液交换罐内高压气相低沸点工质的持续喷射。

在本发明的一较佳实施方式中，所述无泵压连续高压喷射装置还包括联合喷嘴，所述联合喷嘴能分别与所述第一喷射出口、所述抽射管道和所述第二喷射出口连通，构成通过调整流量相互影响的联合喷嘴系统。

在本发明的一较佳实施方式中，所述进液交换罐的数量为多个，多个所述进液交换罐并联设置且能交错使用，所述进液交换罐能作为所述喷射罐用于气相低沸点工质的持续高压喷射。

在本发明的一较佳实施方式中，所述进液交换罐上设置抽射出口，所述抽射出口处设置第一喷射调节阀；位于所述喷射罐与所述第一喷射出口之间设置第二喷射调节阀；位于所述进液交换罐与所述第二喷射出口之间设置第三喷射调节阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述储罐上设置排液出口；所述进液交换罐的顶部设置灌装入口，所述灌装入口与所述排液出口能开闭的连通；所述进液交换罐与所述储罐之间连通设置压力平衡管。

在本发明的一较佳实施方式中，所述灌装入口和所述排液出口之间串接第一开关阀，所述压力平衡管上串接第一平衡阀，所述介质换热通道与所述进液交换罐之间设置第二平衡阀，所述进液交换罐的底部出口与所述介质换热通道的入口之间串接第二开关阀，所述抽射管道上串接第三开关阀，所述第一喷射出口与所述喷射罐之间串接第四开关阀，所述第二喷射出口与所述进液交换罐之间串接第五开关阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述换热器为能从外界吸热的外部换热器，所述外部换热器内设置所述介质换热通道，所述热源通道为外部热源换热通道，所述外部热源换热通道内流通提供热量的水或气流。

本发明的目的还可以这样实现，一种前述的无泵压连续高压喷射装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤a、储罐储罐内预置液相低沸点工质，组装无泵压连续高压喷射装置，进液交换罐、喷射罐和各管道内置换充入气相低沸点工质，关闭各阀门，开启换热器的热源通道循环；

步骤b、连通储罐和进液交换罐，液相低沸点工质在压差作用下自储罐进入进液交换罐，达到设定量后，切断储罐与进液交换罐的连通；

步骤c、连通进液交换罐与介质换热通道的气相端口，进液交换罐升压，连通进液交换罐的底部出口与介质换热通道的液相端口，在重力作用下，进液交换罐内的液相低沸点工质流向换热器的介质换热通道，低沸点工质在换热器中升温加压，形成高温高压气相低沸点工质后进入喷射罐；

步骤d、打开第一喷射出口和第二喷射出口，向外喷射高温高压气相低沸点工质，进液交换罐内气压降低至设定值后，关闭第二喷射出口，连通抽射管道，进液交换罐被抽射降压构成低压腔；

步骤e、进液交换罐内气压降至设定值后，关闭抽射管道，循环重复前述步骤b至步骤d，储罐内液相低沸点工质间歇流入进液交换罐，进液交换罐交错进行喷射高压气相低沸点工质或抽射气相低沸点工质，喷射罐持续向外喷射高温高压气相低沸点工质。

由上所述，本发明提供的无泵压连续高压喷射做功装置及使用方法具有如下有益效果：

本发明的无泵压连续高压喷射做功装置及使用方法中，根据压差实现进液交换罐间歇的无泵进液，通过断续供应低温低压的液相低沸点工质，实现液相低沸点工质吸热-蒸发-升压而产生不间断连续高压喷射并做功；外部换热器能使用循环水对低温液相工质补充提供换热热能，装置全程无需动力泵提供压力做功，实现了无间歇持续高压喷射无泵压间歇供液的技术效果；装置对外喷射做功过程中热能来自于自然界，整个装置的温度低于自然温度，热能的使用效率较高；装置全程无泵作业降低维修维护与设备成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明的无泵压连续高压喷射装置的示意图。

图中：

100、无泵压连续高压喷射装置；

1、储罐；11、排液出口；

2、进液交换罐；21、抽射管道；22、灌装入口；23、压力平衡管；24、第二喷射出口；25、抽射出口；

3、喷射罐；31、第一喷射出口；

4、联合喷嘴；

7、换热器；71、介质换热通道；72、热源通道；

81、第一喷射调节阀；82、第二喷射调节阀；83、第一平衡阀；84、第二平衡阀；85、第三喷射调节阀；

91、第一开关阀；92、第二开关阀；93、第三开关阀；94、第四开关阀；95、第五开关阀。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种无泵压连续高压喷射装置100，本申请中，高温的温度范围是零下六十度到零上六十度(包括零下六十度)，高温的温度范围是绝对零度至零下六十度(不包括零下六十度)；高压的压力范围是1.5兆帕到50兆帕(包括1.5兆帕)，低压的压力范围是真空到1.5兆帕(不包括1.5兆帕)。无泵压连续高压喷射装置100包括容置液相低沸点工质的储罐1，低沸点工质可以是液氮、液氧或液氩，储罐1内压力高于大气压；储罐1能与进液交换罐2间歇连通，以使液相低沸点工质流入进液交换罐2；

无泵压连续高压喷射装置100还包括能将液相低沸点工质气化的换热器7和高压的喷射罐3，换热器7内设置介质换热通道71和热源通道72，介质换热通道71的入口端为液相端口，介质换热通道71的出口端为气相端口，进液交换罐2的底部出口能与液相端口间歇连通，进液交换罐2的上部能与气相端口间歇连通用于平衡气压；进液交换罐2的上部与介质换热通道71的气相端口连通，可以使进液交换罐2内液相低沸点工质被来自换热器7(介质换热通道71)的高压气相低沸点工质升压，并与介质换热通道71达到压力平衡，压力平衡后，连通进液交换罐2的底部出口与介质换热通道71的液相端口，使液相低沸点工质利用连通管原理自动排出并流入介质换热通道71吸热升温气化，介质换热通道71的气相端口排出高温高压的气相低沸点工质；

喷射罐3用于高压气相低沸点工质的缓冲且能与气相端口连通，喷射罐3上连通设置第一喷射出口31，第一喷射出口31用于气相低沸点工质的持续高压喷射，喷射罐3从换热器7源源不断的获得高压气相低沸点工质，实现在第一喷射出口31上的持续高压喷射；第一喷射出口31还连通抽射管道21，抽射管道21用于抽射进液交换罐2内的气相低沸点工质(抽射工序发生在进液交换罐2向介质换热通道71排液之后，排液后进液交换罐2内残余气相低沸点工质，继续对进液交换罐2进行抽吸，其气压持续降低，满足液相低沸点工质自储罐1进入进液交换罐2的压差要求，实现无泵进液)，进液交换罐2能构成在无泵压条件下自储罐1进液的低压环境，使得储罐1内液相低沸点工质自动流入进液交换罐2，完成一次进液。

本发明的无泵压连续高压喷射装置中，根据压差实现进液交换罐间歇的无泵进液，通过断续供应低温低压的液相低沸点工质，实现液相低沸点工质吸热-蒸发-升压而产生不间断连续高压喷射；装置全程无需动力泵提供压力做功，实现了无间歇持续高压喷射无泵压间歇供液的技术效果；装置对外喷射做功中热能来自于自然界，整个装置的温度低于自然温度，热能的使用效率较高；装置全程无泵作业降低维修维护与设备成本。

进一步，进液交换罐2上连通设置第二喷射出口24，第二喷射出口24用于进液交换罐2内高压气相低沸点工质的持续喷射。进液交换罐2的上部与介质换热通道71的气相端口连通，在连通管原理下，进液交换罐2向介质换热通道71排液，排液结束且被抽射管道21抽射降压前，进液交换罐2内连通而来的高压的气相低沸点工质可以通过第二喷射出口24进行喷射对外做功，能有效地提高对外喷射效率，提高生产效率。进液交换罐2内气压降低至设定值后，关闭第二喷射出口24，连通抽射管道21开始抽射降压。进一步，无泵压连续高压喷射装置100还包括联合喷嘴4，联合喷嘴4能分别与第一喷射出口31、抽射管道21和第二喷射出口24连通，构成通过调整流量相互影响的联合喷嘴系统。联合喷嘴系统中，通过调整各流道(第一喷射出口31、抽射管道21和第二喷射出口24)流量可以保持喷射的稳定性或各罐体(进液交换罐2和喷射罐3)压力的稳定循环性。

进一步，进液交换罐2的数量可以为多个，多个进液交换罐2并联设置，可以在达到气流稳定性要求的前提下交错使用，进液交换罐能作为喷射罐用于气相低沸点工质的持续高压喷射，此时不必再单独设立喷射罐3。

进一步，进液交换罐2上设置抽射出口25，抽射管道21的入口与抽射出口25连通设置；抽射出口25处设置第一喷射调节阀81；位于喷射罐3与第一喷射出口31之间设置第二喷射调节阀82；位于进液交换罐2与第二喷射出口24之间设置第三喷射调节阀85。

进一步，储罐1上设置排液出口11；进液交换罐2的顶部设置灌装入口22，灌装入口22与排液出口11能开闭的连通；进液交换罐2与储罐1之间连通设置压力平衡管23。

进一步，灌装入口22和排液出口11之间串接第一开关阀91，压力平衡管23上串接第一平衡阀83，介质换热通道71与进液交换罐2之间设置第二平衡阀84，进液交换罐2的底部出口与介质换热通道71的入口之间串接第二开关阀92，抽射管道21上串接第三开关阀93，第一喷射出口31与喷射罐3之间串接第四开关阀94，第二喷射出口24与进液交换罐2之间串接第五开关阀95。

进一步，换热器7为能从外界吸热的外部换热器，在本实施方式中，外部换热器7为管壳式换热器，外部换热器可以通过水或气流等介质从自然界或外部热源中吸热。外部换热器内设置介质换热通道71，热源通道72为外部热源换热通道，外部热源换热通道内流通提供热量的水或气流。作为换热资源的水或气流为自然资源，不需要外部做功提供，自然界换热资源的温度低于自然温度，该自然温度为室温20℃。

本发明的无泵压连续高压喷射装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤a、储罐1内预置液相低沸点工质，组装无泵压连续高压喷射装置100，进液交换罐2、喷射罐3和各管道内置换充入气相低沸点工质(因低沸点工质储罐存储时需要较高压力以保持其液相状态，储罐1内压力高于进液交换罐2内的压力)，关闭各阀门，开启换热器7的热源通道72循环；

步骤b、连通储罐1和进液交换罐2，液相低沸点工质在压差作用下自储罐1进入进液交换罐2，达到设定量后，切断储罐1与进液交换罐2的连通；

具体地，打开第一开关阀91及第一平衡阀83，连通储罐1和进液交换罐2，并平衡储罐1和进液交换罐2的压力，液相低沸点工质在压差作用下自储罐1进入进液交换罐2，达到设定量后，关闭第一开关阀91及第一平衡阀83；

步骤c、连通进液交换罐2与介质换热通道71的气相端口，进液交换罐2升压，连通进液交换罐2的底部出口与介质换热通道71的液相端口，在重力作用下，进液交换罐2内的液相低沸点工质流向换热器7的介质换热通道71，低沸点工质在换热器7中升温加压，形成高温高压气相低沸点工质(高温高压低沸点工质蒸汽)后进入喷射罐3；

具体地，由于换热器7的热源通道72已在组装后开启循环，介质换热通道71的气相端口已经构成压力较高的气相低沸点工质，打开第二平衡阀84，介质换热通道71气相端口的高温高压气相低沸点工质进入进液交换罐2，进液交换罐2升压至与换热器7相同；打开第二开关阀92，使进液交换罐2与换热器7的介质换热通道71之间形成环形密闭的连通管，在重力作用下，进液交换罐2内的液相低沸点工质流向换热器7的介质换热通道71，低沸点工质在换热器7中升温加压，形成高温高压气相低沸点工质后进入喷射罐3；

步骤d、打开第一喷射出口31和第二喷射出口24，向外喷射高温高压气相低沸点工质(高温高压低沸点工质蒸汽)，进液交换罐2内气压降低至设定值后，关闭第二喷射出口24，连通抽射管道21，进液交换罐2被抽射降压构成低压腔；

具体地，打开第四开关阀94和第五开关阀95，进液交换罐2和喷射罐3同时经联合喷嘴4向外喷射高温高压气相低沸点工质，调整第二喷射调节阀82和第三喷射调节阀85使气流稳定；进液交换罐2内气压降低至设定值后，关闭第五开关阀95，打开第三开关阀93，连通抽射管道21，调整第一喷射调节阀81和第二喷射调节阀82，使喷射气流稳定，因为喷射罐3内高温高压气相低沸点工质经联合喷嘴持续向外喷射，产生了对进液交换罐2的抽射作用，进液交换罐2被抽射进一步降压构成低压腔；整个过程中，喷射罐3内高温高压气相低沸点工质经联合喷嘴4向外持续喷射，满足对外持续做功的需求。

步骤e、进液交换罐2内气压降至设定值后，关闭抽射管道21，循环重复前述步骤b至步骤d，储罐1内液相低沸点工质间歇流入进液交换罐2，进液交换罐2交错进行喷射高压气相低沸点工质或抽射低压气相低沸点工质，喷射罐3持续向外喷射高温高压气相低沸点工质。

具体地，进液交换罐2内气压降至设定值后，关闭第三开关阀93，循环重复前述步骤b至步骤d，储罐1内液相低沸点工质间歇流入进液交换罐2，进液交换罐2交错进行喷射高压气相低沸点工质或抽射逐渐降压的气相低沸点工质，喷射罐3持续向外喷射高温高压气相低沸点工质，实现了无间歇持续高压喷射无泵压间歇供液的技术效果。

由上所述，本发明提供的无泵压连续高压喷射做功装置及使用方法具有如下有益效果：

本发明的无泵压连续高压喷射做功装置及使用方法中，根据压差实现进液交换罐间歇的无泵进液，通过断续供应低温低压的低沸点液相工质，实现液相低沸点工质吸热-蒸发-升压而产生不间断连续高压喷射并做功；外部换热器能使用循环水对低温液相工质补充提供换热热能，装置全程无需动力泵提供压力做功，实现了无间歇持续高压喷射无泵压间歇供液的技术效果；装置对外喷射做功过程中热能来自于自然界，整个装置的温度低于自然温度，热能的使用效率较高；装置全程无泵作业降低维修维护与设备成本。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。