本申請(qǐng)屬于熱發(fā)電，尤其涉及一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在熱發(fā)電領(lǐng)域中，通常會(huì)采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)進(jìn)行熱能與與電能之間的轉(zhuǎn)換，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)使用高溫高壓的超臨界二氧化碳驅(qū)動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，并且驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)壓縮超臨界二氧化碳。在透平中膨脹做功后的工質(zhì)進(jìn)入冷卻器降溫，隨后進(jìn)入壓縮機(jī)被壓縮，加壓后的工質(zhì)進(jìn)入加熱器吸熱升溫后再次以高溫高壓的狀態(tài)進(jìn)入透平做功，實(shí)現(xiàn)布雷頓循環(huán)。

2、對(duì)于工質(zhì)為超臨界二氧化碳的一體化部件械，由于一體化部件械的內(nèi)部具有高壓差，透平和壓縮機(jī)處的二氧化碳會(huì)通過間隙泄漏至電機(jī)所在腔室，導(dǎo)致工質(zhì)的堆積，使內(nèi)部壓力過高，影響整體機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)，降低系統(tǒng)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，能夠泵出腔室內(nèi)堆積的工質(zhì)，同時(shí)使工質(zhì)以較低的壓縮耗功及較高的溫度回注進(jìn)入布雷頓循環(huán)，使整體發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了系統(tǒng)的整體性能。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，以超臨界二氧化碳為工質(zhì)進(jìn)行布雷頓循環(huán)，發(fā)電系統(tǒng)包括主循環(huán)系統(tǒng)，包括一體化部件、加熱通路和冷卻通路，一體化部件連接于加熱通路和冷卻通路之間，以形成布雷頓循環(huán)的整體回路；輔助循環(huán)系統(tǒng)，包括泄漏流通路和熱泵循環(huán)回路，泄漏流通路連接于一體化部件的泄流口和主循環(huán)系統(tǒng)之間，熱泵循環(huán)回路通過引流通路與主循環(huán)系統(tǒng)的整體回路相連接，泄漏流通路通過熱交換組件與熱泵循環(huán)回路進(jìn)行熱交換。

3、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，泄漏流通路的入口連接于一體化部件的泄流口，出口連接于加熱通路；熱泵循環(huán)回路通過引流通路連接于冷卻通路。

4、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在泄流口與熱交換組件之間的泄漏流通路上設(shè)有泄流冷卻件，泄流冷卻件用于冷卻由泄流口泄流的工質(zhì)。

5、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在泄流冷卻件后的泄漏流通路上設(shè)有回注件，回注件用于將泄漏流通路中的工質(zhì)加壓注回至主循環(huán)系統(tǒng)。

6、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，熱交換組件包括第一熱交換件和第二熱交換件，第一熱交換件包括第一連通端和第二連通端，第一連通端連通于熱泵循環(huán)回路內(nèi)，第二連通端連通于泄漏流通路內(nèi)，且第二連通端設(shè)于泄流冷卻件與回注件之間；第二熱交換件包括第三連通端和第四連通端，第三連通端連通于熱泵循環(huán)回路內(nèi)，第四連通端連通于泄漏流通路內(nèi)，且第四連通端設(shè)于回注件之后。

7、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，熱泵循環(huán)組件包括熱泵循環(huán)冷卻件、膨脹閥和熱泵循環(huán)壓縮機(jī)，熱泵循環(huán)冷卻件和膨脹閥依次設(shè)于第三連通端至第一連通端的熱泵循環(huán)回路上，熱泵循環(huán)壓縮機(jī)設(shè)于第一連通端至第三連通端的熱泵循環(huán)回路上。

8、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，冷卻通路上設(shè)有第一冷卻件和第二冷卻件，引流通路的第一端通過第一三通閥連接于第一冷卻件和第二冷卻件之間的冷卻通路上，引流通路的第二端通過第二三通閥連接于第二熱交換件和熱泵循環(huán)壓縮機(jī)之間的熱泵循環(huán)回路上。

9、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，一體化部件包括壓縮機(jī)、透平、電機(jī)和傳動(dòng)軸，壓縮機(jī)、透平和電機(jī)通過傳動(dòng)軸同軸連接，壓縮機(jī)和透平分別連接于傳動(dòng)軸的兩端，電機(jī)設(shè)于傳動(dòng)軸的中部；加熱通路連接于壓縮機(jī)的出口和透平的入口之間，冷卻通路連接于透平的出口和壓縮機(jī)的入口之間。

10、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，加熱通路上設(shè)有加熱器，泄漏流通路通過第三三通閥連接于加熱器與壓縮機(jī)的出口之間的通路上。

11、如上的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其中，一體化部件內(nèi)部還具有通過間隙，壓縮機(jī)和透平均通過通過間隙與泄流口相連通，泄流口設(shè)于電機(jī)的靠近透平的一側(cè)。

12、本申請(qǐng)的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，包括主循環(huán)系統(tǒng)和輔助循環(huán)系統(tǒng)，主循環(huán)系統(tǒng)包括一體化部件、加熱通路和冷卻通路，一體化部件連接于加熱通路和冷卻通路之間，形成布雷頓循環(huán)的整體回路，從而能夠以超臨界二氧化碳為工質(zhì)，通過布雷頓循環(huán)完成能量轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效果。

13、主循環(huán)系統(tǒng)的一體化部件還具有泄流口，在一體化部件工作過程中泄漏的二氧化碳工質(zhì)能夠通過泄流口進(jìn)行泄流。輔助循環(huán)系統(tǒng)則包括泄漏流通路和熱泵循環(huán)回路，其中泄漏流通路連接于泄流口和主循環(huán)系統(tǒng)之間，熱泵循環(huán)回路則通過引流通路與主循環(huán)系統(tǒng)的整體回路相連接，由于由一體化部件的泄流口泄漏的工質(zhì)溫度較高，需要通過熱泵循環(huán)回路中的熱交換組件進(jìn)行降溫，從而使泄漏工質(zhì)以較低的壓縮功耗回注進(jìn)入主循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)加壓后的泄漏工質(zhì)還可以再次和熱泵循環(huán)回路中的熱交換組件進(jìn)行換熱升溫，使其以較高的溫度回注進(jìn)入主循環(huán)系統(tǒng)，從而使整體發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了系統(tǒng)的整體性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，以超臨界二氧化碳為工質(zhì)進(jìn)行布雷頓循環(huán)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述泄漏流通路(40)的入口連接于所述一體化部件(10)的泄流口(11)，出口連接于所述加熱通路(20)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在所述泄流口(11)與所述熱交換組件(80)之間的所述泄漏流通路(40)上設(shè)有泄流冷卻件(41)，所述泄流冷卻件(41)用于冷卻由所述泄流口(11)泄流的工質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在所述泄流冷卻件(41)后的所述泄漏流通路(40)上設(shè)有回注件(42)，所述回注件(42)用于將所述泄漏流通路(40)中的工質(zhì)加壓注回至所述主循環(huán)系統(tǒng)(100)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換組件(80)包括第一熱交換件(81)和第二熱交換件(82)，所述第一熱交換件(81)包括第一連通端(811)和第二連通端(812)，所述第一連通端(811)連通于所述熱泵循環(huán)回路(50)內(nèi)，所述第二連通端(812)連通于所述泄漏流通路(40)內(nèi)，且所述第二連通端(812)設(shè)于所述泄流冷卻件(41)與所述回注件(42)之間；所述第二熱交換件(82)包括第三連通端(821)和第四連通端(822)，所述第三連通端(821)連通于所述熱泵循環(huán)回路(50)內(nèi)，所述第四連通端(822)連通于所述泄漏流通路(40)內(nèi)，且所述第四連通端(822)設(shè)于所述回注件(42)之后。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵循環(huán)回路(50)上設(shè)有熱泵循環(huán)組件(70)，所述熱泵循環(huán)組件(70)包括熱泵循環(huán)冷卻件(71)、膨脹閥(72)和熱泵循環(huán)壓縮機(jī)(73)，所述熱泵循環(huán)冷卻件(71)和所述膨脹閥(72)依次設(shè)于所述第三連通端(821)至所述第一連通端(811)的所述熱泵循環(huán)回路(50)上，所述熱泵循環(huán)壓縮機(jī)(73)設(shè)于所述第一連通端(811)至所述第三連通端(821)的所述熱泵循環(huán)回路(50)上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻通路(30)上設(shè)有第一冷卻件(31)和第二冷卻件(32)，所述引流通路(60)的第一端通過第一三通閥(61)連接于所述第一冷卻件(31)和所述第二冷卻件(32)之間的所述冷卻通路(30)上，所述引流通路(60)的第二端通過第二三通閥(62)連接于所述第二熱交換件(82)和所述熱泵循環(huán)壓縮機(jī)(73)之間的所述熱泵循環(huán)回路(50)上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述一體化部件(10)包括壓縮機(jī)(12)、透平(13)、電機(jī)(14)和傳動(dòng)軸(15)，所述壓縮機(jī)(12)、所述透平(13)和所述電機(jī)(14)通過所述傳動(dòng)軸(15)同軸連接，所述壓縮機(jī)(12)和所述透平(13)分別連接于所述傳動(dòng)軸(15)的兩端，所述電機(jī)(14)設(shè)于所述傳動(dòng)軸(15)的中部；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱通路(20)上設(shè)有加熱器(21)，所述泄漏流通路(40)通過第三三通閥(43)連接于所述加熱器(21)與所述壓縮機(jī)(12)的出口之間的通路上。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述一體化部件(10)內(nèi)部還具有通過間隙(16)，所述壓縮機(jī)(12)和所述透平(13)均通過所述通過間隙(16)與所述泄流口(11)相連通，所述泄流口(11)設(shè)于所述電機(jī)(14)的靠近所述透平(13)的一側(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)包括主循環(huán)系統(tǒng)，包括一體化部件、加熱通路和冷卻通路，一體化部件連接于加熱通路和冷卻通路之間，以形成布雷頓循環(huán)的整體回路；輔助循環(huán)系統(tǒng)，包括泄漏流通路和熱泵循環(huán)回路，泄漏流通路連接于一體化部件的泄流口和主循環(huán)系統(tǒng)之間，熱泵循環(huán)回路通過引流通路與主循環(huán)系統(tǒng)的整體回路相連接，泄漏流通路通過熱交換組件與熱泵循環(huán)回路進(jìn)行熱交換。本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕诔R界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)σ惑w化部件腔室泄漏的工質(zhì)進(jìn)行回收，使工質(zhì)以較低的壓縮耗功、較高的溫度回注進(jìn)入布雷頓循環(huán)。

技術(shù)研發(fā)人員：祝銀海,姜培學(xué),齊寅珂
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9