[發明專利]一種跨臨界CO2

有效

• 申請號: 202010354890.1
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111561363B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 劉方;劉丹;余妍;張永煜
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: F01K7/32
• 分類號: F01K7/32;F01K13/00;F01K25/10;F01D15/08;F01D15/10;F24S20/00;F25B27/00;F25B30/02
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種跨臨界CO₂膨脹機驅動的熱泵儲能系統，其特征在于，包括：

太陽能收集組件，包括用于收集太陽能的太陽能集熱器、通過管道與所述太陽能集熱器構成循環連接的儲油箱和油泵；

跨臨界CO₂膨脹機驅動組件，包括內部通過有所述管道的第一蒸發器、與第一蒸發器連接的透平膨脹機、與所述透平膨脹機連接的回熱器、與所述回熱器連接的冷凝器、與所述冷凝器連接的工質泵以及與所述工質泵連接的第二蒸發器；以及

熱泵儲能組件，包括與所述透平膨脹機連接的壓縮機、與所述壓縮機連接的氣體冷卻器、與所述氣體冷卻器連接的儲熱罐、與所述壓縮機連接的第三蒸發器、與所述第三蒸發器連接的儲冷罐、與所述氣體冷卻器連接并與所述第三蒸發器連接的噴射器以及與所述噴射器連接的氣液分離器，

其中，所述工質泵和所述第二蒸發器之間還連接有所述回熱器，

所述太陽能集熱器、所述儲油箱以及所述油泵構成第一循環子系統，所述第一循環子系統中的循環介質為導熱油，通過所述太陽能集熱器收集太陽能熱量來對所述管道中的所述導熱油進行加熱，

所述第一蒸發器、所述透平膨脹機、所述回熱器、所述冷凝器、所述工質泵以及所述第二蒸發器構成第二循環子系統，所述第二循環子系統中的循環介質為CO₂，通過所述第一蒸發器或所述第二蒸發器將CO₂加熱成為高溫超臨界CO₂工質來推動所述透平膨脹機做功，

所述第二蒸發器與所述第一蒸發器之間還設有第一蒸發器入口氣動門，

所述第一蒸發器與所述透平膨脹機之間還設置有氣動門和氣動調門，通過控制所述氣動調門的開度大小來調整流體流量，進而調整所述透平膨脹機與所述壓縮機的出力，

所述第二循環子系統中還設有一條支路，所述支路的一端連接于所述第二蒸發器與所述第一蒸發器入口氣動門之間，所述支路的一端連接于所述第一蒸發器與所述氣動門之間，所述支路中還設有第一蒸發器旁路氣動門，

所述壓縮機、所述氣體冷卻器、所述第三蒸發器、所述噴射器以及所述氣液分離器構成第三循環子系統，所述第三循環子系統中的循環介質為CO₂，所述壓縮機由所述透平膨脹機驅動進行做功來對CO₂進行升溫加壓，升溫加壓后的CO₂進入所述氣體冷卻器與儲熱介質換熱存儲熱量，隨后CO₂降溫排出，通過所述噴射器進入所述氣液分離器進行氣液分離，氣態CO₂進入所述壓縮機，液態CO₂進入所述第三蒸發器吸收空氣中熱量變成氣態，再被引射回所述噴射器，形成循環，

所述熱量儲存在儲熱罐中，所述第三蒸發器中的冷量儲存在儲冷罐中，

所述儲油箱還連接有用于注入所述導熱油的注油手動一次門以及與所述注油手動一次門連接的注油手動二次門，

所述儲油箱還連接有用于排污的儲油箱排污一次門以及與所述儲油箱排污一次門連接的儲油箱排污二次門，

所述油泵與所述太陽能集熱器之間的所述管道中還連接有用于排氣的管道放氣一次門以及與所述管道放氣一次門連接的管道放氣二次門，

所述第二循環子系統通過采用太陽能、風能、地熱能、核能、工業廢熱或礦石燃料進行互補發電，

所述透平膨脹機的軸與所述壓縮機的軸相連接，使得所述透平膨脹機做功時帶動所述壓縮機進行做功，

所述第二蒸發器連接有備用熱源，當太陽能熱量不足時，檢查所述備用熱源的溫度是否滿足系統運行，當溫度滿足時，關閉所述第一蒸發器入口氣動門，并打開所述第一蒸發器旁路氣動門，將所述備用熱源投入運行，當溫度不滿足時，禁止啟動所述備用熱源。