[發明專利]一種用于聚變堆的超臨界二氧化碳功率循環系統及方法

有效

• 申請號: 202010849117.2
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111963267B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 汪衛華;劉勝;沈欣媛;楊薇;賀勝男;蘆偉;任珍珍;楊錦宏;儲德林;寧洪偉;陸野;陳志鵬;桂騰;徐敬坤;章美娟;張數峰
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K17/02;F01K13/02;F01K13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

1.一種用于聚變堆的超臨界二氧化碳功率循環方法，該方法用于聚變堆的超臨界二氧化碳功率循環系統，其特征在于，用于聚變堆的超臨界二氧化碳功率循環系統包括超臨界二氧化碳S-CO₂回路（1）、低溫回熱器（2）、控制閥（3）、流量計（4）、冷卻器（5）、常溫壓縮機（6）、中溫壓縮機（7）、第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）、偏濾器（9）、第一水冷回路（10）、真空室（11）、第二水冷回路（10’）、第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’）、中溫回熱器（12）、高溫回熱器（13）、包層（14）、氦冷回路（15）、氦/S-CO₂換熱器（16）、透平（17）和電網（18）；其中，低溫回熱器（2）低壓側出口段經S-CO₂回路（1）通過T形管分為兩條支路，一條支路聯接于冷卻器（5）入口，控制閥（3）和流量計（4）安裝于冷卻器（5）入口段，冷卻器（5）出口端聯接至常溫壓縮機（6），常溫壓縮機（6）出口段通過T形管分別聯接于第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）的S-CO₂側入口和低溫回熱器（2）的高壓側入口，S-CO₂回路（1）T形管的另一條支路聯接于中溫壓縮機（7）入口；偏濾器（9）壓力水出口聯接于第一水冷回路（10），第一水冷回路（10）出口聯接于第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）的壓力水入口，第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）壓力水出口聯接于偏濾器（9）的壓力水入口；第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）的S-CO₂高壓側出口聯接于第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’）的S-CO₂高壓側入口，第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’）的S-CO₂高壓側出口段與低溫回熱器（2）高壓側出口段經T形管聯接至中溫回熱器（12）的高壓側入口；真空室（11）壓力水出口聯接于第二水冷回路（10’），第二水冷回路（10’）壓力水出口聯接于第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’）的壓力水入口，第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’）壓力水出口聯接于真空室（11）壓力水入口；中溫壓縮機（7）出口段與中溫回熱器（12）高壓側出口段通過T形管聯接于高溫回熱器（13）高壓側入口，高溫回熱器（13）高壓側出口段聯接于氦/S-CO₂換熱器（16）的S-CO₂入口，氦/S-CO₂換熱器（16）的氦出口聯接于氦冷回路（15），氦冷回路（15）的出口聯接于包層（14）的氦氣入口，包層（14）的氦氣出口聯接于氦/S-CO₂換熱器（16）的氦氣入口，氦/S-CO₂換熱器（16）的S-CO₂出口段聯接于透平（17）的入口端，透平（17）的出口端聯接于高溫回熱器（13）低壓側入口，高溫回熱器（13）低壓側出口聯接于中溫回熱器（12）的低壓側入口，中溫回熱器（12）的低壓側出口聯接于低溫回熱器（2）低壓側入口，透平（17）產生的電輸送至電網（18）；

該用于聚變堆的超臨界二氧化碳功率循環方法包括以下步驟：

步驟S1：S-CO₂由低溫回熱器（2）降溫后由低壓側流入S-CO₂回路（1），通過T形管分為兩條支路，一條支路流入冷卻器（5），由控制閥（3）和流量計（4）控制和顯示質量流率，通過冷卻器（5）進一步降溫后流入常溫壓縮機（6），由其升高溫度和壓力至預定值后通過T形管分別流入低溫回熱器（2）高壓側和第一壓力水/S-CO₂換熱器（8），低溫回熱器（2）內高、低壓兩側S-CO₂換熱，第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）內低溫S-CO₂與經第一水冷回路（10）的冷卻偏濾器（9）核熱產生的高溫壓力水換熱；

步驟S2：由第一壓力水/S-CO₂換熱器（8）升溫后的S-CO₂流入第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’），在其內S-CO₂與經第二水冷回路（10’）的冷卻真空室（11）核熱產生的高溫壓力水換熱；

步驟S3：低溫回熱器（2）和第二壓力水/S-CO₂換熱器（8’）升溫后的S-CO₂經T形管匯合后流入中溫回熱器（12）高壓側，在其內高、低壓兩側S-CO₂換熱；

步驟S4：S-CO₂回路（1）T形管的另一條支路中的S-CO₂流入中溫壓縮機（7），由其升高溫度和壓力至預定值后與中溫回熱器（12）升溫后的S-CO₂通過T形管匯合后流入高溫回熱器（13），在其內高、低壓兩側S-CO₂換熱；

步驟S5：高溫回熱器（13）高壓側S-CO₂流入氦/S-CO₂換熱器（16），在其內S-CO₂與經氦冷回路（15）的冷卻包層（14）核熱產生的高溫氦氣換熱，氦/S-CO₂換熱器（16）流出升至高溫的S-CO₂進入透平（17）發電，產生的電力輸送至電網（18）；

步驟S6：通過透平（17）發電后的S-CO₂降溫、降壓后流入高溫回熱器（13）低壓側入口，換熱降溫后由高溫回熱器（13）低壓側出口流入中溫回熱器（12）的低壓側入口，再次換熱降溫后由中溫回熱器（12）的低壓側出口流入低溫回熱器（2）低壓側入口，第三次換熱降溫后由低溫回熱器（2）低壓側出口輸出，形成S-CO₂循環。