[實用新型]超臨界二氧化碳布雷頓循環系統

有效

• 申請號: 202021104331.7
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN212406833U
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 肖剛;紀宇軒;王征;倪明江;岑可法;駱仲泱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K13/02;F01K25/10;F01K7/32
• 代理公司: 上海立群專利代理事務所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本實用新型涉及換熱設備技術領域，公開了一種超臨界二氧化碳布雷頓循環系統，包括發電機以及依次序且循環連接的熱源換熱器、透平、冷卻器以及壓縮機，發電機與透平的輸出端連接，在透平與冷卻器之間還設置有多個回熱器，多個回熱器的個數不低于三個，每一回熱器的熱側進出口均與透平和冷卻器連接，每一回熱器的冷測進出口均與壓縮機和熱源換熱器連接。與現有循環系統的結構相比，本實用新型所述多個回熱器之間可構成多種連接形式，進而能夠滿足不同量級的大型布雷頓循環系統的回熱需求，便于形成基于回熱器設備的系統調控策略，增加了閉式布雷頓循環系統的調控方式，提高了系統的靈活性。

技術領域

本實用新型涉及換熱設備技術領域，特別涉及一種超臨界二氧化碳布雷頓循環系統。

背景技術

超臨界二氧化碳(S-CO₂)動力循環在中高溫熱源系統中具有更好的特性，近年來受到普遍的關注，其應用研究已經擴展到了化石燃料發電、船舶推進系統、聚光太陽能、燃料電池、工業余熱回收等諸多領域。相比于現有的蒸汽發電朗肯循環，超臨界二氧化碳布雷頓循環有如下優勢： (1)在中高溫條件下，循環效率更高；(2)臨界點附近二氧化碳的密度大，所需壓縮功小，可提高效率；(3)透平設備和換熱器的尺寸小，材料成本降低，占地面積減??；(4)對材料腐蝕性較弱，可進一步提高工作溫度；(5)可直接空冷，避免水資源的浪費和限制。

在這樣的循環中，由于高低溫范圍超臨界二氧化碳的熱物性差異較大，使得系統的換熱量巨大，回熱器設備成為了這一循環系統中的重要部件。通常超臨界二氧化碳布雷頓循環系統中回熱器的回熱量級能夠達到系統輸出功的4-5倍。例如，在最基礎的簡單超臨界二氧化碳布雷頓循環系統中，對于200KW等級循環系統，其回熱量大于1MW；對于50MW 等級的循環系統，其回熱量大于240MW，等等。

為滿足超臨界二氧化碳系統回熱量大，結構緊湊，溫度壓力較高等要求，需要新型的高效緊湊式回熱器。但受到加工技術條件限制，單一回熱器所能達到的換熱量有限，難以滿足大型的布雷頓循環系統的回熱需求。

實用新型內容

本實用新型針對上述技術問題而提出，目的在于提供一種超臨界二氧化碳布雷頓循環系統，本實用新型的超臨界二氧化碳布雷頓循環系統，通過設置多個回熱器，多個回熱器之間可構成多種連接形式，進而能夠滿足不同量級的大型布雷頓循環系統的回熱需求，便于形成基于回熱器設備的系統調控策略，從而能夠增加閉式布雷頓循環系統的調控方式，提高系統的靈活性。

具體來說，本實用新型提供了一種超臨界二氧化碳布雷頓循環系統，包括依次序且循環連接的熱源換熱器、透平、冷卻器以及壓縮機，發電機與透平的輸出端連接，在透平與冷卻器之間還設置有多個回熱器，多個回熱器的個數不低于三個，每一回熱器的熱側進出口均與透平和冷卻器連接，每一回熱器的冷側進出口均與壓縮機和熱源換熱器連接。

相較于現有技術而言，本實用新型提供的超臨界二氧化碳布雷頓循環系統，通過設置多個回熱器，多個回熱器通過不同的組合排布，能夠解決目前受加工制造工藝限制、單個回熱器換熱量有限的問題，滿足大型超臨界二氧化碳布雷頓循環的回熱需求。設置多個回熱器通過不同的組合排布，便于形成基于回熱器設備的系統調控策略，從而增加閉式布雷頓循環系統的調控方式，提高系統的靈活性。

另外，作為優選，多個回熱器的排布方式為串聯排布、并聯排布或者混聯排布。

根據該優選方案，通過多個回熱器的串聯疊加，能夠滿足不同的換熱量需求，串聯的多個回熱器的排布方式簡單，也便于回熱器的安裝。在多個回熱器的串聯排布方式下，變工況時多個回熱器依次響應，后一級對比前一級存在響應滯后現象，不易受負荷波動影響，因而超臨界二氧化碳布雷頓循環系統整體穩定特性較好。

通過多個回熱器的并聯疊加，則能夠實現工質在并聯回熱器間的流量等分，進而實現各個并聯回熱器的回熱量均等。在多個回熱器的并聯排布方式下，由于流量均等分配到各回熱器，變工況時多個回熱器幾乎同時產生變化，各回熱器獨立響應，因而超臨界二氧化碳布雷頓循環系統整體響應速度較快。