[發明專利]一種基于S-CO2

在審

• 申請號: 202210498186.2
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN115030875A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 楊柳;毛毛;黃嘉楠
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F03G6/00;F01K25/10
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王雪

本發明公開了一種基于S?CO₂納米流體的太陽能集熱布雷頓動力循環系統，主要包括依次連接形成循環的S?CO₂納米流體制備模塊、太陽能集熱模塊、能量輸出模塊和冷卻模塊，其中其中具體包括CO₂氣源、CO₂貯存罐、納米粉體存放管、超臨界增壓泵、真空泵、回熱換熱器、容積集熱管、太陽能聚光器、汽輪機、發電機等。本發明將S?CO₂納米流體同時作為集熱和動力循環的工質，在加強集熱效率的同時，利用納米流體強化傳熱的特性促進循環中工質的回熱和冷卻過程，從能量獲取和傳輸兩個方面同時提高系統的性能，獲得遠超蒸氣動力循環的效率。

技術領域

本發明涉及太陽能集熱技術領域，尤其涉及一種基于S-CO₂納米流體的太陽能集熱布雷頓動力循環系統。

背景技術

作為一種取之不盡用之不竭的清潔可再生能源，太陽能的高效利用對于減小化石燃料產生的溫室效應和環境污染具有重要意義，但現有的太陽能光熱發電系統面臨高昂的投資成本和較低的整體效率兩個重大挑戰，其主要限制因素為：1、蒸汽溫度較低：由于存在二次換熱，常用的載熱介質，如合成油或熔鹽，其利用溫度僅約為565℃，使蒸汽溫度無法達到鍋爐燃燒的量值，常低于500℃，與蒸汽朗肯動力循環相結合的循環效率低于30％。2、集熱效率低：高溫的太陽能集熱器與流體之間存在較大的傳熱熱阻和傳熱溫差，集熱器表面有很大一部分能量散失到環境中，使得太陽能典型的熱利用效率只有55％。這兩大缺陷使得太陽能發電廠占地面積和投資成本大，而其綜合轉換效率通常卻低于20％。現有的S-CO₂布雷頓動力循環在太陽能傳遞端和熱傳遞端具有明顯的缺陷。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種基于超臨界二氧化碳(S-CO₂)納米流體的直接吸收太陽能集熱的布雷頓動力循環系統，將S-CO₂納米流體同時作為集熱和動力循環的工質，協同利用納米流體強化傳熱的特性促進循環中工質的回熱和冷卻過程，從能量獲取和傳輸兩個方面同時提高系統的性能，獲得遠超蒸氣動力循環的效率。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種基于S-CO₂納米流體的太陽能集熱布雷頓動力循環系統，其特征在于：包括依次連接形成循環的S-CO₂納米流體制備模塊、太陽能集熱模塊、能量輸出模塊和冷卻模塊，所述S-CO₂納米流體制備模塊包括依次相連接的CO₂氣源、CO₂貯存罐、納米粉體存放管和超臨界增壓泵，所述CO₂氣源為S-CO₂納米流體制備模塊提供CO₂氣體，所述納米粉體存放管內儲存有納米粒子粉體，所述太陽能集熱模塊包括容積集熱管和太陽能聚光器，所述容積集熱管采用透明壁面，容積集熱管的入口與所述超臨界增壓泵的出口相連，所述太陽能聚光器能夠聚焦陽光于容積集熱管上，所述能量輸出模塊包括相互連接的汽輪機和發電機，所述容積集熱管的出口與所述汽輪機的入口相連，汽輪機帶動發電機輸出電能，汽輪機的出口依次連接所述冷卻模塊和CO₂貯存罐。

進一步的，所述納米粒子為碳納米管、石墨烯、負載有TiN或Ag的碳納米管、負載有TiN或Ag的石墨烯其中的一種或幾種，納米粒子的濃度為10-1000ppm。

進一步的，所述S-CO₂納米流體制備模塊還包括真空泵、第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門，所述真空泵設置在所述超臨界增壓泵和容積集熱管之間，所述第一閥門設置在設置在所述CO₂氣源和CO₂貯存罐之間，所述第二閥門設置在所述納米粉體存放管和超臨界增壓泵之間，所述CO₂貯存罐的出口和超臨界增壓泵的入口之間還通過所述第三閥門相連接，所述第四閥門設置在納米粉體存放管的入口處。