CN111456820A - 超临界二氧化碳循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热能发电技术领域，公开了一种超临界二氧化碳循环系统，包括依次连接的压缩模块、热源模块、涡轮发电模块和冷却模块，还包括恒温恒压模块，冷却模块经恒温恒压模块与压缩模块连接；恒温恒压模块包括恒温室和贯穿恒温室设置的稳压通道，稳压通道的外侧壁面设有换热翅片，换热翅片位于恒温室内，稳压通道内填充有多个阻尼球，冷却模块的循环工质出口经稳压通道与压缩模块的循环工质进口连接。本发明提供的超临界二氧化碳循环系统，以恒温恒压模块取代大容积缓冲罐，减小了海洋摇摆环境下循环工质的温度和压力波动，提高了循环工质在压缩机进口维持恒温恒压参数的能力。

Description

超临界二氧化碳循环系统

技术领域

本发明涉及热能发电技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳循环系统。

背景技术

随着我国海洋开发的逐渐深入，先进海洋装备开发已势在必行，而动力系统是舰船等海洋装备的“心脏”，是决定舰船整体性能的关键。超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环作为新兴动力系统，具有结构紧凑、效率高、体积小、重量轻、噪声小等显著优势，是舰船动力系统的理想选择。

S-CO₂循环是一种以超临界状态的CO₂为工质的布雷顿循环，压缩机作为S-CO₂循环中的主要原动机，是本循环维持高效、稳定运行的核心设备。由于S-CO₂在临界点附近具有极好的压缩性，为了减小压缩能耗、提升系统效率，压缩机入口参数通常选择在临界点附近，即略高于31.2℃、7.38MPa的超临界状态。一旦压缩机入口参数发生变化，将导致压缩机效率和系统效率的急剧降低，如：压缩机入口温度增加2℃，入口工质密度将减少50％，压缩机将工作在完全不同的另一种工质下。若压缩机入口参数降低至亚临界态，压缩机入口可能出现液态或气态工质(超临界态不属于液态、气态或固态三相态)，导致压缩机出现剧烈振动，甚至造成叶轮结构破坏。

舰船在海洋中航行，在风浪的影响下，必然受到摇摆、侧倾等海况影响。研究发现，在海洋摇摆环境下S-CO₂循环内的关键节点的温度和压力会出现周期性波动，即围绕一个平均值进行上下波动，该波动周期与海浪的周期为整数倍关系，对压缩机入口参数保持稳定产生不利影响。如何在海洋条件下维持压缩机的入口恒定参数是实现S-CO₂循环在舰船上高效应用的关键。

发明内容

本发明实施例提供一种超临界二氧化碳循环系统，用以解决在海洋条件下维持超临界二氧化碳循环的压缩机入口温度和压力参数稳定的问题。

本发明实施例提供一种超临界二氧化碳循环系统，包括依次连接的压缩模块、热源模块、涡轮发电模块和冷却模块，还包括恒温恒压模块，所述冷却模块经所述恒温恒压模块与所述压缩模块连接；

所述恒温恒压模块包括恒温室和贯穿所述恒温室设置的稳压通道，所述稳压通道的外侧壁面设有换热翅片，所述换热翅片位于所述恒温室内，所述稳压通道内填充有多个阻尼球，所述冷却模块的循环工质出口经所述稳压通道与所述压缩模块的循环工质进口连接。

其中，所述稳压通道内设有滤波段，所述滤波段包括两个泡沫金属封板，多个所述阻尼球填充于两个所述泡沫金属封板之间。

其中，沿循环工质的流动方向，所述稳压通道内设置有多个所述滤波段。

其中，两个所述泡沫金属封板之间还设有蜂窝状的金属格栅，多个所述阻尼球填充于所述金属格栅的蜂窝孔内。

其中，所述阻尼球为中空结构，所述阻尼球的内部空心填充有压强为7.4MPa-7.6MPa的二氧化碳。

其中，所述恒温恒压模块还包括喷射器和渐扩段；所述喷射器设有与所述压缩模块的循环工质出口连接的射流入口和与所述冷却模块的循环工质出口连接的引流入口，所述射流入口与所述压缩模块的循环工质出口之间还设有高压调节阀；所述喷射器的出口与所述渐扩段的小径端连接，所述渐扩段的大径端与所述稳压通道的进口连接。

其中，所述渐扩段的内壁设有多组旋流叶片。

其中，所述恒温室包括上部的低压饱和蒸汽区和下部的液态区，所述低压饱和蒸汽区设有冷凝管网。

其中，所述恒温恒压模块还包括依次连接的真空泵、凝汽器和储液罐，所述真空泵的进口与所述低压饱和蒸汽区连通，所述储液罐与所述液态区连通。

其中，还包括回热器，所述回热器包括预热侧和回热侧，所述压缩模块的循环工质出口经所述预热侧与所述热源模块连接，所述涡轮发电模块的循环工质出口经所述回热侧与所述冷却模块连接；

所述压缩模块包括一级压缩机、二级压缩机和电动机，所述电动机通过磁力传动方式驱动所述一级压缩机和所述二级压缩机转动，所述电动机的转轴的一端安装有一级压缩驱动盘，另一端安装有二级压缩驱动盘，所述一级压缩机的转轴设有一级压缩随动盘，所述二级压缩机的转轴设有二级压缩随动盘；所述一级压缩机和所述二级压缩机之间还设有中间冷却器；

所述涡轮发电模块包括涡轮机和发电机，所述涡轮机的转轴上安装有发电驱动盘，所述发电机的转轴上安装有发电随动盘，所述发电驱动盘用于通过磁力传动方式驱动所述发电随动盘转动；所述发电机与所述电动机电连接。

本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环系统，以恒温恒压模块取代大容积缓冲罐，不但体积较小，能够有效减少超临界二氧化碳循环系统的整体体积，而且具有更好的恒温、恒压效果。具体来说，稳压通道内填充有多个阻尼球，阻尼球是具有一定阻尼效果的弹性球；当稳压通道内压强波动上升时，阻尼球将由于外界压强的升高而产生收缩、体积减小，进而使稳压通道的有效空间增大、压强降低；当稳压通道内压强波动下降时，阻尼球将由于外界压强的降低而产生膨胀、体积增大，进而使稳压通道的有效空间减小、压强升高；从而，通过阻尼球的膨胀和收缩，可以对超临界二氧化碳中循环工质的压力波动起到明显的过滤作用，循环工质的压力上下波动将被稳压通道有效抑制和平缓，实现对海洋摇摆条件导致的超临界二氧化碳压力波动的抑制。恒温室包裹着稳压通道，恒温室的内侧壁面和稳压通道的外侧壁面将形成恒温空间，在稳压通道的外侧壁面设置换热翅片，使稳压通道内外进行充分的热交换，以稳定并抑制稳压通道内循环工质的温度波动。因此，本发明提供的超临界二氧化碳循环系统，减小了海洋摇摆环境下循环工质的温度和压力波动，提高了循环工质在压缩机进口维持恒温恒压参数的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环系统结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的恒温恒压模块结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的压缩模块结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的涡轮发电模块结构示意图；

图中：1、压缩模块；2、热源模块；3、涡轮发电模块；4、恒温恒压模块；5、恒温室；6、稳压通道；7、换热翅片；8、阻尼球；9、泡沫金属封板；10、喷射器；11、渐扩段；12、射流入口；13、引流入口；14、高压调节阀；15、低压饱和蒸汽区；16、液态区；17、冷凝管网；18、真空泵；19、凝汽器；20、储液罐；21、回热器；22、一级压缩机；23、二级压缩机；24、电动机；25、中间冷却器；26、一级压缩驱动盘；27、二级压缩驱动盘；28、一级压缩随动盘；29、二级压缩随动盘；30、涡轮机；31、发电机；32、发电驱动盘；33、发电随动盘；34、主冷却器；35、低压二氧化碳调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种超临界二氧化碳循环系统，包括依次连接的压缩模块1、热源模块2、涡轮发电模块3和冷却模块，还包括恒温恒压模块4，冷却模块经恒温恒压模块4与压缩模块1连接；恒温恒压模块4包括恒温室5和贯穿恒温室5设置的稳压通道6，稳压通道6的外侧壁面设有换热翅片7，换热翅片7位于恒温室5内，稳压通道6内填充有多个阻尼球8，冷却模块的循环工质出口经稳压通道6与压缩模块1的循环工质进口连接。

超临界二氧化碳循环以二氧化碳为循环工质，循环工质在压缩模块1内压缩，经热源模块2吸收热能后，在涡轮发电模块3，循环工质的内能先转换为机械动能并最终转换为电能，经冷却模块冷却后再次进入压缩模块1，从而完成循环。为了稳定、调节循环工质在压缩模块1进口处的温度和压力，现有的超临界二氧化碳循环系统常在压缩模块1的循环工质进口设置有大容积缓冲罐，本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环系统，以恒温恒压模块4取代大容积缓冲罐，不但体积较小，能够有效减少超临界二氧化碳循环系统的整体体积，而且具有更好的恒温、恒压效果。

具体来说，稳压通道6内填充有多个阻尼球8，阻尼球8是具有一定阻尼效果的弹性球；当稳压通道6内压强波动上升时，阻尼球8将由于外界压强的升高而产生收缩、体积减小，进而使稳压通道6的有效空间增大、压强降低；当稳压通道6内压强波动下降时，阻尼球8将由于外界压强的降低而产生膨胀、体积增大，进而使稳压通道6的有效空间减小、压强升高；从而，通过阻尼球8的膨胀和收缩，可以对超临界二氧化碳中循环工质的压力波动起到明显的过滤作用，循环工质的压力上下波动将被稳压通道6有效抑制和平缓，实现对海洋摇摆条件导致的超临界二氧化碳压力波动的抑制。恒温室5包裹着稳压通道6，恒温室5的内侧壁面和稳压通道6的外侧壁面将形成恒温空间，在稳压通道6的外侧壁面设置换热翅片7，使稳压通道6内外进行充分的热交换，以稳定并抑制稳压通道6内循环工质的温度波动。

因此，本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环系统，减小了海洋摇摆环境下循环工质的温度和压力波动，提高了循环工质在压缩机进口维持恒温恒压参数的能力。

一个具体实施例中，稳压通道6内设有滤波段，滤波段包括两个泡沫金属封板9，多个阻尼球8填充于两个泡沫金属封板9之间。沿循环工质的流动方向，稳压通道6内可以设置有多个滤波段。两个泡沫金属封板9之间还可以设有蜂窝状的金属格栅，多个阻尼球8填充于金属格栅的蜂窝孔内。在超临界二氧化碳的冲击下，阻尼球8在收缩或膨胀的同时，也会相互碰撞，并与金属格栅碰撞。一方面，阻尼球8收缩或膨胀在吸收压力波动时，可将压力波动能量转换为自身热量，另一方面，阻尼球8还通过对流传热吸收循环工质流体的热量。阻尼球8之间的摩擦、碰撞，以及与金属格栅之间的碰撞，将该热量传递给金属格栅，再通过金属格栅向外传递，通过稳压通道6的管壁和换热翅片7进入恒温室5。泡沫金属封板9可以采用铜作为基材，具有较高的导热系数；由于泡沫金属具有95％以上的孔隙率，既可以保持气流顺利通过，又能够防止金属格栅内的阻尼球8从金属格栅中脱离。金属格栅可以采用铜等高导热金属。

一个具体实施例中，阻尼球8为中空结构，阻尼球8的内部空心填充有压强为7.4MPa-7.6MPa的二氧化碳，外部可以包覆具有一定伸展性的柔性材料。比如，可以根据超临界二氧化碳循环在压缩模块1入口处的稳压需求将阻尼球8内填充的二氧化碳的压强设置为7.5MPa，从而当来流压力高于7.5MPa时，阻尼球8会收缩，当来流压力低于7.5MPa时，阻尼球8会膨胀；通过阻尼球8的收缩和膨胀，可以对超临界二氧化碳中的压力波动起到明显地过滤作用，实现对海洋摇摆条件导致的超临界二氧化碳压力波动的抑制。

一个具体实施例中，恒温恒压模块4还包括喷射器10和渐扩段11。喷射器10设有射流入口12和引流入口13，射流入口12与压缩模块1的循环工质出口连接，引流入口13与冷却模块的循环工质出口连接。循环工质从冷却模块的循环工质出口经引流入口13进入喷射器10；引射工质来自于压缩模块1的循环工质出口，从压缩模块1的循环工质出口经射流入口12进入喷射器10，最大流量可以设为压缩模块1出口流量的1％。射流入口12与压缩模块1的循环工质出口之间还设有高压调节阀14，从压缩模块1的循环工质出口分流出中温、高压的超临界二氧化碳，经过高压调节阀14进行节流减压后，进入喷射器10作为引射工质。高压调节阀14的作用是调节进入喷射器10的超临界二氧化碳的压力，高压调节阀14与稳压通道6出口信号连接，并与稳压通道6出口处的压力信号相关联。当稳压通道6出口压力高于设定值(比如7.5MPa)时，增大高压调节阀14的节流减压作用，以减小稳压通道6进口气流的压力平均值(周期性震荡的平均值)；当稳压通道6出口压力低于设定值时，降低高压调节阀14的节流减压作用，以提高稳压通道6进口气流的压力平均值；从而保持稳压通道6出口压力的平均值稳定在设定值。

喷射器10的出口与渐扩段11的小径端连接，渐扩段11的大径端与稳压通道6的进口连接。由于喷射器10出口处的流速较高，为了平衡渐扩段11各处压力，尽量减少稳压通道6内的压力不平衡，可以在渐扩段11的内壁设置多组旋流叶片，以将稳压通道6进口处的超临界二氧化碳气流变为旋流。超临界二氧化碳旋流一方面可以强化稳压通道6内的阻尼球8吸收压力波，另一方面，也强化了超临界二氧化碳与金属格栅之间的换热能力。

一个具体实施例中，恒温室5包括上部的低压饱和蒸汽区15和下部的液态区16，低压饱和蒸汽区15设有冷凝管网17。稳压通道6外侧的恒温室5内维持低压环境，考虑到换热翅片7、稳压通道6管壁和金属格栅的热阻，恒温室5内的温度可以维持在31.5℃-32.5℃，比如，恒温室5内温度维持为32℃，对应的饱和压力约为0.005MPa；恒温室5采用低压的液态水和蒸汽混合物，可以在较宽范围内维持特定的饱和温度，满足稳压通道6的恒温需求。稳压通道6外侧设置的换热翅片7将稳压通道6内的热量传递给恒温室5内的液态区16的低压水。换热翅片7可以采用具有粗糙表面结构的金属材质翅片，以增加汽化核心，强化沸腾传热性能。由于换热翅片7的温度高于32℃，因此换热翅片7会导致液态区16的低压水沸腾汽化，沸腾产生的蒸汽进入低压饱和蒸汽区15，与冷凝管网17接触后被重新冷凝为低压水，最终热量由冷凝管网17内的工质带走。

进一步地，一个具体实施例中，恒温恒压模块4还包括依次连接的真空泵18、凝汽器19和储液罐20。真空泵18的进口与低压饱和蒸汽区15连通，储液罐20与液态区16连通。当稳压通道6的壁面温度过高时，恒温室5内产生的低压蒸汽无法有冷凝管网17及时冷却时，为了保持恒温室5内的恒定压力，由真空泵18将多余蒸汽抽出，抽出后的低压蒸汽在凝汽器19内进行冷凝，冷凝为液态水后进入储液罐20内储存。储液罐20与恒温室5保持连通，当恒温室5内液面过低时，储液罐20内的水将在重力压差驱动下相恒温室5内灌注，以保持恒温室5内液面维持在恒定区间内。

恒温恒压模块4在压缩模块1的入口前，以稳压通道6和恒温室5取代大容积缓冲罐，通过喷射器10、阻尼球8和饱和两相恒温室5等，用以吸收超临界二氧化碳的周期性压力波动能量，带走超临界二氧化碳多余热量，抑制超临界二氧化碳温度和压力的波动，以保证稳压通道6出口的超临界二氧化碳压力和温度维持在额定值。

一个具体实施例中，本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环系统还包括回热器21。回热器21包括预热侧和回热侧，压缩模块1的循环工质出口经预热侧与热源模块2连接，涡轮发电模块3的循环工质出口经回热侧与冷却模块连接。回热器21能够将在涡轮发电模块3做功后的循环工质排气余热进行回收利用，以提高系统效率。

如图3所示，压缩模块1可以采用电机带动两级压缩机的方式，包括一级压缩机22、二级压缩机23和电动机24。由于舰船对于动力要求普遍较高，因此循环系统需要采用大功率机组；在大功率超临界二氧化碳机组中，采用两级压缩模式可以减小压缩能耗、提高系统效率、减弱回热器21夹点问题等。在一级压缩机22和二级压缩机23之间增设中间冷却器25进行降温，中间冷却器25的冷源可以来自于舰船所处海洋中的海水。离开稳压通道6的超临界二氧化碳进入一级压缩机22进行升压，通常升压至约80℃、14MPa，经过中间冷却器25进行降温，由一级压缩后的80℃降低至40℃，再进入二级压缩机23进行进一步升压至额定高压，一般为20-25MPa，其中99％以上的工质经过回热器21的预热侧，回收流经回热侧的排气的热量后，进入热源模块2被加热至额定高温，一般为500-700℃。电动机24通过磁力传动方式驱动一级压缩机22和二级压缩机23转动，比如，一级压缩机22和二级压缩机23共用一台电动机24，一级压缩机22和二级压缩机23的尾部将常规的联轴器改为磁力传动装置。电动机24设置在一级压缩机22和二级压缩机23之间，电动机24的转轴对应一级压缩机22的一端安装有一级压缩驱动盘26，对应二级压缩机23的另一端安装有二级压缩驱动盘27，一级压缩机22的转轴朝向电动机24设有一级压缩随动盘28，二级压缩机23的转轴朝向电动机24设有二级压缩随动盘29；通过在压缩机壳体上安装密封壳，将动密封变为静密封，该密封壳内将一级压缩随动盘28和二级压缩随动盘29分别安装在一级压缩机22和二级压缩机23的转轴上，同时转轴与密封壳之间都安装有轴承和迷宫式密封装置，以减小两个压缩随动盘的鼓风损失；一级压缩驱动盘26通过磁力驱动一级压缩随动盘28转动，进而带动一级压缩机22的压缩转动；二级压缩驱动盘27通过磁力驱动二级压缩随动盘29转动，进而带动二级压缩机23的压缩转动。压缩机和电动机24通过磁力传动方式可以将轴端的动密封转变为静密封，解决超临界二氧化碳循环中压缩机的轴端工质泄漏问题。该方案除了实现系统全密封，可采用商用水冷电动机24等优势外，还通过左右两侧对称的布置，减少了电动机24的轴向推力需求，对电动机24的止推轴承要求显著降低。

如图4所示，涡轮发电模块3包括涡轮机30和发电机31。涡轮机30的转轴上安装有发电驱动盘32，发电机31的转轴上对应涡轮机30的发电驱动盘32安装有发电随动盘33，发电驱动盘32通过磁力传动方式驱动发电随动盘33转动，进而驱动发电机31转动发电。高温高压的超临界二氧化碳进入涡轮机30做功，将内能转变为机械动能；将涡轮机30的尾部常规的联轴器改为磁力传动装置，通过在涡轮机30的壳体上安装密封壳，将动密封变为静密封，该密封壳内将发电驱动盘32安装在涡轮机30的转轴上，同时转轴与密封壳之间安装有轴承和迷宫式密封装置，以减少发电驱动盘32的鼓风损失。发电机31的转轴上安装有发电随动盘33，用以跟随发电驱动盘32进行转动，实现无接触的磁力传动。传统的涡轮机30和发电机31同轴一体化设计会导致发电机31内漏入大量高温二氧化碳，不仅使发电机31内鼓风损失增加，而且难以有效散热，因此，涡轮机30和发电机31一体化设计必然导致发电机31需要单独研制，造成制造成本增加、故障风险提升等问题。本方案采用磁力传动，既可以避免轴端泄漏，又可以直接使用常规的高速发电机，避免了单独研制发电机31的困扰。发电机31与电动机24电连接；压缩模块1和涡轮发电模块3可以将超临界二氧化碳循环中的动密封全部变为静密封，从而实现全系统的零泄漏。

热源模块2是舰船超临界二氧化碳循环的热量来源，可以是燃油锅炉、燃气轮机或反应堆等。

冷却模块包括主冷却器34，可以采用舰船舷外的海水冷却超临界二氧化碳循环工质，使其能够基本满足压缩机进口温度。从涡轮机30排出的超临界二氧化碳已降压至约8MPa、300℃左右，经过回热器21将一部分热量回收后，再进入主冷却器34。主冷却器34的冷源来自舰船舷外海水，通过管壳式换热器将超临界二氧化碳冷却至35℃，考虑自涡轮机30出口到主冷却器34出口的阻力损失，管壳式换热器出口压力约为7.5MPa。但是，由于海洋特殊环境的影响，在正常运行时该温度通常存在约±0.5℃的周期性温度和压力波动。

一个具体实施例中，本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环系统还包括制冷模块。常规的船用制冷模块采用电动压缩式制冷，本发明实施例采用吸收式制冷机，利用升温后的海水余热作为热源，制取低温冷水，在满足舰船其他设备对冷水需求的同时，还能满足电动机24、发电机31和恒温室5的冷却需求。吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器。压缩模块1的一级压缩机22和二级压缩机23之间设置的中间冷却器25采用海水作为冷源，离开中间冷却器25的海水温度约为60℃；冷却模块的主冷却器34同样采用海水作为冷源，离开中间冷却器25的海水温度也为60℃左右。将中间冷却器25出口的海水和部分主冷却器34出口的海水引入制冷模块，作为吸收式制冷机的发生器的热源；在主冷却器34的出口与制冷模块的发生器的进口之间设置电动海水调节阀，以根据需要将主冷却器34的出口热水旁通引入制冷模块的发生器作为热源，主冷却器34排出的剩余热水直接排向船舷外的海洋；来自船舷外的海水分别进入吸收式制冷机的冷凝器和吸收器作为冷源，吸收式制冷机的蒸发器将产生约10-15℃的冷水；吸收式制冷机的冷凝器、吸收器和发生器的出口与海洋连通。

根据计算，制冷模块的功率由主冷却器34出口的电动海水调节阀控制进入制冷模块的热海水量。通过调节热海水量，吸收式制冷机能在10％-100％范围内调节制冷量，不仅比电动压缩式制冷机节电90％以上，而且可以充分利用海水余热，提升系统的总体效率。制冷模块产生的冷水除满足原本的船用需求外，可以引出两股冷水，其中一股进入电动机24和发电机31作为冷却水，以带走电动机24和发电机31在运行过程中产生的热量；另一股冷水经过恒温恒压模块4的凝汽器19，吸收真空泵18从恒温室5内抽出的低压蒸汽热量后，进入恒温室5内的冷凝管网17，作为冷却恒温室5内低压蒸汽的冷源。当系统升功率运行时，可能出现短时海水流量不足的现象，导致主冷却器34出口的超临界二氧化碳温度高于35℃。此时，将电动海水调节阀与稳压通道6出口的温度传感器信号关联，当超临界二氧化碳温度高于35℃时，增大进入制冷模块的热海水量。提供更多的冷水供给，使恒温恒压模块4具有更强的降温能力，以维持系统恒参数运行。当系统降功率运行时，可能出现短时海水流量过大的现象，导致主冷却器34出口的超临界二氧化碳温度低于35℃。此时，可以设置旁通主冷却器34的低压二氧化碳调节阀35，并将低压二氧化碳调节阀35与稳压通道6出口的温度传感器信号关联，打开低压二氧化碳调节阀35，引入部分未经海水降温的超临界二氧化碳，提升进入稳压通道6的超临界二氧化碳的温度至35℃，以维持系统恒参数运行。

由以上实施例可以看出，本发明提供的超临界二氧化碳循环系统，具有以下优点：

一、实现了对海洋环境导致的温度和压力波动的高效过滤，使压缩模块1能够始终维持在稳定参数下运行，有效减少压缩模块1由于周期性温度和压力波动导致的效率变化和疲劳损伤；

二、有限控制了升降负荷过程中，冷却水供给过量或者不足导致的超临界二氧化碳温度偏离现象，使压缩机始终运行在恒定参数下；

三、避免了压缩机和涡轮机30的轴端泄漏问题导致的超临界二氧化碳压力持续降低和间歇性升高现象；

四、显著减少系统的空间需求，提升系统效率；以稳压通道6和恒温室5取代常规的大容积缓冲罐，有效减小了超临界二氧化碳循环系统的整体体积；以吸收式制冷取代电动压缩式制冷，实现热海水余热的利用，提升系统总体效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳循环系统，包括依次连接的压缩模块、热源模块、涡轮发电模块和冷却模块，其特征在于，还包括恒温恒压模块，所述冷却模块经所述恒温恒压模块与所述压缩模块连接；

所述恒温恒压模块包括恒温室和贯穿所述恒温室设置的稳压通道，所述稳压通道的外侧壁面设有换热翅片，所述换热翅片位于所述恒温室内，所述稳压通道内填充有多个阻尼球，所述冷却模块的循环工质出口经所述稳压通道与所述压缩模块的循环工质进口连接。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述稳压通道内设有滤波段，所述滤波段包括两个泡沫金属封板，多个所述阻尼球填充于两个所述泡沫金属封板之间。

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，沿循环工质的流动方向，所述稳压通道内设置有多个所述滤波段。

4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，两个所述泡沫金属封板之间还设有蜂窝状的金属格栅，多个所述阻尼球填充于所述金属格栅的蜂窝孔内。

5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述阻尼球为中空结构，所述阻尼球的内部空心填充有压强为7.4MPa-7.6MPa的二氧化碳。

6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述恒温恒压模块还包括喷射器和渐扩段；所述喷射器设有与所述压缩模块的循环工质出口连接的射流入口和与所述冷却模块的循环工质出口连接的引流入口，所述射流入口与所述压缩模块的循环工质出口之间还设有高压调节阀；所述喷射器的出口与所述渐扩段的小径端连接，所述渐扩段的大径端与所述稳压通道的进口连接。

7.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述渐扩段的内壁设有多组旋流叶片。

8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述恒温室包括上部的低压饱和蒸汽区和下部的液态区，所述低压饱和蒸汽区设有冷凝管网。

9.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，所述恒温恒压模块还包括依次连接的真空泵、凝汽器和储液罐，所述真空泵的进口与所述低压饱和蒸汽区连通，所述储液罐与所述液态区连通。

10.根据权利要求1-9任一项所述的超临界二氧化碳循环系统，其特征在于，还包括回热器，所述回热器包括预热侧和回热侧，所述压缩模块的循环工质出口经所述预热侧与所述热源模块连接，所述涡轮发电模块的循环工质出口经所述回热侧与所述冷却模块连接；

所述压缩模块包括一级压缩机、二级压缩机和电动机，所述电动机通过磁力传动方式驱动所述一级压缩机和所述二级压缩机转动，所述电动机的转轴的一端安装有一级压缩驱动盘，另一端安装有二级压缩驱动盘，所述一级压缩机的转轴设有一级压缩随动盘，所述二级压缩机的转轴设有二级压缩随动盘；所述一级压缩机和所述二级压缩机之间还设有中间冷却器；

所述涡轮发电模块包括涡轮机和发电机，所述涡轮机的转轴上安装有发电驱动盘，所述发电机的转轴上安装有发电随动盘，所述发电驱动盘用于通过磁力传动方式驱动所述发电随动盘转动；所述发电机与所述电动机电连接。

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