CN112554975B - 超临界二氧化碳热动力循环发电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统及其控制方法，包括电机设备、超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备、冷却液循环设备、热流体循环设备，其中电机设备包括电动机和发电机；超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备包括涡旋压缩机、涡旋膨胀机、回热器、高温换热器和低温换热器；冷却液循环设备包括冷却塔和冷却液循环泵，提供低温冷却液与超临界二氧化碳工质进行换热，确保涡旋压缩机进行等温压缩过程；热流体循环设备包括换热流体循环换热器和导热油循环泵，提供高温热流体与超临界二氧化碳工质进行换热，确保涡旋膨胀机进行等温膨胀过程；提供了实现超临界二氧化碳概括性卡诺循环的途径，高效地提高了循环热效率。

Description

超临界二氧化碳热动力循环发电系统及其控制方法
技术领域
本公开涉及热力过程与热力循环技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统及其控制方法。
背景技术
全球能源危机与生态环境恶化的日益加剧，人类社会可持续发展正面临严峻挑战。遵循“低能耗、低污染、低排放和高能效、高效率、高效益”的低碳经济发展模式，是化解能源危机、解决环境污染问题的唯一途径。近年来，利用太阳能、潮汐能、风能、地热能等清洁能源发电得到了广泛关注。分布式发电供能是解决清洁能源利用难题，实现多品质能源综合高效梯级利用的重要技术途径之一。
为实现分布式余热的高效回收，近年来超临界二氧化碳(S-CO2)发电技术成为国际能源领域发电技术的研究焦点。传统的蒸汽轮机、燃气轮机发电系统只能用于中高温余热回收，而S-CO2发电技术采用二氧化碳作为循环工质，由于CO2的临界点温度较低(31.1℃，7.39MPa)，除了在中高温余热回收领域，S-CO2发电也被认为在低品位热源如余热发电、太阳能热发电、地热发电等领域具备广阔的应用前景。同时，当CO2处于超临界状态时，兼具气体黏度低和液体密度高的特殊物理特性，具有流动性好、比体积小、可压缩性小、传热效率高等优点。与传统蒸汽轮机、燃气轮机发电系统相比，S-CO2循环具备系统简单、结构紧凑、热效率高以及安全性高等特点。
从目前已有的S-CO2热动力循环系统技术方案看，S-CO2热动力循环包括简单回热循环、再压缩循环和分段膨胀循环等在内的多种闭式布雷顿动力循环，但布雷顿动力循环净输出功低，导致多品位热源能功转换的热循环效率比较低。
另外，二氧化碳工质在压缩过程中，吸收热量温度升高，不便于工质进行压缩，导致压缩机要增加额外的功耗，造成能源的浪费。二氧化碳工质在膨胀过程中，释放热量温度降低，不便于膨胀做功，导致净输出功低，整个发电系统循环效率低。
发明内容
本发明实施例提供了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统及其控制方法，用以解决现有技术中多品位热源能功转换的热循环效率低的技术问题。
本发明实施例提供了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统，包括：
电机设备，包括电动机和发电机，所述发电机和所述电动机的转轴连接；
超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备，包括涡旋压缩机、回热器、高温换热器、涡旋膨胀机、低温换热器，其中，所述电动机与所述涡旋压缩机的主轴连接，所述发电机与所述涡旋膨胀机的主轴连接，所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧出口端连接所述回热器吸热侧进口端，所述回热器吸热侧出口端连接所述高温换热器二氧化碳工质侧进口端，所述高温换热器二氧化碳工质侧出口端连接所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧进口端，所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧出口端连接所述回热器放热侧进口端，所述回热器放热侧出口端连接所述低温换热器二氧化碳工质侧进口端，所述低温换热器二氧化碳工质侧出气端连接所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端。
冷却液循环设备，包括冷却塔和冷却液循环泵，所述冷却塔出口端连接所述冷却液循环泵进口端；其中，所述冷却液循环泵出口端连接所述低温换热器冷却液侧进口端，所述低温换热器冷却液侧出口端连接所述冷却塔进口端；其中，所述冷却液循环泵出口端连接所述涡旋压缩机冷却液侧进口端，所述涡旋压缩机冷却液侧出口端连接所述冷却塔进口端。
热流体循环设备，包括换热流体循环换热器和导热油循环泵，所述换热流体循环换热器出口端连接所述导热油循环泵进口端；其中，所述导热油循环泵出口端连接所述高温换热器导热油侧进口端，所述高温换热器导热油侧出口端连接所述换热流体循环换热器进口端；其中，所述导热油循环泵出口端连接所述涡旋膨胀机导热油侧进口端，所述涡旋膨胀机导热油侧出口端连接所述换热流体循环换热器进口端。
可选地，所述发电机和所述电动机的转轴通过联轴器连接。
可选地，所述涡旋压缩机包括第一涡齿换热微通道，所述涡旋压缩机冷却液侧进口端连接所述第一涡齿换热微通道进口端，所述第一涡齿换热微通道出口端连接所述涡旋压缩机冷却液侧出口端。
可选地，所述涡旋膨胀机包括第二涡齿换热微通道，所述涡旋膨胀机导热油侧进口端连接所述第二涡齿换热微通道进口端，所述第二涡齿换热微通道出口端连接所述涡旋膨胀机导热油侧出口端。
所述二氧化碳工质经过所述涡旋压缩机进行等温压缩后，进入所述回热器吸热侧进口端预热，之后进入所述高温换热器与所述换热流体进行换热后，再进入所述涡旋膨胀机进行等温膨胀做功，随后进入所述回热器放热侧出口端预冷后，再进入所述低温换热器与所述冷却液进行换热，最后进入所述涡旋压缩机，形成概括性卡诺循环。
所述冷却液经过所述冷却塔降温后，形成低温冷却液进入所述冷却液循环泵后分两路，第一路低温冷却液进入所述低温换热器与所述二氧化碳工质进行换热，之后进入所述冷却塔；第二路低温冷却液进入所述涡旋压缩机的所述第一涡齿换热微通道与所述二氧化碳工质进行换热，使得所述涡旋压缩机进行等温压缩，最后进入所述冷却塔。
所述热流体经过所述换热流体循环换热器升温后，形成高温热流体经过所述导热油循环泵后分两路，第一路高温热流体进入所述高温换热器与与所述二氧化碳工质进行换热，之后进入所述换热流体循环换热器；第二路高温热流体进入所述涡旋膨胀机的所述第二涡齿换热微通道与所述二氧化碳工质进行换热，使得所述涡旋膨胀机进行等温膨胀，最后进入所述换热流体循环换热器。
本发明还提供一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统的控制方法，包括：
启动电动机，带动涡旋压缩机和涡旋膨胀机同轴转动；
涡旋压缩机将超临界二氧化碳工质进行等温压缩；
可选地，所述等温压缩过程是所述第二路低温冷却液进入所述涡旋压缩机冷却液侧进口端连接的所述第一涡齿换热微通道后，与由所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质在所述涡旋压缩机内进行换热；
回热器吸热侧接收所述超临界二氧化碳工质进行预热；
所述超临界二氧化碳工质进入高温换热器与热流体进行换热；
所述超临界二氧化碳工质进入涡旋膨胀机进行等温膨胀做功；
可选地，所述等温膨胀过程是所述第二路高温热流体进入所述涡旋膨胀机导热油侧进口端连接的所述第二涡齿换热微通道后，与由所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质在所述涡旋膨胀机内进行换热；
回热器放热侧对所述超临界二氧化碳工质进行预冷；
所述超临界二氧化碳工质进入低温换热器和冷却液进行换热；
所述超临界二氧化碳工质回到所述涡旋压缩机进行等温压缩；
可选地，所述涡旋膨胀机输出膨胀功，第一部分膨胀功直接驱动所述涡旋压缩机，第二部分膨胀功则通过所述发电机发电。
可选地，控制所述导热油循环泵启动，带动所述高温热流体分别进入所述涡旋膨胀机和所述高温换热器与二氧化碳工质进行换热。
可选地，控制所述冷却液循环泵启动，带动所述低温冷却液分别进入所述涡旋压缩机和所述低温换热器与二氧化碳工质进行换热。
本发明实施例提供的超临界二氧化碳热动力循环发电系统及其控制方法，建立超临界二氧化碳概括性卡诺循环回路，通过冷却液循环设备实现等温压缩过程，热流体循环设备实现等温膨胀过程，使用环境友好、稳定、环保、廉价、临界温度低的二氧化碳作为概括性卡诺循环系统工质，实现了超临界二氧化碳概括性卡诺循环的途径，补充和完善了为小型超临界二氧化碳循环发电技术，相比于现有技术，净输出功更高，循环效率高，便于实现，尤其在涡旋压缩机和涡旋膨胀机内设置涡齿换热微通道，保证压缩过程中温度不升高，膨胀过程中温度不降低，提高了循环热效率，实现了多品位热能高效利用，进一步提高了现有超临界二氧化碳循环发电系统性能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例所述概括性卡诺循环和布雷顿循环原理图；
图2为本公开实施例一提供的超临界二氧化碳热动力循环发电系统实施例一的结构示意图；
图3为本公开实施例一提供的超临界二氧化碳热动力循环发电系统实施例的具体设备连接示意图；
图4为本公开实施例二提供的所述超临界二氧化碳热动力循环发电控制方法的流程示意图；
附图标记说明，其中，21—涡旋压缩机，12—电动机，23—高温换热器，24—涡旋膨胀机，15—发电机，26—回热器，27—低温换热器，48—换热流体循环换热器，39—冷却塔，42—导热油循环泵，31—冷却液循环泵，13—联轴器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为概括性卡诺循环和布雷顿循环原理图。其中，概括性卡诺循环原理图过程为1-2-3-4，布雷顿循环原理图过程为1-2’-3’-4’。
由图1可以看出，对比布雷顿循环和概括性卡诺循环的循环原理图，相同的高低温热源条件下，概括性卡诺循环的净输出功高于布雷顿循环，循环热效率也要高于布雷顿循环，因此实现超临界二氧化碳概括性卡诺循环热动力发电，能够有效的提高循环效率。
实施例一：
为了解决现有技术中热动力循环效率低的技术问题，本发明实施例提供了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统。如图2所示，其为本公开实施例一所述超临界二氧化碳热动力循环发电系统实施例的结构示意图。具体的如图2所示，包括电机设备1、超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备2、冷却液循环设备3、热流体循环设备4，其中：
所述电机设备1，包括电动机12和发电机15，所述发电机15和所述电动机12的转轴连接。
优选地，所述发电机15和所述电动机12的转轴通过联轴器13连接。
具体地，超临界二氧化碳热动力循环发电系统启动初期，所述电动机2通电使得循环启动。所述系统循环工作稳定后，可根据需求自行调整所述电动机12的转速，方便进一步调整所述系统循环的工况。
所述超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备2，包括涡旋压缩机21、回热器26、高温换热器23、涡旋膨胀机24、低温换热器27，其中，所述电动机12与所述涡旋压缩机21的主轴连接，所述发电机15与所述涡旋膨胀机24的主轴连接，所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧出口端212连接所述回热器吸热侧进口端261，所述回热器吸热侧出口端262连接所述高温换热器二氧化碳工质侧进口端231，所述高温换热器二氧化碳工质侧出口端232连接所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧进口端241，所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧出口端242连接所述回热器放热侧进口端263，所述回热器放热侧出口端264连接所述低温换热器二氧化碳工质侧进口端271，所述低温换热器二氧化碳工质侧出口端272连接所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端211；
可选地，所述涡旋压缩机21包括第一涡齿换热微通道215，所述涡旋压缩机冷却液侧进口端213连接所述第一涡齿换热微通道进口端2151，所述第一涡齿换热微通道出口端2152连接所述涡旋压缩机冷却液侧出口端214。
可理解为，涡旋压缩机21内部设置有新结构第一涡齿换热微通道215，流经涡旋压缩机21的低温冷却液通过涡旋压缩机冷却液侧进口端213在进入第一涡齿换热微通道215，在涡旋压缩机内部与由涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质进行换热，保证工质温度不升高，进行等温压缩，减少额外地功耗产生。
可选地，所述涡旋膨胀机24包括第二涡齿换热微通道245，所述涡旋膨胀机导热油侧进口端243连接所述第二涡齿换热微通道进口端2451，所述第二涡齿换热微通道出口端2452连接所述涡旋膨胀机导热油侧出口端244。
可理解为，涡旋膨胀机24内部设置有新结构第二涡齿换热微通道245，流经涡旋膨胀机24的高温热流体通过涡旋膨胀机导热油侧进口端243在进入第二涡齿换热微通道245，在涡旋膨胀机24内部与由涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端241进入的二氧化碳工质进行换热，保证工质温度不降低，进行等温膨胀，提高输出功率。
优选地，涡旋压缩机21、回热器26、高温换热器23和涡旋膨胀机24、低温换热器27依次通过管路连接。
可理解的是，回热器内部包含放热通道和吸热通道。
冷却液循环设备3，包括冷却塔39和冷却液循环泵31，所述冷却塔出口端391连接所述冷却液循环泵进口端311；其中，所述冷却液循环泵出口端312连接所述低温换热器冷却液侧进口端273，所述低温换热器冷却液侧出口端274连接所述冷却塔进口端392；其中，所述冷却液循环泵出口端312连接所述涡旋压缩机冷却液侧进口端213，所述涡旋压缩机冷却液侧出口端214连接所述冷却塔进口端392；
可理解为，所述冷却液循环设备3中共包含2个冷却液循环回路，所述冷却液在冷却塔39中放热降温后形成低温冷却液，之后流经冷却液循环泵31后分别流入低温换热器27和涡旋压缩机21与二氧化碳工质进行换热，再分别流向冷却塔39，分别完成2个循环回路。2个冷却液循环回路分别为由低温换热器27、冷却塔39和冷却液循环泵31组成的换热回路，和由涡旋压缩机21、冷却塔39和冷却液循环泵31组成的等温压缩回路。冷却塔39和冷却液循环泵31为低温换热器27和涡旋压缩机21提供低温冷却液。
优选地，所述冷却液可选择水作为工作介质。
所述热流体循环设备4，包括换热流体循环换热器48和导热油循环泵42，所述换热流体循环换热器出口端481连接所述导热油循环泵进口端421；其中，所述导热油循环泵出口端422连接所述高温换热器导热油侧进口端233，所述高温换热器导热油侧出口端234连接所述换热流体循环换热器进口端482；其中，所述导热油循环泵出口端422连接所述涡旋膨胀机导热油侧进口端243，所述涡旋膨胀机导热油侧出口端244连接所述换热流体循环换热器进口端482。
可理解为，所述热流体循环设备4中共包含2个热流体循环回路，所述热流体在换热流体循环换热器48中吸收了热源热量形成高温热流体，之后流经导热油循环泵42后分别流入高温换热器23和涡旋膨胀机24与二氧化碳工质进行换热，再分别流向换热流体循环换热器48，分别完成2个循环回路。2个热流体循环回路分别为由高温换热器23、换热流体循环换热器48和导热油循环泵42组成的换热回路，和由涡旋膨胀机24、换热流体循环换热器48和导热油循环泵42组成的等温膨胀回路。换热流体循环换热器48和导热油循环泵42为高温换热器23和涡旋膨胀机24提供高温热流体。
优选地，所述热流体可选择导热油作为工作介质。
可选地，将热流体循环吸收的热量作为超临界二氧化碳循环的热源，通过高温换热器23加热超临界二氧化碳工质，高温高压的超临界二氧化碳工质从而推动涡旋膨胀机24做功发电。
需要说明的是，冷却液循环设备3和热流体循环设备4涉及到的循环回路中所述的涡旋压缩机21、高温换热器23和涡旋膨胀机24、低温换热器27与超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备2中所涉及到设备为同一个设备。
所述二氧化碳工质经过所述涡旋压缩机21进行等温压缩后，进入所述回热器吸热侧进口端261预热，之后进入所述高温换热器23与所述换热流体进行换热后，再进入所述涡旋膨胀机24进行等温膨胀做功，随后进入所述回热器放热侧出口端262预冷后，再进入所述低温换热器27与所述冷却液进行换热，最后进入所述涡旋压缩机21，形成概括性卡诺循环。
所述冷却液经过所述冷却塔39降温后，形成低温冷却液进入所述冷却液循环泵31后分两路，第一路低温冷却液进入所述低温换热器27与所述二氧化碳工质进行换热，之后进入所述冷却塔39；第二路低温冷却液进入所述涡旋压缩机21的所述第一涡齿换热微通道215与所述二氧化碳工质进行换热，使得所述涡旋压缩机21进行等温压缩，最后进入所述冷却塔39。
所述热流体经过所述换热流体循环换热器48升温后，形成高温热流体经过所述导热油循环泵42后分两路，第一路高温热流体进入所述高温换热器23与与所述二氧化碳工质进行换热，之后进入所述换热流体循环换热器48；第二路高温热流体进入所述涡旋膨胀机24的所述第二涡齿换热微通道245与所述二氧化碳工质进行换热，使得所述涡旋膨胀机24进行等温膨胀，最后进入所述换热流体循环换热器48。
本实施例一提供了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统，包括电机设备、超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备、冷却液循环设备、热流体循环设备，实现了超临界二氧化碳概括性卡诺循环的途径，以更高的循环效率实现多品位热源能功转换，补充和完善了微小型超临界二氧化碳循环发电技术。相比于现有技术，提高了S-CO2循环系统的循环效率和输出功率，尤其在涡旋压缩机和涡旋膨胀机内设置涡齿换热微通道，保证压缩过程中温度不升高，膨胀过程中温度不降低，有效避免了额外功耗的产生，节约能源，实现了多品位热能高效利用，进行余热回收，进一步提高了超临界二氧化碳循环发电系统性能。
实施例二：
基于与本发明实施例一相同的发明构思，本发明实施例二提供了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统的控制方法，可适用于实施例一中所述的一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统，相同内容将不作过多赘述。如图4所示，其为本发明实施例二中提供的所述超临界二氧化碳热动力循环发电控制方法的流程示意图。具体控制方法包括如下步骤：
步骤1101：启动电动机，带动涡旋压缩机和涡旋膨胀机同轴转动；
步骤1102：涡旋压缩机将超临界二氧化碳工质进行等温压缩；
步骤1103：回热器吸热侧接收所述超临界二氧化碳工质进行预热；
步骤1104：所述超临界二氧化碳工质进入高温换热器与热流体进行换热；
步骤1105：所述超临界二氧化碳工质进入涡旋膨胀机进行等温膨胀做功；
步骤1106：回热器放热侧对所述超临界二氧化碳工质进行预冷；
步骤1107：所述超临界二氧化碳工质进入低温换热器和冷却液进行换热；
步骤1108：所述超临界二氧化碳工质回到所述涡旋压缩机进行等温压缩。
也就是说，控制电动机启动，带动所述涡旋压缩机和所述涡旋膨胀机同轴转动，超临界二氧化碳工质开始循环流动，首先所述涡旋压缩机启动后将所述二氧化碳工质进行等温压缩，由所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧出口端进入所述回热器吸热测进口端预热，之后由所述回热器吸热侧出口端进入所述高温换热器二氧化碳工质侧进口端与所述热流体进行换热后，再由所述高温换热器二氧化碳工质侧出口端进入所述涡旋膨胀机进行等温膨胀做功，随后再由所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧出口端进入所述回热器放热侧进口端预冷，再由所述回热器放热侧出口端进入所述低温换热器二氧化碳工质侧进口端与所述冷却液进行换热，最后由所述低温换热器二氧化碳工质侧出口端进入所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端。
可选地，所述步骤1101进行等温压缩过程是所述第二路低温冷却液进入所述涡旋压缩机冷却液侧进口端连接的所述第一涡齿换热微通道后，与由所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质在所述涡旋压缩机内进行换热；
可选地，所述步骤1105进行等温膨胀过程是所述第二路高温热流体进入所述涡旋膨胀机导热油侧进口端连接的所述第二涡齿换热微通道后，与由所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质在所述涡旋膨胀机内进行换热；
可选地，所述步骤1105涡旋膨胀机输出膨胀功，第一部分膨胀功直接驱动所述涡旋压缩机，第二部分膨胀功则通过所述发电机发电。
可选地，步骤1104所述热流体是通过控制所述导热油循环泵启动，带动所述高温热流体分别进入所述涡旋膨胀机和所述高温换热器与二氧化碳工质进行换热。
可选地，步骤1107所述冷却液是通过控制所述冷却液循环泵启动，带动所述低温冷却液分别进入所述涡旋压缩机和所述低温换热器与二氧化碳工质进行换热。
本发明实施例二提供了一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统的控制方法，启动电动机后，带动涡旋压缩机和涡旋膨胀机筒轴转动；
之后涡旋压缩机将超临界二氧化碳工质进行等温压缩；回热器接收所述超临界二氧化碳工质进行预热；所述超临界二氧化碳工质进入高温换热器与热流体进行换热；随后，所述超临界二氧化碳工质进入涡旋膨胀机进行等温膨胀做功；回热器对所述超临界二氧化碳工质进行预冷；所述超临界二氧化碳工质进入低温换热器和冷却液进行换热；所述超临界二氧化碳工质回到所述涡旋压缩机进行等温压缩。实现了超临界二氧化碳概括性卡诺循环的途径，补充和完善了微小型超临界二氧化碳循环发电技术，相比于现有技术，净输出功更高，循环效率高，便于实现，尤其在涡旋压缩机和涡旋膨胀机内设置涡齿换热微通道，保证压缩过程中温度不升高，膨胀过程中温度不降低，有效避免了额外功耗的产生，节约能源，实现了多品位热能高效利用，进行余热回收，进一步提高了现有超临界二氧化碳发电系统性能。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种超临界二氧化碳热动力循环发电系统，其特征在于，包括：
电机设备，包括电动机和发电机，所述发电机和所述电动机的转轴连接；
超临界二氧化碳概括性卡诺循环设备，包括涡旋压缩机、回热器、高温换热器、涡旋膨胀机、低温换热器，其中，所述电动机与所述涡旋压缩机的主轴连接，所述发电机与所述涡旋膨胀机的主轴连接，所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧出口端连接所述回热器吸热侧进口端，所述回热器吸热侧出口端连接所述高温换热器二氧化碳工质侧进口端，所述高温换热器二氧化碳工质侧出口端连接所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧进口端，所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧出口端连接所述回热器放热侧进口端，所述回热器放热侧出口端连接所述低温换热器二氧化碳工质侧进口端，所述低温换热器二氧化碳工质侧出口端连接所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端；其中，所述涡旋压缩机包括第一涡齿换热微通道，所述涡旋压缩机冷却液侧进口端连接所述第一涡齿换热微通道进口端，所述第一涡齿换热微通道出口端连接所述涡旋压缩机冷却液侧出口端；
冷却液循环设备，包括冷却塔和冷却液循环泵，所述冷却塔出口端连接所述冷却液循环泵进口端；其中，所述冷却液循环泵出口端连接所述低温换热器冷却液侧进口端，所述低温换热器冷却液侧出口端连接所述冷却塔进口端；其中，所述冷却液循环泵出口端连接所述涡旋压缩机冷却液侧进口端，所述涡旋压缩机冷却液侧出口端连接所述冷却塔进口端；其中，所述冷却液经过所述冷却塔降温后，形成低温冷却液进入所述冷却液循环泵后分两路，第一路低温冷却液进入所述低温换热器与所述二氧化碳工质进行换热，之后进入所述冷却塔；第二路低温冷却液进入所述涡旋压缩机的所述第一涡齿换热微通道与所述二氧化碳工质进行换热，使得所述涡旋压缩机进行等温压缩，最后进入所述冷却塔；
热流体循环设备，包括换热流体循环换热器和导热油循环泵，所述换热流体循环换热器出口端连接所述导热油循环泵进口端；其中，所述导热油循环泵出口端连接所述高温换热器导热油侧进口端，所述高温换热器导热油侧出口端连接所述换热流体循环换热器进口端；其中，所述导热油循环泵出口端连接所述涡旋膨胀机导热油侧进口端，所述涡旋膨胀机导热油侧出口端连接所述换热流体循环换热器进口端。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电机和所述电动机的转轴通过联轴器连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涡旋膨胀机包括第二涡齿换热微通道，所述涡旋膨胀机导热油侧进口端连接所述第二涡齿换热微通道进口端，所述第二涡齿换热微通道出口端连接所述涡旋膨胀机导热油侧出口端。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳工质经过所述涡旋压缩机进行等温压缩后，进入所述回热器吸热侧进口端预热，之后进入所述高温换热器与所述换热流体进行换热后，再进入所述涡旋膨胀机进行等温膨胀做功，随后进入所述回热器放热侧进口端预冷后，再进入所述低温换热器与所述冷却液进行换热，最后进入所述涡旋压缩机，形成概括性卡诺循环。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热流体经过所述换热流体循环换热器升温后，形成高温热流体经过所述导热油循环泵后分两路，第一路高温热流体进入所述高温换热器与所述二氧化碳工质进行换热，之后进入所述换热流体循环换热器；第二路高温热流体进入所述涡旋膨胀机的第二涡齿换热微通道与所述二氧化碳工质进行换热，使得所述涡旋膨胀机进行等温膨胀，最后进入所述换热流体循环换热器。
6.一种针对权利要求1所述的超临界二氧化碳热动力循环发电系统的控制方法，其特征在于，包括：
启动电动机，带动涡旋压缩机和涡旋膨胀机同轴转动；
涡旋压缩机将超临界二氧化碳工质进行等温压缩；
回热器吸热侧接收所述超临界二氧化碳工质进行预热；
所述超临界二氧化碳工质进入高温换热器与热流体进行换热；
所述超临界二氧化碳工质进入涡旋膨胀机进行等温膨胀做功；
回热器放热侧对所述超临界二氧化碳工质进行预冷；
所述超临界二氧化碳工质进入低温换热器和冷却液进行换热；
所述超临界二氧化碳工质回到所述涡旋压缩机进行等温压缩；
其中，所述等温压缩过程是所述第二路低温冷却液进入所述涡旋压缩机冷却液侧进口端连接的所述第一涡齿换热微通道后，与由所述涡旋压缩机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质在所述涡旋压缩机内进行换热；
其中，所述等温膨胀过程是第二路高温热流体进入所述涡旋膨胀机导热油侧进口端连接的第二涡齿换热微通道后，与由所述涡旋膨胀机二氧化碳工质侧进口端进入的二氧化碳工质在所述涡旋膨胀机内进行换热；
其中，所述涡旋膨胀机输出膨胀功，第一部分膨胀功直接驱动所述涡旋压缩机，第二部分膨胀功则通过所述发电机发电。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，控制所述导热油循环泵启动，带动所述高温热流体分别进入所述涡旋膨胀机和所述高温换热器与二氧化碳工质进行换热。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，控制所述冷却液循环泵启动，带动所述低温冷却液分别进入所述涡旋压缩机和所述低温换热器与二氧化碳工质进行换热。
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