CN219283670U - 一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，涉及发电和制冷技术领域，其包括：加热器、透平、进气调节阀、高温超临界二氧化碳储存装置、出气调节阀、高温回热器、低温回热器、冷却器、分流三通阀、主压缩机、再压缩机、汇流三通阀、制冷压缩机、中间换热器、节流阀以及蒸发器，其高度集成了超临界二氧化碳发电循环和跨临界二氧化碳制冷循环；且主压缩机、再压缩机以及发电机均通过透平输出的机械能驱动。本系统能够充分利用制冷压缩的余热，有效提高能源转换效率，灵活切换至制冷、发电以及冷电联供模式。

Description

一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统

技术领域

本实用新型涉及发电和制冷技术领域，更具体地说，涉及一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统。

背景技术

我国能源消费量从2015年的43亿吨标准煤逐年上升，至2021年时，能源消费量已经上升到52.3亿吨标准煤，较2015年上升了21个百分点。至今为止，中国已经成为世界第一大能源消费国，第二大温室气体排放国，能源危机和全球气候变暖使得中国面临巨大的节能减排和碳排放压力，为此，中国提出了2030年碳达峰目标和2060年碳中和目标。而电能占工业终端能源消费比重已达到30％左右，供冷消耗的电能比重也在逐年增加，因此，高效、灵活可调的冷电联供系统得到广泛关注。

超临界二氧化碳布雷顿循环是基于布雷顿循环并以处于超临界状态的二氧化碳为工质的动力循环，利用其高密度和传热性能以及临界区附近特殊物性，可大大降低压缩机耗功、提高循环热效率，是未来最有潜力的热力发电循环方式之一。此外，二氧化碳作为一种自然工质，其ODP值为零、GWP值可忽略、稳定性好、价格低廉、自然储量丰富、密度高、比热和容积制冷量大、潜热和热导率高、并且无回收问题，是天然的制冷剂，基于二氧化碳的制冷系统也被认为是最理想的制冷方式之一。

综上所述，如何集成超临界二氧化碳发电循环和二氧化碳基制冷循环，使冷电联供系统紧凑高效、且能根据外界负荷变化灵活可调，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，能够充分利用制冷压缩的余热，有效提高能源转换效率，灵活切换制冷、发电以及冷电联供模式，还能够根据实际负荷需求灵活调节发电量和制冷量，满足不同制冷温度需求。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，包括：加热器、透平、高温回热器、低温回热器、冷却器、主压缩机、再压缩机、制冷压缩机、节流阀以及蒸发器，所述加热器、所述透平、所述高温回热器、所述低温回热器、所述冷却器、所述主压缩机、所述再压缩机、所述低温回热器、所述高温回热器以及所述加热器依次连接构成超临界二氧化碳发电循环，所述制冷压缩机、所述冷却器、所述节流阀、所述蒸发器以及所述制冷压缩机依次连接构成跨临界二氧化碳制冷循环；

所述透平的入口与所述加热器的出口相连；所述高温回热器的热侧入口与所述透平的出口相连；所述低温回热器的热侧入口与所述高温回热器的热侧出口相连；所述冷却器的热侧入口与所述低温回热器的热侧出口相连、所述再压缩机的入口和所述制冷压缩机的出口相连；所述主压缩机的入口和所述节流阀的入口均与所述冷却器的热侧出口相连；所述节流阀的出口与所述蒸发器的热侧入口相连；所述蒸发器的热侧出口与所述制冷压缩机的入口相连；所述主压缩机的出口与所述低温回热器的冷侧入口相连；所述再压缩机的出口和所述低温回热器的冷侧出口均与所述高温回热器的冷侧入口相连；所述高温回热器的冷侧出口与所述加热器的入口相连；

所述主压缩机、所述再压缩机以及发电机均通过所述透平输出的机械能驱动，所述发电机产生电能供给电能用户，所述制冷压缩机通过所述透平输出的机械能驱动，所述蒸发器用于对供给冷能用户的流体降温。

优选的，还包括中间回热器，所述冷却器热侧出口和所述主压缩机的入口均与所述中间回热器的热侧入口相连，所述中间回热器的热侧出口与所述节流阀入口相连，所述中间回热器的冷侧入口与所述蒸发器的冷测出口相连，所述中间回热器的冷侧出口与所述制冷压缩机入口相连。

优选的，还包括分流三通阀，所述分流三通阀用于控制流向所述中间回热器和所述主压缩机的二氧化碳流量，所述分流三通阀的入口与所述冷却器的热侧出口相连，所述主压缩机的入口和所述中间回热器的热侧进口分别与所述分流三通阀的两个出口相连。

优选的，还包括汇流三通阀，所述汇流三通阀用于控制低温回热器的热侧出口流向所述再压缩机的二氧化碳流量，所述制冷压缩机的出口和所述低温回热器的热侧出口以及所述冷却器的热侧入口均与所述汇流三通阀的入口相连，所述汇流三通阀的出口与所述再压缩机的入口相连。

优选的，还包括高温超临界二氧化碳储存装置，所述高温超临界二氧化碳储存装置的进口和出口处均设有控制阀，所述高温回热器的冷侧出口和所述加热器的入口均与所述高温超临界二氧化碳储存装置的入口相连，所述透平的出口和所述高温回热器的热侧入口均与所述高温超临界二氧化碳储存装置的出口相连。

优选的，所述透平、所述发电机、所述主压缩机、所述再压缩机以及所述制冷压缩机通过调速离合装置同轴相连，以使各叶轮机械的转速可调。

优选的，所述加热器吸收的热源包括核电站的核反应堆，或燃煤电站的锅炉，或太阳能电站的集热器，或地热电站的地热源，或燃气轮机发电系统的燃气轮机尾气，或工业余热。

在使用本实用新型所提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统时，高度集成了超临界二氧化碳发电循环和跨临界二氧化碳制冷循环，超临界二氧化碳发电循环包括加热器、透平、高温回热器、低温回热器、冷却器、主压缩机和再压缩机，循环工质为二氧化碳。跨临界二氧化碳制冷循环包括制冷压缩机、冷却器、中间回热器、节流阀和蒸发器，制冷工质为二氧化碳；超临界二氧化碳发电循环和跨临界二氧化碳制冷循环共用冷却器；跨临界二氧化碳制冷循环的压缩工质汇入做功工质，参与发电循环，制冷压缩的余热得到利用。

并且，跨临界二氧化碳制冷循环由超临界二氧化碳发电循环驱动，不用消耗额外的高品位电能，各个叶轮机械转速可调，且在完全发电模式下，制冷压缩机可以脱离与透平的连接。制冷循环的工质为二氧化碳，液态二氧化碳的温度可以降低到0摄氏度以下，通过调节节流阀压降，改变二氧化碳蒸发温度，能够满足不同制冷需求，如空调供冷、食品保鲜以及冷藏等。

综上所述，本实用新型所提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，能够充分利用制冷压缩的余热，有效提高能源转换效率，灵活切换制冷、发电以及冷电联供模式，还能够根据实际负荷需求灵活调节发电量和制冷量，满足不同制冷温度需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统的结构示意图。

图1中：

1为发电机、2为透平、3为加热器、4为高温回热器、5为低温回热器、6为冷却器、7为冷能用户、8为蒸发器、9为节流阀、10为中间回热器、11为制冷压缩机、12为主压缩机、13为再压缩机、14为电能用户、15为分流三通阀、16为汇流三通阀、17为高温超临界二氧化碳储存装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，能够充分利用制冷压缩的余热，有效提高能源转换效率，灵活切换制冷、发电以及冷电联供模式，还能够根据实际负荷需求灵活调节发电量和制冷量，满足不同制冷温度需求。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统的结构示意图。

本具体实施例提供了一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，包括：加热器3、透平2、高温回热器4、低温回热器5、冷却器6、主压缩机12、再压缩机13、制冷压缩机11、节流阀9以及蒸发器8，加热器3、透平2、高温回热器4、低温回热器5、冷却器6、主压缩机12、再压缩机13、低温回热器5、高温回热器4以及加热器3依次连接构成超临界二氧化碳发电循环，制冷压缩机11、冷却器6、节流阀9、蒸发器8以及制冷压缩机11依次连接构成跨临界二氧化碳制冷循环；

透平2的入口与加热器3的出口相连；高温回热器4的热侧入口与透平2的出口相连；低温回热器5的热侧入口与高温回热器4的热侧出口相连；冷却器6的热侧入口与低温回热器5的热侧出口相连、再压缩机13的入口和制冷压缩机11的出口相连；主压缩机12的入口和节流阀9的入口均与冷却器6的热侧出口相连；节流阀9的出口与蒸发器8的热侧入口相连；蒸发器8的热侧出口与制冷压缩机11的入口相连；主压缩机12的出口与低温回热器5的冷侧入口相连；再压缩机13的出口和低温回热器5的冷侧出口均与高温回热器4的冷侧入口相连；高温回热器4的冷侧出口与加热器3的入口相连。

主压缩机12、再压缩机13以及发电机1均通过透平2输出的机械能驱动，发电机1产生电能供给电能用户14，制冷压缩机11通过透平2输出的机械能驱动，蒸发器8用于对供给冷能用户7的流体降温。

需要说明的是，加热器3内的二氧化碳吸收热源热量后升温，高温高压气流进入透平2、并在透平2中膨胀做功，将超临界二氧化碳的热能转换为旋转透平2的机械能，用于驱动主压缩机12、再压缩机13和制冷压缩机11压缩二氧化碳，并用于驱动同轴连接的发电机1发电，发电机1的发电量供给电能用户14；通过透平2膨胀后的二氧化碳依次流经高温回热器4和低温回热器5并释放热量、以预热压缩后的二氧化碳。

经过两个回热器释放热量后的二氧化碳分为两部分：一部分直接进入再压缩机13压缩；另一部分进入冷却器6进一步释放热量、并被冷却到接近临界点温度。并且，被冷却器6冷却后的二氧化碳分为两部分：一部分二氧化碳气流进入主压缩机12进行增压，由于温度冷却至二氧化碳临界点附近，降低了功耗，随后进入低温回热器5回收透平2乏气的热量；另一部分二氧化碳流向节流阀9，在节流阀9中节流降温降压，使其温度降低到蒸发温度，随后进入蒸发器8吸热蒸发成气体，从而利用液态二氧化碳的蒸发潜热制冷，蒸发器8另一侧的流体降温后供给需要冷能的用户，液态二氧化碳的温度可以降低到0摄氏度以下，通过调节节流阀9降压，改变二氧化碳蒸发温度能够满足不同制冷需求，如食品保鲜、冷藏和空调供冷等；蒸发吸热后的二氧化碳进入制冷压缩机11进行增压；增压后的二氧化碳与部分低温回热器5热侧出口气流混合后进入再压缩机13进行增压，充分利用了制冷压缩的余热；被再压缩机13压缩后的二氧化碳汇入低温回热器5冷侧出口气流，随后流经高温回热器4进一步回收高温透平2乏气的热量使得温度进一步升高；最后，二氧化碳气流返回加热器3完成一个完整的基于超临界二氧化碳发电制冷联合循环。

还需要说明的是，超临界二氧化碳发电制冷联合系统高度集成了超临界二氧化碳发电循环和跨临界二氧化碳制冷循环，超临界二氧化碳发电循环包括加热器3、透平2、发电机1、高温回热器4、低温回热器5、冷却器6、主压缩机12和再压缩机13，循环工质为二氧化碳。跨临界二氧化碳制冷循环包括制冷压缩机11、冷却器6、节流阀9和蒸发器8，制冷工质为二氧化碳。并且，超临界二氧化碳发电循环和跨临界二氧化碳制冷循环共用冷却器6，且制冷子系统的压缩工质汇入发电子系统的再压缩工质中，参与发电子系统的分流再压缩过程。

通过上述设置，使得超临界二氧化碳发电制冷联合系统结构紧凑；同时，超临界二氧化碳发电子系统能够充分利用制冷压缩的余热，降低了制冷子系统的冷源损失；且制冷子系统的压缩工质参与发电子系统的分流再压缩过程、能够降低回热器中热侧和冷侧流体的温度不匹配现象，降低回热器中的不可逆损失，提高循环效率。

此外，制冷子系统环由发电子系统驱动，不用消耗额外的高品位电能，且制冷循环的工质为二氧化碳，液态二氧化碳的温度可以降低到0摄氏度以下，通过调节节流阀9压降，改变二氧化碳蒸发温度能够满足不同制冷需求，如空调供冷、食品保鲜和冷藏等。因此，本实用新型提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，能够充分回收利用制冷压缩的余热，有效提高能源转换效率，满足不同制冷温度需求。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括中间回热器10，冷却器6热侧出口和主压缩机12的入口均与中间回热器10的热侧入口相连，中间回热器10的热侧出口与节流阀9入口相连，中间回热器10的冷侧入口与蒸发器8的冷测出口相连，中间回热器10的冷侧出口与制冷压缩机11入口相连。

需要说明的是，可以将中间回热器10设置在冷却器6的热侧出口和节流阀9的入口之间，二氧化碳经过冷却器6降温后，在中间回热器10中进一步被冷却，从而降低二氧化碳经过节流阀9节流降温降压过程中的不可逆损失，提高了制冷循环的效率，进而提高本系统的循环效率。

优选的，还包括分流三通阀15，分流三通阀15用于控制流向所述中间回热器10和主压缩机12的二氧化碳流量，分流三通阀15的入口与冷却器6的热侧出口相连，主压缩机12的入口和中间回热器10的热侧进口分别与分流三通阀15的两个出口相连。

需要说明的是，分流三通阀15可以控制流向中间回热器10和主压缩机12的二氧化碳流量，即可通过控制流向制冷子系统的二氧化碳流量，从而根据外界负荷调节制冷量，此外，还可以关闭制冷子系统，切换至完全发电模式、冷电联供模式以及完全制冷模式。

优选的，还包括汇流三通阀16，汇流三通阀16用于控制低温回热器5的热侧出口流向再压缩机13的二氧化碳流量，制冷压缩机11的出口和低温回热器5的热侧出口以及冷却器6的热侧入口均与汇流三通阀16的入口相连，汇流三通阀16的出口与再压缩机13的入口相连。

需要补充说明的是，汇流三通阀16可以控制低温回热器5的热侧出口直接流向再压缩机13的二氧化碳流量，也即可根据外界负荷的变化调节发电子系统的分流比，减小回热器中两侧流体温度的不匹配现象，以降低回热器中的不可逆损失，保持系统的高效率。同时，汇流三通阀16可以与分流三通阀15协同控制制冷子系统的流量，根据外界供冷负荷需求调节制冷量的大小，并根据实际需求灵活切换至完全发电模式、冷电联供模式以及完全制冷模式。

优选的，还包括高温超临界二氧化碳储存装置17，高温超临界二氧化碳储存装置17的进口和出口处均设有控制阀，高温回热器4的冷侧出口和加热器3的入口均与高温超临界二氧化碳储存装置17的入口相连，透平2的出口和高温回热器4的热侧入口均与高温超临界二氧化碳储存装置17的出口相连。

需要说明的是，高温超临界二氧化碳储存装置17通过进出口的控制阀在压差作用下可以根据外界负荷的变化调节整个系统的二氧化碳质量流量，即当外界负荷需求降低时，在电控装置的控制下将高温超临界二氧化碳储存装置17进口处的控制阀打开，高温回热器4热侧出口的二氧化碳在压差作用下进入高温超临界二氧化碳储存装置17，从而减小循环中的二氧化碳流量、以降低循环的发电量和制冷量；而当外界负荷需求增加时，在电控装置的控制下将高温超临界二氧化碳储存装置17出口处的控制阀打开，二氧化碳在压差作用下流出高温超临界二氧化碳储存装置17并汇入透平2的乏气，从而增加循环中的二氧化碳流量、以增加循环的发电量和制冷量。因此，本系统可根据外界负荷变化调节发电量和制冷量，以满足不同的发电和制冷负荷需求。

优选的，透平2、发电机1、主压缩机13、再压缩机12以及制冷压缩机11通过调速离合装置同轴相连，以使各叶轮机械的转速可调。通过上述设置，可有效提高系统的结构紧凑性，且各个叶轮机械的转速可调，在完全发电模式下，制冷压缩机11可以脱离连接。

当然，透平2、发电机1、主压缩机12、再压缩机13以及制冷压缩机11同轴相连只是一种优选的实施方式，并不是唯一的实施方式，也即还可以采用传动装置使透平2、发电机1、主压缩机12、再压缩机13以及制冷压缩机11非同轴相连。

优选的，加热器3吸收的热源包括核电站的核反应堆，或燃煤电站的锅炉，或太阳能电站的集热器，或地热电站的地热源，或燃气轮机发电系统的燃气轮机尾气，或工业余热。也即本系统其适用的热源种类很多，具有良好的应用前景。

为了进一步说明本实用新型所提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，下面将结合上述特征进行说明。

本实用新型实施例提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统高度集成了超临界二氧化碳发电循环和跨临界二氧化碳制冷循环。超临界二氧化碳发电循环包括加热器3、透平2、高温超临界二氧化碳储存装置17、发电机1、高温回热器4、低温回热器5、汇流三通阀16、冷却器6、分流三通阀15、主压缩机12以及再压缩机13，循环工质为二氧化碳。

跨临界二氧化碳制冷循环包括制冷压缩机11、汇流三通阀16、冷却器6、分流三通阀15、中间回热器10、节流阀9以及蒸发器8，制冷工质为二氧化碳。超临界二氧化碳发电循环通过加热器3吸收高温热量；跨临界二氧化碳制冷循环和超临界二氧化碳发电循环共用冷却器6，并通过分流三通阀15和汇流三通阀16集成，跨临界二氧化碳制冷循环的压缩工质汇入做功工质，参与发电循环，制冷压缩的余热得到利用。

通过上述设置，使得超临界二氧化碳发电制冷联合系统结构紧凑；同时，超临界二氧化碳发电子系统能够充分利用制冷压缩的余热，降低了制冷子系统的冷源损失；并且，制冷子系统的压缩工质参与发电子系统的分流再压缩过程，能够降低回热器中热侧和冷侧流体的温度不匹配现象，降低回热器中的不可逆损失，提高循环效率。

此外，制冷子系统环由发电子系统驱动，无需消耗额外的高品位电能，并且，制冷循环的工质为二氧化碳，液态二氧化碳的温度可以降低到0摄氏度以下，通过调节节流阀9压降，改变二氧化碳蒸发温度能够满足不同制冷需求，如空调供冷、食品保鲜和冷藏等；分流三通阀15和汇流三通阀16可以根据外界负荷需求控制流向制冷子系统的二氧化碳流量，调节制冷量的大小，并根据实际需求灵活切换至完全发电模式、冷电联供模式以及完全制冷模式，同时，可调节发电子系统的分流比，降低回热器中的不可逆损失，保持系统的高效率；并且，高温超临界二氧化碳储存装置17通过进出口的控制阀在压差作用下可根据外界负荷的变化调节整个系统的二氧化碳质量流量，从而满足不同的发电和制冷负荷需求。因此，本系统能够充分利用制冷压缩的余热，有效提高能源转换效率，灵活切换制冷、发电以及冷电联供模式，还能够根据实际负荷需求灵活调节发电量和制冷量，以满足不同制冷温度需求。

本实用新型具体实施方案为：热量载体在加热器3内将热量传递给超临界二氧化碳循环工质，使其升温到循环最高温度，加热后的二氧化碳进入透平2并在透平2中膨胀做功，将超临界二氧化碳的热能转换为机械能，用于驱动主压缩机12、再压缩机13和制冷压缩机11压缩二氧化碳流，同时，驱动发电机1发电给电能用户14提供电能；通过透平2膨胀后的二氧化碳依次流经高温回热器4和低温回热器5、并在其中释放热量用于预热压缩后的二氧化碳；放热后的二氧化碳分成两股气流，其中一股气流流向汇流三通阀16，同时另一股气流流经冷却器6被冷却到临界点温度附近；冷却后的二氧化碳气流经过分流三通阀15再次分为两股气流，其中一股气流进入主压缩机12进行增压，由于温度冷却至二氧化碳临界点附近，降低了主压缩机12的功耗，得到的高压气流经过低温回热器5吸收透平2乏气的热量；同时，分流三通阀15分出的另一股二氧化碳气流流向中间回热器10并在其中进一步被冷却至液态；冷却后的二氧化碳通过节流阀9节流降温降压，使其温度进一步降低到蒸发温度；随后进入蒸发器8并在其中吸热蒸发成气体，从而利用液态二氧化碳的蒸发潜热制冷，蒸发器8另一侧的流体降温后供给需要冷能的用户；蒸发后的二氧化碳流进中间换热器10另一侧后吸热，之后进入制冷压缩机11进行增压；增压后的二氧化碳进入汇流三通阀16与上述另一股进入汇流三通阀16的二氧化碳气流汇合后进入再压缩机13进一步增压；随后与低温回热器5的冷侧出口气流汇合，然后流向高温回热器4进一步吸收透，2乏气的热量；最后气流返回加热器3从而形成一个完整的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统。

此外，在外界负荷发生变化时，可以调节分流三通阀15、汇流三通阀16和高温超临界二氧化碳储存装置17进出口处的控制阀，以调节制冷量和发电量或切换不同的发电、制冷模式。例如，当无需制冷时，可以关闭分流三通阀15和汇流三通阀16与制冷侧相通的阀门，使二氧化碳不流向制冷子系统，同时制冷压缩机与发电机组脱离连接，此时系统不再提供冷能，处于完全发电模式；当无需供电时，可以关闭汇流三通阀16与发电侧相通的阀门，关小甚至关闭分流三通阀15与发电侧相通的阀门，使得绝大部分或全部气流流向制冷子系统，透平2输出功全部用来驱动压缩机，此时系统不再提供电能，处于完全制冷模式；当同时需要冷能和电能时，可以根据外界制冷负荷需求的变化调节分流三通阀15和汇流三通阀16，从而控制流向制冷子系统的二氧化碳流量，实现对制冷量的灵活调控。

进一步的，在完全发电模式、完全制冷或冷电联供模式下，当外界整体负荷需求减小时，可以打开高温超临界二氧化碳储存装置17进口处的控制阀，使得循环工质在压差作用下流入高温超临界二氧化碳储存装置17，从而减小循环工质流量，同时调节叶轮机械转速，以使提供的制冷量或发电量降低；而当外界整体负荷需求增加时，可以打开高温超临界二氧化碳储存装置17出口处的控制阀，使得高温超临界二氧化碳储存装置17内部的二氧化碳在压差作用下、流出高温超临界二氧化碳储存装置17并与循环工质汇合，从而增加了循环工质流量，同时调节叶轮机械转速，使得提供的制冷量或发电量增加。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本实用新型所提供的所有实施例的任意组合方式均在此实用新型的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本实用新型所提供的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，包括：加热器(3)、透平(2)、高温回热器(4)、低温回热器(5)、冷却器(6)、主压缩机(12)、再压缩机(13)、制冷压缩机(11)、节流阀(9)以及蒸发器(8)，所述加热器(3)、所述透平(2)、所述高温回热器(4)、所述低温回热器(5)、所述冷却器(6)、所述主压缩机(12)、所述再压缩机(13)、所述低温回热器(5)、所述高温回热器(4)以及所述加热器(3)依次连接构成超临界二氧化碳发电循环，所述制冷压缩机(11)、所述冷却器(6)、所述节流阀(9)、所述蒸发器(8)以及所述制冷压缩机(11)依次连接构成跨临界二氧化碳制冷循环；

所述透平(2)的入口与所述加热器(3)的出口相连；所述高温回热器(4)的热侧入口与所述透平(2)的出口相连；所述低温回热器(5)的热侧入口与所述高温回热器(4)的热侧出口相连；所述冷却器(6)的热侧入口与所述低温回热器(5)的热侧出口相连、所述再压缩机(13)的入口和所述制冷压缩机(11)的出口相连；所述主压缩机(12)的入口和所述节流阀(9)的入口均与所述冷却器(6)的热侧出口相连；所述节流阀(9)的出口与所述蒸发器(8)的热侧入口相连；所述蒸发器(8)的热侧出口与所述制冷压缩机(11)的入口相连；所述主压缩机(12)的出口与所述低温回热器(5)的冷侧入口相连；所述再压缩机(13)的出口和所述低温回热器(5)的冷侧出口均与所述高温回热器(4)的冷侧入口相连；所述高温回热器(4)的冷侧出口与所述加热器(3)的入口相连；

所述主压缩机(12)、所述再压缩机(13)以及发电机(1)均通过所述透平(2)输出的机械能驱动，所述发电机(1)产生电能供给电能用户(14)，所述制冷压缩机(11)通过所述透平(2)输出的机械能驱动，所述蒸发器(8)用于对供给冷能用户(7)的流体降温。

2.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，还包括中间回热器(10)，所述冷却器(6)热侧出口和所述主压缩机(12)的入口均与所述中间回热器(10)的热侧入口相连，所述中间回热器(10)的热侧出口与所述节流阀(9)入口相连，所述中间回热器(10)的冷侧入口与所述蒸发器(8)的冷测出口相连，所述中间回热器(10)的冷侧出口与所述制冷压缩机(11)入口相连。

3.根据权利要求2所述的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，还包括分流三通阀(15)，所述分流三通阀(15)用于控制流向所述中间回热器(10)和所述主压缩机(12)的二氧化碳流量，所述分流三通阀(15)的入口与所述冷却器(6)的热侧出口相连，所述主压缩机(12)的入口和所述中间回热器(10)的热侧进口分别与所述分流三通阀(15)的两个出口相连。

4.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，还包括汇流三通阀(16)，所述汇流三通阀(16)用于控制低温回热器(5)的热侧出口流向所述再压缩机(13)的二氧化碳流量，所述制冷压缩机(11)的出口和所述低温回热器(5)的热侧出口以及所述冷却器(6)的热侧入口均与所述汇流三通阀(16)的入口相连，所述汇流三通阀(16)的出口与所述再压缩机(13)的入口相连。

5.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，还包括高温超临界二氧化碳储存装置(17)，所述高温超临界二氧化碳储存装置(17)的进口和出口处均设有控制阀，所述高温回热器(4)的冷侧出口和所述加热器(3)的入口均与所述高温超临界二氧化碳储存装置(17)的入口相连，所述透平(2)的出口和所述高温回热器(4)的热侧入口均与所述高温超临界二氧化碳储存装置(17)的出口相连。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，所述透平(2)、所述发电机(1)、所述主压缩机(12)、所述再压缩机(13)以及所述制冷压缩机(11)通过调速离合装置同轴相连，以使各叶轮机械的转速可调。

7.根据权利要求1至5任一项所述的基于超临界二氧化碳发电制冷联合系统，其特征在于，所述加热器(3)吸收的热源包括核电站的核反应堆，或燃煤电站的锅炉，或太阳能电站的集热器，或地热电站的地热源，或燃气轮机发电系统的燃气轮机尾气，或工业余热。

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