JP3230516U - 廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】発電電力と熱効率を改善でき、コストが低い、廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムを提供する。【解決手段】熱源システム1、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3及び二酸化炭素プレクーラー4を備え、熱源システムの作動流体側出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体入力端に接続され、熱源システムの作動流体側入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体出力端に接続され、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体サイクルループに二酸化炭素プレクーラーが接続され、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムは、少なくとも1つの単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備える。【選択図】図2
Description
本考案は発電システムに関し、具体的に、廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムに関する。
発電機セットの効率を継続的に改善することは、電力業界の研究の永遠のテーマと目標である。蒸気ランキンサイクルを主流とする従来のエネルギー変換システムでは、蒸気パラメータを700℃に上げなければ、効率を50%程度に達することができないので、新型ニッケルベースの高温合金を開発するために、高い経済的および時間的コストを費やす必要がある。従来のルートのボトルネックを打破するために、いくつかの新しいコンセプトと高度な電力システムがますます注目を集め、超臨界作動流体は、高エネルギー密度、高熱伝達効率、シンプルなシステムなどの固有の利点があり、熱出力変換効率を大幅に向上させ、機器の体積を減少し、高い経済効率を有する。
二酸化炭素は、適切な臨界圧力、安定した特性、成熟した物理的特性研究、無毒性及び低コストなどの多くの利点により、有望な代替作動流体であると考えられ、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルを直接的または間接的に使用する新世代の原子炉、超臨界二酸化炭素サイクルを使用した太陽熱、電力供給及び冷凍のための複合分散エネルギー供給システム、二酸化炭素超臨界圧縮サイクルに基づく新しいエアコン及びヒートポンプなどを含む多くの高度な熱伝達及びエネルギー変換システムで使用できる。特に、近年、多くの学者が注目している超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル石炭焚き発電機セットは、620℃の温度範囲で従来の蒸気ランキンサイクル700℃の効率に達することができ、新しい高温合金を開発する必要がなく、アプリケーションの見通しは非常に良好である。
超臨界CO2ブレイトンサイクルは、太陽光発電、原子力発電、船舶電力などの分野でも広く注目されており、従来の蒸気機関セットに取って代わる可能性が最も高い熱サイクル発電システムになっている。しかしながら、超臨界CO2ブレイトンサイクルは、依然として最適化及び改善でき、ブレイトンサイクルの特性により、超臨界CO2ブレイトンサイクルの熱放出プロセスは等温プロセスではなく、冷却プロセスであり、熱放出の理論上の最高温度は80−90°Cであり、設計上の必要に応じて、熱放出の最高温度が高くなる場合があり、すべて冷却媒体を直接冷却に使用すると、間違いなく無駄になり、回収や発電用の廃熱として使用できる。
低温廃熱回収発電装置もいくつかあるが、最も一般的なのは有機ランキンサイクル(ORC)廃熱回収発電システムであり、現在、これらのシステムにはいくつかの問題があり、広く推進と適用することが難い。熱源の温度が低いため、ORCシステムの効率が制限され、低い効率でORCシステムのコストは非常に高いように見え、システムは投資の回収期間が長く、多くの企業がそれを採用することを望んでいないという主な問題が存在している。主な原因は、廃熱源の規模が小さいことが多く、数百kWまたは数十kW程度の熱源に遭遇することが多く、この大きさの熱源について、ORCシステムにおけるタービンのサイズは小さくなり、そうでないと、低効率で高コストの高速モーターを使用する必要があり、このような条件では、ORCタービンの効率は高くないことがよくあり、これは、廃熱回収発電の利益率をさらに制限することである。それと同時に、タービンが3000rpmの回転数で設計される場合でも、回転機械の動的シーリングはORCシステムが直面する困難な問題であり、従来のシャフトシーリングシステムはゼロ漏れを回避できなく、漏れが発生すると、有機作動流体の経済的損失を意味し、ドライガスシーリングなどのより高度なシーリングシステムを使用すると、コストの増加によりシステムがより大きな挑戦に直面することになる。他方、現在のORCシステムはほとんどセントリペタルまたはアキシャルタービンを使用し、どちらのタービンの処理コストも非常に高い。それと同時に、タービンの正常な動作を保証するために、タービンの入口と出口の間に比較的高い圧力差を確保する必要があり、圧力差が大きいほど、タービンの膨張率が大きくなり、タービンの出力が強く、システムの熱効率が高いほど、システムはポンプなどの機器で加圧する必要がある。
それと同時に、現在、低温廃熱発電の分野で使用されている発電設備はほとんどコストが高く、システムが複雑であり、新エネルギーの開発と利用時に、回転式発電機は高速運動により適することが明らかであり、また、回転式発電機は比較的低い周波数の運転条件では高い効率を維持できないため、通常のタービンや通常の発電機は、非常に低い圧力差と非常に低い温度差の気流では発電できなく、低温廃熱発電分野に適用されない問題が存在している。したがって、廃熱回収発電分野は、ORCシステムが直面している現在のジレンマを打破するための新しいより費用効果の高い技術を緊急に必要とする。
従来の技術に存在している問題について、本考案は、ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを使用して、超臨界CO2ブレイトンサイクルの低温端から排出された廃熱を回収して発電し、システムの発電電力と熱効率を効果的に改善することができ、設計が合理的で、コストが低い廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムを提供する。
本考案は、以下の技術案によって実現され、
廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムは、熱源システム、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム及び二酸化炭素プレクーラーを備え、
前記熱源システムの作動流体側の出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体の入力端に接続され、熱源システムの作動流体側の入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体の出力端に接続され、
前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体サイクルループに二酸化炭素プレクーラーが接続され、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムは、少なくとも1つの単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備え、単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムは、廃熱蒸発器、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム、コンデンサー及びアキュムレーターを備え、前記廃熱蒸発器の蒸発室の出口はピストン膨張−リニアジェネレータシステムの入口に接続され、前記ピストン膨張−リニアジェネレータシステムの出口はコンデンサーの凝縮室の入口に接続され、前記コンデンサーの凝縮室の出口はアキュムレーターの循環作動媒体の入口に接続され、前記アキュムレーターの循環作動媒体の出口は廃熱蒸発器の蒸発室の入口側に接続され、
前記廃熱蒸発器の加熱室の入口と出口はそれぞれピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側の入口と出口として、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体サイクルループに接続され且つ二酸化炭素プレクーラーの作動流体の入口の一側に位置する。
廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムは、熱源システム、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム及び二酸化炭素プレクーラーを備え、
前記熱源システムの作動流体側の出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体の入力端に接続され、熱源システムの作動流体側の入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体の出力端に接続され、
前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体サイクルループに二酸化炭素プレクーラーが接続され、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムは、少なくとも1つの単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備え、単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムは、廃熱蒸発器、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム、コンデンサー及びアキュムレーターを備え、前記廃熱蒸発器の蒸発室の出口はピストン膨張−リニアジェネレータシステムの入口に接続され、前記ピストン膨張−リニアジェネレータシステムの出口はコンデンサーの凝縮室の入口に接続され、前記コンデンサーの凝縮室の出口はアキュムレーターの循環作動媒体の入口に接続され、前記アキュムレーターの循環作動媒体の出口は廃熱蒸発器の蒸発室の入口側に接続され、
前記廃熱蒸発器の加熱室の入口と出口はそれぞれピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側の入口と出口として、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体サイクルループに接続され且つ二酸化炭素プレクーラーの作動流体の入口の一側に位置する。
さらに、前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムは、タービン発電システム、高温再生器、低温再生器、メインコンプレッサー及びリコンプレッサーを備え、
前記タービン発電システムのタービン入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体入力端として熱源システムの作動流体側の出口に連通され、タービン発電システムのタービン出口は高温再生器の熱放出側の入口に連通され、
前記高温再生器の熱放出側出口は低温再生器の熱放出側入口に連通され、低温再生器の熱放出側出口はそれぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側入口とリコンプレッサーの入口に連通され、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側出口は二酸化炭素プレクーラーの作動流体側入口に連通され、前記二酸化炭素プレクーラーの作動流体側出口はメインコンプレッサーの入口に連通され、前記メインコンプレッサーの出口は低温再生器の吸熱側入口に連通され、前記低温再生器の吸熱側出口及びリコンプレッサーの出口の両方とも高温再生器の吸熱側入口に連通され、前記高温再生器の吸熱側出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体出力端として熱源システムの入口に連通される。
前記タービン発電システムのタービン入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体入力端として熱源システムの作動流体側の出口に連通され、タービン発電システムのタービン出口は高温再生器の熱放出側の入口に連通され、
前記高温再生器の熱放出側出口は低温再生器の熱放出側入口に連通され、低温再生器の熱放出側出口はそれぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側入口とリコンプレッサーの入口に連通され、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側出口は二酸化炭素プレクーラーの作動流体側入口に連通され、前記二酸化炭素プレクーラーの作動流体側出口はメインコンプレッサーの入口に連通され、前記メインコンプレッサーの出口は低温再生器の吸熱側入口に連通され、前記低温再生器の吸熱側出口及びリコンプレッサーの出口の両方とも高温再生器の吸熱側入口に連通され、前記高温再生器の吸熱側出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステムの作動流体出力端として熱源システムの入口に連通される。
さらに、前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムは、CO2の流れ方向に沿って直列に接続された複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備える。
よりさらに、複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器の加熱室入口と出口に順に直列接続してCO2の流れ方向に沿う直列接続構造を形成し、第一段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器のCO2側入口と最終段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器のCO2側出口は、それぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムのCO2側入口と出口とする。
さらに、前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システムは、循環作動媒体の熱伝達方向に沿って直列に接続された複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備える。
よりさらに、前段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムのコンデンサーの冷蔵室は、次段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器の加熱室として、順に直列接続して循環作動媒体の熱伝達方向に沿う直列接続構造を形成する。
さらに、前記コンデンサー内の液体循環作動媒体の液面は、廃熱蒸発器内の液体作動流体の液面よりも高い。
従来の技術と比べて、本考案は、以下の有益的な技術効果を有し、
本考案による廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムは、ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムと超臨界CO2ブレイトンサイクル発電システムを組み合わせ、超臨界CO2ブレイトンサイクルの低温端から放出された熱を回収して発電し続くことができ、システムの出力電力と熱効率を向上させ、且つ単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムそのものは効率が高く、且つ安くて簡単なシステムである。
本考案による廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムは、ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムと超臨界CO2ブレイトンサイクル発電システムを組み合わせ、超臨界CO2ブレイトンサイクルの低温端から放出された熱を回収して発電し続くことができ、システムの出力電力と熱効率を向上させ、且つ単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムそのものは効率が高く、且つ安くて簡単なシステムである。
さらに、本考案は、複数段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを採用して段階廃熱回収を形成するため、システム全体は高効率、低コスト、広い動作範囲という利点を備える。
以下、具体的な実施例を参照して、本考案をより詳細に説明し、記載されるものは、本考案を制限するものではなく、解釈するためのものである。
図2に示すように、本考案による廃熱回収用超臨界CO2ブレイトンサイクル発電システムは、熱源システム1、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3及び二酸化炭素プレクーラー4を備え、
前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2は、タービン発電システム21、高温再生器22、低温再生器23、メインコンプレッサー24及びリコンプレッサー25を備え、
タービン発電システム21のタービン入口は熱源システム1の作動流体側出口に連通され、タービン発電システム21のタービン出口は高温再生器22の熱放出側入口に連通され、高温再生器22の熱放出側出口は低温再生器23の熱放出側入口に連通され、低温再生器23の熱放出側出口はそれぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3のCO2側入口とコンプレッサー25での入口に連通され、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3のCO2側出口は二酸化炭素プレクーラー4の作動流体側入口に連通され、二酸化炭素プレクーラー4の作動流体側出口はメインコンプレッサー24の入口に連通され、メインコンプレッサー24の出口は低温再生器23の吸熱側入口に連通され、低温再生器23の吸熱側出口とリコンプレッサー25の出口の両方とも高温再生器22の吸熱側入口に連通され、高温再生器22の吸熱側出口は熱源システム1の入口に連通される。
前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2は、タービン発電システム21、高温再生器22、低温再生器23、メインコンプレッサー24及びリコンプレッサー25を備え、
タービン発電システム21のタービン入口は熱源システム1の作動流体側出口に連通され、タービン発電システム21のタービン出口は高温再生器22の熱放出側入口に連通され、高温再生器22の熱放出側出口は低温再生器23の熱放出側入口に連通され、低温再生器23の熱放出側出口はそれぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3のCO2側入口とコンプレッサー25での入口に連通され、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3のCO2側出口は二酸化炭素プレクーラー4の作動流体側入口に連通され、二酸化炭素プレクーラー4の作動流体側出口はメインコンプレッサー24の入口に連通され、メインコンプレッサー24の出口は低温再生器23の吸熱側入口に連通され、低温再生器23の吸熱側出口とリコンプレッサー25の出口の両方とも高温再生器22の吸熱側入口に連通され、高温再生器22の吸熱側出口は熱源システム1の入口に連通される。
図1に示すように、単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムにおいて、二酸化炭素作動流体の廃熱は廃熱蒸発器31の加熱室を通じて蒸発室内の循環作動媒体を加熱し、熱放出された二酸化炭素作動流体を作動流体サイクルループ内に戻し、循環作動媒体が上向きに流れ且つ流れプロセスでは徐々に蒸発して気体状態になり、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム32の膨張室に入ってピストンに作用し、ピストンがリニアジェネレータを駆動して発電し、リターンスプリングがピストンを押してリセットし、且つ作用した循環作動媒体をコンデンサー33内に排出し、コンデンサー33内に入った循環作動媒体は下向きに流れて且つ液体に冷却した後にアキュムレーター34内に入り、アキュムレーター34内に入った液体循環作動媒体は再び廃熱蒸発器31に入ってサイクル作業を実行する。コンデンサー33内の液体循環作動媒体の液面は廃熱蒸発器31内の液体作動流体の液面より高い。
ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3には、複数段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを採用することができ、廃熱熱源は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における低温再生器23の熱放出側出口の作動流体から放出する熱であり、廃熱回収システム全体においてCO2流れ方向に沿って複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを直列接続し、複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室の入口と出口は順に直列接続してCO2流れ方向に沿う直列接続構造を形成し、第一段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31のCO2側入口と最終段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31のCO2側出口は、それぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3のCO2側入口と出口とする。ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの段階数は、CO2の温度とサブシステムに使用されている作動流体の種類などの要素によって決められ、各段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムは一定の温度範囲内の廃熱を回収して利用し、
温度が比較的高い位置に布置される単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムは、その後に循環作動媒体の熱伝達方向に沿って複数のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを直列接続してもよく、次段サブシステムの熱源は前段サブシステムから放出された廃熱であり、サブシステムの段階数は、廃熱熱源の温度とサブシステムに使用されている作動流体の種類などの要素によって決められ、各段階の単段サブシステムは一定の温度範囲内の廃熱を回収して利用する。前段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムのコンデンサー33の冷蔵室は、次段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室として、順に直列接続して循環作動媒体の熱伝達方向に沿う直列接続構造を形成する。
温度が比較的高い位置に布置される単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムは、その後に循環作動媒体の熱伝達方向に沿って複数のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを直列接続してもよく、次段サブシステムの熱源は前段サブシステムから放出された廃熱であり、サブシステムの段階数は、廃熱熱源の温度とサブシステムに使用されている作動流体の種類などの要素によって決められ、各段階の単段サブシステムは一定の温度範囲内の廃熱を回収して利用する。前段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムのコンデンサー33の冷蔵室は、次段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室として、順に直列接続して循環作動媒体の熱伝達方向に沿う直列接続構造を形成する。
2段システムを例として、図2に示すように、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における低温再生器23の熱放出側出口の作動流体の流れ方向に沿って2段の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを直列接続し、低温再生器23の熱放出側出口は1段廃熱−1段作動流体サブシステム1−1における廃熱蒸発器31のCO2側入口に連通され、1段廃熱−1段作動流体サブシステム1−1サブシステムにおける廃熱蒸発器31のCO2側出口は2段廃熱−1段作動流体サブシステム2−1における廃熱蒸発器31のCO2側入口に連通され、2段廃熱−1段作動流体サブシステム2−1における廃熱加熱器31のCO2側出口は二酸化炭素プレクーラー4の作動流体側の入口に連通され、1段廃熱−1段作動流体サブシステム1−1におけるコンデンサー33は1段廃熱−2段作動流体サブシステム1−2における廃熱加熱器31であり、1段廃熱−1段作動流体サブシステム1−1の循環作動媒体はこの熱交換器における熱側から熱放出し、1段廃熱−2段作動流体サブシステム1−2の循環作動媒体はこの熱交換器における冷側から吸熱し、1段廃熱−2段作動流体サブシステム1−2と2段廃熱−1段作動流体サブシステム2−1サブシステムは最終段サブシステムであり、そのコンデンサー33における冷却作動流体は冷風または冷水であり、冷風または冷水は対応する冷蔵室を通じて最終段サブシステムにおける凝縮室の循環作動媒体を冷却する。
実際の使用では、熱源システム1によって提供される超臨界二酸化炭素作動流体によって、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2を使用して発電すると同時に、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3を利用して、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における作動流体サイクルループの二酸化炭素作動流体の廃熱を回収して利用し、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3を利用して、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における作動流体サイクルループの二酸化炭素作動流体の廃熱を回収して利用する場合、
二酸化炭素作動流体の廃熱は廃熱蒸発器31の加熱室を通じて蒸発室内の循環作動媒体を加熱し、熱放出された二酸化炭素作動流体を作動流体サイクルループ内に戻し、循環作動媒体が上向きに流れ且つ流れプロセスでは徐々に蒸発して気体状態になり、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム32の膨張室に入ってピストンに作用し、ピストンがリニアジェネレータを駆動して発電し、リターンスプリングがピストンを押してリセットし、且つ作用した循環作動媒体をコンデンサー33内に排出し、コンデンサー33内に入った循環作動媒体は下向きに流れて且つ液体に冷却した後にアキュムレーター34内に入り、アキュムレーター34内に入った液体循環作動媒体は再び廃熱蒸発器31に入ってサイクル作業を実行する。
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3を利用して、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における作動流体サイクルループの二酸化炭素作動流体の廃熱を回収して利用する場合、
二酸化炭素作動流体の廃熱は廃熱蒸発器31の加熱室を通じて蒸発室内の循環作動媒体を加熱し、熱放出された二酸化炭素作動流体を作動流体サイクルループ内に戻し、循環作動媒体が上向きに流れ且つ流れプロセスでは徐々に蒸発して気体状態になり、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム32の膨張室に入ってピストンに作用し、ピストンがリニアジェネレータを駆動して発電し、リターンスプリングがピストンを押してリセットし、且つ作用した循環作動媒体をコンデンサー33内に排出し、コンデンサー33内に入った循環作動媒体は下向きに流れて且つ液体に冷却した後にアキュムレーター34内に入り、アキュムレーター34内に入った液体循環作動媒体は再び廃熱蒸発器31に入ってサイクル作業を実行する。
ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3を利用して、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における作動流体サイクルループの二酸化炭素作動流体の廃熱を回収して利用する場合、
複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室を直列接続することによって、二酸化炭素作動流体の廃熱を複数段階で回収して利用する。
複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室を直列接続することによって、二酸化炭素作動流体の廃熱を複数段階で回収して利用する。
ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3を利用して、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2における作動流体サイクルループの二酸化炭素作動流体の廃熱を回収して利用する場合、
前段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムのコンデンサー33の冷蔵室を、次段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室として直列接続を形成することによって、第一段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの循環作動媒体により回収された二酸化炭素作動流体の廃熱を複数段階で回収して利用する。
前段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムのコンデンサー33の冷蔵室を、次段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器31の加熱室として直列接続を形成することによって、第一段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの循環作動媒体により回収された二酸化炭素作動流体の廃熱を複数段階で回収して利用する。
以上のような具体的な実施形態は、本考案の目的、技術案及び有益な効果をより詳細に説明したが、理解すべきなのは、以上のようなものは本考案の具体的な実施形態だけであり、本考案を制限することがなく、本考案の精神と原則を逸脱しない限り、行ったいずれの修正、等価置換、改善などは、本考案の保護範囲に含まれる。
熱源システム1、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム2、タービン発電システム21、高温再生器22、低温再生器23、メインコンプレッサー24、リコンプレッサー25、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム3、廃熱蒸発器31、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム32、コンデンサー33、アキュムレーター34、二酸化炭素プレクーラー4、1段廃熱−1段作動流体サブシステム1−1、1段廃熱−2段作動流体サブシステム1−2、2段廃熱−1段作動流体サブシステム2−1。
Claims (7)
- 廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システムであって、熱源システム(1)、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)、ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)及び二酸化炭素プレクーラー(4)を備え、
前記熱源システム(1)の作動流体側出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)の作動流体の入力端に接続され、熱源システム(1)の作動流体側入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)の作動流体出力端に接続され、
前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)の作動流体サイクルループに二酸化炭素プレクーラー(4)が接続され、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)は、少なくとも1つの単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備え、単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムは、廃熱蒸発器(31)、ピストン膨張−リニアジェネレータシステム(32)、コンデンサー(33)及びアキュムレーター(34)を備え、前記廃熱蒸発器(31)の蒸発室の出口はピストン膨張−リニアジェネレータシステム(32)の入口に接続され、前記ピストン膨張−リニアジェネレータシステム(32)の出口はコンデンサー(33)の凝縮室の入口に接続され、前記コンデンサー(33)の凝縮室の出口はアキュムレーター(34)の循環作動媒体の入口に接続され、前記アキュムレーター(34)の循環作動媒体の出口は廃熱蒸発器(31)の蒸発室入口側に接続され、
前記廃熱蒸発器(31)の加熱室の入口と出口はそれぞれピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)のCO2側入口と出口として、超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)の作動流体サイクルループに接続され、且つ二酸化炭素プレクーラー(4)の作動流体入口の一側に位置することを特徴とする廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。 - 前記超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)は、タービン発電システム(21)、高温再生器(22)、低温再生器(23)、メインコンプレッサー(24)及びリコンプレッサー(25)を備え、
前記タービン発電システム(21)のタービン入口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)の作動流体入力端として熱源システム(1)の作動流体側出口に連通され、タービン発電システム(21)のタービン出口は高温再生器(22)の熱放出側入口に連通され、
前記高温再生器(22)の熱放出側出口は低温再生器(23)の熱放出側入口に連通され、低温再生器(23)の熱放出側出口はそれぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)のCO2側入口とリコンプレッサー(25)の入口に連通され、
前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)のCO2側出口は二酸化炭素プレクーラー(4)の作動流体側入口に連通され、前記二酸化炭素プレクーラー(4)の作動流体側出口はメインコンプレッサー(24)の入口に連通され、前記メインコンプレッサー(24)の出口は低温再生器(23)の吸熱側入口に連通され、前記低温再生器(23)の吸熱側出口とリコンプレッサー(25)の出口の両方とも高温再生器(22)の吸熱側入口に連通され、前記高温再生器(22)の吸熱側出口は超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルシステム(2)の作動流体出力端として熱源システム(1)の入口に連通されることを特徴とする請求項1に記載の廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。 - 前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)は複数段階のCO2流れ方向に沿って直列に接続された単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備えることを特徴とする請求項1に記載の廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。
- 複数段階の単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器(31)の加熱室入口と出口は順に直列接続してCO2流れ方向に沿う直列接続構造を形成し、第一段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器(31)のCO2側入口と最終段階のピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器(31)のCO2側出口は、それぞれピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)のCO2側入口と出口とすることを特徴とする請求項3に記載の廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。
- 前記ピストン膨張リニアジェネレータ廃熱発電システム(3)は、複数段階の循環作動媒体の熱伝達方向に沿って直列に接続された単段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムを備えることを特徴とする請求項1に記載の廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。
- 前段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムのコンデンサー(33)の冷蔵室は、次段ピストン膨張−リニアジェネレータ廃熱回収発電サブシステムの廃熱蒸発器(31)の加熱室として、順に直列接続して循環作動媒体の熱伝達方向に沿う直列接続構造を形成することを特徴とする請求項5に記載の廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。
- 前記コンデンサー(33)内の液体循環作動媒体の液面は廃熱蒸発器(31)内の液体作動流体の液面よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の廃熱回収用超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクル発電システム。
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Cited By (6)
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---|---|---|---|---|
CN113155503A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-23 | 武汉理工大学 | 针对印刷电路板式换热器的超临界二氧化碳换热性能试验平台 |
CN113756892A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 西安交通大学 | 模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统 |
CN114738068A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-12 | 西安交通大学 | 一种耦合低温地热的热泵储电系统及运行方法 |
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CN114856736A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-05 | 西安交通大学 | 一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法 |
CN114856744A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-08-05 | 西安交通大学 | 一种基于油气井的跨临界二氧化碳的储能系统及方法 |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113155503A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-23 | 武汉理工大学 | 针对印刷电路板式换热器的超临界二氧化碳换热性能试验平台 |
CN113155503B (zh) * | 2021-04-30 | 2024-03-08 | 武汉理工大学 | 针对印刷电路板式换热器的超临界二氧化碳换热性能试验平台 |
CN113756892A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 西安交通大学 | 模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统 |
CN113756892B (zh) * | 2021-08-30 | 2022-10-28 | 西安交通大学 | 模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统 |
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