[发明专利]光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置及方法

权利要求书

1.一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：包括太阳光的聚光器（1）和接收器（2），聚光器（1）与接收器（2）相对设置，接收器（2）与光子增强热离子发射模块组连接；

所述光子增强热离子发射模块组分为第一光子增强热离子发射模块组（3）和第二光子增强热离子发射模块组（7）两类，第一光子增强热离子发射模块组（3）对应的阳极温度低于第二光子增强热离子发射模块组（7）对应的阳极温度；

第一光子增强热离子发射模块组（3）、第二光子增强热离子发射模块组（7）的阳极分别连接第一冷却器（4）和第二冷却器（8）；第一冷却器（4）出口连接第一中间换热器（5）传热介质侧进口，第一中间换热器（5）传热介质侧出口连接第一介质泵（6）进口，第一介质泵（6）出口连接第一冷却器（4）进口，构成第一冷却回路；第二冷却器（8）出口连接第二中间换热器（9）传热介质侧进口，第二中间换热器（9）传热介质侧出口连接第二介质泵（10）进口，第二介质泵（10）出口连接第二冷却器（8）进口，构成第二冷却回路；

第一中间换热器（5）二氧化碳侧、第二中间换热器（9）二氧化碳侧与超临界二氧化碳循环系统连接，将第一、二冷却回路中传热介质的热量释放给超临界二氧化碳循环系统的二氧化碳工质；

所述超临界二氧化碳循环系统包括压缩机（11），压缩机（11）出口分为两路：一路连接低温回热器（12）低温侧进口，另一路与第一中间换热器（5）二氧化碳侧进口连接；低温回热器（12）低温侧出口和第一中间换热器（5）二氧化碳侧出口两路合并后连接高温回热器（13）低温侧进口，高温回热器（13）低温侧出口连接第二中间换热器（9）二氧化碳侧进口，第二中间换热器（9）二氧化碳侧出口连接透平（14）进口，透平（14）出口连接高温回热器（13）高温侧进口，高温回热器（13）高温侧出口连接低温回热器（12）高温侧进口，低温回热器（12）高温侧出口连接预冷器（16）进口，预冷器（16）出口连接压缩机（11）进口；压缩机（11）、透平（14）、发电机（15）同轴连接；

所述第一冷却回路的传热介质为导热油；所述第二冷却回路的传热介质为碱金属液或熔盐。

2.如权利要求1所述的一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：所述聚光器（1）为碟式聚光器、塔式聚光器或菲涅尔透镜聚光器。

3.如权利要求1所述的一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：所述接收器为空腔体结构的直接照射式接收器。

4.如权利要求1所述的一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：所述第一光子增强热离子发射模块组（3）的阳极温度为150〜300°C；所述第二光子增强热离子发射模块组（7）的阳极温度为500〜700°C。

5.如权利要求1所述的一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：所述第一冷却器（4）和第二冷却器（8）设有扩展散热面。

6.如权利要求1所述的一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：所述第一中间换热器（5）和第二中间换热器（9）为间壁换热器，并且所述第一中间换热器（5）、第二中间换热器（9）二氧化碳侧的换热壁面设有扩展换热面。

7.如权利要求1所述的一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，其特征在于：所述低温回热器（12）和高温回热器（13）为紧凑式换热器。

8.一种光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电方法，其特征在于：采用如权利要求1〜7任一项所述的光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置，步骤为：太阳光经聚光器（1）聚焦至接收器（2），接收器（2）加热第一光子增强热离子发射模块组（3）和第二光子增强热离子发射模块组（7）的阴极，阴极发射的电子经两极间隙到达阳极同时从两极输出电能，第一冷却器（4）和第二冷却器（8）将阳极冷却并将余热传递给传热介质；

第一介质泵（6）和第二介质泵（10）不断地将传热介质从第一冷却器（4）和第二冷却器（8）分别循环输送至第一中间换热器（5）和第二中间换热器（9），传热介质将热量释放给超临界二氧化碳循环系统的二氧化碳工质；

超临界二氧化碳循环系统中，压缩机（11）将二氧化碳工质压缩，压缩机（11）出口的二氧化碳工质分为两路：一路进入低温回热器（12），另一路进入第一中间换热器（5）；从低温回热器（12）和第一中间换热器（5）出来的两路二氧化碳工质一并进入高温回热器（13），再进入第二中间换热器⑼进一步加热，再进入透平（14）膨胀做功，推动发电机（15）产生电能；透平（14）排气依次进入高温回热器（13）和低温回热器（12），将部分热量传递给二氧化碳工质后，再经预冷器（16）冷却，最后返回到压缩机（11）。