[实用新型]集成碱金属热电转换器与二氧化碳循环的发电装置

说明书

本实用新型提供了一种集成碱金属热电转换器与二氧化碳循环的发电装置，中间换热器碱金属侧进、出口分别连接以碱金属为工质的主换热器出口和碱金属热电转换器高温端进口，碱金属热电转换器高温端出口通过电磁泵连接主换热器进口；压缩机出口连接低温回热器低温侧进口和碱金属热电转换器低温端冷凝器进口，低温回热器低温侧出口与碱金属热电转换器低温端冷凝器出口汇合后与高温回热器低温侧进口连接，高温回热器低温侧出口与中间换热器二氧化碳侧进口连接，中间换热器二氧化碳侧出口连接透平进口，透平出口连接高温回热器、低温回热器、预冷器和压缩机；发电机连接透平。相比每个单独的发电系统，本实用新型集成系统的整体热效率显著提高。

技术领域

本实用新型涉及一种集成碱金属热电转换器与二氧化碳循环的发电装置，属于热能发电技术领域。

背景技术

热能转换为电能是最常用的发电方式，包括采用动力机械的热力发电技术和无运动部件的直接热电转换技术。前者主要用于大功率的发电装置，例如：汽轮机组；后者主要用于小功率的发电装置，例如：温差发电装置。随着新型热能发电技术不断被开发，这一领域的创新空间也不断得到拓展。近一二十年来，对发电装置的要求越来越高，高效、紧凑、灵活、可靠的发电装置成为研发趋势。

近年来，新型的超临界二氧化碳循环成为研究热点，理论和试验均证实这一循环的热效率高，并且系统紧凑、动力机械体积小、制造成本较低。但是，临界二氧化碳循环中工质运行于高温高压参数，受制于高温材料的许用条件，目前最高700℃等级，所以效率提高的空间有限。与此同时，新型的直接热电转换技术——碱金属热电转换器也得到快速发展，碱金属热电转换器是以β″氧化铝固体电解质为选择性渗透膜，以液态或气态碱金属(如：钠)为循环工质的高效面积型热电能量直接转换装置，工质运行在常压附近，适用于温度为600～1000℃的热源。碱金属热电转换器无运动部件、无声、无需维护，但是，其冷凝器释放的热量温度品位高，效率损失严重。

从现有问题来看，单独的某种发电技术难以满足全方位的要求，如何集成不同技术，实现优势互补，从而充分发挥热电转换的潜力，是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种集成碱金属热电转换器与二氧化碳循环的发电装置，以提高系统的热电转换效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种集成碱金属热电转换器与二氧化碳循环的发电装置，其特征在于：包括以碱金属为工质的主换热器和一侧以所述碱金属为工质、另一侧以二氧化碳为工质的中间换热器，主换热器出口连接中间换热器碱金属侧进口，中间换热器碱金属侧出口与碱金属热电转换器高温端进口连接，碱金属热电转换器低温端出口连接电磁泵进口，电磁泵出口连接主换热器进口；

压缩机出口分为两路，一路连接低温回热器低温侧进口，另一路与碱金属热电转换器低温端冷凝器进口连接；低温回热器低温侧出口与碱金属热电转换器低温端冷凝器出口汇合后与高温回热器低温侧进口连接，高温回热器低温侧出口连接中间换热器二氧化碳侧进口，中间换热器二氧化碳侧出口连接透平进口，透平出口连接高温回热器高温侧进口，高温回热器高温侧出口连接低温回热器高温侧进口，低温回热器高温侧出口连接预冷器进口，预冷器出口连接压缩机进口；发电机连接透平。

所述主换热器连接外部热源。

优选地，所述碱金属热电转换器高温端内设有β″氧化铝固体电解质，所述碱金属热电转换器低温端内设有冷凝器。

优选地，所述β″氧化铝固体电解质与外部用电负载连接。

优选地，所述碱金属热电转换器设有并联设置的多组。

优选地，所述发电机、透平、压缩机依次同轴相连。

优选地，所述主换热器可以设计成不同的结构以适应不同的热源形式，例如：聚光型太阳能集热器、外燃式加热炉或管壳式换热器。