[发明专利]一种燃气涡轮发动机循环系统及循环方法

权利要求书

1.一种燃气涡轮发动机循环系统，其特征在于，所述系统包括以空气为循环工质的燃气涡轮主循环子系统和以二氧化碳为工质的超临界二氧化碳外循环子系统；所述燃气涡轮主循环子系统包括通过传动轴依次相连的低压压气机(2)、高压压气机(3)、燃烧室(4)和涡轮；所述超临界二氧化碳外循环子系统包括二氧化碳压缩机(10)和二氧化碳透平(11)以及至少一个换热器，所述换热器设置在二氧化碳压缩机(10)和二氧化碳透平(11)之间且形成循环回路；所述燃气涡轮主循环子系统设有工质通道与所述换热器连通，所述工质通道设置在所述低压压气机(2)、高压压气机(3)之间和/或连接在所述涡轮之后，使得所述燃气涡轮主循环子系统与所述超临界二氧化碳外循环子系统能够通过所述换热器进行热交换。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机循环系统，其特征在于，所述换热器作为间冷换热器(7)，所述工质通道设置在所述燃气涡轮主循环子系统的低压压气机(2)与高压压气机(3)之间，使得所述低压压气机(2)与间冷换热器(7)、高压压气机(3)依次通过所述工质通道相连。

3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机循环系统，其特征在于，所述换热器作为回热换热器(8)，所述燃气涡轮主循环子系统的涡轮通过工质通道与所述回热换热器(8)相连。

4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机循环系统，其特征在于，所述换热器设置两个，包括间冷换热器(7)和回热换热器(8)；所述工质通道包括第一工质通道和第二工质通道，所述第一工质通道设置在所述燃气涡轮主循环子系统的低压压气机(2)与高压压气机(3)之间，所述第二工质通道设置所述涡轮之后，使得所述低压压气机(2)与间冷换热器(7)、高压压气机(3)依次通过所述第一工质通道相连，且所述涡轮通过第二工质通道与所述回热换热器(8)相连。

5.一种燃气涡轮发动机循环方法，其使用如权利要求1所述的间冷回热的燃气涡轮发动机循环系统，其特征在于，所述方法包括：

使空气依次进入低压压气机(2)和高压压气机(3)压缩升压，然后进入燃烧室(4)参与燃烧产生高温烟气，高温烟气推动涡轮做功后作为高温废气排出；

使二氧化碳工质通过二氧化碳压缩机(10)压缩超过临界压力后，进入换热器与热工质换热升温成为高温超临界二氧化碳；使高温超临界二氧化碳进入二氧化碳透平(12)做功，温度和压力降低；使温度和压力降低的二氧化碳工质回到二氧化碳压缩机(10)压缩；

所述热工质为经过所述低压压气机(2)压缩后的空气或所述涡轮做功后的高温废气。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机循环方法，其特征在于，所述换热器设置两个，包括间冷换热器(7)和回热换热器(8)；所述工质通道包括第一工质通道和第二工质通道，所述第一工质通道设置在所述燃气涡轮主循环子系统的低压压气机(2)与高压压气机(3)之间，所述第二工质通道设置所述涡轮之后，使得所述低压压气机(2)与间冷换热器(7)、高压压气机(3)依次通过所述第一工质通道相连，且所述涡轮通过第二工质通道与所述回热换热器(8)相连；所述方法还包括：

使空气进入低压压气机(2)压缩使得空气温度升高成为热工质；使热工质进入间冷换热器(7)进行换热，然后回到高压压气机(3)进一步压缩升压，随后进入燃烧室(4)参与燃烧产生高温烟气，高温烟气推动涡轮做功后作为高温废气排出，进入回热换热器(8)作为高温工质进行换热回收热量；

使二氧化碳工质通过二氧化碳压缩机(10)压缩超过临界压力后，依次进入间冷换热器(7)和回热换热器(8)，分别与热工质和高温工质换热升温成为高温超临界二氧化碳；使高温超临界二氧化碳进入二氧化碳透平(12)做功，温度和压力降低；使温度和压力降低的二氧化碳工质回到二氧化碳压缩机(10)压缩。