[发明专利]超临界二氧化碳布雷顿循环系统

说明书

本发明涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括依次连接并形成气体回路的压缩机、热源、膨胀机和冷却器，所述气体回路上设有气体调节单元，所述压缩机和膨胀机安装于同一缸体内，该缸体内形成相互独立且封闭的压缩机腔室和膨胀机腔室，所述压缩机叶轮和膨胀机叶轮安装于同一主轴上，且所述膨胀机叶轮安装于所述压缩机叶轮与膨胀机出气端之间，所述压缩机腔室的一侧与膨胀机腔室之间通过机械式间隙密封件进行密封，压缩机腔室的另一侧与外部空间之间通过机械式动密封件密封。本发明将高温高压动密封的难题转变为低温密封的问题，解决了超临界二氧化碳布雷顿循环系统的一大难题。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳，具体涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统。

背景技术

布雷顿循环由于原理上的无相变，作为能源动力的来源，热效率远高于当前的火力发电(朗肯循环)的40％左右，理论上是可以达到70％以上。而且所需热源的来源广泛，可以来自于石化燃料、太阳能、生物燃料甚至废热等。热源温度的范围较广，一般只要达到500℃以上即可使用。能量密度高，同样的装机功率，设备少而精巧。所需的辅助条件少，比如冷却水的用量远远小于火电厂，更环保。对于超临界二氧化碳布雷顿循环，国内外专家和机构均投入了大量的研究。

但是，作为超临界二氧化碳布雷顿循环中的核心装置之一的膨胀机，其工作温度在500℃以上，工作压力在20MPa以上，目前尚无满足条件的机械动密封，即便未来研究出可承载的机械动密封，其成本也将巨高，这是目前全球研究超临界二氧化碳布雷顿循环的技术难点。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，该系统中超临界二氧化碳压缩机和膨胀机采用同轴同缸布置，从而将高温高压动密封的难题转变为低温密封的问题，解决了超临界二氧化碳布雷顿循环系统的一大难题，实现了该系统的实施与应用。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括依次连接并形成气体回路的压缩机、热源、膨胀机和冷却器，且所述膨胀机出来的高温气体经过预热器对压缩机进入热源之前的气体进行预热，所述气体回路上设有气体调节单元，所述气体调节单元与气体回路之间设有调节阀，所述压缩机包括压缩机叶轮，所述膨胀机包括膨胀机叶轮，所述压缩机和膨胀机安装于同一缸体内，该缸体内形成相互独立且封闭的压缩机腔室和膨胀机腔室，所述压缩机叶轮安装于所述压缩机腔室内且该压缩机腔室上设有压缩机进气端和压缩机出气端，所述膨胀机叶轮安装于所述膨胀机腔室内且该膨胀机腔室上设有膨胀机进气端和膨胀机出气端，所述压缩机叶轮和膨胀机叶轮安装于同一主轴上，且所述膨胀机叶轮安装于所述压缩机叶轮与膨胀机出气端之间，所述压缩机腔室的一侧与膨胀机腔室之间通过机械式间隙密封件进行密封，压缩机腔室的另一侧与外部空间之间通过机械式动密封件密封。

优选地，所述机械式间隙密封件为梳齿密封件，所述机械式动密封件为串联式干气密封结构。

优选地，所述主轴一端通过支撑装置支撑，另一端固定安装轴套，所述梳齿密封件固定安装于所述缸体内且该梳齿密封件密封套设于所述轴套。

优选地，所述支撑装置为高速发电机或轴承座，所述压缩机位于膨胀机与支撑装置之间。

优选地，所述膨胀机进气端沿着缸体的径向方向布置，所述膨胀机出气端沿着缸体的轴向方向布置，所述压缩机进气端和压缩机出气端皆沿着缸体的径向方向布置。

优选地，所述压缩机叶轮和膨胀机叶轮采用同向安装或者背向安装。