超临界二氧化碳循环发电装置及移动设备的制作方法

本实用新型涉及超临界二氧化碳发电技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳循环发电装置及移动设备。

背景技术：

超临界二氧化碳是指温度和压力分别高于临界温度31.1℃和临界压力7.38mpa的二氧化碳流体。超临界二氧化碳循环发电系统是一种以超临界二氧化碳为循环工质，一般经压缩、加热、膨胀后，将热能有效地转换为机械能，再经过发电机将机械能转化为电能的过程，随着新型清洁能源的突破性发展，超临界二氧化碳布雷顿循环发电这一前沿技术得到应用，具有不污染环境，热效率高，经济性好等特点，且可与现有的多种热源系统结合应用，被视为未来发电极具前景的方向之一。

目前，传统的超临界二氧化碳循环发电系统包括超临界二氧化碳的加热路径和冷却路径，超临界二氧化碳的加热路径和冷却路径形成超临界二氧化碳的闭式循环路径，通常，超临界二氧化碳的冷却是通过自然冷水与循环系统内的超临界二氧化碳进行热交换，从而达到冷却超临界二氧化碳的目的。

然而，随着自然环境的不断变化，水资源对人类来说越来越宝贵，特别是在水资源特别匮乏的地区，无法通过自然冷水来冷却超临界二氧化碳化碳，不能满足超临界二氧化碳的冷却效果，从而无法保证超临界二氧化碳循环发电装置的正常运行。

技术实现要素：

本实用新型提供一种超临界二氧化碳循环发电装置及移动设备，能够实现在水资源匮乏的地区，达到超临界二氧化碳的冷却效果，从而保证超临界二氧化碳循环发电装置的正常运行。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种超临界二氧化碳循环发电装置，包括超临界二氧化碳循环组件、制冷循环组件和发电机；

超临界二氧化碳循环组件包括压缩机、加热器、冷却器和透平机；

压缩机的出口端与加热器的入口端连接，加热器的出口端与透平机的入口端连接，发电机与透平机连接；

压缩机和透平机之间形成超临界二氧化碳加热路径和超临界二氧化碳冷却路径，加热器设在超临界二氧化碳加热路径上，用于加热压缩机压缩后的超临界二氧化碳，透平机用于使加热器加热之后的超临界二氧化碳膨胀；

冷却器具有第一冷却管道和第二冷却管道，第一冷却管道接入超临界二氧化碳冷却路径中，用于对透平机出口端输出的、经膨胀之后的超临界二氧化碳进行冷却，而后重新输入至压缩机；

制冷循环组件包括制冷压缩机、冷凝器和节流阀，第二冷却管道的输出端与制冷压缩机、冷凝器和节流阀，第二冷却管道的输出端与制冷压缩机连接，制冷压缩机与节流阀之间通过制冷剂的冷凝路径连接，冷凝器连接在冷凝路径上，冷凝器用于冷凝制冷压缩机压缩后的制冷剂，节流阀用于控制经冷凝器冷凝之后进入第二冷却管道的制冷剂的流量，以使冷凝后的制冷剂流经第二冷却管道过程中对第一冷却管道中的超临界二氧化碳进行冷却。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，制冷循环组件还包括风机，冷凝器内设有空气通道，风机与空气通道连通，风机用于加速空气通道中的空气流速，以使加速后的空气用于带走冷凝器冷凝制冷剂时所释放的热量。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，加热器包括聚热件和与聚热件连接的加热管，聚热件用于聚集太阳热量，加热管用于吸收聚热件聚集的太阳热量，加热管具有供超临界二氧化碳流动的通道，以使加热管吸收的太阳热量用于加热流经通道内的超临界二氧化碳。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，聚热件上具有聚光点，加热管位于聚光点处。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，聚热件上具有聚热部，聚热部用于收集太阳热量，聚热部位于聚热件靠近太阳的一侧。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，聚热部朝向背离太阳的一侧凹陷，以使聚热部朝向太阳的一面形成为凹面。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，聚热部为抛物面。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，聚热部为抛物面聚光镜。

作为一种可选的方式，本实用新型提供的超临界二氧化碳循环发电装置，聚热件的角度可调，以使聚热件始终朝向太阳的一侧。

第二方面，本实用新型还提供一种移动设备，包括移动设备本体和上述的超临界二氧化碳循环发电装置，超临界二氧化碳循环发电装置集成于移动设备本体上，移动设备本体用于移动超临界二氧化碳循环发电装置。

本实用新型提供一种超临界二氧化碳循环发电装置及移动设备，超临界二氧化碳循环发电装置包括超临界二氧化碳循环组件、制冷循环组件和发电机，超临界二氧化碳循环组件包括压缩机、加热器、冷却器和透平机；压缩机的出口端与加热器的入口端连接，加热器的出口端与透平机的入口端连接，发电机与透平机连接；压缩机和透平机之间形成超临界二氧化碳加热路径和超临界二氧化碳冷却路径，加热器设在超临界二氧化碳加热路径上，用于加热压缩机压缩后的超临界二氧化碳，透平机用于使加热器加热之后的超临界二氧化碳膨胀；冷却器具有第一冷却管道和第二冷却管道，第一冷却管道接入超临界二氧化碳冷却路径中，用于对透平机出口端输出的、经膨胀之后的超临界二氧化碳进行冷却，而后重新输入至压缩机；制冷循环组件包括：制冷压缩机、冷凝器和节流阀，第二冷却管道的输出端与制冷压缩机连接，制冷压缩机与节流阀之间通过制冷剂的冷凝路径连接，冷凝器连接在冷凝路径上，冷凝器用于冷凝制冷压缩机压缩后的制冷剂，节流阀用于控制经冷凝器冷凝之后进入第二冷却管道的制冷剂的流量，以使冷凝后的制冷剂流经第二冷却管道过程中对第一冷却管道中的超临界二氧化碳进行冷却。这样，通过设置制冷循环组件，通过制冷循环组件中循环的制冷剂对第一冷却管道中的超临界二氧化碳进行冷却，可以满足在水资源匮乏的地区实现对超临界二氧化碳的冷却，从而保证超临界二氧化碳循环发电装置的正常发电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的超临界二氧化碳循环发电装置的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的超临界二氧化碳循环发电装置的第二种结构示意图。

附图标记说明：

10-超临界二氧化碳循环组件；

101-压缩机；

102-加热器；

1021-聚热件；

1022-加热管；

103-透平机；

104-冷却器；

1041-第一冷却管道；

1042-第二冷却管道；

105-回热器；

1051-第一回热通道；

1052-第二回热通道；

20-制冷循环组件；

201-制冷压缩机；

202-冷凝器；

2021-空气通道；

203-节流阀；

204-风机；

30-发电机；

40-控制开关；

50-电池；

60-储电单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

超临界二氧化碳是指温度和压力分别高于临界温度31.1℃和临界压力7.38mpa的二氧化碳流体。超临界二氧化碳循环发电是一种以超临界二氧化碳为循环工质，一般经压缩、加热、膨胀后，将热能有效地转换为机械能，再经过发电机将机械能转化为电能的过程，可以应用于核能、太阳能、工业余热等相关领域，与传统发电行业相比，具有效率高、功率密度大、体积小等优势，具有良好的应用前景。

超临界二氧化碳循环发电系统为闭式循环，从透平机排出的高温超临界二氧化碳和少量废气再经冷却器冷却后再次进入压缩机进行循环，通常，超临界二氧化碳的冷却是通过在冷却器的冷水管道中接入循环流动的自然冷水，使流经冷水管道的自然冷水对流经冷却器内的超临界二氧化碳进行冷却。但是，在水资源匮乏的地区，无法通过自然冷水来冷却超临界二氧化碳，不能满足超临界二氧化碳的冷却效果，从而无法保证超临界二氧化碳循环发电装置的正常运行。

为此，本实用新型提供一种超临界二氧化碳循环发电装置，通过设置制冷循环组件，通过制冷循环组件中循环的制冷剂对流经冷却器中的超临界二氧化碳进行冷却，不需要通过自然冷水对超临界二氧化碳进行冷却，可以满足在水资源匮乏的地区保证超临界二氧化碳的冷却效果，从而保证超临界二氧化碳循环发电装置的正常运行。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的超临界二氧化碳循环发电装置的结构示意图。如图1所示，超临界二氧化碳循环发电装置包括超临界二氧化碳循环组件10、制冷循环组件20和发电机30。

超临界二氧化碳循环组件10包括压缩机101、加热器102、冷却器104和透平机103，冷却器104具有第一冷却管道1041和第二冷却管道1042，压缩机101的出口端与加热器102的入口端连接，加热器102的出口端与透平机103的入口端连接，透平机103的出口端与第一冷却管道1041的入口端连接，第一冷却管道1041的出口端与压缩机101的入口端连接，且发电机30与透平机103连接。其中，需要说明的是，发电机30与透平机103“连接”，指的是透平机103与发电机30同轴连接，或透平机103与发电机30不同轴，但可以将透平机103的机械能传递给发电机30。

这样，压缩机101和透平机103之间形成超临界二氧化碳加热路径和超临界二氧化碳冷却路径，加热器102设在超临界二氧化碳加热路径上，用于加热压缩机101压缩后的超临界二氧化碳，透平机103用于使加热器102加热之后的超临界二氧化碳膨胀，透平机103将超临界二氧化碳的热能转换为机械能，并将机械能传递给发电机30，发电机30将机械能转化为电能，第一冷却管道1041接入超临界二氧化碳冷却路径中，用于对透平机103出口端输出的、经膨胀之后的超临界二氧化碳进行冷却，而后重新输入至压缩机101，形成一个以超临界二氧化碳为循环工质的超临界二氧化碳闭式循环系统，能够保护环境，不会给大气中排放有害的废气。

为了使从透平机103排出的高温的超临界二氧化碳再次进入压缩机101进行循环，需要在进入压缩机101之前先对超临界二氧化碳进行冷却，在本实施例中，通过设置制冷循环组件20，制冷循环组件20包括制冷压缩机201101、冷凝器202和节流阀203，其中，第二冷却管道1042的输出端与制冷压缩机201101、冷凝器202和节流阀203，第二冷却管道1042的输出端与制冷压缩机201101连接，制冷压缩机201101与节流阀203之间通过制冷剂的冷凝路径连接，冷凝器202连接在冷凝路径上，冷凝器202用于冷凝制冷压缩机201101压缩后的制冷剂，节流阀203用于控制经冷凝器202冷凝之后进入第二冷却管道1042的制冷剂的流量，以使冷凝后的制冷剂流经第二冷却管道1042过程中对第一冷却管道1041中的超临界二氧化碳进行冷却，从而达到对流经第一冷却管道1041内的超临界二氧化碳进行冷却的目的，其中，制冷剂可以是氟利昂等制冷剂。

具体的，制冷压缩机201用于将第二冷却管道1042排出的液态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，冷凝器202用于将压缩后的气态制冷剂转化为高压低温的液态制冷剂，节流阀203用于将冷凝后的高压低温的液态制冷剂转化为低压低温的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂进入第二冷却管道1042内用于冷却流经第一冷却管道1041内循环的超临界二氧化碳。

进一步的，冷凝器202将高温高压的制冷剂冷凝为高温低温的液体制冷剂时，会释放大量的热量，为了尽快将这些热量散去，从而保证制冷剂的冷凝效果，可选的，制冷循环组件20还包括风机204，且冷凝器202可以是空冷式冷凝器202，即冷凝器202内设有空气通道2021，使风机204与空气通道2021连通，这样，风机204可以加速流经空气通道2021内的空气，使加速后的空气可以快速的将冷凝器202内制冷剂释放的热量快速的带走，降低制冷剂的温度，其中，冷凝器202内的空气通道2021和制冷剂的流经通道可以是相互靠近的独立的两个通道，通过通道之间热交换的方式将热量带走，或者，冷凝器202也可以是管壳式，即管内为循环的制冷剂，壳内为快速流动的空气，或者管内为快速流动的空气，壳内为制冷剂，只要能够将制冷剂产生的热量快速的带走即可，对此，本实施例不做限制。

图2为本实用新型实施例一提供的超临界二氧化碳循环发电装置的第二种结构示意图。如图2所示，为了节省电资源，在太阳比较充足的地方，加热器102可以有效利用太阳的热量在超临界二氧化碳加热路径上对超临界二氧化碳进行加热，其中，加热器102可以是太阳能集热器，包括聚热件1021和与聚热件1021连接的加热管1022，聚热件1021用于聚积太阳热量，并将聚积的太阳光反射在加热管1022上，加热管1022用于吸收聚热件1021聚集的太阳光的热量，加热管1022具有供超临界二氧化碳流动的通道，以使加热管1022接收的太阳热量用于加热流经通道内的超临界二氧化碳，这样，可以有效利用自然资源，节约能源。其中，加热管1022可以是集热管，集热管可以用于接收聚热件1021收集的太阳热量，对流经集热管内的超临界二氧化碳进行加热，集热管为耐高温的材质制成。

加热器102壳体可以是由陶瓷等保温效果好的材质制成的空腔体，加热管1022可以是由钠等集热效果好的材质制成的加热管1022，例如，钠热管，聚热件1021聚积太阳光并将太阳光投射到高效钠热管上，吸收太阳能，产生高温的钠蒸汽，高温的钠蒸汽再对流经加热管1022内的超临界二氧化碳进行加热，进而起到透平机103进行转动。

为了进一步提高聚热件1021的集热效果，聚热件1021上通常具有聚光点，可以将太阳光积聚在聚光点处，并将加热管1022设置在聚光点处，这样，可以有效的提高太阳光的集热效果，可以使加热管1022接收太阳热量对流经通道内的超临界二氧化碳进行加热。

聚热件1021上还可以设置采用集热效果好的材料制成的聚热部，通过聚热部收集太阳的热量，并使聚热部位于聚热件1021靠近太阳的一侧，这样，可以提高太阳热量的收集效率。

可选的，聚热部朝向背离太阳的一侧凹陷，以使聚热部朝向太阳的一面形成为凹面。可以理解的是，凹面可以是任意形状的凹面，例如，规则曲线形成的凹面，或不规则曲线形成的凹面等，

在一个实施例中，聚热部可以是由集热效果好的材料制成的抛物面，优选的，聚热部可以是抛物面聚光器，例如抛物面聚光镜，聚光比在2500～3000之间，集热温度可达到850度以上，能够提高太阳热量的集热效果和效率。

在一些实施例中，聚热件1021的角度可调，以使聚热件1021始终朝向太阳的一侧。

具体的，聚热件1021可以进行360度全方位的旋转，这样，可以根据太阳的照射方向进行调整聚热件1021的角度，使聚热件1021始终朝向太阳的一面，进一步提高了太阳能集热的效果和效率。

可选的，为了解决夜间或阴雨天没有太阳时的用电，可以向加热器102内通入天然气等可燃物，通过燃烧天然气等可燃物产生的热量加热流经加热器102内的超临界二氧化碳，这样，可以实现超临界二氧化碳循环发电装置全天24小时的连续发电，以满足用户的用电需求。

由于透平机103排出的超临界二氧化碳和废气的温度比较高，为了对透平机103排出的热量进行有效利用，超临界二氧化碳循环组件10还包括回热器105，回热器105包括相互独立的第一回热通道1051和第二回热通道1052，第一回热通道1051的入口端与压缩机101的出口端连通，第一回热通道1051的出口端与加热器102的入口端连通，第二回热通道1052的入口端与透平机103的出口端连通，第二回热通道1052的出口端与第一冷却管道1041的入口端连通。

具体的，膨胀后的超临界二氧化碳由于温度较高，因此，当高温的超临界二氧化碳流经第二回热通道1052时可以对流经第一回热通道1051内经压缩后的超临界二氧化碳进行加热，这样，通过对从透平机103出口端排出的超临界二氧化碳的热量进行有效的利用，可以使压缩后的二氧化碳快速达到膨胀机所需的温度，从而可以有效的提高超临界二氧化碳循环发电的循环效率。

进一步的，还可以在超临界二氧化碳循环发电装置中设置电池50、控制开关40和储电单元60，电池50和储电单元60并联，并通过控制开关40连接至发电机30，发电机30可以是电动发电机，当超临界二氧化碳循环发电装置循环启动时，控制开关40与电池50接通，电动发电机为电动机模式，电池50启动超临界二氧化碳循环发电装置开始工作，控制开关40与电池50断开，当透平机103的输出功率大于整个超临界二氧化碳循环发电装置的功耗时，电动发电机切换为发电模式，发电机30所发出的电，一部分用于供应电力用户的用电需求，满足正常的生活生产用电，一部分用于控制本申请中超临界二氧化碳循环发电装置中风机204、制冷压缩机201等动了设备的用电需求，剩余的电力可以通过控制开关40与储电单元60接通，将剩余的电力储存在储电单元60中，用于用电用户夜间的基本用电需求。

本实用新型提供一种超临界二氧化碳循环发电装置，包括超临界二氧化碳循环组件、制冷循环组件和发电机，超临界二氧化碳循环组件包括压缩机、加热器、冷却器和透平机；压缩机的出口端与加热器的入口端连接，加热器的出口端与透平机的入口端连接，发电机与透平机连接；压缩机和透平机之间形成超临界二氧化碳加热路径和超临界二氧化碳冷却路径，加热器设在超临界二氧化碳加热路径上，用于加热压缩机压缩后的超临界二氧化碳，透平机用于使加热器加热之后的超临界二氧化碳膨胀；冷却器具有第一冷却管道和第二冷却管道，第一冷却管道接入超临界二氧化碳冷却路径中，用于对透平机出口端输出的、经膨胀之后的超临界二氧化碳进行冷却，而后重新输入至压缩机；制冷循环组件包括：制冷压缩机、冷凝器和节流阀，第二冷却管道的输出端与制冷压缩机连接，制冷压缩机与节流阀之间通过制冷剂的冷凝路径连接，冷凝器连接在冷凝路径上，冷凝器用于冷凝制冷压缩机压缩后的制冷剂，节流阀用于控制经冷凝器冷凝之后进入第二冷却管道的制冷剂的流量，以使冷凝后的制冷剂流经第二冷却管道过程中对第一冷却管道中的超临界二氧化碳进行冷却。这样，通过设置制冷循环组件，通过制冷循环组件中循环的制冷剂对第一冷却管道中的超临界二氧化碳进行冷却，可以满足在水资源匮乏的地区实现对超临界二氧化碳的冷却，从而保证超临界二氧化碳循环发电装置的正常发电。

实施例二

本实用新型实施例还提供一种移动设备，包括移动设备本体和上述实施例提供的超临界二氧化碳循环发电装置，超临界二氧化碳循环发电装置集成于移动设备本体上，移动设备本体用于移动超临界二氧化碳发电装置。

具体的，移动设备可以是车辆等任意可以移动的设备，这样，超临界二氧化碳循环发电装置集成在移动设备本体上，可以随移动设备进行移动，不受地域限制，形成一个可移动的小型发电站，从而可以满足人们的日常用电的需求。

其中，超临界二氧化碳循环发电装置在上述实施例一中一一进行了详细的阐述，在此不再赘述。

本实用新型实施例提供一种移动设备，包括移动设备本体和超临界二氧化碳循环发电装置，超临界二氧化碳循环发电装置集成于移动设备本体上，移动设备本体用于移动超临界二氧化碳循环发电装置，形成一个移动的小型发电站，可以根据用户的需求不受地域限制、随时随地进行移动，使用性广。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。