一种超临界二氧化碳循环系统

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳循环技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳循环系统。

背景技术

超临界二氧化碳(sCO

超临界二氧化碳布雷顿循环是以sCO

在超临界二氧化碳循环系统的设计中，如何提高系统循环效率、优化能源利用率是实现超临界二氧化碳循环系统的优势所必须考虑的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超临界二氧化碳循环系统，能够优化能源利用率、提高循环效率，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超临界二氧化碳循环系统，包括热源、高压透平、低压透平、第一回热器、第二回热器、预压缩机、冷却器和主压缩机，热源具有相连通的第一进气口和第一出气口；热源的第一出气口连接高压透平的进气口，高压透平的排气口连接低压透平的进气口，低压透平的排气口连接第一回热器的热端入口，第一回热器的热端出口连接第二回热器的热端入口，第二回热器的热端出口连接预压缩机的入口，预压缩机的出口连接冷却器的入口，冷却器的出口连接主压缩机的入口，主压缩机的出口连接第二回热器的冷端入口，第二回热器的冷端出口连接第一回热器的冷端入口，第一回热器的冷端出口连接热源的第一进气口。

优选地，第二回热器的热端出口与预压缩机的入口之间通过预冷器相连接，第二回热器的热端出口连接预冷器的入口，预冷器的出口连接预压缩机的入口。

优选地，预压缩机的出口与冷却器的入口之间通过第三回热器相连接，预压缩机的出口连接第三回热器的热端入口，第三回热器的热端出口连接冷却器的入口，主压缩机的出口还连接第三回热器的冷端入口，第三回热器的冷端出口连接第一回热器的冷端入口。

优选地，主压缩机的出口通过第一分流器同时连接第二回热器的冷端入口和第三回热器的冷端入口。

优选地，还包括再压缩机，预压缩机的出口还连接再压缩机的入口，再压缩机的出口连接第一回热器的冷端入口。

优选地，预压缩机的出口通过第二分流器同时连接冷却器的入口和再压缩机的入口。

优选地，再压缩机与高压透平的转子相连接。

优选地，高压透平的排气口与低压透平的进气口之间通过热源相连接。

优选地，主压缩机和预压缩机均与高压透平的转子相连接。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的超临界二氧化碳循环系统，通过预压缩机的设计，在二氧化碳工质进入主压缩机之前对其进行压缩升压，使得低压透平排气压力的设计值可以降低至二氧化碳工质临界压力以下，因为低压透平的排气可以先经过预压缩机压缩，将压力提高至二氧化碳工质临界压力以上后再进入主压缩机，从而保证进入主压缩机的二氧化碳工质处于超临界状态，为主压缩机的安全稳定运行提供保障。由此，本发明的超临界二氧化碳循环系统能够实现有效降低低压透平的设计排气压力，从而增大系统的输出功率、提高循环效率，同时也提高了单位质量流体做功量，提升了能源利用率。

附图说明

图1是本发明实施例的超临界二氧化碳循环系统一种实施方式的结构示意图。

图2是本发明实施例的超临界二氧化碳循环系统另一种实施方式的结构示意图。

图3是本发明实施例的超临界二氧化碳循环系统的二氧化碳工质的温熵图。

其中，附图标记说明如下：

1、热源 1a、热源的第一进气口

1b、热源的第一出气口 1c、热源的第二进气口

1d、热源的第二出气口 1e、热源的再热进气口

1f、热源的再热出气口 2、高压透平

2a、高压透平的进气口 2b、高压透平的排气口

3、低压透平 3a、低压透平的进气口

3b、低压透平的排气口 4、第一回热器

4a、第一回热器的热端入口 4b、第一回热器的热端出口

4c、第一回热器的冷端入口 4d、第一回热器的冷端出口

5、第二回热器 5a、第二回热器的热端入口

5b、第二回热器的热端出口 5c、第二回热器的冷端入口

5d、第二回热器的冷端出口 6、预压缩机

6a、预压缩机的入口 6b、预压缩机的出口

7、冷却器 7a、冷却器的入口

7b、冷却器的出口 8、主压缩机

8a、主压缩机的入口 8b、主压缩机的出口

9、预冷器 9a、预冷器的入口

9b、预冷器的出口 10、第三回热器

10a、第三回热器的热端入口 10b、第三回热器的热端出口

10c、第三回热器的冷端入口 10d、第三回热器的冷端出口

11、第一分流器 12、再压缩机

12a、再压缩机的入口 12b、再压缩机的出口

13、第二分流器 14、汇流器

15、被驱动设备 16、中间透平

16a、中间透平的进气口 16b、中间透平的排气口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图3所示，本发明的超临界二氧化碳循环系统的一种实施例。

参见图1，本实施例的超临界二氧化碳循环系统包括热源1、高压透平2、低压透平3、第一回热器4、第二回热器5、预压缩机6、冷却器7和主压缩机8。

其中，热源1具有第一进气口1a和第一出气口1b，热源1的第一进气口1a和第一出气口1b相连通形成第一循环工质加热通道，作为循环工质的二氧化碳气体可以从热源1的第一进气口1a进入该第一循环工质加热通道，并在流经该第一循环工质加热通道的过程中与热源1进行热交换，吸收热源1的热量形成高温气体后从热源1的第一出气口1b流出。

高压透平2具有进气口2a和排气口2b，二氧化碳工质可以从高压透平2的进气口2a进入高压透平2内做功，将热能转化成机械能，做功后的气体从高压透平2的排气口2b排出。

低压透平3具有进气口3a和排气口3b，二氧化碳工质可以从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功，将热能转化成机械能，做功后的气体从低压透平3的排气口3b排出。

第一回热器4具有热端入口4a、热端出口4b、冷端入口4c和冷端出口4d。第一回热器4的热端入口4a和热端出口4b相连通构成第一热端通道，温度相对较高的二氧化碳工质可以从第一回热器4的热端入口4a进入该第一热端通道，并从第一回热器4的热端出口4b流出。第一回热器4的冷端入口4c和冷端出口4d相连通构成第一冷端通道，温度相对较低的二氧化碳工质可以从第一回热器4的冷端入口4c进入该第一冷端通道，并从第一回热器4的冷端出口4d流出。高、低温的二氧化碳工质分别流经第一回热器4的第一热端通道和第一冷端通道时进行热交换，分别释放和吸收热量。

第二回热器5具有热端入口5a、热端出口5b、冷端入口5c和冷端出口5d。第二回热器5的热端入口5a和热端出口5b相连通构成第二热端通道，温度相对较高的二氧化碳工质可以从第二回热器5的热端入口5a进入该第二热端通道，并从第二回热器5的热端出口5b流出。第二回热器5的冷端入口5c和冷端出口5d相连通构成第二冷端通道，温度相对较低的二氧化碳工质可以从第二回热器5的冷端入口5c进入该第二冷端通道，并从第二回热器5的冷端出口5d流出。高、低温的二氧化碳工质分别流经第二回热器5的第二热端通道和第二冷端通道时进行热交换，分别释放和吸收热量。

预压缩机6具有入口6a和出口6b，二氧化碳工质可以从预压缩机6的入口6a进入预压缩机6，在预压缩机6内压缩升压后从预压缩机6的出口6b流出。

冷却器7具有入口7a和出口7b，二氧化碳工质可以从冷却器7的入口7a进入冷却器7，在冷却器7内冷却降温后从冷却器7的出口7b流出。

主压缩机8具有入口8a和出口8b，二氧化碳工质可以从主压缩机8的入口8a进入主压缩机8，在主压缩机8内压缩升压后从主压缩机8的出口8b流出。

本实施例中，热源1的第一出气口1a连接高压透平2的进气口2a，高压透平2的排气口2b连接低压透平3的进气口3a，低压透平3的排气口3b连接第一回热器4的热端入口4a，第一回热器4的热端出口4b连接第二回热器5的热端入口5a，第二回热器5的热端出口5b连接预压缩机6的入口6a，预压缩机6的出口6b连接冷却器7的入口7a，冷却器7的出口7b连接主压缩机8的入口8a，主压缩机8的出口8b连接第二回热器5的冷端入口5c，第二回热器5的冷端出口5d连接第一回热器4的冷端入口4c，第一回热器4的冷端出口4d连接热源1的第一进气口1a。由此形成二氧化碳工质循环回路，其循环过程具体如下。

在热源1吸收热量后的二氧化碳工质具有很高的温度和压力，其从热源1的第一出气口1b流出，先从高压透平2的进气口1a进入高压透平2内做功，驱动高压透平2的转子转动，使高压透平2的转子输出动力。在高压透平2内做功后的二氧化碳工质从高压透平2的排气口2b排出，然后从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功，驱动低压透平2的转子转动，使低压透平3的转子输出动力。在低压透平3内做功后的二氧化碳工质从低压透平3的排气口3b排出，并依次流经第一回热器4的第一热端通道(第一回热器4的热端入口4a至热端出口4b)、第二回热器5的第二热端通道(第二回热器5的热端入口5a至热端出口5b)。从第二回热器5的热端出口5b流出的二氧化碳工质从预压缩机6的入口6a进入预压缩机6，在预压缩机6内压缩升压后从预压缩机6的出口6b流出。从预压缩机6的出口6b流出的二氧化碳工质进入冷却器7的入口7a，在冷却器7内冷却降温后从冷却器7的出口7b流出，随后从主压缩机8的入口8a进入主压缩机8，在主压缩机8内压缩升压后从主压缩机8的出口8b流出，接着流经第二回热器5的第二冷端通道(第二回热器5的冷端入口5c至冷端出口5d)并吸收流经第二回热器5的第二热端通道的二氧化碳工质的热量，再流经第一回热器4的第一冷端通道(第一回热器4的冷端入口4c至冷端出口4d)并吸收流经第一回热器4的第一热端通道的二氧化碳工质的热量。从第一回热器4的冷端出口4d流出的二氧化碳工质从热源1的第一进气口1a进入热源1吸收热量，而后开始新的循环。

本实施例的超临界二氧化碳循环系统，通过预压缩机6的设计，在二氧化碳工质进入主压缩机8之前对其进行压缩升压，使得低压透平3排气压力的设计值可以降低至二氧化碳工质临界压力以下，因为低压透平3的排气可以先经过预压缩机6压缩，将压力提高至二氧化碳工质临界压力以上后再进入主压缩机8，从而保证进入主压缩机8的二氧化碳工质处于超临界状态，为主压缩机8的安全稳定运行提供保障。由此，本实施例的超临界二氧化碳循环系统能够实现有效降低低压透平3的设计排气压力，从而增大系统的输出功率、提高循环效率，同时也提高了单位质量流体做功量，提升了能源利用率。

本实施例中，优选地，第二回热器5的热端出口5b与预压缩机6的入口6a之间可以通过预冷器9相连接。预冷器9具有入口9a和出口9b，二氧化碳工质可以从预冷器9的入口9a进入预冷器9，在预冷器9内冷却降温后从预冷器9的出口9b流出。第二回热器5的热端出口5b连接预冷器9的入口9a，预冷器9的出口9b连接预压缩机6的入口6a。由此，在二氧化碳工质循环回路中，从第二回热器5的热端出口5b流出的二氧化碳工质先进入预冷器9的入口9a，在预冷器9内冷却降温后从预冷器9的出口9b流出，再进入预压缩机6的入口6a。通过预冷器9对进入预压缩机6之前的二氧化碳工质进行冷却，可以减小其比体积，有利于减少预压缩机6耗功，提高循环效率，同时，从第二回热器5的热端出口5b流出的二氧化碳工质压力在其临界压力以下，经预冷器9冷却后可保持处于气态区域，因此在进入预压缩机6内压缩升压至超临界状态时，避免了预压缩机6内的二氧化碳工质物性出现液态的现象，提高了预压缩机6工作的安全可靠性。

本实施例中，优选地，预压缩机6的出口6b与冷却器7的入口7a之间可以通过第三回热器10相连接。第三回热器10具有热端入口10a、热端出口10b、冷端入口10c和冷端出口10d。第三回热器10的热端入口10a和热端出口10b相连通构成第三热端通道，温度相对较高的二氧化碳工质可以从第三回热器10的热端入口10a进入该第三热端通道，并从第三回热器10的热端出口10b流出。第三回热器10的冷端入口10c和冷端出口10d相连通构成第三冷端通道，温度相对较低的二氧化碳工质可以从第三回热器10的冷端入口10c进入该第三冷端通道，并从第三回热器10的冷端出口10d流出。高、低温的二氧化碳工质分别流经第三回热器10的第三热端通道和第三冷端通道时进行热交换，分别释放和吸收热量。预压缩机6的出口6b连接第三回热器10的热端入口10a，第三回热器10的热端出口10b连接冷却器7的入口7a，主压缩机8的出口8b还连接第三回热器10的冷端入口10c，第三回热器10的冷端出口10d连接第一回热器4的冷端入口4c。由此，在二氧化碳工质循环回路中，从预压缩机6的出口6b流出的二氧化碳工质先流经第三回热器10的第三热端通道(第三回热器10的热端入口10a至热端出口10b)，再进入冷却器7的入口7a，依次经冷却器7冷却降温、主压缩机8压缩升压后，从主压缩机8的出口8b流出的二氧化碳工质分流成两股，其中一股流经第二回热器5的第二冷端通道并吸收流经第二回热器5的第二热端通道的二氧化碳工质的热量，另外一股则流经第三回热器10的第三冷端通道(第三回热器10的冷端入口10c至冷端出口10d)并吸收流经第三回热器10的第三热端通道的二氧化碳工质的热量，从第二回热器5的冷端出口5d流出的二氧化碳工质和从第三回热器10的冷端出口10d流出的二氧化碳工质均进入第一回热器4的冷端入口4c。经过预压缩机6压缩升压后的二氧化碳工质温度会有所提升，通过第三回热器10的设计，可以回收经过预压缩机6压缩升压后的二氧化碳工质的部分热能，增加能源的利用率。

本实施例中，较佳地，主压缩机8的出口8b可以通过第一分流器11同时连接第二回热器5的冷端入口5c和第三回热器10的冷端入口10c。通过第一分流器11将从主压缩机8的出口8b流出的二氧化碳工质分流成两股，并使两股二氧化碳工质分别进入第二回热器5的冷端入口5c和第三回热器10的冷端入口10c。第一分流器11可以采用三通阀。

优选地，本实施例的超临界二氧化碳循环系统还可以包括再压缩机12，再压缩机12具有入口12a和出口12b，二氧化碳工质可以从再压缩机12的入口12a进入再压缩机12，在再压缩机12内压缩升压后从再压缩机12的出口12b流出。预压缩机6的出口6b还连接再压缩机12的入口12a，再压缩机12的出口12b连接第一回热器4的冷端入口4c。本实施例中，预压缩机6的出口6b与再压缩机12的入口12a之间也通过第三回热器10相连接，即预压缩机6的出口6b连接第三回热器10的热端入口10a，第三回热器10的热端出口10b同时连接冷却器7的入口7a和再压缩机12的入口12a。由此，在二氧化碳工质循环回路中，从预压缩机6的出口6b流出的二氧化碳工质流经第三回热器10的第三热端通道换热后，从第三回热器10的热端出口10b流出的二氧化碳工质分流成两股，其中一股进入冷却器7的入口7a，另一股则进入再压缩机12的入口12a，在再压缩机12内压缩升压后从再压缩机12的出口12b流出，从再压缩机12的出口12b流出的二氧化碳工质进入第一回热器4的冷端入口4c。通过再压缩机12的设计，使低压透平3的排气在从第三回热器10的热端出口10b流出后分成两股，其中一股依次经过冷却器7冷却降温、主压缩机8压缩升压，另一股则直接经过再压缩机12压缩升压，而不经过冷却器7降温耗能，可以有效提高循环效率，使低压透平3排气余热的回收利用更加彻底，实现能源的高效利用。同时，通过第三回热器10回收经过预压缩机6压缩升压后的二氧化碳工质的部分热能，降低了进入再压缩机12内的二氧化碳工质的比容，可有效降低再压缩机12耗功，提高循环效率。

较佳地，预压缩机6的出口6b可以通过第二分流器13同时连接冷却器7的入口7a和再压缩机12的入口12a。本实施例中，预压缩机6的出口6b连接第三回热器10的热端入口10a，第三回热器10的热端出口10b通过第二分流器13同时连接冷却器7的入口7a和再压缩机12的入口12a。通过第二分流器13将从第三回热器10的热端出口10b流出的二氧化碳工质分流成两股，并使两股二氧化碳工质分别进入冷却器7的入口7a和再压缩机12的入口12a。第二分流器13可以为三通阀。

本实施例中，第二回热器5的冷端出口5d、第三回热器10的冷端出口10d和再压缩机12的出口12b均连接第一回热器4的冷端入口4c，使得从第二回热器5的冷端出口5d流出的二氧化碳工质、从第三回热器10的冷端出口10d流出的二氧化碳工质、从再压缩机12的出口12b流出的二氧化碳工质均进入第一回热器4的冷端入口4c。较佳地，第二回热器5的冷端出口5d、第三回热器10的冷端出口10d和再压缩机12的出口12b可以均通过汇流器14连接第一回热器4的冷端入口4c，通过汇流器14将从第二回热器5的冷端出口5d流出的二氧化碳工质、从第三回热器10的冷端出口10d流出的二氧化碳工质、从再压缩机12的出口12b流出的二氧化碳工质汇流合成一股，并使合成一股后的二氧化碳工质进入第一回热器4的冷端入口4c，汇流器14可以采用四通阀。

本实施例中，优选地，高压透平2的排气口2b与低压透平3的进气口3a之间通过热源1相连接，使得在二氧化碳工质循环回路中，在高压透平2内做功后的二氧化碳工质从高压透平2的排气口2b排出后，先经过热源1并吸收热源1的热量再热后，再从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功。通过热源1对高压透平2的排气口2b的排气进行再热的设计，提高了低压透平3的进气温度，可以有效增大系统比功、提升系统输出功率。本实施例中，高压透平2的排气口2b的排气可以通过热源1进行一次再热或多次再热后从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功。

参见图1，在一种实施方式中，可以使高压透平2的排气口2b的排气通过热源1进行一次再热后从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功。具体为，热源1具有第二进气口1c和第二出气口1d，热源1的第二进气口1c和第二出气口1d相连通形成第二循环工质加热通道，作为循环工质的二氧化碳气体可以从热源1的第二进气口1c进入该第二循环工质加热通道，并在流经该第二循环工质加热通道的过程中与热源1进行热交换，吸收热源1的热量后从热源1的第二出气口1d流出。高压透平2的排气口2b连接热源1的第二进气口1c，热源1的第二出气口1d连接低压透平3的进气口3a。由此，在二氧化碳工质循环回路中，在高压透平2内做功后的二氧化碳工质从高压透平2的排气口2b排出后，先进入热源1的第二进气口1c，吸收热源1的热量再热后从热源1的第二出气口1d流出，然后从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功。

参见图2，在另一种实施方式中，可以使高压透平2的排气口2b的排气通过热源1进行多次再热后从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功。具体为，热源1具有第二进气口1c和第二出气口1d，热源1的第二进气口1c和第二出气口1d相连通形成第二循环工质加热通道，作为循环工质的二氧化碳气体可以从热源1的第二进气口1c进入该第二循环工质加热通道，并在流经该第二循环工质加热通道的过程中与热源1进行热交换，吸收热源1的热量后从热源1的第二出气口1d流出。此外，在热源1与低压透平3的进气口3a之间还设有至少一个中间透平16，各中间透平16依次排列，中间透平16具有进气口16a和排气口16b，二氧化碳工质可以从中间透平16的进气口16a进入中间透平16内做功，将热能转化成机械能，做功后的气体从中间透平16的排气口16b排出；热源1还具有至少一组再热进气口1e和再热出气口1f，每组再热进气口1e和再热出气口1f相连通形成一个循环工质再热通道，使得热源1具有至少一个循环工质再热通道，作为循环工质的二氧化碳气体可以从热源1的再热进气口1e进入相应的循环工质再热通道，并在流经该循环工质再热通道的过程中与热源1进行热交换，吸收热源1的热量后从相应的再热出气口1f流出。循环工质再热通道的数量与中间透平16的数量相匹配。高压透平2的排气口2b连接热源1的第二进气口1c，热源1的第二出气口1d连接第一个中间透平16的进气口16a，第一个中间透平16的排气口16b连接热源1第一个循环工质再热通道的再热进气口1e，热源1第一个循环工质再热通道的再热出气口1f连接第二个中间透平16的进气口16a，第二个中间透平16的排气口16b连接热源1第二个循环工质再热通道的再热进气口1e，热源1第二个循环工质再热通道的再热出气口1f连接第三个中间透平16的进气口16a，以此类推，将各中间透平16与热源1的各循环工质再热通道一一对应地依序相连，最后一个中间透平16的排气口16b则连接低压透平3的进气口3a。则在二氧化碳工质循环回路中，在高压透平2内做功后的二氧化碳工质从高压透平2的排气口2b排出后，先进入热源1的第二进气口1c，吸收热源1的热量再热后从热源1的第二出气口1d流出，然后依次进入各中间透平16内做功，并且，在每个中间透平16内做功后的二氧化碳工质都流经热源1的一个循环工质再热通道，吸收热源1的热量再热后再进入下一个中间透平16，在最后一个中间透平16内做功后的二氧化碳工质则在流经热源1中相应的循环工质再热通道并吸收热源1的热量再热后从低压透平3的进气口3a进入低压透平3内做功。由此，热源1的第二循环工质加热通道和循环工质再热通道形成对高压透平2的排气口2b排气的多级再热。

本实施例中，优选地，再压缩机12、主压缩机8和预压缩机6均可以与高压透平2的转子相连接。由高压透平2驱动再压缩机12、主压缩机8和预压缩机6运行。低压透平3的转子则可以连接被驱动设备15，被驱动设备15可以是发电机，从而可将低压透平3的转子输出的动力转化成电能。

综上，结合图1至图3，本实施例的超临界二氧化碳循环系统工作时，二氧化碳工质的循环流程如下。

流经热源1的第一循环工质加热通道(热源1的第一进气口1a至第一出气口1b)的二氧化碳工质在热源1吸收热量后具有很高的温度和压力，其从热源1的第一出气口1b流出后进入高压透平2内做功，驱动高压透平2的转子转动，高压透平2的转子驱动再压缩机12、主压缩机8和预压缩机6运行。在高压透平2内做功膨胀至一定压力后的二氧化碳工质从高压透平2的排气口2b排出，并流经热源1的第二循环工质加热通道(热源1的第二进气口1c至第二出气口1d)吸热，再热升温后的二氧化碳工质从热源1的第二出气口1d流出后进入低压透平3内做功，驱动低压透平3的转子转动，低压透平3的转子驱动被驱动设备15运行。或者，在高压透平2内做功膨胀至一定压力后的二氧化碳工质从高压透平2的排气口2b排出，并流经热源1的第二循环工质加热通道(热源1的第二进气口1c至第二出气口1d)吸热，再热升温后的二氧化碳工质从热源1的第二出气口1d流出后依次进入各中间透平16内做功，在每个中间透平16内做功后的二氧化碳工质都流经热源1的一个循环工质再热通道吸热，再热升温后再进入下一个中间透平16，在最后一个中间透平16内做功后的二氧化碳工质则在流经热源1中相应的循环工质再热通道吸热后进入低压透平3内做功，驱动低压透平3的转子转动，低压透平3的转子驱动被驱动设备15运行。在低压透平3内做功后的二氧化碳工质的压力可充分膨胀至其临界压力以下(低压透平3排气压力的设计值在二氧化碳工质临界压力以下)。从低压透平3的排气口3b排出的二氧化碳工质依次流经第一回热器4的第一热端通道、第二回热器5的第二热端通道后进入预冷器9内冷却降温，经过预冷器9后的二氧化碳工质的温度降低至临界温度附近(高于临界点温度)。从预冷器9的出口9b流出的二氧化碳工质进入预压缩机6内压缩升压，经过预压缩机6后的二氧化碳工质的压力提升至临界压力以上。从预压缩机6的出口6b流出的二氧化碳工质流经第三回热器10的第三热端通道后，经第二分流器13分流成两股。经第二分流器13分流成的第一股二氧化碳工质依次经过冷却器7冷却降温、主压缩机8压缩升压后经第一分流器11又分流成两股，由第一分流器11分流成的两股二氧化碳工质分别流经第二回热器5的第二冷端通道吸收流经第二回热器5的第二热端通道的二氧化碳工质的热量、第三回热器10的第三冷端通道吸收流经第三回热器10的第三热端通道的二氧化碳工质的热量，而后在汇流器14处汇合；经第二分流器13分流成的第二股二氧化碳工质进入再压缩机12内压缩升压，而后在汇流器14处与经第二分流器13分流成的第一股二氧化碳工质汇合成一股。在汇流器14处汇合成一股后的二氧化碳工质流经第一回热器4的第一冷端通道并吸收流经第一回热器4的第一热端通道的二氧化碳工质的热量。从第一回热器4的冷端出口4d流出的二氧化碳工质从热源1的第一进气口1a进入热源1吸收热量，而后开始新的循环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。