应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统

1.本发明属于余热利用技术领域，具体地说，涉及应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统。


背景技术：

2.余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的废弃能源；据统计，各行业的余热总资源约占热能消耗总量的17％～67％，理论上可回收利用60％的余热；余热资源的形式千差万别，回收余热的方式也多种多样；根据温度水平，余热包括三种类型：低温余热(低于300℃)、中温余热(300-600℃)及高温余热(高于600℃)，中低温余热由于其温度、环境和工艺限制，难以被利用，中低温余热的利用是余热回收领域的重大挑战之一；
3.跨临界二氧化碳热泵：当二氧化碳的温度达到31.10℃，压力达到7.38mpa时将变为超临界状态，此时，虽是气体状态，但具备了与液体相同的热物理性质，因此，其具有流动性好、传热效率高、可压缩等典型优势，适用于动力循环；与卡琳娜循环和有机郎肯循环在热力学与经济性能方面相比，跨临界二氧化碳循环具有很大的应用潜力；将中低温余热作为合适的热源，利用跨临界二氧化碳循环能够实现中低温余热回收；
4.在热电行业中，汽轮机组利用过蒸汽后，一些蒸汽会被排放出去，导致能源大量的被浪费；蒸汽还有很高的动能和热量，都是可以再次回收利用的，其中蒸汽中的中低温余热占比较多，难以被回收，为此，我们提出应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统。
5.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统。
7.为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：包括安装箱以及固定连接在所述安装箱上的汽轮机，所述汽轮机的出气端上固定连接有管道，所述管道远离汽轮机的一端固定连通在安装箱上，还包括：固定连接在所述安装箱中连接筒，所述连接筒一端与管道同心，所述连接筒中固定连接有换热管；固定连接在所述安装箱中的跨临界二氧化碳热泵，所述换热管的两端均与跨临界二氧化碳热泵连接，所述汽轮机上连接有连通管，所述连通管远离汽轮机的一端连接在跨临界二氧化碳热泵上；固定连接在所述安装箱上的热网循环水管，所述热网循环水管与跨临界二氧化碳热泵连接；所述安装箱上固定连通有排气管。
8.为了便于充分对余热进行利用，进一步的，所述管道中固定连接有第一安装架，所述第一安装架上转动连接有转轴，所述转轴上圆周固定连接有涡轮叶片，所述安装箱上固定连接有发电机，所述转轴远离第一安装架的一端与发电机输入端固定相连。
9.为了便于收集，进一步的，所述安装箱上固定连接有蓄电池，所述发电机通过连接电线与蓄电池电性相连。
10.为了提高热交换效果，进一步的，所述换热管呈螺旋状。
11.为了提高换热管中循环水的流动速度，进一步的，所述转轴上固定连接有偏心轮，所述偏心轮外径上圆周开设有环形连接槽，所述安装箱中固定连接有活塞筒，所述活塞筒中滑动连接有活塞板，所述活塞板上固定连接有连接杆，所述连接杆远离活塞筒的一端滑动连接在环形连接槽中，所述活塞筒上固定连接有进液管和出液管，所述进液管和出液管上均设有单向阀，所述进液管与跨临界二氧化碳热泵相连接，所述出液管远离活塞筒的一端与换热管一端固定连通。
12.为了提高换热管中循环水的流动速度，更进一步的，所述偏心轮设有两个，且两个所述偏心轮呈错开状，所述活塞筒设有两个，分别与两个所述偏心轮相对应。
13.为了提高安装箱内气体排出速度，进一步的，所述排气管中设置有第一风扇。
14.为了便于驱动第一风扇旋转，进一步的，所述排气管中固定连接有第二安装架，所述第二安装架上转动连接有第一连接轴，所述第一风扇与第一连接轴一端固定相连，所述转轴上固定连接有第一锥齿轮，所述第一连接轴末端固定连接有与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮。
15.为了对跨临界二氧化碳热泵进行散热，进一步的，所述安装箱靠近跨临界二氧化碳热泵的一侧开设有通气口，所述通气口中连接有第二风扇。
16.为了便于驱动第二风扇旋转，进一步的，所述安装箱内固定连接有支撑架，所述支撑架上转动连接有第三连接轴，所述第二风扇与第三连接轴一端固定相连，所述第三连接轴另一端固定连接有第四锥齿轮，所述安装箱上转动连接有第二连接轴，所述第二连接轴两端分别固定连接有第三锥齿轮和第五锥齿轮，所述第三锥齿轮与转轴上的第一锥齿轮相啮合，所述第五锥齿轮与第三连接轴一端的第四锥齿轮相啮合。
17.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
18.1、该应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，通过汽轮机中的排水循环水通过连通管进入到跨临界二氧化碳热泵中，再通过汽轮机排气从管道进入到安装箱内的连接筒中，连接筒中的换热管对气体中的余热进行热交换，连接筒中的气体余热与换热管中的循环的冷却水充分接触进行换热，换热管中进行热交换后的循环水进入到跨临界二氧化碳热泵中，对连接在跨临界二氧化碳热泵中的热网循环水管进行加热，以及进入到跨临界二氧化碳热泵中的汽轮机排水循环水共同对热网循环水管进行加热，热网循环水管被加热后，用以对外供热使用。
19.2、该应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，通过在汽轮机通过管道向安装箱中排气时，气体会冲击涡轮叶片带动转轴旋转，转轴旋转后带动发电机内的输入端旋转，使得发电机进行发电，并将发出的电通过连接电线供蓄电池进行储存。
20.3、该应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，通过转轴在旋转时，带动偏心轮旋转，偏心轮通过环形连接槽往复拉动连接杆和活塞板在活塞筒中滑动，活塞筒通过进液管加速抽取跨临界二氧化碳热泵中的循环水泵入换热管中，进而加快换热管中循环水的流动，进而提高热交换效果和效率，同时通过设置两个呈错开状且不同心的偏心轮，能够达到持续加速换热管内循环水流动的效果。
21.4、该应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，通过转轴在旋转时通过第一锥齿轮啮合带动第一连接轴上的第二锥齿轮旋转，进而带动第一连接轴旋转，使得第一风扇旋转，第一风扇旋转时将安装箱内的气体加速向外排放，使得汽轮机排出的气体加速穿过连接筒进行换热，提高换热效率；同时，第一锥齿轮旋转时啮合第二连接轴一端的第三锥齿轮，带动第二连接轴在安装箱中旋转，并通过第二连接轴上的第五锥齿轮啮合第三连接轴上的第四锥齿轮，带动第三连接轴旋转，并带动第二风扇在安装箱的通气口上旋转，对跨临界二氧化碳热泵进行散热，提高跨临界二氧化碳热泵使用性能。需要理解的是，通气口相对面的安装箱上开设有流通孔，能够使空气流通。
22.本发明通过对汽轮机内的排水循环水回收进跨临界二氧化碳热泵中，再通过换热管对汽轮机排出的气体中的余热进行换热，并将热量统一收集在跨临界二氧化碳热泵中对热网循环水管进行加热，用以对外供热使用，跨临界二氧化碳热泵以二氧化碳作为热泵的工作介质，能够对汽轮机排出的气体中的中低温余热进行高效回收，且回收效率高。
23.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
24.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。
25.在附图中：
26.图1为本发明提出的应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统的结构示意图；
27.图2为本发明提出的应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统图1中a的结构示意图；
28.图3为本发明提出的应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统图1中b的结构示意图；
29.图4为本发明提出的应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统图1中c的结构示意图；
30.图5为本发明提出的应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统的第一安装架的结构示意图；
31.图6为本发明提出的应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统的第二安装架的结构示意图。
32.图中：1、汽轮机；11、管道；111、第一安装架；112、转轴；113、涡轮叶片；114、第一锥齿轮；2、安装箱；20、第二安装架；21、排气管；22、第一连接轴；23、第一风扇；24、第二锥齿轮；3、连接筒；31、换热管；4、跨临界二氧化碳热泵；41、热网循环水管；5、活塞筒；51、连接杆；52、活塞板；53、进液管；54、出液管；6、偏心轮；61、环形连接槽；7、发电机；71、连接电线；8、蓄电池；9、第二连接轴；91、第三锥齿轮；92、第五锥齿轮；10、第三连接轴；100、连通管；101、支撑架；102、第四锥齿轮；103、第二风扇。
33.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范
围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.实施例1：
36.参照图1-图6，应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，包括安装箱2以及固定连接在安装箱2上的汽轮机1，汽轮机1的出气端上固定连接有管道11，管道11远离汽轮机1的一端固定连通在安装箱2上，还包括：固定连接在安装箱2中连接筒3，连接筒3一端与管道11同心，连接筒3中固定连接有换热管31；固定连接在安装箱2中的跨临界二氧化碳热泵4，换热管31的两端均与跨临界二氧化碳热泵4连接，汽轮机1上连接有连通管100，连通管100远离汽轮机1的一端连接在跨临界二氧化碳热泵4上，用于在驱动状态下回收汽轮机1排水的循环水余热，并利用回收来的循环水余热对热网循环水管41进行加热，用以对外供热；固定连接在安装箱2上的热网循环水管41，热网循环水管41与跨临界二氧化碳热泵4连接；安装箱2上固定连通有排气管21；
37.本装置中的跨临界二氧化碳热泵4通过电动装置驱动工作；
38.本装置在使用时，汽轮机1中的排水循环水通过连通管100进入到跨临界二氧化碳热泵4中，再通过汽轮机1排气从管道11进入到安装箱2内的连接筒3中，连接筒3中的换热管31对气体中的余热进行热交换，连接筒3中的气体余热与换热管31中的循环的冷却水充分接触进行换热，换热管31中进行热交换后的循环水进入到跨临界二氧化碳热泵4中，对连接在跨临界二氧化碳热泵4中的热网循环水管41进行加热，以及进入到跨临界二氧化碳热泵4中的汽轮机1排水循环水共同对热网循环水管41进行加热，热网循环水管41被加热后，用以对外供热使用；
39.由于跨临界二氧化碳热泵4采用二氧化碳作为热泵的工作介质，根据其工作特性，循环水温度在很低的情况下，依然可以被跨临界二氧化碳热泵4提取回收余热，进而能够充分对汽轮机1排出的气体进行余热回收，并将回收的余热对热网循环水管41进行加热，用以对外供热使用；
40.在汽轮机1的排气穿过连接筒3后，换热后的气体从排气管21排出安装箱2外；
41.对于压缩式跨临界二氧化碳热泵4，热泵压缩机驱动装置可以采用背压式汽轮机，其汽源可以采用0.5mpa的过热汽源，对于吸收式跨临界二氧化碳热泵，驱动蒸汽可以采用0.2-0.4mpa的过热汽源；由于采用二氧化碳作为跨临界二氧化碳热泵4的工作介质，根据其工作特性，循环水温度在很低条件下，依然可以被跨临界二氧化碳热泵4提取回收余热，其跨临界二氧化碳热泵4进口的循环水温度可以低至25℃以下，跨临界二氧化碳热泵4进口的热网水温度可以高至50℃以上，跨临界二氧化碳热泵5出口热网水温度可以加热提高至95℃以上。
42.实施例2：
43.参照图1-图2，应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，包括安装箱2以及固定连接在安装箱2上的汽轮机1，汽轮机1的出气端上固定连接有管道11，管道11
远离汽轮机1的一端固定连通在安装箱2上，还包括：固定连接在安装箱2中连接筒3，连接筒3一端与管道11同心，连接筒3中固定连接有换热管31；固定连接在安装箱2中的跨临界二氧化碳热泵4，换热管31的两端均与跨临界二氧化碳热泵4连接，汽轮机1上连接有连通管100，连通管100远离汽轮机1的一端连接在跨临界二氧化碳热泵4上，用于在驱动状态下回收汽轮机1排水的循环水余热，并利用回收来的循环水余热对热网循环水管41进行加热，用以对外供热；固定连接在安装箱2上的热网循环水管41，热网循环水管41与跨临界二氧化碳热泵4连接；安装箱2上固定连通有排气管21。
44.管道11中固定连接有第一安装架111，第一安装架111上转动连接有转轴112，转轴112上圆周固定连接有涡轮叶片113，安装箱2上固定连接有发电机7，转轴112远离第一安装架111的一端与发电机7输入端固定相连；安装箱2上固定连接有蓄电池8，发电机7通过连接电线71与蓄电池8电性相连；
45.在汽轮机1通过管道11向安装箱2中排气时，气体会冲击涡轮叶片113带动转轴112旋转，转轴112旋转后带动发电机7内的输入端旋转，使得发电机7进行发电，并将发出的电通过连接电线71供蓄电池8进行储存。
46.实施例3：
47.参照图1，应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，包括安装箱2以及固定连接在安装箱2上的汽轮机1，汽轮机1的出气端上固定连接有管道11，管道11远离汽轮机1的一端固定连通在安装箱2上，还包括：固定连接在安装箱2中连接筒3，连接筒3一端与管道11同心，连接筒3中固定连接有换热管31；固定连接在安装箱2中的跨临界二氧化碳热泵4，换热管31的两端均与跨临界二氧化碳热泵4连接，汽轮机1上连接有连通管100，连通管100远离汽轮机1的一端连接在跨临界二氧化碳热泵4上，用于在驱动状态下回收汽轮机1排水的循环水余热，并利用回收来的循环水余热对热网循环水管41进行加热，用以对外供热；固定连接在安装箱2上的热网循环水管41，热网循环水管41与跨临界二氧化碳热泵4连接；安装箱2上固定连通有排气管21，更进一步的是：换热管31呈螺旋状；
48.将连接筒3中的换热管31设置成螺旋状，能够提高与排气的接触面积，进而提高换热效果，提高换热效率。
49.实施例4：
50.参照图1和图3，应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，与实施例3基本相同，更进一步的是：转轴112上固定连接有偏心轮6，偏心轮6外径上圆周开设有环形连接槽61，安装箱2中固定连接有活塞筒5，活塞筒5中滑动连接有活塞板52，活塞板52上固定连接有连接杆51，连接杆51远离活塞筒5的一端滑动连接在环形连接槽61中，活塞筒5上固定连接有进液管53和出液管54，进液管53和出液管54上均设有单向阀，进液管53与跨临界二氧化碳热泵4相连接，出液管54远离活塞筒5的一端与换热管31一端固定连通；偏心轮6设有两个，且两个偏心轮6呈错开状，活塞筒5设有两个，分别与两个偏心轮6相对应；
51.通过转轴112在旋转时，带动偏心轮6旋转，偏心轮6通过环形连接槽61往复拉动连接杆51和活塞板52在活塞筒5中滑动，活塞筒5通过进液管53加速抽取跨临界二氧化碳热泵4中的循环水泵入换热管31中，进而加快换热管31中循环水的流动，进而提高热交换效果和效率；
52.通过设置两个呈错开状且不同心的偏心轮6，能够达到持续加速换热管31内循环
水流动的效果。
53.实施例5：
54.参照图1、图4、图5和图6，应用于跨临界二氧化碳循环的多级反馈型余热利用系统，与实施例4基本相同，更进一步的是：排气管21中设置有第一风扇23；排气管21中固定连接有第二安装架20，第二安装架20上转动连接有第一连接轴22，第一风扇23与第一连接轴22一端固定相连，转轴112上固定连接有第一锥齿轮114，第一连接轴22末端固定连接有与第一锥齿轮114相啮合的第二锥齿轮24；安装箱2靠近跨临界二氧化碳热泵4的一侧开设有通气口，通气口中连接有第二风扇103；安装箱2内固定连接有支撑架101，支撑架101上转动连接有第三连接轴10，第二风扇103与第三连接轴10一端固定相连，第三连接轴10另一端固定连接有第四锥齿轮102，安装箱2上转动连接有第二连接轴9，第二连接轴9两端分别固定连接有第三锥齿轮91和第五锥齿轮92，第三锥齿轮91与转轴112上的第一锥齿轮114相啮合，第五锥齿轮92与第三连接轴10一端的第四锥齿轮102相啮合；
55.转轴112在旋转时通过第一锥齿轮114啮合带动第一连接轴22上的第二锥齿轮24旋转，进而带动第一连接轴22旋转，使得第一风扇23旋转，第一风扇23旋转时将安装箱2内的气体加速向外排放，使得汽轮机1排出的气体加速穿过连接筒3进行换热，提高换热效率；
56.同时，第一锥齿轮114旋转时啮合第二连接轴9一端的第三锥齿轮91，带动第二连接轴9在安装箱2中旋转，并通过第二连接轴9上的第五锥齿轮92啮合第三连接轴10上的第四锥齿轮102，带动第三连接轴10旋转，并带动第二风扇103在安装箱2的通气口上旋转，对跨临界二氧化碳热泵4进行散热，提高跨临界二氧化碳热泵4使用性能。需要理解的是，通气口相对面的安装箱2上开设有流通孔，能够使空气流通。
57.本发明通过对汽轮机1内的排水循环水回收进跨临界二氧化碳热泵4中，再通过换热管31对汽轮机1排出的气体中的余热进行换热，并将热量统一收集在跨临界二氧化碳热泵4中对热网循环水管41进行加热，用以对外供热使用，跨临界二氧化碳热泵4以二氧化碳作为热泵的工作介质，能够对汽轮机1排出的气体中的中低温余热进行高效回收，且回收效率高。
58.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
59.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。