專利名稱：蒸汽動力循環(huán)和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽動力循環(huán)和裝置，詳細地說，涉及一種把熱能轉化成有用功的蒸汽動力循環(huán)和裝置。
背景技術：
人類為了把熱能轉化為有用功，目前已經(jīng)提出或應用的熱力循環(huán)包括屬于氣體動力循環(huán)的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、布雷頓循環(huán)、焦耳循環(huán)、斯特林循環(huán)、埃里克森循環(huán)、卡諾循環(huán)等，和屬于蒸汽動力循環(huán)的朗肯循環(huán)等，還有一些混合循環(huán)如二元蒸汽循環(huán)、燃氣-蒸汽循環(huán)等，以及上述循環(huán)的附屬循環(huán)如再熱循環(huán)、回熱循環(huán)等。上述這些熱力循環(huán)的采用，使人類的發(fā)展進入了機械動力和電氣動力的時代。由于理論的限制，這些熱力循環(huán)和采用這些熱力循環(huán)的熱力裝置都存在熱效率低下的缺點，從而直接造成了大量能源的浪費，并且間接地造成了目前嚴重的環(huán)境污染和能源危機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了消除目前的熱力循環(huán)和裝置熱效率低下的缺點，應用本發(fā)明所述的熱力循環(huán)和裝置，能夠大大提高熱效率。
本發(fā)明所述的熱力循環(huán)由下列過程構成(a)啟動過程由真空泵(3)把膨脹機(2)、膨脹機(18)、凝汽器(6)、蒸發(fā)器(5)、汽液分離器(4)抽真空；由蒸汽發(fā)生器(1)從熱源吸熱后產(chǎn)生的飽和蒸汽或者再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的過熱蒸汽作為初始狀態(tài)，其壓力為P、溫度為T；(b)膨脹作功過程有兩種選擇，第一種是初始狀態(tài)的蒸汽進入膨脹機(2)作功，成為含液態(tài)工質的乏氣，乏氣中液態(tài)工質的百分含量為y，且y＞0；第二種是初始狀態(tài)的蒸汽進入膨脹機(2)作功至一定的中間壓力后，進入再熱器(17)加熱升溫至較高的溫度，然后再進入膨脹機(18)繼續(xù)膨脹作功后成為乏氣，乏氣中液態(tài)工質的含量為y，且y＞0，這種再熱循環(huán)可以進行多次；膨脹機(2，18)可以是渦輪型蒸汽輪機，也可以是活塞型膨脹機；(c)汽液變換過程有四種汽液變換過程作為選擇，第一種過程是乏氣直接進入蒸發(fā)器(5)而蒸發(fā)成為飽和蒸汽；第二種過程是乏氣在凝汽器(6)全部凝結成為液態(tài)工質，然后分成質量分別為M1、M2兩部分，其中M2(M2＞0)部分再進入蒸發(fā)器(5)而蒸發(fā)成為飽和蒸汽；第三種過程是乏氣進入汽液分離器(4)分離成為液態(tài)工質和氣態(tài)工質兩部分，液態(tài)工質部分可以分成質量分別為M3、M4兩部分，其中M4部分再進入蒸發(fā)器(5)而蒸發(fā)成為飽和蒸汽；第四種是乏氣不經(jīng)過汽液分離器(4)、凝汽器(6)、蒸發(fā)器(5)等專設的汽液變換設備，而是在后續(xù)的溫度恢復或壓力恢復過程中，乏氣中的液體工質再蒸發(fā)成為蒸汽；蒸發(fā)器(5)工作時是從冷源吸收熱量；(d)壓力恢復伴溫度升高過程從凝汽器(6)出來的液態(tài)部分工質M1或從汽液分離器(4)出來的液態(tài)部分工質M3，通過壓縮水泵(7)的壓縮而恢復到初壓P，同時溫度升高；經(jīng)過汽液變換過程的蒸汽或乏氣則進入壓力恢復系統(tǒng)恢復至初壓P，同時溫度升高壓力恢復系統(tǒng)的組成可以有下面四種選擇第一種只由引射器(11)組成，第二種由引射器(11)和壓氣機(12)組成，第三種由壓氣機(10)和引射器(11)組成，第四種由壓氣機(10)、引射器(11)和壓氣機(12)組成。引射器所需的高溫高壓的引射蒸汽的來源有下面十二種選擇第一種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽；第二種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽，再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的壓力為P的過熱蒸汽；第三種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽，再經(jīng)過壓氣機(15)升壓后的過熱蒸汽；第四種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽，首先經(jīng)過壓氣機(15)升壓，再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的過熱蒸汽；第五種是從壓縮水泵(7)出來的壓力為P的液體工質，首先經(jīng)過壓縮水泵(8)升壓后，再進入蒸汽發(fā)生器(14)而蒸發(fā)成的飽和蒸汽；第六種是從壓縮水泵(7)出來的壓力為P的液體工質，首先經(jīng)過壓縮水泵(8)升壓后，再進入蒸汽發(fā)生器(14)蒸發(fā)成飽和蒸汽，然后再進入過熱器(16)加熱而成的過熱蒸汽；第七種是從膨脹機(2)引出來的回熱蒸汽；第八種是從膨脹機(2)引出來的回熱蒸汽再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的蒸汽；第九種是從再熱器(17)引出來的再熱蒸汽；第十種是從膨脹機(18)引出來的回熱蒸汽；第十一種是從膨脹機(18)引出來的回熱蒸汽再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的蒸汽；第十二種是由上述的第一至第十一種蒸汽中的兩種或多種混合而成的蒸汽；(e)溫度恢復過程經(jīng)過汽液變換過程的蒸汽或乏氣可以選擇或不選擇與熱泵(9)換熱初步升溫后再進入壓力恢復系統(tǒng)；從壓氣機(10)初步壓縮出來的蒸汽可以選擇或不選擇與熱泵(9)換熱，使工質溫度得到初步提升；從凝汽器(6)出來的液態(tài)部分工質M1或從汽液分離器(4)出來的液態(tài)部分工質M3，可以選擇或不選擇與熱泵(9)換熱使液體初步升溫，當選擇與熱泵(9)換熱時，可以選擇在進入壓縮水泵(7)壓縮前進行換熱或選擇經(jīng)過壓縮水泵(7)壓縮后進行換熱。熱泵(9)是從冷源中吸收熱量。液體工質經(jīng)過壓縮水泵(7)輸送回蒸汽發(fā)生器(1)加熱成飽和蒸汽或再經(jīng)過過熱器(16)加熱而恢復初溫T；蒸汽或乏氣經(jīng)過壓力恢復系統(tǒng)后，當蒸汽溫度仍比初溫T低時，再經(jīng)過蒸汽發(fā)生器(1)和過熱器(16)加熱至初溫T；當溫度等于初溫T時，直接進入下一熱力循環(huán)；當溫度高于初溫T時，先與從壓縮水泵出來的液態(tài)工質在熱交換器(13)中換熱或在再熱器(17)中與再熱蒸汽進行換熱，使溫度降至等于或低于初溫T，當溫度降至比初溫T低時，再經(jīng)過蒸汽發(fā)生器(1)和/或過熱器(16)加熱至初溫T，當溫度降至等于初溫T時，直接進入下一熱力循環(huán)；(f)溫度、壓力均恢復為初態(tài)的工質進入膨脹機(2)而開始下一次熱力循環(huán)。
本發(fā)明所述的熱力裝置，是用于實現(xiàn)本發(fā)明所述的熱力循環(huán)的，其由以下的設備按附圖用管道和閥門連接構成
(g)啟動設備由蒸汽發(fā)生器(1)、過熱器(16)和真空泵(6)組成；(h)膨脹作功設備由膨脹機(2)構成，當采用再熱循環(huán)時，膨脹機的數(shù)量可以根據(jù)需要增加，膨脹機(2)可以是渦輪型蒸汽輪機，也可以是活塞型膨脹機；(i)汽液變換設備根據(jù)四種汽液變換過程，專設的汽液變換設備有三種組成，第一種是由蒸發(fā)器(5)組成；第二種是由凝汽器(6)、蒸發(fā)器(5)組成；第三種是由汽液分離器(4)、蒸發(fā)器(5)組成；(j)壓力恢復伴溫度升高設備液體的壓力恢復設備由壓縮水泵(7，8)構成；蒸汽或乏氣的壓力恢復設備是由壓氣機(10，12)和引射器(11)組成的壓力恢復系統(tǒng)，可以有三種不同的組合方式供選擇，第一種只由引射器(11)組成，第二種由引射器(11)和壓氣機(12)組成，第三種由壓氣機(10)和引射器(11)組成，第四種由壓氣機(10)、引射器(11)和壓氣機(12)組成當采用的引射蒸汽的壓力比熱力循環(huán)的初壓高時，可使用壓氣機(15)作為升壓設備；(k)溫度恢復設備由蒸汽發(fā)生器(1)、再熱器(17)、熱交換器(13)、蒸汽發(fā)生器(14)、過熱器(16)組成；可以選擇或不選擇熱泵(9)作為初步加熱設備。
本發(fā)明所述的熱力循環(huán)和裝置，不僅可以無須向冷源放熱，而且還可以通過熱泵從冷源吸收熱量用于作功，所以具有熱效率高的優(yōu)點，其理論熱效率可以達到和超過100％。


熱力循環(huán)和裝置中1蒸汽發(fā)生器，2膨脹機，3真空泵，4汽液分離器，5蒸發(fā)器，6凝汽器，7壓縮水泵，8壓縮水泵，9熱泵，10壓氣機，11引射器，12壓氣機，13熱交換器，14蒸汽發(fā)生器，15壓氣機，16過熱器，17再熱器，18膨脹機。
具體實施例方式
下面結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例1本實施例用水蒸氣作為工質，膨脹機(2)采用蒸汽輪機(2)。由真空泵(3)把蒸汽輪機(2)、汽液分離器(4)抽真空由蒸汽發(fā)生器(1)從熱源吸熱后產(chǎn)生壓力為4MPa、溫度為250℃的飽和水蒸汽作為初始狀態(tài)；飽和水蒸汽在蒸汽輪機(2)中膨脹作功至2kPa、17.5℃后，成為含飽和液體的乏氣，乏氣經(jīng)過汽液分離器(4)分成飽和液體和飽和蒸汽兩部分；其中飽和蒸汽經(jīng)過引射器(11)、壓氣機(12)和熱交換器(13)恢復初始狀態(tài)，而飽和液體經(jīng)過壓縮水泵(7)壓縮提高至初始壓力，然后經(jīng)過熱交換器(13)換熱和從熱源吸熱而恢復初始狀態(tài)，部分初態(tài)的飽和水蒸氣再經(jīng)過過熱器(16)的加熱而成為引射蒸汽，從而完成一個循環(huán)。下面對其熱效率進行分析。
初始的飽和水蒸汽的h1＝2801.4kJ/kg，質量為m＝1kg，絕熱膨脹至2kPa，17.5℃，h0＝2533.5kJ/kg，則有下式
6.0710＝8.7237-y×8.4629得到乏氣中飽和水的含量y＝31.3％，飽和蒸汽的含量為m0＝68.7％，即乏氣的焓為h2＝2533.5-31.3％×2460＝1763.5 (kJ/kg)則膨脹作功為W1＝h1-h2＝2801.4-1763.5＝1037.9 (kJ/kg)用從蒸汽發(fā)生器(1)出來的飽和蒸汽再經(jīng)過過熱器(16)加熱的過熱水蒸氣為引射汽源，即4MPa，560℃，h3＝3582.8kJ/kg，質量為m1，要求從引射器(11)出來的飽和蒸汽的參數(shù)為1.0MPa，180，h4＝2778.1kJ/kg，則根據(jù)引射器(11)中的熱力平衡有m0/m1＝(h3-h4)/(h4-h0)＝(3582.8-2778.1/(2778.1-2533.5)求得m1＝30.4％m0＝0.209(kg)，所以進入壓氣機的汽體質量為m0+m1＝0.209+0.687＝0.896 (kg)再等熵壓縮至4MPa，其溫度達到350℃，h5＝3092.5kJ/kg，故壓縮功為W2＝(m0+m1)(h5-h4)＝0.89×(3092.5-2778.1)＝281.7 (kJ)設其與水交換熱量，降為4MPa，250℃的干飽和蒸汽，則換熱量為Q1＝(m0+m1)(h5-h1)＝0.896×(3092.5-2801.4)＝260.8 (kJ)飽和水的壓縮過程從2kPa壓縮到4MPa，壓縮功為W3＝1.0013×10-6×(40.0-0.02)×105×y＝1.3 (kJ)該壓縮功將變成水的焓，即水的換熱量為Q2＝W3＝1.3kJ水進入蒸汽發(fā)生器(1)后吸收熱量而成為4MPa，250℃的干飽和蒸汽，吸熱量為Q3＝(2801.4-73.5)×0.313-Q1-Q2＝591.8(kJ)引射用蒸汽變成過熱蒸汽的吸熱量為Q4＝(3582.8-2801.4)×0.2088＝163.1 (kJ)則每個循環(huán)過程中的凈功為W＝W1-W2-W3＝1037.9-281.7-1.3＝754.9 (kJ)凈吸熱量為Q＝Q3+Q4＝591.8+163.1＝754.9 (kJ)則循環(huán)的理論熱效率為ηt＝W/Q＝754.9/754.9＝100％實施例2本實施例用水蒸氣作為工質，膨脹機(2)采用蒸汽輪機(2)，而且是在實施例1的基礎上引入熱泵換熱過程而成。由真空泵(3)把蒸汽輪機(2)、汽液分離器(4)抽真空；由蒸汽發(fā)生器(1)從熱源吸熱后產(chǎn)生壓力為4MPa、溫度為250的飽和水蒸汽作為初始狀態(tài)；飽和水蒸汽在蒸汽輪機(2)中膨脹作功2kPa、17.5℃后，成為含飽和液體的乏氣，乏氣經(jīng)過汽液分離器(4)分成飽和液體和飽和蒸汽兩部分；其中飽和蒸汽首先與熱泵(9)換熱而升溫到80℃，再經(jīng)過引射器(11)、壓氣機(12)和熱交換器(13)恢復初始狀態(tài)；飽和液體首先與熱泵(9)換熱而升溫到80℃，經(jīng)過壓縮水泵(7)壓縮提高至初始壓力，然后經(jīng)過熱交換器(13)換熱和從熱源吸熱而恢復初始狀態(tài)，部分初態(tài)的飽和水蒸氣再經(jīng)過過熱器(16)的加熱而成為引射蒸汽，從而完成一個循環(huán)。下面對其熱效率進行分析。
假設熱泵得到的熱水溫度為80℃，(COP)h為4.0，工質經(jīng)過熱交換后溫度也達到80℃，則飽和液體的吸熱量為Q5＝1.0×4.18×(80-17.5)＝261.3 (kJ/kg)飽和蒸汽的吸熱量為Q6＝1.0×1.0×(80-17.5)＝62.5(kJ/kg)則飽和蒸汽吸熱后成為過熱蒸汽，其焓值變?yōu)閔0＝2533.5+62.5＝2596.0 (kJ/kg)由此計算引射蒸汽的量m0/m1＝(h3-h4)/(h4-h0)＝(3582.8-2778.1)/(2778.1-2596.0)得m1＝0.155kg。則引射后飽和蒸汽壓縮的消耗功變?yōu)閃2＝(m0+m1)(h5-h4)＝0.842×(3092.5-2778.1)＝264.7 (kJ)設其與水交換熱量，降至4MPa，250℃的干飽和蒸汽，則換熱量變?yōu)闉镼1＝(m0+m1)(h5-h1)＝0.842×(3092.5-2801.4)＝245.1 (kJ)水進入鍋爐后吸收熱量而成為4MPa，250℃的干飽和蒸汽，吸熱量變?yōu)镼3＝(2801.4-73.5-261.3)×0.313-Q1-Q2＝525.6 (kJ)引射用蒸汽變成過熱蒸汽的吸熱量變?yōu)镼4＝(3582.8-2801.4)×0.155＝121.1 (kJ)熱泵消耗的功為W4＝(m0Q5+yQ6)/4.0＝(0.687×62.5+0.313×261.3)/4.0＝31.2(kJ)則每個循環(huán)過程中的凈功為W＝W1-W2-W3-W4＝1037.9-264.7-1.3-31.2＝740.7 (kJ)凈吸熱量為Q＝Q3+Q4＝525.6+121.1＝646.7 (kJ)則循環(huán)的理論熱效率為ηt＝W/Q＝740.7/646.7＝114.5％＞100％實施例3本實施例用水蒸氣作為工質，膨脹機(2)采用蒸汽輪機(2)。由真空泵(3)把蒸汽輪機(2)、蒸發(fā)器(5)、汽液分離器(4)抽真空；由蒸汽發(fā)生器(1)從熱源吸熱后產(chǎn)生壓力為4MPa、溫度為250℃的飽和水蒸汽作為初始狀態(tài)；飽和水蒸汽在蒸汽輪機(2)中膨脹作功至2kPa、17.5℃后，成為含飽和液體的乏氣，乏氣經(jīng)過汽液分離器(4)分成飽和液體和飽和蒸汽兩部分；飽和液體在蒸發(fā)器(5)中從冷源吸熱后蒸發(fā)成2kPa、17.5℃的飽和蒸汽；飽和蒸汽經(jīng)過引射器(11)恢復初始狀態(tài)，部分初態(tài)飽和蒸汽再經(jīng)過壓氣機(15)升壓至6MPa及過熱器(16)的加熱至550℃而成為引射蒸汽，從而完成一個循環(huán)。下面對其熱效率進行分析。
飽和水蒸氣的初態(tài)為4.0MPa，250℃，終態(tài)為2kPa，17.5℃，根據(jù)前面的計算，y＝31.3％，作功W＝1037.3kJ。則飽和液體閃蒸成蒸汽需從冷源中吸收的熱量為Q1＝y(tǒng)hf8＝0.313×2460.0＝770.0 (kJ)假設一次性用6.0MPa、550℃的過熱蒸汽把終態(tài)的飽和蒸汽引射壓縮為4.0MPa、250℃的飽和蒸汽，所需的過熱蒸汽量為m1，根據(jù)熱量平衡有m/m1＝(3540.6-2801.5)/(2801.5-2533.5)求得m1＝36.3％m＝0.363×1.0＝0.363 (kg)把m1由4.0MPa、250℃的飽和蒸汽壓縮至6.0MPa，溫度升為300.5℃，焓為2885.8kJ/kg，則壓縮功為W1＝0.363×(2885.8-2801.5)＝30.6 (kJ)再過熱成6.0MPa、550℃的引射蒸汽，需要從熱源吸收的熱量為Q2＝0.363×(3540.6-2885.8)＝237.7 (kJ)則則相對于熱源的熱效率為ηt＝(W-W1)/Q＝(1037.3-30.6)/237.7＝423.5％＞＞100％實施例4本實施例是在實施例3的基礎上引入熱泵(9)而成，即用水蒸氣作為工質，膨脹機(2)采用蒸汽輪機(2)。由真空泵(3)把蒸汽輪機(2)、蒸發(fā)器(5)、汽液分離器(4)抽真空；由蒸汽發(fā)生器(1)從熱源吸熱后產(chǎn)生壓力為4MPa、溫度為250℃的飽和水蒸汽作為初始狀態(tài)；飽和水蒸汽在蒸汽輪機(2)中膨脹作功至2kPa、17.5℃后，成為含飽和液體的乏氣，乏氣經(jīng)過汽液分離器(4)分成飽和液體和飽和蒸汽兩部分；飽和液體在蒸發(fā)器(5)中從冷源吸熱后蒸發(fā)成2kPa、17.5℃的飽和蒸汽；飽和蒸汽首先經(jīng)過熱泵(9)換熱升溫至80℃，再經(jīng)過引射器(11)恢復初始狀態(tài)，部分初態(tài)飽和蒸汽再經(jīng)過壓氣機(15)升壓至6MPa及過熱器(16)的加熱至550℃而成為引射蒸汽，從而完成一個循環(huán)。下面對其熱效率進行分析。
假設熱泵得到的熱水溫度為80℃，(COP)h為4.0，飽和水蒸汽經(jīng)過熱交換后溫度也達到80℃，則吸熱量為Q3＝1.0×1.0×(80-17.5)＝62.5 (kJ/kg)則其焓值變?yōu)閔＝2533.5+62.5＝2596.0 (kJ/kg)故熱泵消耗的功為W1＝Q3/4.0＝62.5/4.0＝15.6 (kJ)一次性用6.0MPa、550℃的過熱蒸汽把換熱后的蒸汽引射壓縮為4.0MPa、250℃的飽和蒸汽，所需的過熱蒸汽量為m1，根據(jù)熱量平衡有m/m1＝(3540.6-2801.5)/(2801.5-2596.0)求得m1＝27.8％m＝27.8％×1.0＝0.278 (kg)則把m1由4.0MPa、250℃的飽和蒸汽壓縮至6.0MPa，溫度升為300.5℃，焓為2885.8kJ/kg，則壓縮功為W1＝0.278×(2885.8-2801.5)＝23.4 (kJ)再過熱至6.0MPa、550℃的初態(tài)，需要從熱源吸收的熱量為Q1＝0.278×(3540.6-2885.8)＝182.0 (kJ)則相對于熱源的理論熱效率為ηt＝(W-W1-W2)/Q1＝(1037.3-23.4-15.6)/182.0＝548.5％＞＞100％當再把各種過程實際效率考慮進來后，可以得到實際熱效率。其計算公式如下ηt＝ηglηgdηtηiηjηdηysηyq其中ηgl——鍋爐效率，0.85～0.92ηgd——管道效率，0.99ηi——汽輪機相對內(nèi)效率，0.8～0.9ηj——機械效率，0.96～0.99ηd——發(fā)電機效率，0.96～0.99ηys——引射器效率，0.8～0.9ηyq——壓氣機效率，0.8～0.9當各過程的效率均以左邊低值代入時，電廠總效率為η＝ηglηgdηtηiηjηdηysηyq＝0.85×0.99×5.485×0.8×0.96×0.96×0.8×0.8＝217.8％＞100％顯然，該熱力循環(huán)的實際總效率比100％大得多，根據(jù)效率公式可知，其輸出的功為W＝217.8％Q為此，可以做如下的調(diào)整用熱源的熱量Q啟動熱力循環(huán)后，把第一次循環(huán)所輸出的功的一部分即等于Q的功轉化為熱量而看作熱源的熱量，那么，以后繼續(xù)下去的循環(huán)均無須從真正的熱源吸收熱量，而直接由功轉化。這樣，每次循環(huán)的輸出功變?yōu)閃＝217.8％Q-Q＝117.8％Q它仍然比目前任何的實用的熱機的效率要高!作這樣的調(diào)整后，只要第一次循環(huán)從熱源吸收熱量Q后，熱機就可以從冷源吸收熱量而無限地運轉下去，其實際的熱效率為η＝W/Q＝117.8％QN/Q＝117.8％N(N為熱力循環(huán)的次數(shù))由于N可以無窮大，所以熱效率趨于無窮大。
權利要求
1.一種蒸汽動力循環(huán)，其特征在于由下列過程構成(a)啟動過程由真空泵(3)把膨脹機(2)、膨脹機(18)、凝汽器(6)、蒸發(fā)器(5)、汽液分離器(4)抽真空；由蒸汽發(fā)生器(1)從熱源吸熱后產(chǎn)生的飽和蒸汽或者再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的過熱蒸汽作為初始狀態(tài)，其壓力為P、溫度為T；(b)膨脹作功過程有兩種選擇，第一種是初始狀態(tài)的蒸汽進入膨脹機(2)作功，成為含液態(tài)工質的乏氣，乏氣中液態(tài)工質的百分含量為y，且y＞0；第二種是初始狀態(tài)的蒸汽進入膨脹機(2)作功至一定的中間壓力后，進入再熱器(17)加熱升溫至較高的溫度，然后再進入膨脹機(18)繼續(xù)膨脹作功后成為乏氣，乏氣中液態(tài)工質的含量為y，且y＞0，這種再熱循環(huán)可以進行多次；(c)汽液變換過程有四種汽液變換過程作為選擇，第一種過程是乏氣直接進入蒸發(fā)器(5)而蒸發(fā)成為飽和蒸汽；第二種過程是乏氣在凝汽器(6)全部凝結成為液態(tài)工質，然后分成質量分別為M1、M2兩部分，其中M2(M2＞0)部分再進入蒸發(fā)器(5)而蒸發(fā)成為飽和蒸汽；第三種過程是乏氣進入汽液分離器(4)分離成為液態(tài)工質和氣態(tài)工質兩部分，液態(tài)工質部分可以分成質量分別為M3、M4兩部分，其中M4部分再進入蒸發(fā)器(5)而蒸發(fā)成為飽和蒸汽；第四種是乏氣不經(jīng)過汽液分離器(4)、凝汽器(6)、蒸發(fā)器(5)等專設的汽液變換設備，而是在后續(xù)的溫度恢復或壓力恢復過程中，乏氣中的液體工質再蒸發(fā)成為蒸汽；(d)壓力恢復伴溫度升高過程從凝汽器(6)出來的液態(tài)部分工質M1或從汽液分離器(4)出來的液態(tài)部分工質M3，通過壓縮水泵(7)的壓縮而恢復到初壓P，同時溫度升高；經(jīng)過汽液變換過程的蒸汽或乏氣則進入壓力恢復系統(tǒng)恢復至初壓P，同時溫度升高；(e)溫度恢復過程經(jīng)過汽液變換過程的蒸汽或乏氣可以選擇或不選擇與熱泵(9)換熱初步升溫后再進入壓力恢復系統(tǒng)；從壓氣機(10)初步壓縮出來的蒸汽可以選擇或不選擇與熱泵(9)換熱，使工質溫度得到初步提升；從凝汽器(6)出來的液態(tài)部分工質M1或從汽液分離器(4)出來的液態(tài)部分工質M3，可以選擇或不選擇與熱泵(9)換熱使液體初步升溫，當選擇與熱泵(9)換熱時，可以選擇在進入壓縮水泵(7)壓縮前進行換熱或選擇經(jīng)過壓縮水泵(7)壓縮后進行換熱；液體工質經(jīng)過壓縮水泵(7)輸送回蒸汽發(fā)生器(1)加熱成飽和蒸汽或再經(jīng)過過熱器(16)加熱而恢復初溫T；蒸汽或乏氣經(jīng)過壓力恢復系統(tǒng)后，當蒸汽溫度仍比初溫T低時，再經(jīng)過蒸汽發(fā)生器(1)和過熱器(16)加熱至初溫T；當溫度等于初溫T時，直接進入下一熱力循環(huán)；當溫度高于初溫T時，先與從壓縮水泵出來的液態(tài)工質在熱交換器(13)中換熱或在再熱器(17)中與再熱蒸汽進行換熱，使溫度降至等于或低于初溫T，當溫度降至比初溫T低時，再經(jīng)過蒸汽發(fā)生器(1)和過熱器(16)加熱至初溫T，當溫度降至等于初溫T時，直接進入下一熱力循環(huán)；(f)溫度、壓力均恢復為初態(tài)的工質進入膨脹機(2)而開始下一次熱力循環(huán)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種蒸汽動力循環(huán)，其特征在于膨脹機(2，18)可以是渦輪型蒸汽輪機，也可以是活塞型膨脹機。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種熱力循環(huán)，其特征在于蒸發(fā)器(5)工作時是從冷源吸收熱量。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種蒸汽動力循環(huán)，其特征在于壓力恢復系統(tǒng)的組成可以有下面四種選擇第一種只由引射器(11)組成，第二種由引射器(11)和壓氣機(12)組成，第三種由壓氣機(10)和引射器(11)組成，第四種由壓氣機(10)、引射器(11)和壓氣機(12)組成。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的一種蒸汽動力循環(huán)，其特征在于引射器所需的高溫高壓的引射蒸汽的來源有下面十二種選擇第一種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽；第二種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽，再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的壓力為P的過熱蒸汽；第三種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽，再經(jīng)過壓氣機(15)升壓后的過熱蒸汽；第四種是從蒸汽發(fā)生器(1)出來的壓力為P的飽和蒸汽，首先經(jīng)過壓氣機(15)升壓，再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的過熱蒸汽；第五種是從壓縮水泵(7)出來的壓力為P的液體工質，首先經(jīng)過壓縮水泵(8)升壓后，再進入蒸汽發(fā)生器(14)而蒸發(fā)成的飽和蒸汽；第六種是從壓縮水泵(7)出來的壓力為P的液體工質，首先經(jīng)過壓縮水泵(8)升壓后，再進入蒸汽發(fā)生器(14)蒸發(fā)成飽和蒸汽，然后再進入過熱器(16)加熱而成的過熱蒸汽；第七種是從膨脹機(2)引出來的回熱蒸汽；第八種是從膨脹機(2)引出來的回熱蒸汽再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的蒸汽；第九種是從再熱器(17)引出來的再熱蒸汽；第十種是從膨脹機(18)引出來的回熱蒸汽；第十一種是從膨脹機(18)引出來的回熱蒸汽再經(jīng)過過熱器(16)加熱后的蒸汽；第十二種是由上述的第一至第十一種蒸汽中的兩種或多種混合而成的蒸汽。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種蒸汽動力循環(huán)，其特征在于熱泵(9)是從冷源中吸收熱量。
7.一種用于實現(xiàn)權利要求1所述的一種蒸汽動力循環(huán)的蒸汽動力裝置，其特征在于由以下的設備按附圖用管道和閥門連接構成(g)啟動設備由蒸汽發(fā)生器(1)、過熱器(16)和真空泵(3)組成(h)膨脹作功設備由膨脹機(2)構成，當采用再熱循環(huán)時，膨脹機的數(shù)量可以根據(jù)需要增加，膨脹機(2)可以是渦輪型蒸汽輪機，也可以是活塞型膨脹機；(i)汽液變換設備根據(jù)四種汽液變換過程，汽液變換設備有三種構成，第一種是由蒸發(fā)器(5)構成；第二種是由凝汽器(6)、蒸發(fā)器(5)構成；第三種是由汽液分離器(4)、蒸發(fā)器(5)構成；(j)壓力恢復伴溫度升高設備液體的壓力恢復設備由壓縮水泵(7，8)構成；蒸汽或乏氣的壓力恢復設備是由壓氣機(10，12)和引射器(11)組成的壓力恢復系統(tǒng)，可以有三種不同的組合方式供選擇，第一種只由引射器(11)組成，第二種由引射器(11)和壓氣機(12)組成，第三種由壓氣機(10)和引射器(11)組成，第四種由壓氣機(10)、引射器(11)和壓氣機(12)組成當采用的引射蒸汽的壓力比熱力循環(huán)的初壓高時，可使用壓氣機(15)作為升壓設備；(k)溫度恢復設備由蒸汽發(fā)生器(1)、再熱器(17)、熱交換器(13)、蒸汽發(fā)生器(14)、過熱器(16)組成；可以選擇或不選擇熱泵(9)作為初步加熱設備。
全文摘要
一種把熱能轉化成有用功的蒸汽動力循環(huán)，過程是初始狀態(tài)的氣態(tài)工質經(jīng)過膨脹機作功后成為含液體工質的乏氣(即乏氣中液體工質的含量y＞0)，乏氣經(jīng)過經(jīng)過汽液變換后，其中液體工質通過壓縮水泵恢復初壓，而蒸汽或乏氣經(jīng)過由引射器為主構成的壓力恢復系統(tǒng)而恢復初壓，再經(jīng)過熱泵、蒸汽發(fā)生器、過熱器處理而恢復初溫；一種用于實現(xiàn)上述熱力循環(huán)的熱力裝置，其構成包括下列設備蒸汽發(fā)生器、過熱器、膨脹機、再熱器、真空泵、凝汽器、蒸發(fā)器、汽液分離器、熱泵、壓氣機、引射器。該熱力循環(huán)和裝置，不僅可以無須向冷源放熱，而且還可以通過熱泵從冷源吸收熱量用于作功，所以具有熱效率高的優(yōu)點，其理論熱效率可以達到和超過100％。
文檔編號F01K7/32GK1891980SQ20051003579
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權日2005年7月4日
發(fā)明者陳培豪 申請人:陳培豪