蒸气热泵及低压蒸气补焓增压利用的方法与流程

本发明涉及蒸气热泵领域，尤其是一种蒸气热泵及低压蒸气补焓增压利用的方法。

背景技术：

众所周知：低压蒸气或二次蒸气的利用，是当今绿色、低碳经济(二氧化碳减排)和循环经济的重大课题。

然而在蒸发的过程中，由于沸点升值，蒸发产生的二次蒸气温度始终低于液温，这就为二次蒸气的节能利用设置了技术难题。

现有技术中一般采用以下方法实现对蒸气的节能利用。

1、多效蒸发

以水蒸汽为例，从原理上讲，多效蒸发器是将生蒸汽的汽化潜热多次利用。但是，无论如何，生蒸汽是以汽态的方式进入系统，又以汽态的方式流出系统。进出系统的蒸汽焓差很小，例如以1.0MPa(G),185℃饱和水蒸汽进入蒸发系统，经多效蒸发又以45℃二次蒸汽排出系统其焓差小于250kJ/kg，生蒸汽的热利用率小于9％。非但如此，排出系统的二次蒸汽(废蒸汽)为保证其蒸发的真空度，还需要大量的循环水将其冷凝，再加上其它能耗，其热力学第二定率的热利用率更低。

2、蒸汽机械再压缩技术，简称MVR(mechanical vapor recompression)

MVR是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术，其工作过程是将低温位的蒸汽(二次蒸汽)经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入蒸发器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽；这样，原来要废弃的二次蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，其经济性相当于多效蒸发的20效。但MVR一次性投资大于多效蒸发，一般为多效蒸发1.5倍以上。另外多效蒸发因没特殊设备，建设周期短，而MVR因压缩机设备特殊，生产周期较长，建设周期为多效蒸发的3倍之多。鉴于水蒸汽难于压缩的特点，其最终必然为过热状态，其中80％以上的能量消耗于增温，不足20％的能量用于增压。因此对饱和水蒸汽进行绝热压缩是非常耗能的过程。MVR二个单级压缩机(串联)温差才16℃(即单级升温8℃)，使用范围受限。

3、蒸汽喷射热泵

蒸汽喷射热泵就是利用高压力的生蒸汽，在蒸汽喷射器的拉瓦尔喷嘴(喷管)膨胀产生超音速流，将压力能和相变能转换为射流的动能，引射二次蒸汽或低压蒸汽增压的利用，增压后混合蒸汽压力小于生蒸汽压力；由于引射系数一般不超过1，二次蒸汽或低压蒸汽利用率很低，能耗很高，至今应用很少。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够高效利用低压蒸气的蒸气热泵及低压蒸气补焓增压利用的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供了一种低压蒸气补焓增压利用的方法，包括以下步骤：

1)通过对低压蒸气加热，使得低压蒸气成为过热蒸气，所述过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

2)利用高温位热能饱和蒸气在物料加热器对物料加热本身冷凝时体积急剧缩小，产生的强大吸力，吸入步骤1)中得到的过热蒸气进行喷液增压，使得过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气即高温位热能饱和蒸气，然后通入物料加热器对物料进行加热，实现利用或循环利用。

进一步的，低压蒸气补焓增压利用的方法，借鉴自然界龙卷风形成的原理和强大的吸力；采用人造龙卷风方法，使得低压蒸气形成龙卷涡旋进行喷液增压，或者进行过热喷液增压；

包括以下步骤：

1)对低压蒸气进行加热过热或使得低压蒸气形成龙卷涡旋进行加热变为过热蒸气；使过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

2)利用高温位热能饱和蒸气在物料加热器加热物料本身冷凝时体积急剧缩小，产生的强大吸力，并用人造龙卷风的方式使得过热蒸气形成龙卷涡旋，进一步加强吸力，抽吸过热蒸气，并对其进行喷液增压，使其形成增压增量的饱和蒸气即高温位热能饱和蒸气，然后通入物料加热器对物料进行加热；以提高热效率、增压比实现利用或循环利用。

进一步的，所述低压蒸气补焓增压利用的方法中所述物料加热器为蒸发器，所述低压蒸气为二次蒸气；包括以下步骤：

1)对蒸发器的蒸发室内形成并排出的二次蒸气进行加热；使得加热得到的过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

2)利用蒸发器的加热室内高温位热能饱和蒸气加热物料时，高温位热能饱和蒸气冷凝体积急剧缩小，产生的强大吸力，吸入加热后的过热蒸气进行喷液增压，使过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气，然后将饱和蒸气通入蒸发器的加热室内对物料进行加热，实现循环利用。

进一步的，所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵，所述蒸气热泵包括物料加热器、过热喷液增压器；所述过热喷液增压器具有低压蒸气入口以及增压的饱和蒸气出口；

所述物料加热器具有的饱和蒸气入口与过热喷液增压器具有的饱和蒸气出口连通；

在步骤1)中通过过热喷液增压器内使低压蒸气被加热过热变成过热蒸气，并使温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中向过热喷液增压器内喷入凝液；从而使得过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气；然后将饱和蒸气通入到物料加热器内对物料进行加热，实现利用或循环利用。

进一步的，所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵为龙卷蒸气热泵，所述龙卷蒸气热泵包括物料加热器、一体式龙卷过热喷液增压器；一体龙卷过热喷液增压器具有低压蒸气入口以及增压的饱和蒸气出口；

所述物料加热器具有的饱和蒸气入口与龙卷过热喷液增压器具有的饱和蒸气出口连通；

在步骤1)中将低压蒸气经一体式龙卷过热喷液增压器内使低压蒸气被加热过热变成过热蒸气，并使温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中利用物料加热器内饱和蒸气加热物料被冷凝时体积急剧缩小产生的强大吸力，使得经过步骤1)的过热蒸汽在一体式龙卷过热喷液增压器内被形成龙卷风加速，使吸力得到进一步加强；通过向一体式龙卷过热喷液增压器内喷入凝液，从而使得凝液吸收部分过热蒸气的焓使变成增压增量的饱和蒸气即高温位热能饱和蒸气；将高温位热能饱和蒸气通入到物料加热器对物料进行加热，实现利用或循环利用。

进一步的，所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，所述过热喷液增压器包括过热器以及喷液增压器；所述过热器具有低压蒸气入口和过热蒸气出口，所述喷液增压器具有过热蒸气入口和增压的饱和蒸气出口；

所述过热器的过热蒸气出口与喷液增压器的过热蒸气入口连通；所述喷液增压器的饱和蒸气出口与物料加热器的饱和蒸气入口连通；

在步骤1)中通过过热器使低压蒸气被加热过热变成过热蒸气，并使过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中向喷液增压器内喷入凝液，；从而使得过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气；然后将饱和蒸气通入到物料加热器内对物料进行加热，实现利用或循环利用。

进一步的，所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，所述过热喷液增压器包括过热器以及喷液增压器；所述过热器采用能够使得蒸气形成龙卷涡旋的龙卷过热器，所述喷液增压器采用能够使得蒸气形成龙卷涡旋的龙卷喷液增压器；所述龙卷过热器上设置有加热蒸气的加热器；

在步骤1)中将低压蒸气送入龙卷过热器；通过龙卷过热器使得低压蒸气形成龙卷涡旋；

同时，通过龙卷过热器上的加热器对龙卷过热器内的低压蒸气进行加热，使得的排出龙卷过热器的过热蒸气的温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中利用物料加热器内饱和蒸气加热物料冷凝时产生的强大吸力，将经过步骤1)加热得到的过热蒸气吸入龙卷喷液增压器进行喷液增压；通过龙卷喷液增压器使得过热蒸气形成龙卷涡旋；使吸力得到进一步加强；同时通过喷嘴组件向龙卷喷液增压器内喷入凝液，并且使得喷嘴组件喷入凝液的旋向与龙卷喷液增压器内龙卷涡旋旋向相反；使得过热蒸气与凝液充分混合，使过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气；将得到的饱和蒸气送入到物料加热器内对物料进行加热，实现利用或循环利用。

所述低压蒸气是相对于增压后高温位热能饱和蒸气而言的低温位热能饱和蒸气。

本发明所述的物料也包括蒸发溶液，所述蒸发溶液其溶剂既可以是水也可以是有机溶剂等。

以水蒸汽为例，本发明的方法是基于以下原理实现的：不同温度的饱和水蒸汽的焓差很小，例如：由于100℃与120℃饱和水蒸汽的焓差仅为29kJ/kg，因此只需对100℃二次水蒸汽补焓29kJ/kg并增压，即可实现将其变为120℃饱和状态。对水蒸汽进行补焓增压可以采用多种方式，比如：

对水蒸汽进行机械压缩，即现有的蒸汽机械再压缩技术，简称MVR；由于水蒸汽难于压缩的特点，其最终必然为过热状态，其中80％以上的能量消耗于增温，不足20％的能量用于增压；因此能耗较高。

本发明所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，根据饱和蒸气具有温度、压力、和热焓三者一一对应的特点；即，给定热焓值后，蒸气的压力和温度就确定了。然而对低压蒸气或二次蒸气进行加热过热补焓，能得到过热蒸气，却不能对蒸气进行增压。但热能和压力能均是能量的一种，在一定的条件下，可以将热能转化为压力能；喷液增压就是一种绝佳的选择。

本发明所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，由于利用了饱和蒸汽加热物料时，其自身冷凝体积急剧缩小产生的强大吸力，从而实现对低压蒸气的过热补焓喷液增压；使低压蒸气形成增压的饱和蒸气即高温位热能的饱和蒸气，实现低压蒸气的利用。特别是采用人造龙卷风方法使蒸气在相应设备内形成人造龙卷风，从而增强蒸气冷凝吸力的低压蒸气补焓增压利用的方法，进而提高热效率及压缩比；由于低压蒸气和增压的饱和蒸气焓差小，过热补焓少，喷液增压高，因此本发明所述的低压蒸气补焓增压利用的方法相对于传统方法，能够有效的降低能耗，节约成本。

本发明还提供了一种蒸气热泵，该热泵不是一个单独设备，而是一个装置系统，该蒸气热泵包括物料加热器以及使得低压蒸气经过加热过热以及喷液增压形成增压增量的饱和蒸气的过热喷液增压器；所述物料加热器具有饱和蒸气入口，所述过热喷液增压器具有饱和蒸气出口、低压蒸气入口以及凝液入口；所述物料加热器的饱和蒸气入口与过热喷液增压器的饱和蒸气入口连通。

具体的，所述过热喷液增压器为龙卷过热喷液增压器，所述龙卷过热喷液增压器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷过热喷液增压涡旋发生段、具有圆锥形内腔的龙卷过热喷液增压加速过热段、具有圆柱形内腔的龙卷过热喷液增压高速混合段和具有圆锥形内腔的龙卷过热喷液增压扩压段；

所述龙卷过热喷液增压加速过热段的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷过热喷液增压涡旋发生段的内腔连通，所述龙卷过热喷液增压加速过热段的圆锥形内腔直径较小的一端通过龙卷过热喷液增压高速混合段的圆柱形内腔与龙卷过热喷液增压扩压段的圆锥形内腔直径较小的一端连通；

所述龙卷过热喷液增压涡旋发生段上设置有低压蒸气进口管；所述低压蒸气进口管的中心线与龙卷过热喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述低压蒸气进口管与龙卷过热喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且低压蒸气进口管具有的内壁与龙卷过热喷液增压涡旋发生段的内壁相切；

所述龙卷喷嘴组件设置在龙卷过热喷液增压涡旋发生段上，且与龙卷过热喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔连通；所述龙卷喷嘴组件与龙卷过热喷液增压加速过热段分别位于龙卷过热喷液增压涡旋发生段的两个对侧面上；

所述龙卷过热喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷过热喷液增压加速过热段的圆锥形内腔的中心线、龙卷过热喷液增压高速混合段的圆柱形内腔的中心线、龙卷过热喷液增压扩压段的圆锥形内腔的中心线以及龙卷喷嘴组件的喷射中心线共线；

所述龙卷过热喷液增压加速过热段的外圆周面上设置有加热器；所述龙卷过热喷液增压扩压段与所述物料加热器的饱和蒸汽入口连通。

进一步的，所述物料加热器采用蒸发器，所述过热喷液增压器包括过热器以及喷液增压器；

所述过热器具有二蒸气进口管以及过热蒸气出口；所述蒸发器包括加热室和蒸发室；所述蒸发器具有与蒸发室连通的二次蒸气出口以及与加热室连通的饱和蒸气入口；所述喷液增压器具有过热蒸气入口和饱和蒸气出口；所述过热器的二次蒸气进口管与二次蒸气出口连通，所述过热器的过热蒸气出口与喷液增压器的过热蒸气入口连通；所述喷液增压器的饱和蒸气出口与加热室的饱和蒸气入口连通；所述喷液增压器上设置有喷嘴组件；所述喷嘴组件具有的喷液口位于喷液增压器内；且喷嘴组件喷液口的喷射方向与喷液增压器的饱和蒸气出口的方向相同。

进一步的，所述过热器，包括龙卷过热器以及加热器；所述龙卷过热器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷涡旋发生段、具有圆锥形内腔的龙卷加速段、具有圆柱形内腔的高速段和具有圆锥形内腔的扩压过热段；

所述龙卷加速段的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷涡旋发生段的内腔连通，所述龙卷加速段的圆锥形内腔直径较小的一端通过高速段的圆柱形内腔与扩压过热段的圆锥形内腔直径较小的一端连通；

所述龙卷涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷加速段的圆锥形内腔的中心线、高速段的圆柱形内腔的中心线以及扩压过热段的圆锥形内腔的中心线共线；

所述龙卷涡旋发生段上设置有二次蒸气进口管；所述二次蒸气进口管的中心线与龙卷涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述二次蒸气进口管与龙卷涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔连通；且二次蒸气进口管具有的内壁与龙涡旋流发生段的内壁相切；所述加热器设置在高速段和扩压过热段上。

进一步的，所述高速段的圆柱形内腔的长径比为1.5～4:1。

进一步的，所述扩压过热段的圆锥形内腔的锥度为为2～8°。

进一步的，所述喷液增压器采用龙卷喷液增压器；所述龙卷喷液增压器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷喷液增压涡旋发生段、具有圆锥形内腔的龙卷喷液增压加速段、具有圆柱形内腔的高速混合段和具有圆锥形内腔的扩压段；

所述龙卷喷液增压加速段的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷喷液增压涡旋发生段的内腔连通，所述龙卷喷液增压加速段的圆锥形内腔直径较小的一端通过高速混合段的圆柱形内腔与扩压段的圆锥形内腔直径较小的一端连通；

所述龙卷喷液增压涡旋发生段上设置有过热蒸气进口管；所述过热蒸气进口管的中心线与龙卷喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述过热蒸气进口管与龙卷喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且过热蒸气进口管具有的内壁与龙卷喷液增压涡旋发生段的内壁内切；

所述喷嘴组件设置在龙卷喷液增压涡旋发生段上，且与龙卷喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔连通；所述喷嘴组件与龙卷喷液增压加速段分别位于龙卷喷液增压涡旋发生段的两个对侧面上；

所述龙卷喷液增压涡旋发生段的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷喷液增压加速段的圆锥形内腔的中心线、高速混合段的圆柱形内腔的中心线、扩压段的圆锥形内腔的中心线以及喷嘴组件的喷射中心线共线；

所述龙卷过热器的扩压过热段的出口与龙卷喷液增压器的过热蒸气进口管连通；所述龙卷喷液增压器的扩压段与蒸发器加热室饱和蒸气入口连通。

进一步的，所述高速混合段的圆柱形内腔的长径比为1～4:1；所述扩压段的圆锥形内腔的锥度为为6～10°。

进一步的，所述蒸气热泵，还包括凝液排放罐、凝液泵；所述物料加热器或蒸发器具有的凝液出口与凝液排放罐具有的入口连通，凝液排放罐具有的出口与凝液泵进口连通，且所述凝液泵的出口与喷嘴组件连通。

进一步的，所述的蒸气热泵系统，还包括第一温度控制回路；所述凝液泵的出口与喷嘴组件之间的连通管道上设置有调节阀；

所述喷液增压器或龙卷喷液增压器的出口设置有温度传感器，所述第一温度控制回路通过温度传感器检测到喷液增压器或龙卷喷液增压器的出口蒸气的温度来控制调节阀的开度，从而调节凝液的流量，实现稳定饱和温度

进一步的，所述加热器设置有第二温度调节回路，所述过热器或龙卷过热器的出口设置有第二温度传感器；所述第二温度调节回路通过第二温度传感器检测到的过热器或龙卷过热器出口过热蒸气的温度来调节加热器的加热量。

进一步的，所述过热喷液增压器或龙卷过热喷液增压器的喷嘴组件与凝液泵之间的连通管道上设置有调节阀；加热器上设置有温度调节器；

所述过热喷液增压器出口设有温度自动选择性调节回路；所述过热喷液增压器出口设置有饱和蒸气温度传感器，所述饱和蒸气温度传感器与温度自动选择性调节回路连接，所述调节阀的开度以及温度调节器均通过温度自动选择性调节回路控制。

本发明所述的蒸气热泵，尤其是所述蒸气热泵中的过热喷液增压器采用一体式龙卷过热喷液增压器，或者过热喷液增压器采用龙卷过热器和龙卷喷液增压器组合方式时，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明所述的蒸气热泵特别是龙卷蒸气热泵，利用高温位热能的蒸气冷凝，体积急剧缩小，产生强大的吸力并用人造龙卷风的方式使吸力得到进一步加强(日常生活中的吸管效应)，用人造龙卷风结构独特的龙卷过热器、龙卷喷液增压器；或一体式的龙卷过热喷液增压器对低压蒸气或二次蒸汽进行加热过热补焓、喷液增压实现低压蒸气或二次蒸汽的利用；因不同温度的饱和蒸气的焓差很小，补焓热量小，喷液增压高，不仅比多效蒸发、蒸气喷射热泵的能耗低，甚至比蒸气机械再压缩技术，简称MVR的能耗还低2倍以上，龙卷蒸气热泵理论热效率高达90％以上，用低碳技术，造就成了绿色能源；除开车启动外，整个过程中无需生蒸气；在配有真空装置的情况下，甚至开车启动也无需生蒸气。无需生蒸气这就意味着节约了生产生蒸气的能源，如媒、石油等，也就不产生能源燃烧生成二氧化碳及其它有害气体的排放，同时也就没有废渣、废液的排放；这将为解决当今绿色、低碳经济(二氧化碳减排)和循环经济的重大课题，发挥绝佳的作用。

2、本发明所述的蒸气热泵特别是龙卷蒸气热泵，结构简单、材料要求低，同时便于制造，制造成本低，因此投资不仅比蒸气机械再压缩技术，简称MVR低，甚至比多效蒸发更低。建设周期不仅比MVR短，甚至比多效蒸发还短。

3、本发明所述的蒸气热泵特别是龙卷蒸气热泵，依靠增压的饱和蒸气加热物料自身冷凝，没有多效蒸发中排出系统的二次蒸气，因此不需要大量的循环水将二次蒸气冷凝。

4、本发明所述的蒸气热泵特别是龙卷蒸气热泵，没有转动部件，因此无噪声，对环境无污染。

附图说明

图1是本发明实施例中蒸气热泵中为物料加热器、过热喷液增压器时的装置系统构成示意图；

图2是本发明实施例中蒸气热泵中物料加热器为蒸发器、过热喷液增压器时的装置系统构成示意图；

图3是本发明实施例中一体式龙卷过热喷液增压器的结构示意图；

图4是本发明实施例中蒸气热泵中为物料加热器，过热器、喷液增压器时的装置系统构成示意图；

图5是本发明实施例中蒸气热泵中物料加热器为蒸发器，过热器、喷液增压器时的装置系统构成示意图；

图6是本发明实施例中龙卷过热器的立体图；

图7是本发明实施例中龙卷过热器的主视图；

图8是本发明实施例中龙卷过热器的剖视图；

图9是图7中A-A剖视图；

图10是本发明实施例中龙卷喷液增压器的立体图；

图11是本发明实施例中龙卷喷液增压器的主视图；

图12是本发明实施例中龙卷喷液增压器的剖视图；

图13是图11中A-A剖视图；

图中标示：1-物料加热器，11-加热室，12-蒸发室，13-蒸发溶液入口，14-浓缩液出口，15-饱和蒸气入口，16-凝液出口，17-放空口，18-二次蒸气出口，19-闪蒸气入口，20-第二放空口，2-过热喷液增压器，202-龙卷过热喷液增压涡旋发生段，203-龙卷过热喷液增压加速过热段，204-龙卷过热喷液增压高速混合段，205-龙卷过热喷液增压扩压段，206-龙卷喷嘴组件，207-第二加热器，21-过热器，212-龙卷涡旋发生段，213-龙卷加速段，214-高速段，215-扩压过热段，22-喷液增压器，221-过热蒸气进口管，222-龙卷喷液增压涡旋发生段，223-龙卷喷液增压加速段，224-高速混合段，225-扩压段，226-喷嘴组件，3-凝液泵，4-调节阀，5-温度自动选择性调节回路，6-加热器，7-第一温度控制回路，8-第二温度调节回路，9-低压蒸气管，10-凝液排放罐。

具体实施方式

以水蒸汽为例，干度X＝1.00，过热度为0的干饱和水蒸汽(通常叫饱和水蒸汽或饱和蒸汽)具有温度、压力、和热焓一一对应的特点。换句话说，给定热焓值后，饱和水蒸汽的压力和温度就确定了。现将饱和水蒸汽及饱和线上的水(凝液)的状态参数摘录如表1；

表1不同温度下饱和水蒸汽及水(凝液)的参数

从表1可以看出，不同温度的饱和水蒸汽的焓差是很小的。因此若能将低压蒸汽或二次蒸汽补焓增压，使其利用就是一个绝佳选择。

例如由于100℃与120℃饱和水蒸汽的焓差仅为2706-2677＝29kJ/kg,通过本发明所述的龙卷蒸汽热泵系统只需对100℃低压蒸汽或二次蒸汽补焓29kJ/kg，并将其增压变为120℃饱和状态即可实现其利用。

再则，补焓方式：可对低压蒸汽或二次蒸汽进行加热过热，使变为过热蒸汽而补焓，其原理公式如下：

i”₂＝i”+q

＝i”+C_pm△t

＝i”+C_pm(t₂–t)

式中：i”₂-过热蒸汽焓，i”–低压蒸汽或二次蒸汽饱和焓，q–使1kg饱和蒸汽加热成一定过热度所补充的热量，C_pm-过热蒸汽的平均比热，△t-过热度，t₂-过热蒸汽温度，t–低压蒸汽或二次蒸汽温度。

从原理公式可知：过热蒸汽的焓随补充的热量、过热度或过热蒸汽温度的增加而增加，这就是过热补焓的方式和原理；另从公式可知过热蒸汽补焓但却不能增压。然而热能和压力能均是能量的一种，在一定的条件下，可以将热能转化为压力能，喷液增压，就是一种很好的选择。一般要超过目标压力高温位热能蒸气饱和温度，就能轻松超过补焓要求；过热蒸汽上升的原理同热气球上升。

重要的是，本发明采用喷液增压，这既不同于绝热压缩，其最终必然为过热状态，其中80％以上的能量消耗于增温，不足20％的能量用于增压；也不同于等温压缩，其虽然能耗比绝热压缩低，但等温压缩气体有个需要向外界放热过程，即需要用冷却水或空气把压缩热带走，所以代表能量的焓值有降低。喷液增压的特点是，增压或压缩后为增压的饱和蒸气，而不是过热蒸气，同时，也不向外界放热使焓值降低；而是外界向系统供热，就是喷液的热量，所喷液吸收高于增压的饱和蒸气温度的这部分焓，变成增量的饱和蒸气；总言之，喷液增压就是把过热蒸汽变为增压增量的饱和蒸气，能耗低，增压比大。

另一重要的依据是，利用高温位热能饱和蒸汽在物料加热器或蒸发器对物料进行加热时，饱和蒸汽冷凝体积急剧缩小，形成强大的吸力。

以1000kg，120℃，压力205.14kPa饱和蒸汽冷凝为例，查表1可得饱和水蒸汽和凝液的比容分别是υ″＝0.8917m³/kg，υ′＝0.0010603m³/kg；饱和蒸汽体积为v″＝1000X0.8917＝891.7m³,凝液的体积为v′＝1000X0.0010603＝1.06m³；体积急剧缩小达891.7/1.06＝841倍之多；

以1000kg，60℃，压力20.58kPa饱和蒸汽冷凝为例，查表1可得饱和水蒸汽和凝液的比容分别是υ″＝7.678m³/kg，υ′＝0.0010171m³/kg；饱和蒸汽体积为v″＝1000X7.678＝7687m³,凝液的体积为v′＝1000X0.0010171＝1.0171m³；体积急剧缩小达7687/1.0171＝7558倍之多。

同时，更重要的是，借鉴自然界龙卷风它曾轻而易举地把一个22万斤重的大储油桶“举”到15米高的高空，再甩到120米以外的地方；也曾出现龙卷风龙吸水高度达200多米，其位能接近20大气压。

因此，借鉴自然界龙卷风形成的原理和强大的吸力；本发明应用人造龙卷风方法在相关设备形成人造龙卷风，更进一步增强因蒸汽冷凝体积急剧缩小产生的强大的吸力，从而提高热效率及压缩比。

本发明提供的技术方案是：一种蒸气热泵及低压蒸气补焓增压利用的方法

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，包括以下步骤：

1)通过对低压蒸气加热，使得低压蒸气成为过热蒸气，所述过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

2)利用高温位热能饱和蒸气在物料加热器1对物料加热时，饱和蒸气冷凝体积急剧缩小，产生的强大吸力，吸入步骤1)中得到的过热蒸气并对其进行喷液增压，使得过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气即高温位热能饱和蒸气，然后通入物料加热器对物料进行加热，实现利用或循环利用。

具体的，在步骤1)中所述低压蒸气，可以是蒸发器内产生的二次蒸气，也可以是工业附产蒸气、废热锅炉蒸气等。

对低压蒸气进行加热，使得低压蒸气变成过热蒸气，过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；具体的低压蒸气加热后的过热蒸气温度高于目标压力高温位热能饱和蒸气温度2～30℃。

并且在步骤1)中对低压蒸气进行加热时，可以直接进行加热，也可以利用人造龙卷风原理通过将低压蒸气形成龙卷风，再通过外设加热器进行加热。

在步骤2)中所述的物料加热器1是指采用蒸气对物料进行加热的设备；物料加热器可以为蒸发器、换热器或者加热器等。同时在步骤2中可以利用饱和蒸气冷凝体积急剧缩小，产生的强大吸力，吸入步骤1)中得到的过热蒸气并对其进行喷液增压；也可以利用饱和蒸气冷凝体积缩小产生的强大吸力，使得过热蒸气形成龙卷涡旋，然后再对其进行喷液增压。

具体的，当上述低压蒸气补焓增压利用的方法中，低压蒸气为二次蒸气时，所述物料加热器1为蒸发器，包括以下步骤：

1)对蒸发器的蒸发室12内形成并排出的二次蒸气进行加热；使得加热得到的过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

2)利用蒸发器的加热室11内高温位热能饱和蒸气加热物料时，高温位热能饱和蒸气冷凝产生的强大吸力，吸加热后的过热蒸气进行喷液增压，使过热蒸气变成高温位热能的饱和蒸气，然后将饱和蒸气通入蒸发器加热室11内对物料进行加热，实现循环利用；具体的物料为蒸发溶液。

在上述低压蒸气补焓增压利用的方法中，对实现低压蒸气的加热和喷液增压可以采用多种方式，如在对低压蒸气进行加热的过程中可以采用加热器，也可以采用换热器等；在对低压蒸气进行加压的过程中可以直接采用扩压器、增压器等。

一种优选方式为所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵，所述蒸气热泵包括物料加热器1、过热喷液增压器2；所述过热喷液增压器2具有饱和蒸气出口以及低压蒸气入口；

所述物料加热器1具有的饱和蒸气入口与过热喷液增压器2具有的饱和蒸气出口连通；

在步骤1)中通过过热喷液增压器2使得过热蒸气温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中向过热喷液增压器2内喷入凝液，并且使得凝液的速度为3-16m/s；从而使得过热蒸气变成增压增量的饱和蒸气；然后将饱和蒸气通入到物料加热器1内对物料进行加热，以提高热效率、增压比实现利用或循环利用。

在所述的二次蒸气补焓增压循环利用的方法中，过热喷液增压器2可以采用普通加热器和扩压器的一体组合方式，也可以采用普通加热器和扩压器分开连接组合；

如：为了便于安装，采用一体式过热喷液增压器；进一步的，为了提高对低压蒸气进行过热喷液增压的效率，所述过热喷液增压器2为能够对蒸汽进行过热补焓喷液增压的一体式龙卷过热喷液增压器；

在步骤1)中将蒸发室形成的二次蒸气经一体式龙卷过热喷液增压器，被加热过热得到达到大于目标压力高温位热能的饱和蒸气温度的过热蒸气；

在步骤2)中利用蒸发器的加热室内饱和蒸气加热蒸发溶液被冷凝时体积急剧缩小产生的强大吸力，使得经过步骤1)的过热蒸汽在一体式龙卷过热喷液增压器内被形成龙卷风加速，使吸力得到进一步加强，并且使得龙卷涡旋的中心速度达到200m/s以上；同时通过龙卷喷嘴组件206向龙卷过热喷液增压器内喷入速度为3-16m/s的凝液，并且使得龙卷喷嘴组件206喷入凝液的旋向与龙卷过热喷液增压器内龙卷涡旋旋向相反；使得过热蒸气与凝液充分混合，形成增压增量的饱和蒸气；将得到的饱和蒸气送入到蒸发器的加热室内对物料进行加热，实现循环利用。

为了便于对低压蒸气加热过热和喷液增压的单独调节，优选的，所述过热喷液增压器2包括过热器21以及喷液增压器22；所述过热器21具有低压蒸气入口和过热蒸气出口，所述喷液增压器22具有过热蒸气入口和饱和蒸气出口；

所述过热器21的过热蒸气出口与喷液增压器22的过热蒸气入口连通；所述喷液增压器22的饱和蒸气出口与物料加热器1的饱和蒸气入口连通；

在步骤1)中通过过热器21使得低压蒸气变成过热蒸气，温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中向喷液增压器22内喷入凝液，并且使得凝液的速度为3-16m/s；从而使得过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气；然后将饱和蒸气通入到物料加热器1内对物料进行加热，实现利用或循环利用。

为了提高对低压蒸气进行过热、喷液增压的效率，更进一步的，所述过热喷液增压器2包括过热器21以及喷液增压器22；所述过热器21采用能够使得蒸气形成龙卷涡旋的龙卷过热器，所述喷液增压器22采用能够使得蒸气形成龙卷涡旋的龙卷喷液增压器；所述龙卷过热器上设置有加热蒸气的加热器6；

在步骤1)中将低压蒸气送入龙卷过热器；通过龙卷过热器使得低压蒸气形成龙卷涡旋；

同时，通过龙卷过热器上的加热器6对龙卷过热器内的低压蒸气进行加热，使得的排出龙卷过热器的过热蒸气的温度达到大于目标压力高温位热能饱和蒸气温度；

在步骤2)中利用物料加热器1内饱和蒸气加热物料冷凝时产生的强大吸力，将经过步骤1)加热得到的过热蒸气吸入龙卷喷液增压器进行喷液增压；通过龙卷喷液增压器使得过热蒸气形成龙卷涡旋；使吸力得到进一步加强；同时通过喷嘴组件226向龙卷喷液增压器内喷入凝液，并且使得喷嘴组件226喷入凝液的旋向与龙卷喷液增压器内龙卷涡旋旋向相反；使得过热蒸气与凝液充分混合，使过热蒸气形成增压增量的饱和蒸气；将得到的饱和蒸气送入到物料加热器1内对物料进行加热，实现利用或循环利用。

实施例一

如图2所示，所述低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵，所述蒸气热泵，包括物料加热器1和过热喷液增压器2，所述过热喷液增压器2为一体式；所述物料加热器1为蒸发器，所述蒸发器具有蒸发室12和加热室11；所述蒸发室12的二次蒸气出口18、过热喷液增压器2、加热室11的饱和蒸汽入口15依次连通。

包括如下步骤：

1)将蒸发室12的二次蒸气出口18排出的二次蒸气，经一体式过热喷液增压器2，使得二次蒸气被加热过热变成其温度超过目标压力饱和蒸气温度的过热蒸气。

2)利用蒸发器的加热室11内饱和蒸气加热蒸发溶液被冷凝时体积急剧缩小产生的强大吸力，并向一体式的过热喷液增压器2内喷入凝液，而使得凝液吸收过热蒸气中多出高温位热能饱和蒸汽的热焓变成增压增量的高温位热能饱和蒸气；将高温位热能饱和蒸气通入到蒸发器的加热室对被蒸发溶液进行加热，实现循环利用。

实施例二

如图5所示，所述低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵，所述蒸气热泵，包括物料加热器1、过热喷液增压器2，所述物料加热器1为蒸发器，所述过热喷液增压器2包括过热器21、喷液增压器22；所述蒸发器具有蒸发室12和加热室11；所述蒸发室12的二次蒸气出口18、过热器21、喷液增压器22、加热室11的饱和蒸汽入口15依次连通；

还包括以下步骤：

1)将蒸发室12的二次蒸气出口18排出的二次蒸气，通过过热器21使变成其温度超过目标压力饱和蒸气温度的过热蒸气；

2)利用蒸发器1的加热室11内饱和蒸气加热蒸发溶液时本身冷凝体积急剧缩小产生的强大吸力，将经过步骤1)加热得到的过热蒸汽吸入到喷液增压器22，同时向喷液增压器22内喷入凝液，实现喷液增压；从而使得过热蒸气形成增压增量的高温位热能饱和蒸气；将饱和蒸气通入到蒸发器1的加热室11对蒸发溶液进行加热，实现循环利用。

具体的，其中所述过热器21采用换热器，所述喷液增压器22采用扩压器。

实施例三

如图2所示，本发明所述二次蒸气补焓循环利用的方法，采用蒸气热泵为龙卷蒸气热泵，包括蒸发器1、一体式的龙卷过热喷液增压器(龙卷过热、喷液增压合为一体式)，所述蒸发器1具有蒸发室12和加热室11；所述蒸发室12的二次蒸气出口18、龙卷过热喷液增压器2、加热室11的饱和蒸气入口15依次连通；所述龙卷过热喷液增压器能够使得蒸气形成龙卷涡旋即龙卷风。

包括以下步骤：

1)将蒸发室12的二次蒸气出口18排出的二次蒸气送入龙卷过热喷液增压器；通过龙卷过热喷液增压器使得二次蒸气形成龙卷涡旋，使得龙卷涡旋的中心风速达到200m/s以上；

同时，通过龙卷过热喷液增压器的二次蒸气被加热，使二次蒸气变为过热蒸气，使得过热蒸气温度超过目标压力饱和蒸气温度；

2)利用蒸发器1的加热室11内饱和蒸气加热蒸发溶液被冷凝时体积急剧缩小产生的强大吸力并用人造龙卷风的方式使吸力得到进一步加强，将经过步骤1)加热得到的过热蒸气在龙卷过热喷液增压器内实现喷液增压；同时通过龙卷喷嘴组件206喷入凝液，并且使得龙卷喷嘴组件206喷入液的旋向与龙卷过热喷液增压器内龙卷涡旋旋向相反；使得过热蒸气与凝液充分混合，从而使得凝液吸收部分过热蒸气的焓变成增压增量的高温位热能饱和蒸气。将高温位热能的饱和蒸气由蒸发器1的饱和蒸气入口15送入到蒸发器1内对蒸发溶液进行加热，循环利用。

具体的，如图3所示，所述的龙卷蒸气热泵中所述过热喷液增压器为一体式的龙卷过热喷液增压器(龙卷过热、喷液增压合为一体式)；所述龙卷过热喷液增压器具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷过热喷液增压涡旋发生段202、具有圆锥形内腔的龙卷过热喷液增压加速过热段203、具有圆柱形内腔的龙卷过热喷液增压高速混合段204和具有圆锥形内腔的龙卷过热喷液增压扩压段205；

所述龙卷过热喷液增压加速过热段203的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的内腔连通，所述龙卷过热喷液增压加速过热段203的圆锥形内腔直径较小的一端通过龙卷过热喷液增压高速混合段204的圆柱形内腔与龙卷过热喷液增压扩压段205的圆锥形内腔直径较小的一端连通；

所述龙卷过热喷液增压涡旋发生段202上设置有低压蒸气进口管201；所述二次蒸气进口管201的中心线与龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述二次蒸气进口管201与龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且二次蒸气进口管201具有的内壁与龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的内壁相切；

所述龙卷喷嘴组件206设置在龙卷过热喷液增压涡旋发生段202上，且与龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的圆鼓型或者圆柱形内腔连通；所述龙卷喷嘴组件206与龙卷过热喷液增压加速过热段203分别位于龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的两个对侧面上；

所述龙卷过热喷液增压涡旋发生段202的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷过热喷液增压加速过热段203的圆锥形内腔的中心线、龙卷过热喷液增压高速混合段204的圆柱形内腔的中心线、龙卷过热喷液增压扩压段205的圆锥形内腔的中心线以及龙卷喷嘴组件206的喷射中心线共线；

所述龙卷过热喷液增压加速过热段203的外圆周面上设置有第二加热器207；所述龙卷过热喷液增压扩压段205与所述物料加热器1的饱和蒸气入口连通。

在步骤1)中在龙卷过热喷液增压加速过热段203二次蒸气被加热过热。

在步骤2)中在龙卷过热喷液增压器内喷入凝液；使得二次蒸气与凝液充分混合。

实施例四

如图4所示，本发明所述低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵为龙卷蒸气热泵，所述龙卷蒸气热泵，包括物料加热器1、过热器21、喷液增压器22，所述物料加热器1采用蒸发器，所述过热器21采用龙卷过热器，所述喷液增压器22采用龙卷喷液增压器；所述蒸发器具有蒸发室12和加热室11；所述蒸发室12的二次蒸气出口18、龙卷过热器、龙卷喷液增压器、加热室11的饱和蒸气入口15依次连通；所述龙卷过热器能够使得蒸气形成龙卷涡旋，所述龙卷喷液增压器能够使得蒸气形成龙卷涡旋；所述龙卷过热器上设置有加热蒸气的加热器6。

还包括以下步骤：

1)将蒸发室12的二次蒸气出口18排出的二次蒸气送入龙卷过热器；通过龙卷过热器使得二次蒸气形成龙卷涡旋，使得龙卷涡旋的中心风速达到100m/s以上；

同时，启动龙卷过热器上的加热器6对龙卷过热器内的二次蒸气进行加热，使得排出龙卷过热器的过热蒸气温度超过目标压力饱和蒸气温度；

2)利用蒸发器1的加热室11内饱和蒸气加热蒸发溶液被冷凝时体积急剧缩小产生的强大吸力并用人造龙卷风的方式使吸力得到进一步加强，将经过步骤1)加热得到的过热蒸气吸入龙卷喷液增压器实现喷液增压；通过龙卷喷液增压器使得蒸气形成龙卷涡旋；并且使得龙卷涡旋的中心速度达到200m/s以上，这足以比肩自然界最强的龙卷风并超越；同时通过喷嘴组件226喷入凝液，并且使得过喷嘴组件226喷入凝液的旋向与龙卷喷液增压器内龙卷涡旋旋向相反。

将过热蒸气通过龙卷喷液增压器，使得过热蒸气与凝液充分混合，从而使得凝液吸收部分过热蒸气的焓变成增压增量的高温位热能饱和蒸气。将高温位热能饱和蒸气从蒸发器的饱和蒸气入口15送入到蒸发器1内对蒸发溶液进行加热，循环利用。

实施例五

本发明所述低压蒸气补焓增压利用的方法，采用蒸气热泵为龙卷蒸气热泵，包括物料加热器1、过热器21、喷液增压器22，所述物料加热器1采用蒸发器，所述过热器21采用龙卷过热器，所述喷液增压器22采用龙卷喷液增压器；

所述过热器21包括龙卷过热器以及加热器6；所述龙卷过热器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷涡旋发生段212、具有圆锥形内腔的龙卷加速段213、具有圆柱形内腔的高速段214和具有圆锥形内腔的扩压过热段215；所述龙卷加速段213的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷涡旋发生段212的内腔连通，所述龙卷加速段213的圆锥形内腔直径较小的一端通过高速段214的圆柱形内腔与扩压过热段215的圆锥形内腔直径较小的一端连通；所述龙卷涡旋发生段212的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷加速段213的圆锥形内腔的中心线、高速段214的圆柱形内腔的中心线以及扩压过热段215的圆锥形内腔的中心线共线；所述龙卷涡旋发生段212上设置有二次蒸气进口管211；所述二次蒸气进口管211的中心线与龙卷涡旋发生段212的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述二次蒸气进口管211与龙卷涡旋发生段212的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且二次蒸气进口管211具有的内壁与龙卷涡旋发生段212的内壁相切；所述加热器6设置在高速段214及扩压过热段215上。

所述喷液增压器22采用龙卷喷液增压器；所述龙卷喷液增压器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷喷液增压涡旋发生段222、具有圆锥形内腔的龙卷喷液增压加速段223、具有圆柱形内腔的高速混合段224和具有圆锥形内腔的扩压段225；所述龙卷喷液增压加速段223的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷喷液增压涡旋发生段222的内腔连通，所述龙卷喷液增压加速段223的圆锥形内腔直径较小的一端通过高速混合段224的圆柱形内腔与扩压段225的圆锥形内腔直径较小的一端连通；所述龙卷喷液增压涡旋发生段222上设置有过热蒸气进口管221；所述过热蒸气进口管221的中心线与龙卷喷液增压涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述过热蒸气进口管221与龙卷涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且过热蒸气进口管221具有的内壁与龙卷喷液增压涡旋发生段222的内壁相切；所述喷嘴组件226设置在龙卷喷液增压涡旋发生段222上，且与龙卷喷液增压涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔连通；所述喷嘴组件226与龙卷喷液增压加速段223分别位于龙卷喷液增压涡旋发生段222的两个对侧面上；所述龙卷喷液增压涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷喷液增压加速段223的圆锥形内腔的中心线、高速混合段224的圆柱形内腔的中心线、扩压段225的圆锥形内腔的中心线以及喷嘴组件226的喷射中心线共线；所述龙卷过热器的扩压过热段215的出口与龙卷喷液增压器的蒸气进口管221连通；所述龙卷喷液增压器的扩压段225与饱和饱和蒸气入口15连通。

所述蒸发器具有蒸发室12和加热室11；所述蒸发室12的二次蒸气出口18、龙卷过热器、龙卷喷液增压器、加热室11的饱和蒸气入口15依次连通。

本实施例所述低压蒸气补焓增压利用的方法，包括以下步骤：

1)将蒸发室12的二次蒸气出口18排出的二次蒸气送入龙卷过热器；通过龙卷过热器使得二次蒸气形成龙卷涡旋，使得龙卷涡旋的中心风速达到100m/s以上；

同时，启动龙卷过热器上的加热器6对龙卷过热器内的二次蒸气进行加热，使得排出龙卷过热器的过热蒸气温度超过目标压力饱和蒸气温度；

2)利用蒸发器1的加热室11内饱和蒸气加热蒸发溶液被冷凝时体积急剧缩小产生的强大吸力并用人造龙卷风的方式使吸力得到进一步加强，将经过步骤1)加热得到的过热蒸气吸入龙卷喷液增压器实现喷液增压；通过龙卷喷液增压器使得蒸气形成龙卷涡旋；并且使得龙卷涡旋的中心速度达到200m/s以上，这足以比肩自然界最强的龙卷风并超越；同时通过喷嘴组件226在龙卷喷液增压器内喷入凝液，并且使得过喷嘴组件226喷入液的旋向与龙卷喷液增压器内龙卷涡旋旋向相反。

将过热蒸气通过龙卷喷液增压器，使得过热蒸气与凝液充分混合，从而使得凝液吸收部分过热蒸气的焓变成增压增量的高温位热能饱和蒸气。将高温位热能饱和蒸气从蒸发器的饱和蒸气入口15送入到蒸发器1内对蒸发溶液进行加热，循环利用。

所述的龙卷蒸气热泵的装置系统中运用人造龙卷风(避开破坏作用)的方式、技术、系统及调节方法是：蒸发器的蒸发室溶液蒸发产生的二次蒸气(低温位蒸气)从出口18排出进入龙卷过热器的二次蒸气进口管211切向流入龙卷涡旋发生段212产生初始龙卷风，其龙卷涡旋在龙卷加速段213被加速，中心风速可达100m/s以上，为对二次蒸气被加热过热构建良好的内在条件；在高速段214和扩压过热段215，由加热器6对二次蒸气加热过热，使其变成过热蒸气而补焓，一般超过目标压力蒸气的饱和温度，就能轻松超过补焓要求。龙卷过热器的扩压过热段215出口过热蒸气的过热度是通过调节加热器6的供热量来实现的；过热蒸气的上升原理如同热气球上升，同时对二次蒸气产生相应的吸力(或抽力)。扩压过热段215出口的过热蒸气，依据过热蒸气的性质，在过热过程中中只可补焓，不能升压。

扩压过热段215出口过热蒸气依其升力进入龙卷喷液增压器的过热蒸气进口管221切向流入龙卷涡旋发生段222产生初始龙卷风，龙卷涡旋发生段要求：圆鼓型或者圆柱形壳体构的直径既要满足过热蒸气进入，又要满足出口增压的要求。其龙卷涡旋在龙卷加速段223被加速，中心风速可达200m/s以上，为对过热蒸气的喷液增压构建良好的内在条件；使之与经喷嘴组件226加入的反旋凝液高速剧烈混合，在流通面积、扩压、喷液增压、及蒸气冷凝体积急剧缩小所产生的强大吸力并被龙卷风进一步加强的共同作用下，增压增量得到高温位热能的蒸气流出扩压段225。其饱和蒸气温度是通过控制加凝液的流量来实现；因是喷液增压，不会出现常规80％以上的能量消耗于增温；高温位热能的饱和蒸气经蒸发器的进口管15进入蒸发器1加热室对要蒸发的溶液进行加热，而本身放出潜热变为凝液，体积急剧缩小产生强大的吸力，也是本龙卷蒸气热泵的动力所在。从而实现了二次蒸气(低温位热能蒸气)经龙卷过热、喷液增压变为高温位热能饱和蒸气的再利用。

综上所述在实施例三中过热喷液增压器采用一体式的龙卷过热喷液增压器，在实施例五中采用组合式的龙卷过热喷液增压器。

其中实施例三中的一体式的龙卷过热喷液增压器与实施例五中的龙卷喷液增压器结构基本相同，实施三中的一体式龙卷过热喷液增压器将实施例五组合式的龙卷过热喷液增压器的龙卷过热器取消，并且将第二加热器207设置在龙卷喷液增压器的龙卷喷液增压加速段223从而使得龙卷喷液增压器成为一体龙卷过热喷液增压器，其余不变。其装置系统中运用人造龙卷风(避开破坏作用)的方式、技术、系统及调节方法与实施例三不同的是：取消龙卷过热器，蒸发室12的二次蒸气出口18排出的二次蒸气直接送入龙卷过热喷液增压器；其龙卷过热喷液增压器出口饱和蒸气温度则要改为自动选择性调节回路，当温度高时是通过增加加凝液的流量或/并降低第二加热器207的加热量来实现达到目标压力饱和蒸气温度；温度低时则要减少所加凝液的流量或/并增加第二加热器207的加热量来实现目标压力饱和蒸气温度。

综上所述，本发明所述的低压蒸气补焓增压利用的方法，由于采用龙卷蒸气热泵系统，因此在对二次蒸气进行过热补焓、喷液增压形成饱和蒸气的处理过程中，通过蒸发器内加热蒸气自身冷凝形成的强大吸力，提供形成龙卷风的吸力，同时通过人造龙卷风的方式进一步增强吸力对二次蒸气进行加热过热补焓、喷液增压实现二次蒸气的循环利用；因不同温度的饱和水蒸气的焓差很小，补焓热量小，吸力大，喷液增压高，因此能耗低，节能减排。

实施例六

在实施例一至五的基础上，如图1、图4所示将二次蒸气改为低压蒸气，蒸发器改为物料加热器，相应的蒸气热泵及低压蒸气补焓增压利用的方法同样用作低压蒸气的过热补焓、喷液增压利用，所述低压蒸气通过低压蒸气管9导入。

实施例七

所述的蒸气热泵为龙卷蒸气热泵，包括物料加热器1和过热喷液增压器2；所述过热喷液增压器2包括过热器21和喷液增压器22；其主要设备过热器21采用龙卷过热器，如图6至图9所示，龙卷过热器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷涡旋发生段212、具有圆锥形内腔的龙卷加速段213、具有圆柱形内腔的高速段214和具有圆锥形内腔的扩压过热段215；

所述龙卷加速段213的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷涡旋发生段212的内腔连通，所述龙卷加速段213的圆锥形内腔直径较小的一端通过高速段214的圆柱形内腔与扩压过热段215的圆锥形内腔直径较小的一端连通；

所述龙卷涡旋发生段212的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷加速段213的圆锥形内腔的中心线、高速段214的圆柱形内腔的中心线以及扩压过热段215的圆锥形内腔的中心线共线；

所述龙卷涡旋发生段212上设置有低压蒸气进口管211；所述低压蒸气进口管211的中心线与龙卷涡旋发生段212的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述二次蒸气进口管21与龙卷涡旋发生段212的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且低压蒸气进口管211具有的内壁与龙卷涡旋发生段212的内壁相切；所述加热器6设置在高速段214或扩压过热管215上，或者高速段214和扩压过热管215。

具体的，所述高速段214的圆柱形内腔的长径比设置为1.5～4:1。所述扩压过热段215的圆锥形内腔的锥度设置为2～8°。

低压蒸气在龙卷过热器中进行加热的原理：

所述低压蒸气(低温位蒸气)从低压蒸气管进入龙卷过热器的低压蒸气进口管211切向流入龙卷涡旋发生段212产生初始龙卷风，其龙卷涡旋在龙卷加速段213被加速，中心风速可达100m/s以上，为对低压蒸气被加热过热构建良好的内在条件；在高速段214和扩压过热段215，由加热器6对低压蒸气加热过热，使其变成过热蒸气而补焓，一般超过目标压力蒸气的饱和温度，就能轻松超过补焓要求。龙卷过热器的扩压过热段215出口过热蒸气的过热度是通过调节加热器6的供热量来实现的；过热蒸气有如热气球原理的升力，同时对二次蒸气产生相应的吸力(或抽力)。扩压过热段215出口的过热蒸气，依据过热蒸气的性质，在过热过程中只可补焓，不能升压。

实施例八

如图10-13所示，所述的蒸气热泵为龙卷蒸气热泵，包括物料加热器1和过热喷液增压器2，所述过热喷液增压器2包括过热器21和喷液增压器22；其主要设备喷液增压器22采用龙卷喷液增压器；所述龙卷喷液增压器包括具有圆鼓型或者圆柱形内腔的龙卷喷液增压涡旋发生段222、具有圆锥形内腔的龙卷喷液增压加速段223、具有圆柱形内腔的高速混合段224和具有圆锥形内腔的扩压段225；

所述龙卷喷液增压加速段223的圆锥形内腔直径较大的一端与龙卷喷液增压涡旋发生段222的内腔连通，所述龙卷喷液增压加速段223的圆锥形内腔直径较小的一端通过高速混合段224的圆柱形内腔与扩压段225的圆锥形内腔直径较小的一端连通；

所述龙卷喷液增压涡旋发生段222上设置有过热蒸气进口管221；所述过热蒸气进口管221的中心线与龙卷喷液增压涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线垂直；所述过热蒸气进口管31与龙卷涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔连通，且过热蒸气进口管221具有的内壁与龙卷喷液增压涡旋发生段222的内壁相切；

所述喷嘴组件226设置在龙卷喷液增压涡旋发生段222上，且与龙卷喷液增压涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔连通；所述喷嘴组件226与龙卷喷液增压加速段223分别位于龙卷喷液增压涡旋发生段222的两个对侧面上；

所述龙卷喷液增压涡旋发生段222的圆鼓型或者圆柱形内腔的中心线、龙卷喷液增压加速段223的圆锥形内腔的中心线、高速混合段224的圆柱形内腔的中心线、扩压段225的圆锥形内腔的中心线以及高速混合段224的喷口中心线共线；

所述龙卷过热器的扩压过热段215的出口与龙卷喷液增压器的过热蒸气进口管221连通；所述龙卷喷液增压器的扩压段225与物料加热器1的饱和蒸气入口连通。

具体的，所述高速混合段224的圆柱形内腔的长径比为1～4:1；所述扩压段225的圆锥形内腔的锥度为6～10°。

过热蒸汽在龙卷喷液增压器内实现喷液增压的原理：

所述扩压过热段215出口过热蒸气依其升力进入龙卷喷液增压器的过热蒸气进口管221切向流入龙卷涡旋发生段222产生初始龙卷风，龙卷涡旋发生段要求：圆鼓型或者圆柱形壳体构的直径概要满足过热蒸气进入，又要满足出口增压的要求。其龙卷涡旋在龙卷加速段223被加速，中心风速可达200m/s以上，为对过热蒸气的喷液增压构建良好的内在条件；使经喷嘴组件226加入的反旋凝液高速剧烈混合，在流通面积、扩压、喷液增压、及蒸气冷凝体积急剧缩小所产生的强大吸力并被龙卷风进一步加强的共同作用下，增压增量得到高温位热能的蒸气流出扩压段225。其饱和蒸气温度是通过控制加凝液的流量来实现；因是喷液增压，不会出现常规80％以上的能量消耗于增温；高温位热能的饱和蒸气经物料加热器的进口管进物料加热器1对物料进行加热，而本身放出潜热变为凝液，体积急剧缩小产生强大的吸力，也是本龙卷蒸气热泵的动力所在。从而实现了低压蒸气(物料加热器)经龙卷过热、喷液增压变为高温位热能饱和蒸气的利用。

实施例九

为了实现对凝液热能的利用，如图1、2、4、5所示，进一步的，所述的蒸气热泵，还包括凝液排放罐10、凝液泵3；

所述蒸发器1具有的凝液出口16或物料加热器的凝液出口与凝液排放罐4具有的入口连通，凝液排放罐4具有的凝液出口与凝液泵3的进口连通，凝液泵3的出口与龙卷喷嘴组件206或喷嘴组件226连通。

将凝液排放罐10内凝液通过凝液泵3抽出并增压，然后通过喷嘴组件206或喷嘴组件226分别喷射到过热喷液增压器2，龙卷过热喷液增压器，喷液增压器22，龙卷喷液增压器，使过热蒸气变为增压的饱和蒸气并增量，从而能够实现凝液热能利用，节约了成本。

实施例十

为了保证低压蒸气或二次蒸气过热补焓、喷液增压后形成增压的饱和蒸气，如图4、5所示，所述的蒸气热泵，还包括第一温度控制回路7；所述冷凝泵3与喷液增压器22或龙卷喷液增压器的喷嘴组件226之间的连通管道上设置有调节阀4；

所述喷液增压器22，或龙卷喷液增压器的出口设置有温度传感器，所述第一温度控制回路7通过温度传感器检测到喷液增压器22或龙卷喷液增压器的出口蒸气的温度来控制调节阀4的开度，从而调节凝液的流量，实现稳定饱和温度。具体的，所述第一温度控制回路7可采用DCS集中控制。

为了便于调节低压蒸气或二次蒸气通过过热器21或龙卷过热器后被过热的温度，进一步的，所述加热器6设置有第二温度调节回路8，所述过热器21或龙卷过热器的出口设置有第二温度传感器；所述第二温度调节回路8通过第二温度传感器检测到的过热器21或龙卷过热器出口过热蒸气的温度来调节加热器的加热量。所述第二温度调节回路8可采用DCS集中控制。

为了保证低压蒸气或二次蒸气过热补焓、喷液增压后形成增压的饱和蒸气，如图1、2所示，所述的蒸气热泵，还包括所述过热喷液增压器2出口设有温度自动选择性调节回路。当过热喷液增压器2出口饱和蒸气温度传感器，检测温度高时是通过控控制调节阀4的开度以调节喷液量来达到饱和温度；检测温度低时则选择调节加热器的加热量来实现达到饱和温度。所述温度自动选择性调节回路可采用DCS集中控制。

综上所述，上述实施例一至实施例十中所述的蒸气热泵以及低压蒸气补焓增压利用的方法特别是效率更高的龙卷蒸气热泵与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明所述的龙卷蒸气热泵系统，利用高温位热能的蒸气冷凝，体积急剧缩小，产生强大的吸力并用人造龙卷风的方式使吸力得到进一步加强(日常生活中的吸管效应)，用人造龙卷风结构独特的龙卷过热器、龙卷喷液增压器；或一体式的龙卷过热喷液增压器，对低压蒸气或二次蒸进行加热过热补焓、喷液增压实现低压蒸气或二次蒸的利用；因不同温度的饱和蒸气的焓差很小，补焓热量小，喷液增压高，不仅比多效蒸发、蒸气喷射热泵的能耗低，甚至比蒸气机械再压缩技术，简称MVR的能耗还低2倍以上，龙卷蒸气热泵理论热效率高达90％以上，用低碳技术，造就成了绿色能源；除开车启动外，整个过程中无需生蒸气；在配有真空装置的情况下，甚至开车启动也无需生蒸气。无需生蒸气这就意味着节约了生产生蒸气的能源，如媒、石油等，也就不产生能源燃烧生成二氧化碳及其它有害气体的排放，同时也就没有废渣、废液的排放；这将为解决当今绿色、低碳经济(二氧化碳减排)和循环经济的重大课题，发挥绝佳的作用。

2、本发明所述的龙卷蒸气热泵系统，结构简单、材料要求低，同时便于制造，制造成本低，因此投资不仅比蒸气机械再压缩技术，简称MVR低，甚至比多效蒸发更低。建设周期不仅比MVR短，甚至比多效蒸发还短。

3、本发明所述的龙卷蒸气热泵系统，依靠增压的饱和蒸气加热物料自身冷凝，没有多效蒸发中排出系统的二次蒸气，因此不需要大量的循环水将二次蒸气冷凝。

4、本发明所述的龙卷蒸气热泵系统，没有转动部件，因此无噪声，对环境无污染。

5、本发明所述的蒸气热泵以及低压蒸气补焓增压利用的方法、特别的龙卷蒸气热泵中蒸气就是溶剂蒸气，其不仅包括水蒸汽，而且更包括广袤的单质、有机溶剂蒸气等，应用领域极其广泛。