变温装置、系统及提升低温蒸汽温度的方法与流程

1.本发明涉及热力学及能源技术领域，具体地涉及变温装置、系统及提升低温蒸汽温度的方法。


背景技术：

2.1900年普朗克提出了能量的本质是能量子，简称为量子，任何热力学温度绝对0k以上的物体都具有热力学能量，其本质都是量子运动产生的能量.任何单位物质的热力学能量与其热力学温度和比热成正比，同时也等于普朗克能量公式中的能量值；
3.e＝tc＝nhv
4.其中，e为能量，t为热力学温度，c为物质的比热，n为量子的数量，h为普朗克常数，v为量子的频率
5.由此理论可以看出，我们所处的环境温度都在绝对温度273k附近左右，而我们地球具有无比丰富的物质，特别有随时可得的水和空气以及环境热源，我们是生活在能量的海洋之中，不应该存在任何能源问题，但现实是我们把环境能源称为低品位能源，是无用的能源，把高于环境温度的能源称之为高品位能源，才是有用的能源，要产生高品位的能源，目前主要由化石燃料和其他少量的一次能源如水能，风能，太阳能，核能转换而来，由于燃烧化石燃料产生的碳排放和空气污染，人类陷入了气候变化的巨大危机，成为全世界最紧迫的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在问题中的一个或多个，根据本发明的一个方面提供一种变温装置，包括蒸汽发生器、升温系统和冷却器，所述蒸汽发生器用于采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽，升温系统用于将低温蒸汽转换为高温的汽态工质，产生高温热能，冷却器用于将高温热能传输给外部设备进行利用，同时将汽态工质转化为液态工质返回到蒸汽发生器中，维持蒸汽发生器、升温系统和冷却器的连续循环。
7.可选地，所述升温系统包括热交换器和鼓风机，所述热交换器具有低压回路和高压回路，所述鼓风机连接热交换器的低压回路和高压回路，蒸汽发生器产生的低温蒸汽进入热交换器的低压回路，通过鼓风机加压升温后返回到热交换器的高压回路，热交换器的高压回路和低压回路出现温差，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓，高压回路降焓，高温蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，实现自反馈热压缩蒸汽升温。
8.可选地，所述热交换器包括回热器和第一热交换器，所述蒸汽发生器、回热器、第一热交换器和鼓风机依次串联，所述冷却器与第一热交换器并联，冷却器降温以后的管路与回热器和第一热交换器之间的高压回路相连，利用冷却器剩余热能对低温蒸汽进行加热，同时利用低温蒸汽对高压回路蒸汽进行冷却液化，优选地，所述鼓风机和第一热交换器设置有保温层。
9.可选地，所述热交换器包括回热器、第一热交换器和第二热交换器，所述第二热交换器用于增大第一热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差，优选地，所述鼓风机、第一热交换器和第二热交换器设置有保温层。
10.可选地，所述回热器串联在蒸汽发生器与第一热交换器之间，第一热交换器的高温低压端与第二热交换器的低温低压端连接，第一热交换器的高温高压端与鼓风机的输出端相连，第二热交换器的高温低压端与鼓风机的输入端相连，第二热交换器的高温高压端与鼓风机的输出端相连，第二热交换器的低温高压端与冷却器的进气端相连，冷却器的第一出气端与回热器的高温高压端相连，冷却器的第二出气端与外部设备相连。
11.可选地，所述回热器串联在蒸汽发生器与第一热交换器之间，所述第一热交换器的高温低压端与鼓风机的输入端相连，鼓风机的输出端与第二热交换器的高温高压端相连，第二热交换器的低温高压端与冷却器的进气端相连，冷却器的第一出气端与回热器的高温高压端相连，冷却器的第二出气端与外部设备相连，第二热交换器的低压回路引入外部高温热能来产生温差。
12.可选地，所述升温系统还包括温度调节阀，温度调节阀被配置于升温系统的高压回路中，用于控制鼓风机输出的高温高压蒸汽在冷却器和第一热交换器之间的流量分配，从而控制冷却器输出的高温蒸汽温度范围。
13.可选地，所述第一热交换器为等焓热交换器，使得低压回路等压增焓，高压回路等压降焓。
14.可选地，所述液态工质包括氮气、空气、r23、r410a和二氧化碳中的一种或多种。
15.根据本发明的第二方面，提供一种变温系统，包括多个上述变温装置，多个所述变温装置串联连接。
16.可选地，包括多个变温装置，变温装置包括蒸汽发生器、升温系统和冷却器，所述热交换器包括回热器、第一热交换器和第二热交换器，所述第二热交换器用于增大第一热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差，相邻变温装置通过第二热交换器串联，形成多级升温的变温系统，第一级变温装置的冷却器将高温热能传输给外部设备，其他变温装置的冷却器为对应的上一级变温装置的第二热交换器。
17.可选地，在最后一级变温装置中，所述回热器串联在蒸汽发生器与第一热交换器之间，第一热交换器的高温低压端与第二热交换器的低温低压端连接，第一热交换器的高温高压端与鼓风机的输出端相连，第二热交换器的高温低压端与鼓风机的输入端相连，第二热交换器的高温高压端与鼓风机的输出端相连，第二热交换器的低温高压端与上一级变温装置的第二热交换器的输入端相连，上一级变温装置的第二热交换器的输出端与最后一级热交换器回热器的高温高压端相连。
18.根据本发明的第三方面，提供一种利用上述变温装置提升低温蒸汽温度的方法，包括：
19.通过蒸汽发生器采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽；
20.通过升温系统将低温蒸汽转换为高温的汽态工质，产生高温热能；
21.通过冷却器将高温热能传输给外部设备；
22.通过冷却器将汽态工质转化为液态工质返回到蒸汽发生器中，维持蒸汽发生器、升温系统和冷却器的连续循环。
23.可选地，包括：
24.将蒸汽发生器，回热器、第一热交换器和鼓风机依次串联，构建低压回路和高压回路；
25.通过蒸汽发生器将液态工质转化为低温蒸汽；
26.低温蒸汽进入第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽；
27.通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；
28.一部分高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分高压蒸汽通过冷却器返回高压回路，一部分高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，不断循环增焓和降焓，使鼓风机进出口温度不断升高。
29.可选地，包括：
30.通过回热器、第一热交换器、第二热交换构建蒸汽发生器和鼓风机之间的低压回路和高压回路；
31.通过蒸汽发生器将液态工质转化为低温蒸汽；
32.低温蒸汽进入第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽，进入第二热交换器的低压回路，进一步升温；
33.通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；
34.一部分高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分高压蒸汽通过第二热交换器和冷却器返回高压回路，通过第二热交换器增大了第一热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，不断循环增焓和降焓，使鼓风机进出口温度不断升高。
35.可选地，包括：
36.通过回热器、第一热交换器、第二热交换构建蒸汽发生器和鼓风机之间的低压回路和高压回路；
37.通过蒸汽发生器将液态工质转化为低温蒸汽；
38.低温蒸汽进入第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽；
39.通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；
40.通过第二热交换器引入外部高温热能来产生温差，增大了第一热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差，通过第二热交换器对高压蒸汽进行升温；
41.一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器返回高压回路，一部分升温后的高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，不断循环增焓和降焓，使鼓风机进出口温度不断升高。
42.可选地，根据工作的温度范围选择液态工质，优选地，低温蒸汽温度低于零下100℃时，液态工质选择氮气和空气；低温蒸汽高于零下50℃，高温蒸汽低于200℃时，液态工质
选择制冷剂r23或者r410a；高温蒸汽高于200℃时，液态工质选择二氧化碳。
43.根据本发明的第四个方面，提供一种利用上述变温系统提升低温蒸汽温度的方法，包括：
44.将多个变温装置串联，使得低温蒸汽的温度多级提升，包括：
45.通过第一级变温装置和最后一级变温装置的蒸汽发生器采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽；
46.第一级变温装置产生的低温蒸汽进入第一级变温装置第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽，通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽，通过第二热交换器对高压蒸汽进行升温，一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分升温后的高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器转换为液态工质返回高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液态工质返回到蒸汽发生器；
47.最后一级变温装置的蒸汽发生器产生的低温蒸汽进入最后一级变温装置的第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽，进入第二热交换器的低压回路，进一步升温；通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；一部分高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分高压蒸汽通过最后一级变温装置的第二热交换器和上一级变温装置的第二热交换器返回最后一级变温装置的高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器；
48.最后一级变温装置的高温热能输出到上一级变温装置的第二热交换器，使得上一级变温装置的第二热交换器产生温差，所述温差和上一级的鼓风机产生的温升增大上一级变温装置的第一热交换器的高温端的高压回路和低压回路之间的温差；
49.上一级变温装置的第二热交换器作为下一级变温装置的冷却器，下一级变温装置产生的高温热能使得上一级变温装置的第二热交换器产生温差，使得多级变温装置的高压回路和低压回路不断循环增焓和降焓，从第一级变温装置到最后一级变温装置输出的高温热能温度逐级升高。
50.可选地，还包括：
51.通过调整温差使得第一热交换器和第二热交换器的总面积最小。
52.可选地，还包括：
53.根据变温系统的总功率要求划分变温系统的级数以及每级变温装置的功率。
54.可选地，还包括：
55.通过调节温度调节阀控制鼓风机输出的高温高压蒸汽在冷却器和第一热交换器之间的流量分配，从而控制冷却器输出的高温蒸汽温度范围。
56.本发明的变温装置及变温系统包括蒸汽发生器、冷却器和自反馈热压缩蒸汽的升温系统，将低温能源提升为高温能源：蒸汽发生器将存在于空气、水、土壤中的低温热能采集以后将液态工质转化为低温蒸汽，实现了能量的采集；升温系统由同样具有高低压回路的热交换器和鼓风机串联组成，在鼓风机的抽压作用下，低温蒸汽由升温系统低压回路进入，经鼓风机加压升温以后返回到升温系统高压回路，热交换器中高压回路和低压回路出
现了温差，于是高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓，高压回路降焓，高温蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，反复循环，让热交换器大幅度提高了鼓风机进口回路气体的温度，鼓风机本身只需要很小的势能压缩，就能根据需要大幅度的提高进口蒸汽的温度；温度得到提高以后的高温蒸汽，送到冷却器进行利用降温以后，再返回到增降焓的热交换器的低温端，继续被冷却成为液体，返回到蒸汽发生器中，从而实现了自反馈热压缩蒸汽升温系统功能；冷却器把升温以后的高温蒸汽高温热能全部进行利用或转移。蒸汽发生器负责低温热能采集，升温系统负责温度提升，冷却器负责高温热能利用，共同实现了将低温能源转化为高温能源的目标，能够达到1：30～50的能效比。
附图说明
57.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
58.图1是本发明变温装置的一个实施例的示意图；
59.图2是本发明变温装置的第二实施例的示意图；
60.图3是本发明变温装置第三实施例的示意图；
61.图4是本发明变温系统的一个实施例的示意图。
具体实施方式
62.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
63.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
64.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
65.图1是本发明变温装置的一个实施例的示意图，如图1所示，所述变温装置为第一变温装置1，所述第一变温装置由蒸汽发生器11、冷却器13和升温系统12组成，蒸汽发生器11将存在于空气、水、土壤中的低温热能采集以后将液态工质转化为低温蒸汽，实现了能量的采集；冷却器13把升温以后的低温热能全部进行利用或转移；升温系统12将低温蒸汽提升为高温蒸汽，升温系统由温度调节阀124、鼓风机123、第一热交换器122和回热器121组成，第一热交换器为等焓热交换器；所述鼓风机具有低压端和高压端，具有低压回路14和高压回路15，第一热交换器和回热器设置在低压回路和高压回路之间，也就是说，蒸汽发生器的低温低压端与回热器的低温低压端连接，回热器的高温低压端与第一热交换器的低温低压端连接，第一热交换器的高温低压端与鼓风机的输入端连接，鼓风机的输出端分别与第一热交换器的高温高压端和冷却器的进气端连接，第一热交换器的低温高压端与温度调节
阀的进气端连接，温度调节阀的出气端与冷却器的第一出气端连接，冷却器的第一出气端还与回热器的高温高压端连接，回热器的低温高压端与蒸汽发生器的低温高压端连接，冷却器的第二出气端与外部设备连接。
66.上述第一变温装置提升低温蒸汽温度的方法包括：
67.通过蒸汽发生器采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽；
68.低温蒸汽通过回热器进入第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽；
69.通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；
70.一部分高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分高压蒸汽通过冷却器返回高压回路，一部分高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路等压增焓温度升高，高压回路等压降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体通过回热器返回到蒸汽发生器中，不断循环增焓和降焓，使鼓风机进出口温度不断升高。
71.上述变温装置包括蒸汽发生器、冷却器和机械压缩热动力蒸汽的升温系统，升温系统包括鼓风机和第一热交换器，鼓风机具有低压回路和高压回路，第一热交换器设置在低压回路和高压回路之间且将两条管路实现增焓和降焓热交换，使得温度提升的范围与消耗的能量不成正比，能大幅降低能耗、结构简单、易于实施。
72.在一个具体实施例中，每小时产生一吨压力一兆帕，温度180℃饱和蒸汽的蒸汽发生器，进水温度为15℃。能量来源为河水，进水温度为15℃，排水温度为0℃。按照标准蒸发一吨水，所需功率为750千瓦，每秒水的流量为750/15*4.2＝12kg.，每小时水的流量为43立方；工质采用二氧化碳，为了产生一兆帕180℃的饱和蒸汽，第一变温装置产生的是高温显热，加热水蒸气时有温度滑移，把二氧化碳气体的温度提升到360～400℃，具体地：
73.变温装置中的液态工质二氧化碳通过蒸汽发生器将水的温度从15℃降低到0℃，低温热能采集以后将液态工质转化为零下5℃的低温蒸汽，此低温蒸汽通过回热器，第一热交换器的低压回路进入鼓风机，鼓风机将蒸汽升温升压以后，送入第一热交换器的高压回路，高低压回路之间产生了温差，于是高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路等压增焓，高压回路等压降焓，高温蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，反复循环，让回热器和第一热交换器大幅度提高了鼓风机进口回路气体的温度，经过一段启动过程稳定以后，鼓风机进口温度可达355℃，出口温度可控制为360℃，进出口压差只有1～2公斤，鼓风机本身只需要很小的势能压缩，就能根据需要大幅度的提高进口蒸汽的温度，蒸汽升高温度的范围取决于等焓热交换器的容量即热交换器面积，调节鼓风机的速度就可调节气体的流量，从而就可在相应的范围内调节变温装置的输出温度和输出功率；对外部而言低温气体可以被移动到任意高的温度，耗电量与气体升高的温差关系不大。
74.所述变温装置是指将焓值不变的低温气体提高到所需要的温度范围，温度提升时消耗的能量与温度提高的范围关系不大，鼓风机需要产生的压力只需要很小一点，比如20～300千帕(制冷剂不同，升压数值也不同)，主要用于克服管道阻力，驱动气体流动，同时由于鼓风机的抽压作用，在蒸汽发生器内形成低温低压，从而为蒸汽发生器的工作创造必要条件；鼓风机压缩蒸汽前后温度提升为5度时，大概消耗的功率也相当于5千瓦，所提升的能量为300千瓦，300
÷
5，能效比可达1：60，考虑到水泵等辅机的能耗，能效比可取为1：30左右，而现在采用机械制冷压缩机的能效比只有1：(1-3)。
75.温度提升的范围取决于等焓热交换器的容量，调节鼓风机的速度就可调节气体的流量，从而就可调节变温装置的输出温度，如一公斤二氧化碳汽化以后吸收的蒸发潜热为300千焦，不管将温度提高到多少，能量仍然为300千焦，但温度提升的越高，在高低压回路之间交换的能量就越多，所需换热器面积就越大，其公式为：
76.q＝k*δt*s
77.其中，q为需要交换的能量，单位千瓦；k为传热系数，由工质和换热器材料、结构所决定，本处假定为1；δt为对数平均温差，
△
t越大消耗的能量越多，能效比会降低，优选地，
△
t为5℃；
78.在一个实施例中，3兆帕条件下-5℃的1kg二氧化碳过热气体工质提升到360℃，需要交换的能量为：
79.根据物性表获得
80.t2＝360℃时，h2＝830kj/kg；
81.t1＝-5℃时，h1＝436kj/kg；
82.q＝h2-h1＝830-436＝394kj；
[0083][0084]
二氧化碳的蒸发潜热为248kj/kg，为了将-5度的二氧化碳蒸汽，加热到360度，需要增加焓值394kj，每kj二氧化碳从-5度升高到360度对应的焓值增加值为394/300＝1.313；
[0085]
一蒸吨的蒸汽发生器消耗的功率为750千瓦，750
÷
248＝3kg二氧化碳气体，相应热交换器所需面积为：
[0086]
78.8*3＝236平方米
[0087]
在3兆帕-5℃时二氧化碳液体的比焓为q1为188kj/kg，吸收能量产生相变成低温蒸汽以后的比焓q2为436kj/kg，单位工质增加焓值是
△
q1＝q2-q1＝436-188＝248kj/kg，变温装置输出端的蒸汽比焓q3(例如：提升到360度时比焓为830kj/kg)，减去液体的比焓q1(188kj/kg)，蒸汽的比焓增加值
△
q2＝q3-q1＝642kj/kg，其中，
△
q1＝248kj/kg是真正提升的热量，另外的q3-q2＝394kj/kg是自反馈蒸气热压缩过程中高压回路和低压回路中交换的能量，能量温度提高以后，在单位工质中的比重下降为：
[0088]
从鼓风机向第一热交换器的高温端输入的蒸汽质量占低温蒸汽的比例为：
[0089]
(q2-q1)/(q3-q1)＝248/642＝0.386，压缩比为：1/0.386＝2.59
[0090]
将3兆帕条件下-5℃的1kg二氧化碳过热气体工质提升到360℃，压缩比为2.59，如果将蒸汽温度提升到700℃时，压缩比可达4.2，鼓风机消耗的能量并不会增加；蒸汽温度提的越高，在单位工质中的比重下降就越大，这就是自反馈蒸汽热压缩所产生的效果，这就证明了蒸汽的热压缩能够实现机械压缩所不能达到的能效比。
[0091]
图2是本发明变温装置的第二实施例的示意图，如图2所示，所述变温装置为第二变温装置2，所述第二变温装置由蒸汽发生器21、冷却器23和升温系统22组成，升温系统由回热器221、第一热交换器222、第二热交换器223、鼓风机224和温度调节阀225组成，第一热交换器为等焓热交换器，第二热交换器为温差放大器，鼓风机具有低压回路24和高压回路25，蒸汽发生器的低温低压端与回热器的低温低压端连接，回热器的高温低压端与第一热
交换器的低温低压端连接，第一热交换器的高温低压端与第二热交换器的低温低压端连接，第二热交换器的高温低压端与鼓风机的输入端连接，鼓风机的输出端分别与第一热交换器的高温高压端和第二热交换器的高温高压端连接，第二热交换器的低温高压端与冷却器的进气端连接，第一热交换器的低温高压端与温度调节阀的进气端连接，温度调节阀的出气端与冷却器的第一出气端连接，冷却器的第一出气端与回热器的高温高压端连接，回热器的低温高压端与蒸汽发生器的低温高压端连接。
[0092]
上述第二变温装置提升低温蒸汽温度的方法包括：
[0093]
通过蒸汽发生器采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽；
[0094]
低温蒸汽通过回热器进入第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽，进入第二热交换器的低压回路，进一步升温；
[0095]
通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；
[0096]
一部分高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分高压蒸汽通过第二热交换器和冷却器返回高压回路，通过第二热交换器增大了第一热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，不断循环增焓和降焓，使鼓风机进出口温度不断升高。
[0097]
在一个具体实施例中，每小时产生一吨压力一兆帕，温度180℃饱和蒸汽的蒸汽发生器，进水温度为15℃。能量来源为河水，进水温度为15℃，排水温度为0℃。按照标准蒸发一吨水，所需功率为750千瓦，每秒水的流量为750/15*4.2＝12kg.，每小时水的流量为43立方；系统工质采用二氧化碳，为了产生一兆帕180℃的饱和蒸汽，第二变温装置产生的是高温显热，加热水蒸气时有温度滑移，把二氧化碳气体的温度提升到360～400℃度，具体地：
[0098]
变温装置需要提升的温度越高所需要的换热器面积就越大，而换热器的体积和价格都是重要的问题，根据换热器面积的计算公式：
[0099][0100]
△
t增大，面积s减小，为了不增加功率损耗，增加一个第二热交换器，其低压回路与鼓风机的低压回路串联，鼓风机的高压回路分为两路，一路进入第一热交换器的高压回路，将高温热量传递给低压回路降温降焓以后凝结成液体，回到蒸汽发生器，如此完成一个制冷循环。另一路进入第二热交换器的高压回路降温以后流到冷却器的输入回路，调节温度调节阀的开度，使第一热交换器高温端高低压回路的温差为48度，暂时忽略对数和平均温差，计算第一热交换器的换热面积为：
[0101][0102]
第二热交换器所需要交换的热量为q＝394*3*48/360＝157.6kj/kg，于是第二热交换器所需要的热交换器面积为可以调整温差，减小换热面积，或者进行迭代运算，使第一热交换器和第二热交换器的面积基本相等，或者使得第一热交换器和第二热交换器的总面积最小，最小总面积仅为基本模式的20％左右，同
时鼓风机高压回路温度将达到408℃；
[0103]
冷却器输出的能量等于单位质量制冷剂的蒸发潜热加上鼓风机的能量消耗，本实施例采用二氧化碳作为制冷剂，蒸发温度零下-5℃，蒸发压力3兆帕，蒸发潜热为248kj/kg，鼓风机消耗功率为5kw/kg.所以变温装置的能效比等于
[0104]
(248+5)/5＝50，
[0105]
由于变温装置升温和降温都是在过热蒸汽区进行的只能将蒸汽发生器产生的潜热全部转化为显热，于是零下-5℃的气体被提升到360℃，冷却器输出的能量等于253kj/kg，其高温进气端温度等于360℃，其高温出气端的蒸汽输送到第一热交换器与回热器高压回路连接点继续降焓降温，冷凝成液体回流到蒸汽发生器中，实现完整循环。
[0106]
图3是本发明变温装置的第三实施例的示意图，如图3所示，所述变温装置为第三变温装置3，所述第三变温装置由蒸汽发生器31、冷却器33和升温系统32组成，升温系统由所述第三变温装置包括回热器321、第一热交换器322、鼓风机323、第二热交换器324和温度调节阀325，第一热交换器为等焓热交换器，第二热交换器为温差放大器，鼓风机具有低压回路34和高压回路35，蒸汽发生器的低温低压端与回热器的低温低压端连接，回热器的高温低压端与第一热交换器的低温低压端连接，第一热交换器的高温低压端与鼓风机的输入端连接，鼓风机的输出端与第二热交换器的低温高压端连接，第二热交换器的高温高压端分别与第一热交换器的高温高压端和冷却器的进气端连通，冷却器的出气端与回热器的高温高压端连接，第一热交换器的低温高压端与温度调节阀的进气端连接，温度调节阀的出气端与回热器的高温高压端连接，回热器的低温高压端与蒸汽发生器的低温高压端连接，第二热交换器还引入外部高温热能来产生温差。
[0107]
上述第三变温装置提升低温蒸汽温度的方法包括：
[0108]
通过蒸汽发生器采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽；
[0109]
低温蒸汽通过回热器进入第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽；
[0110]
通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；
[0111]
通过第二热交换器引入外部高温热能来产生温差，增大了第一热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差，通过第二热交换器对高压蒸汽进行升温；
[0112]
一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进行利用，一部分升温后的高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分降温后的高压蒸汽通过冷却器返回高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器中，不断循环增焓和降焓，使鼓风机进出口温度不断升高。
[0113]
在一个具体实施例中，每小时产生一吨压力一兆帕，温度180℃饱和蒸汽的蒸汽发生器，进水温度为15℃。能量来源为河水，进水温度为15度，排水温度为0℃。按照标准蒸发一吨水，所需功率为750千瓦，每秒水的流量为750/15*4.2＝12kg，每小时水的流量为43立方；系统工质采用二氧化碳，为了产生一兆帕180℃的饱和蒸汽，第三变温装置产生的是高温显热，加热水蒸气时有温度滑移，把二氧化碳气体的温度提升到360～400℃，具体地：
[0114]
需要提升的温度越高所需要的换热器面积就越大，而换热器的体积和价格都是重要的问题，根据换热器面积的计算公式：
[0115][0116]
只要
△
t增大，面积s就可减小，但
△
t是由鼓风机8产生的温升，增大
△
t，就必然增加功率损耗，为了解决这个问题，进一步发明了温差放大器，因为所以增加一个第二热交换器，引入外部高温热能来产生温差，外部高温热能可以是其他变温装置的输出，也可以是其他任何形式的高温热能输出，第二热交换器的低温端与鼓风机的高压回路串联，鼓风机产生的温升和第二热交换器产生的温差，共同构成新的
△
t；第二热交换器的高压回路分为两路，一路进入第一热交换器的高压回路，将高温热量传递给低压回路降温降焓以后凝结成液体，回到蒸汽发生器，如此完成一个制冷循环。另一路流到冷却器的输入回路，调节温度调节阀的开度，可以调节冷却器输出的温度范围；设鼓风机的温升为5℃，第二热交换器产生的温差为43℃，
△
t＝5+43＝48℃度，于是第一热交换器高温端高低压回路的温差为48℃，暂时忽略对数和平均温差，计算第一热交换器的换热面积为：
[0117][0118]
第二热交换器为产生
△
t所需要输入的能量查表可知单位工质焓差h＝48kj/kg；
[0119]
取第二热交换器高低温回路之间的对数平均温差
△
t＝20℃，于是第二热交换器所需要的热交换器面积为可以根据具体需要通过调整温差，减小换热面积，或者进行迭代运算，使第一热交换器和温差放大交换器的总面积为最小；
[0120]
冷却器输出的能量等于单位质量制冷剂的蒸发潜热加上鼓风机的能量消耗和外部输入的热量之和，本实施例采用二氧化碳作为制冷剂，蒸发温度零下-5℃，蒸发压力3兆帕，蒸发潜热为248kj/kg，鼓风机消耗功率为5kw/kg，第二热交换器输入的单位工质能量为47kj/s，所以冷却器单位工质输出的能量为248+5+48＝301kj/s；
[0121]
由于变温装置升温和降温都是在过热蒸汽区进行的，只能将蒸汽发生器产生的潜热全部转化为显热，于是零下-5℃的气体被提升到408℃，冷却器输出的能量等于301kj/kg，其高温进气端温度等于408℃，其高温出气端的蒸汽输送到第一热交换器与回热器高压回路连接点继续降焓降温，冷凝成液体回流到蒸汽发生器中，实现完整循环。
[0122]
图4是本发明变温系统的一个实施例的示意图，如图4所示，所述变温系统包括多个通过第二热交换器串联的变温装置，多个变温装置包括至少一个第三变温装置3和一个第二变温装置2，所述第二变温装置的冷却器为与其串联的第三变温装置的第二热交换器。
[0123]
利用上述变温系统提升低温蒸汽温度的方法，包括：
[0124]
将多个变温装置串联，使得低温蒸汽的温度多级提升，包括：
[0125]
通过第一级变温装置和最后一级变温装置的蒸汽发生器采集低温热能，将液态工质转化为低温蒸汽；
[0126]
第一级变温装置产生的低温蒸汽进入第一级变温装置第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽，通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽，通过第二热交换器对高压蒸汽进行升温，一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器将高温热能传输给外部设备进
行利用，一部分升温后的高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分升温后的高压蒸汽通过冷却器转换为液态工质返回高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液态工质返回到蒸汽发生器；
[0127]
最后一级变温装置的蒸汽发生器产生的低温蒸汽进入最后一级变温装置的第一热交换器的低压回路，升温得到高温蒸汽，进入第二热交换器的低压回路，进一步升温；通过鼓风机对高温蒸汽进行加压，转换为高压蒸汽；一部分高压蒸汽通过第一热交换器返回高压回路，一部分高压蒸汽通过最后一级变温装置的第二热交换器和上一级变温装置的第二热交换器返回最后一级变温装置的高压回路，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓温度升高，高压回路降焓温度降低，高压蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到蒸汽发生器；
[0128]
最后一级变温装置的高温热能输出到上一级变温装置的第二热交换器，使得上一级变温装置的第二热交换器产生温差，所述温差和上一级的鼓风机产生的温升增大上一级变温装置的第一热交换器的高温端的高压回路和低压回路之间的温差；
[0129]
上一级变温装置的第二热交换器作为下一级变温装置的冷却器，下一级变温装置产生的高温热能使得上一级变温装置的第二热交换器产生温差，使得多级变温装置的高压回路和低压回路不断循环增焓和降焓，从第一级变温装置到最后一级变温装置输出的高温热能温度逐级升高。
[0130]
在一个具体实施例中，当需要超大功率，可以将多个变温装置串联，例如，将四个变温装置串联，1000兆瓦的变温系统时，可以由900+90+9+1＝1000mw的四个变温装置串联实现，具体地，变温系统由3台第三变温装置3和一台第二变温装置2，也就是说，变温系统由第一级变温装置1-3、第二级变温装置2-3、第三级变温装置3-3和第四级变温装置4-2组成，第二级变温装置的冷却器为第一级变温装置的第二热交换器，第三级变温装置的冷却器为第二级变温装置的第二热交换器，第四级变温装置的冷却器为第三级变温装置的第二热交换器，实现四级变温装置的串联。
[0131]
4台不同功率的变温装置组成，总成本可以大幅降低，当然根据需要本专业的技术人员，可以根据本发明产生非常多的组合应用，但都属于本发明的保护范围。
[0132]
在上述各实施例中，通过调节第一热交换器低温高压端与冷却器第一出气端的温度调节阀，可以控制冷却器高温出气两端的温度范围，但输出的能量值不变；第一热交换器与冷却器和温度调节阀本行业的专业技术人员根据需要可设计出很多种连接方式，从而达到不同的输出温度范围，但是都仍然属于本发明的保护范围；可根据需要将常温环境的能量，也可将超低温如零下200℃的环境温度能量，利用变温装置将能量输出温度提高到600℃、800℃，但输出的能量值和消耗的能量值仍然不变。
[0133]
冷却器的低温端流过的如果是常压水就成了高效热水器，如果是水在高压容器被蒸发就成了高温蒸汽发生器，如果用于加热空气就成了热风机，冷却器的低温端也可同时分为多路，同时分别供应热水、高温高压蒸汽、供暖。
[0134]
蒸汽发生器也可同时分成多路，或作为冷水机组满足各种制冷需求；凡是同行业的技术人员根据本发明展开的应用都属于本发明的保护范围。
[0135]
上述各实施例中，第一热交换器为等焓热交换器，变温装置升高温度的范围取决
于等焓热交换器的容量，调节鼓风机的速度就可调节气体的流量，从而就可调节变温装置的输出温度和输出功率；低温气体可以被移动到任意高的温度，耗电量与气体升高的温差关系不大。
[0136]
通过变温装置以后，将低温的低温热能举升到了高温的高温热能，能效比可以提高到1：30-50，温差可以提高到上千度，而所消耗的能量不增加，也就是提升的温差与消耗的能量没有相关性，这是热泵无法实现的。
[0137]
优选地，等焓热交换器的容量应大于蒸发低温热能的潜热焓值，才能将蒸汽发生器产生的潜热全部转化为显热。
[0138]
优选地，为了最大限度的提高变温装置效率，鼓风机和等焓热交换器都设置有保温层，起到良好的保温作用。
[0139]
在上述各实施例中，变温装置所用制冷剂，可根据所工作的温度范围进行选取：低温蒸汽温度低于零下100度时优选氮气和空气；低温蒸汽高于零下50度，高温蒸汽低于两百度时优选制冷剂r23或者r410a；高温蒸汽高于200度时优选二氧化碳。
[0140]
在现代科学理论中，将环境温度中的热量称为低品位能源，将高于环境温度的高温热源称为高品位热源，变温装置只需要花很少的能量消耗，就可以将低温低品位能源提升为高品位高温能源，在日常生活及各项各业的生产中，制冷取暖及人工温度环境控制具有无比广泛的用途，所以变温装置的应用具有划时代的意义.
[0141]
本发明以热交换器所产生的增降焓热交换与气体鼓风机进行结合，形成变温装置升温系统，与普通的压缩机方案相比，本方案能有效降低功耗，且提升的温差越大效益越明显。
[0142]
本法明热交换器与气体鼓风机结合构成的变温装置的升温系统，结构简单，易于实施；特别是低能耗大温差提升的实现，量变产生质变，能够轻松的将低品位的能源转变为高品位能源，在日常生活及各项各业的生产中，制冷取暖及人工温度环境控制具有无比广泛的用途，会产生大量派生应用，从而影响到各行各业各个领域，所以变温装置的应用具有划时代的意义。
[0143]
本发明变温装置分为基本型(第一变温装置)和优化型(第二变温装置，第三变温装置)及变温系统，可分别或几个功能合在一起用于冰箱，冻库，冷冻冷藏集装箱，冷藏车，分体空调，中央空调，热水机组，冷水机组，量子能热水器，各种家用锅炉，工业锅炉和电站锅炉，农业大棚、水产养殖供暖或降温，也可用于气体液化冷却压缩机，如钢铁厂高压鼓风机，液化气加压机，和各种煤化石化行业中的各种各样的气体压缩机
[0144]
本发明中，鼓风机、热交换器都是应用十分广泛的通用设备，任何一种鼓风机包含压缩机和热交换器代替本方案的气体鼓风机和热交换器，所形成的变温装置，都属于本发明的保护范畴。
[0145]
以上依据本发明的实施例为启示的，相关人员可以在不偏离本发明的技术思想范围内，进行多样化的变更及修改。本发明的技术性范围不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定技术性范围。