专利名称：热力循环和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热力循环和装置，详细地说，涉及一种把热能转化成有用功的热力循环和装置。
背景技术：
人类为了把热能转化为有用功，目前已经提出或应用的热力循环包括属于气体动力循环的奥托循环、狄塞尔循环、布雷顿循环、焦耳循环、斯特林循环、埃里克森循环、卡诺循环等，和属于蒸汽动力循环的朗肯循环等，还有一些混合循环如二元蒸汽循环、燃气-蒸汽循环等，以及上述循环的附属循环如再热循环、回热循环等。上述这些热力循环的采用，使人类的发展进入了机械动力和电气动力的时代。由于理论的限制，这些热力循环和采用这些热力循环的热力装置都存在热效率低下的缺点，从而直接造成了大量能源的浪费，并且间接地造成了目前严重的环境污染和能源危机。
发明内容
本发明的目的是为了消除目前的热力循环和装置热效率低下的缺点，应用本发明所述的热力循环和装置，能够大大提高热效率。
本发明所述的热力循环由下列过程构成(a)启动过程由真空泵(6)把膨胀机(3)、膨胀机(5)抽真空，当采用乏气冷凝-蒸发过程时，同时把凝汽器(7)、蒸发器(8)也抽真空；当采用蒸汽作工质时，由蒸汽发生器(1)产生的饱和蒸汽或再经过过热器(2)加热成过热蒸汽为初始状态，其压力为P、温度为T；当采用气体工质时，由压气机(14)压缩出来的气体或再经过过热器(2)加热的气体为初始状态，其压力为P、温度为T；(b)膨胀作功过程有两种选择，第一种是初始状态的气态工质进入膨胀机(3)作功后成为乏气，乏气中液态工质的含量为y，且y＝0；第二种是初始状态的气态工质进入膨胀机(3)作功至一定的中间压力后，进入再热器(4)加热升温至较高的温度，然后再进入膨胀机(5)继续膨胀作功后成为乏气，乏气中液态工质的含量为y，且y＝0，这种再热循环可以进行多次；膨胀机(3，5)可以是涡轮机，也可以是活塞型膨胀机；(c)压力恢复伴温度升高过程作功后的乏气可以直接进入压力恢复系统恢复至初压P，同时温度升高；对蒸汽工质，还可以首先进入凝汽器(7)冷凝成液体，在蒸发器(8)中再蒸发成蒸汽，然后进入压力恢复系统恢复至初压，同时温度升高；蒸发器(8)工作时液体工质蒸发成气态吸收的热量来自冷源；压力恢复系统的组成可以有下面四种选择第一种只由引射器(11)组成，第二种由引射器(11)和压气机(12)组成，第三种由压气机(10)和引射器(11)组成，第四种由压气机(10)、引射器(11)和压气机(12)组成。引射器所需的高温高压的引射气体的来源有下面十种选择第一种是压力为P的气态工质经过过热器(2)加热的气体，第二种是初始状态即压力为P、温度为T的气体，第三种是从膨胀机(3)中引出来的回热气体，第四种是从膨胀机(3)中引出来的回热气体再经过过热器(2)加热的气体；第五种是从再热器(4)引出来的再热气体，第六种是从膨胀机(5)中引出来的回热气体，第七种是从膨胀机(5)中引出来的回热气体再经过过热器(2)加热的气体；第八种是压力为P的气体经过压气机(13)升压同时升温后的气体，第九种是压力为P的气体经过压气机(13)升压同时升温后再经过过热器(2)升温的气体，第十种是由以上第一至第九种气体中的两种至多种混合而成的气体；(d)温度恢复过程作功后的乏气，或经过蒸发器(8)出来的饱和蒸汽，或从压气机(10)出来的初步压缩的气体，可以与热泵(9)换热，使工质温度得到初步提升。热泵(9)是从冷源中吸收热量。工质经过压力恢复系统后，当温度仍比初温T低时，再经过过热器(2)加热至初温T；当温度等于初温T时，直接进入下一热力循环；当温度高于初温T时，再进入再热器(4)中与再热工质换热，降温至初温T；(e)恢复初态的工质进入膨胀机(3)而开始下一次热力循环。
本发明所述的热力装置，是用于实现本发明所述的热力循环的，其由以下的设备按附图1用管道和阀门连接构成(f)启动设备由压气机(14)或蒸汽发生器(1)、过热器(2)和真空泵(6)组成；(g)膨胀作功设备由膨胀机(3)构成，当采用再热循环时，膨胀机的数量可按需增加；(h)冷凝-蒸发设备只当采用冷凝-蒸发过程时才使用冷凝-蒸发设备，由凝汽器(7)和蒸发器(8)构成；(j)压力恢复设备由压气机(10，12)和引射器(11)组成压力恢复系统，可以有四种不同的组合方式供选择，第一种只由引射器(11)组成，第二种由引射器(11)和压气机(12)组成，第三种由压气机(10)和引射器(11)组成，第四种由压气机(10)、引射器(11)和压气机(12)组成；当采用的引射气体的压力比热力循环的初压P高时，使用压气机(13)作为升压设备；(j)温度恢复设备由过热器(2)和再热器(4)组成可以选择或不选择热泵(9)作为初步加热设备。
本发明所述的热力循环和装置，不仅可以无须向冷源放热，而且还可以通过热泵从冷源吸收热量用于作功，所以具有热效率高的优点，其理论热效率可以达到和超过100％。
图1热力循环和装置2热力循环的P-V中1蒸汽发生器，2过热器，3膨胀机，4再热器，5膨胀机，6真空泵，7凝汽器，8蒸发器，9热泵，10压气机，11引射器，12压气机，13压气机，14压气机。
具体实施例方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1本实施例用水蒸气作为工质。由真空泵(6)将系统抽真空，蒸汽发生器(1)产生初始压力为2.0MPa的水蒸汽，进入过热器(2)加热成为初温为560℃的过热蒸汽，进入涡轮机(3，5)膨胀作功，中间进行5次再热循环，各次再热循环的参数见附图2和下表，并且使从涡轮机(5)出来的乏气的干度达到100％，乏气(2kPa、17.5℃)在引射器(11)中在第4次再热蒸汽(0.4MPa、560℃)的引射作用下初步压缩成0.2MPa、120℃的饱和蒸汽，再由压气机(12)压缩至0.4MPa，然后通过过热器(2)加热至560℃，重新达到初始蒸汽的参数，进入下一轮循环。把各个过程的参数列于下表(数据来自水蒸汽表)。
引射器的高压汽源的参数为0.4MPa、560℃，h1＝3616.2kJ/kg，而从引射器出来的混合饱和蒸汽的压力为0.2MPa，饱和温度为120，h2＝2706.7kJ/kg，乏气的焓为h3＝2533.5kJ/kg。假设高压汽源的质量为m1，乏气的质量为m0，并且m1+m0＝1，根据热量平衡，有m0/m1＝(h1-h2)/(h2-h3)代入后求得m0＝84％，m1＝16％。
则每次循环从热源的吸热量为Q＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+84％Q5+Q6＝1166 (kJ)而每次循环的作功量为W＝W1+W2+W3+W4+84％W5+84％W6-W7＝1166 (kJ)所以，循环的理论热效率为ηt＝W/Q＝1166/1166＝100％
实施例2在实施例1的循环的基础上，引入热泵(9)从冷源中吸取热量产生温度为80℃热水，乏气首先与热泵(9)的热水进行热交换而加热至80℃，然后再进入引射器(11)压缩至0.2MPa、120℃的饱和蒸汽。其余过程与实施例1相同。则单位工质从热泵(9)吸热量为Qhp＝Cp(T2-T1)＝1.0×(80-17.5)＝62.5(kJ/kg)即加热后乏气的焓变为 h4＝2533.5+62.5＝2596 (kJ/kg)则引射器中的质量比为 m0/m1＝(h1-h4)/(h4-h3)代入后求得m1＝10.9％，m0＝89.1％。
即实际从热泵吸收的热量为Q8＝m0Qhp＝0.891×62.5＝55.7(kJ)假设热泵的(COP)h为4.0，则热泵消耗的功为W8＝Q8/4.0＝13.9 (kJ)则每次循环从热源吸热量为Q＝Q1+Q2+Q3+Q4+89.1％Q5+Q6＝1178.8 (kJ)而每次循环的作功量为W＝W1+W2+W3+W4+89.1％W5+89.1％W6-W7-W8＝1220 (kJ)所以，循环的理论热效率为ηt＝W/Q＝1220/1178.8＝103.5％＞100％。
权利要求
1.一种热力循环，其特征在于由下列过程构成(a)启动过程由真空泵(6)把膨胀机(3)、膨胀机(5)抽真空，当采用乏气冷凝-蒸发过程时，同时把凝汽器(7)、蒸发器(8)也抽真空；当采用蒸汽作工质时，由蒸汽发生器(1)产生的饱和蒸汽或再经过过热器(2)加热成过热蒸汽为初始状态，其压力为P、温度为T；当采用气体工质时，由压气机(14)压缩出来的气体或再经过过热器(2)加热的气体为初始状态，其压力为P、温度为T；(b)膨胀作功过程有两种选择，第一种是初始状态的气态工质进入膨胀机(3)作功后成为乏气，乏气中液态工质的含量为y，且y＝0；第二种是初始状态的气态工质进入膨胀机(3)作功至一定的中间压力后，进入再热器(4)加热升温至较高的温度，然后再进入膨胀机(5)继续膨胀作功后成为乏气，乏气中液态工质的含量为y，且y＝0，这种再热循环可以进行多次；(c)压力恢复伴温度升高过程作功后的乏气可以直接进入压力恢复系统恢复至初压P，同时温度升高；对蒸汽工质，还可以首先进入凝汽器(7)冷凝成液体，在蒸发器(8)中再蒸发成蒸汽，然后进入压力恢复系统恢复至初压，同时温度升高；(d)温度恢复过程作功后的乏气，或经过蒸发器(8)出来的饱和蒸汽，或从压气机(10)出来的初步压缩的气体，可以与热泵(9)换热，使工质温度得到初步提升；工质经过压力恢复系统后，当温度仍比初温T低时，再经过过热器(2)加热至初温T；当温度等于初温T时，直接进入下一热力循环；当温度高于初温T时，再进入再热器(4)中与再热工质换热，降温至初温T；(e)恢复初态的工质进入涡轮机(3)而开始下一次热力循环。
2.根据权利要求1所述的一种热力循环，其特征在于膨胀机(3，5)可以是涡轮机，也可以是活塞型膨胀机。
3.根据权利要求1所述的一种热力循环，其特征在于蒸发器(8)工作时液体工质蒸发成气态吸收的热量来自冷源。
4.根据权利要求1所述的一种热力循环，其特征在于压力恢复系统的组成可以有下面四种选择第一种只由引射器(11)组成，第二种由引射器(11)和压气机(12)组成，第三种由压气机(10)和引射器(11)组成，第四种由压气机(10)、引射器(11)和压气机(12)组成。
5.根据权利要求1或4所述的一种热力循环，其特征在于引射器所需的高温高压的引射气体的来源有下面十种选择第一种是压力为P的气态工质经过过热器(2)加热的气体；第二种是初始状态即压力为P、温度为T的气体；第三种是从膨胀机(3)中引出来的回热气体；第四种是从膨胀机(3)中引出来的回热气体再经过过热器(2)加热的气体；第五种是从再热器(4)引出来的再热气体；第六种是从膨胀机(5)中引出来的回热气体；第七种是从膨胀机(5)中引出来的回热气体再经过过热器(2)加热的气体；第八种是压力为P的气体经过压气机(13)升压同时升温后的气体；第九种是压力为P的气体经过压气机(13)升压同时升温后再经过过热器(2)升温的气体；第十种是由以上第一至第九种气体中的两种至多种混合而成的气体。
6.根据权利要求1所述的一种热力循环，其特征在于热泵(9)是从冷源中吸收热量。
7.一种用于实现权利要求1所述的一种热力循环的热力装置，其特征在于由以下的设备按附图1用管道和阀门连接构成(f)启动设备由压气机(14)或蒸汽发生器(1)、过热器(2)和真空泵(6)组成；(g)膨胀作功设备由膨胀机(3)构成，当采用再热循环时，膨胀机的数量可按需增加；(h)冷凝-蒸发设备只当采用冷凝-蒸发过程时才使用冷凝-蒸发设备，由凝汽器(7)和蒸发器(8)构成；(i)压力恢复设备由压气机(10，12)和引射器(11)组成压力恢复系统，可以有四种不同的组合方式供选择，第一种只由引射器(11)组成，第二种由引射器(11)和压气机(12)组成，第三种由压气机(10)和引射器(11)组成，第四种由压气机(10)、引射器(11)和压气机(12)组成；当采用的引射气体的压力比热力循环的初压P高时，使用压气机(13)作为升压设备；(j)温度恢复设备由过热器(2)和再热器(4)组成；可以选择或不选择热泵(9)作为初步加热设备。
全文摘要
一种把热能转化成有用功的热力循环，过程是初始状态的气态工质经过膨胀机作功后成为不含液体工质的乏气，乏气经过由引射器为主构成的压力恢复系统而恢复初压，再经过热泵、过热器处理而恢复初温；一种用于实现上述热力循环的热力装置，其构成包括下列设备蒸汽发生器、过热器、膨胀机、再热器、真空泵、凝汽器、蒸发器、热泵、压气机、引射器。该热力循环和装置，不仅可以无须向冷源放热，而且还可以通过热泵从冷源吸收热量用于作功，所以具有热效率高的优点，其理论热效率可以达到和超过100％。
文档编号F01K27/00GK1891981SQ20051003579
公开日2007年1月10日 申请日期2005年7月4日 优先权日2005年7月4日
发明者陈培豪 申请人:陈培豪