一种通过蒸汽压驱动液体工质做功的系统的制作方法

本发明涉及汽机技术领域，具体涉及一种通过蒸汽压驱动液体工质做功的系统。

背景技术：

目前为止，大部分做功或者发电的装置，都是通过形成高温高压的气体，然后通过使高温高压气体膨胀，达到做功或者发电的目的。形成高温高压气体的方法一般有如下两种：一种是使可燃的燃料与空气中的氧反应，通过燃烧的方法，直接形成高温高压气体；另一种通过使燃料燃烧加热液体工质，比如水，使液体工质蒸发形成高温高压的气体，比如内燃机、燃气轮机、蒸汽机等等。

其中，通过对液体工质加热，使液体工质蒸发成高温高压的蒸汽气体后再做功，可以使蒸汽气体工质温度和压力降得很低，但低温低压的蒸汽气体工质不好直接回收再利用，只能使蒸汽气体工质冷凝成液体，然后再给液体工质加热并再次循环。由此在冷凝的过程中可能导致大量的低温热能排放到环境中，而且由于工质的汽化潜热远高于比热容，所以导致该种方式的热效率较低。

而通过液体工质直接做功的装置很少，比如通过水轮机做功或者发电。这些受环境的制约比较多，而且大型的水电站对环境、对生态平衡的影响很大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新的、通过利用蒸汽压作为动力以驱动液体工质做功的系统。

为实现上述目的，本发明提供一种通过蒸汽压驱动液体工质做功的系统，包括做功装置，还包括导流通道，所述导流通道包括相互连通的蒸汽腔和液体腔，所述蒸汽腔位于液体腔上方；在导流通道上设置有与蒸汽腔连通的工质入口和与液体腔连通的工质出口；所述做功装置与工质出口相连；在导流通道内位于工质入口和工质出口之间设置有用于对工质降温的降温装置。

进一步的是：还包括热源和工质池，所述工质池与做功装置相连以收集经做功装置后的液体工质；所述热源通过管路分别与工质池和导流通道上的工质入口相连。

进一步的是：还包括加热容器；所述降温装置包括至少一个换热器，在降温装置上设置有分别与换热器连通的换热入口和换热出口，所述换热入口通过管路与工质池相连；所述加热容器通过管路分别与工质池和降温装置上的换热出口相连；所述热源与加热容器相连。

进一步的是：还包括热源、加热容器和工质池，所述工质池与做功装置相连以收集经做功装置后的液体工质；所述降温装置包括至少一个换热器，在降温装置上设置有分别与换热器连通的换热入口和换热出口，所述换热入口通过管路与工质池相连；所述加热容器通过管路分别与工质池、降温装置上的换热出口和导流通道上的工质入口相连；所述热源与加热容器相连。

进一步的是：在工质入口处设置有与工质入口相连的第一引射器和/或在工质出口处设置有与工质出口相连的第二引射器；当设置有第一引射器时，所述第一引射器的引射端通过相应的引射管路与加热容器或者与工质池相连；当设置有第二引射器时，所述第二引射器的引射端通过相应的引射管路与工质池相连。

进一步的是：所述加热容器设置有多个，多个加热容器相互并联设置。

进一步的是：在所述加热容器上设置有加热蒸汽入口，所述加热蒸汽入口可与热源上加热工质后的出口和/或者与降温装置上的换热出口相连；在加热容器内还设置有与加热蒸汽入口相连的第三引射器和蒸汽加热器；所述第三引射器的引射端与相应的引射管相连，并且该引射管的入口设置在加热容器内的底部所述蒸汽加热器位于加热容器内的底部。

进一步的是：所述降温装置包括顺次相连的低温换热器、中温换热器和高温换热器，并且低温换热器位于靠近工质出口一端，高温换热器位于工质入口一端；所述换热入口与低温换热器连通，所述换热出口与高温换热器连通。

进一步的是：所述的低温换热器、中温换热器和高温换热器均为双锅筒式换热器，每个双锅筒式换热器包括位于上方的上锅筒、位于下方的下锅筒和连通上锅筒和下锅筒的多根竖管；在低温换热器和工质池之间设置有第一过渡池，所述第一过渡池通过一路设有阀门的管路与工质池相接以及通过两路分别设有阀门的管路与低温换热器内的上锅筒循环连接；在中温换热器和低温换热器之间设置有第二过渡池，所述第二过渡池通过一路设有阀门的管路与低温换热器内的下锅筒相接以及通过两路分别设有阀门的管路与中温换热器内的上锅筒循环连通；在中温换热器和高温换热器之间设置有第三过渡池，所述第三过渡池通过一路设有阀门的管路与中温换热器内的下锅筒相接以及通过两路分别设有阀门的管路与高温换热器内的上锅筒循环连通；所述换热入口设置在第一过渡池上，所述换热出口设置在高温换热器内的上锅筒上；在第一过渡池、第二过渡池和第三过渡池上分别设置有抽真空接口。

进一步的是：在工质出口和做功装置之间设置有做功控制阀门；所述导流通道呈竖直状或者是“L”状。

本发明具有如下优点：本发明通过设置导流通道，同时在导流通道内设置相应的降温装置，以此可将从工质入口进入的高温液体工质或者高温的液体加汽体的混合工质在导流通道内降温成为常温液体工质，然后再借助蒸汽腔内的蒸汽压力驱动该液体工质从工质出口排出至做功装置内进行做功。本发明所述的系统，由于可使高温高压蒸汽从气态变为液体的过程在高温高压蒸汽做功之前，且实际进入到做功装置内的工质为常温状态，因此气态的蒸汽工质对应的汽化潜热部分的热量没有排到环境中，而且还可进一步通过降温装置实现对高温工质的热量进行回收并再次用于循环加热做功后的液体工质，因此本发明所述的系统可极大地提高整体的热效率。另外，本发明所述的系统在液体工质进入做功装置前经过了换热降温过程，因此进入做功装置的液体工质温度较低，可有效地保护做功装置。

附图说明

图1为本发明具体实施方式一所对应系统的连接关系示意图；

图2为本发明具体实施方式二所对应系统的连接关系示意图；

图3为本发明具体实施方式三所对应系统的连接关系示意图；

图4为本发明具体实施方式四所对应系统的连接关系示意图；

图5为本发明具体实施方式五所对应系统的连接关系示意图；

图6为降温装置的一种具体结构的连接关系示意图；

图7为加热容器内设置第三引射器的结构示意图；

图8为加热容器内设置蒸汽加热器的结构示意图；

图9为引射器的结构示意图；

附图编号：做功装置1、导流通道2、蒸汽腔2a、液体腔2b、工质入口3、工质出口4、降温装置5、低温换热器5a、中温换热器5b、高温换热器5c、热源6、工质池7、加热容器8、换热入口9、换热出口10、第一引射器11、第二引射器12、引射端13、引射管路14、第三引射器15、引射管16、上锅筒17、下锅筒18、竖管19、第一过渡池20、第二过渡池21、第三过渡池22、阀门23、抽真空接口24、做功控制阀门25、加热蒸汽入口26、抽真空接口27、供液接口28、排液接口29、蒸汽加热器30、动力端31、喷射端32。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。其中，以下所述的工质，其实际代表的是一种实现整个系统循环做功的媒介；具体可优选为水。

具体实施方式一

如图1中所示，本发明所述的一种通过蒸汽压驱动液体工质做功的系统，包括做功装置1，还包括导流通道2，所述导流通道2包括相互连通的蒸汽腔2a和液体腔2b，所述蒸汽腔2a位于液体腔2b上方；在导流通道2上设置有与蒸汽腔2a连通的工质入口3和与液体腔2b连通的工质出口4；所述做功装置1与工质出口4相连；在导流通道2内位于工质入口3和工质出口4之间设置有用于对工质降温的降温装置5。其中，做功装置1可以是发电装置也可以是机械动力装置，其做功的动力由从导流通道2上的工质出口4排出的液体工质提供。当然，不失一般性，本发明的系统在运行时需要通过向工质入口3不断的供入高温的工质，同时从工质出口4不断的排出液体的工质以驱动做功装置做功或者发电。其中，上述加入到导流通道2内的高温工质，其温度应当满足可在蒸汽腔2a内产生足够的蒸气压以满足驱动液体工质从工质出口4排出至做功装置1中，并满足做功装置1的功率需求。

更具体的，从工质入口3处供入的高温工质可以为高温的液体工质或者为高温的液体工质加高温高压的蒸汽工质或者为常温的液体工质加高温高压的蒸汽工质；其中上述当需要同时供入液体工质加蒸汽工质时，可设置有两个工质入口3，并且通过其中一个工质入口3供入蒸汽工质，同时通过另一个工质入口3供入液体工质；或者也可在工质入口3处设置有引射器，由高温高压的蒸汽作为动力将相应的液体工质随蒸汽一起引射入导流通道2内。而具体的高温高压蒸汽工质以及高温液体工质可采用额外的蒸汽发生装置以及液体工质的加热容器提供。

上述具体实施方式一的具体工作过程如下：高温高压蒸汽工质加液体工质或者高温的液体工质从工质入口3连续不断的供入到导流通道2内，通过设置在导流通道2内的降温装置，将位于液体腔2b内的液体工质从靠近蒸汽腔2a的一端至工质出口4的一端逐渐降温，即实际使得液体腔2b内的液体工质从靠近蒸汽腔2a的一端至工质出口4的一端呈温度逐渐降低的状态；进而可使靠近工质出口4处的液体工质最终降温成较低的温度或者常温状态；同时由于在蒸汽腔2a内仍然具有高温高压的蒸汽，因此通过蒸汽腔2a内的蒸汽压可将液体腔2b内的液体从工质出口4压出，进而可通过从工质出口4排出的液体驱动做功装置进行做功。不失一般性，为了使得整个系统的连续运行，应当使从工质入口3进入的蒸汽工质和相应的液体工质的质量之和的供给速度与从工质出口4排出的液体质量的速度相同；而且为了确保蒸汽腔2a内的蒸汽压力的稳定，从工质入口3进入的液体工质的温度必须与相应的蒸汽压相应，同时在蒸汽腔2a内的蒸汽压力较低时，可通过加入相应的高温高压蒸汽使之稳定。

更具体的，为了实现对从工质出口4排出的液体工质的调节控制，可在上述具体实施方式一的基础上在工质出口4和做功装置1之间设置有做功控制阀门25，这样可通过做功控制阀门25调节工质出口4的流量，进而实现对做功过程的调节控制。

具体实施方式二

参照附图2中所示，在上述具体实施方式一的基础上，所述系统还包括热源6和工质池7，其中所述工质池7与做功装置1相连以收集经做功装置1后的液体工质；所述热源6通过管路分别与工质池7和导流通道2上的工质入口3相连。这样，通过在具体实施方式一的基础上引入相应的热源6，并且可通过热源6直接对经做功装置1后被收集到工质池7内的液体工质进行再加热，以形成高温高压蒸汽或者高温的液体后通过工质入口3再次加入到导流通道2内，以此可实现系统的循环。其中热源6可以为将液体工质加热为高温高压蒸汽的装置，其为整个系统提供最原始的能源。例如，在燃煤发电的系统中，其通过烧煤的锅炉将液体水加热为高温高压蒸汽；其中的热源6即可为烧煤的锅炉。

具体实施方式三

在上述具体实施方式一和具体实施方式二中，其降温装置5的作用是用于对导流通道2内的高温工质进行降温。而为了进一步回收利用在该降温过程中释放的能量，以提高能源利用率；参照附图3中所示，在上述具体实施方式二的基础上，进一步还设置有加热容器8；所述降温装置5包括至少一个换热器，在降温装置5上设置有分别与换热器连通的换热入口9和换热出口10，所述换热入口9通过管路与工质池7相连；所述加热容器8通过管路分别与工质池7和降温装置5上的换热出口10相连；所述热源6与加热容器8相连。此时可通过向降温装置内通入来自工质池7的低温液体工质作为换热工质，换热工质在通过降温装置5后将被进行一定程度的加热，然后被加热后再排入到加热容器8内，其中优选设置从换热出口10排出并加入到加热容器8内的工质为饱和的蒸汽工质，这样可由质量较少的蒸汽吸收大量的热量。当然，加热容器8除了可以收集从降温装置5排入的工质外，还直接通过管路从工质池7内收集低温的液体工质。在这样的情况下，可通过热源6将加热容器8内的工质进一步加热为高温液体工质后再从工质入口3直接供入到导流通道2内。这样，即可有效地回收利用降温装置对导流通道2内的工质降温时释放的热量。其中热源6可以采用如图中所示的管路连接形式，或者也可以是其他形式的加热设备；热源6可以设置在加热容器8内也可以在其外部，只要功率足够达到要求即可；并且热源6可将加热容器8内的工质加热后直接供入到导流通道2内，也可将加热容器8内的工质加热后在返回到加热容器8内。

具体实施方式四

同具体实施方式三一样，为了实现进一步回收利用在降温装置内对工质降温过程中释放的能量，以提高能源利用率；参照附图4中所示，在具体实施方式一的基础上进一步还设置有热源6、加热容器8和工质池7，所述工质池7与做功装置1相连以收集经做功装置1后的液体工质；所述降温装置5包括至少一个换热器，在降温装置5上设置有分别与换热器连通的换热入口9和换热出口10，所述换热入口9通过管路与工质池7相连；所述加热容器8通过管路分别与工质池7、降温装置5上的换热出口10和导流通道2上的工质入口3相连；所述热源6通过两路管路与加热容器8循环连接以加热加热容器8内的工质。这样，由热源6可直接通过循环的方式加热加热容器8内的工质，当加热容器8内的工质达到一定的温度后，即可在加热容器8内的顶部形成一定的高温高压蒸汽，进而可直接通过加热容器8从工质入口3向导流通道2内供入高温的工质。同时通过持续地由热源6供入的高温高压蒸汽，保持工质的蒸汽压力，同时为了减少对热源6的负荷，可以采用热源6加热从加热容器8底部吸上来的液体工质并加热后，喷到加热容器8内上部的蒸汽中以促进液体工质蒸发，进而保持加热容器8内具有足够的蒸汽压力。

更具体的，此时加热容器8内对工质的一种典型的加热过程为：首先，从工质池7向加热容器8内供入一定量的低温或者常温的液体工质，然后将从降温装置5上的换热出口10排出的换热后的工质加入到加热容器8内，并与之前以加入的低温或者常温的液体工质混合，即可实现对该部分液体工质的初步加热；之后再通过利用热源6实现对加热容器8内的工质的循环加热，以使加热容器8内的工质达到设定温度后再供入到导流通道2内。当然，不失一般性，在上述典型的加热过程中，可根据需要在相应的管路上述设置开关阀门，以进行对管路的开关控制。并且在此种典型的加热过程中，由于加热容器8内的工质在达到设定温度前将不能直接供入到导流通道2内，因此为了实现向导流通道2内连续不断的供如高温工质，需要设置多个加热容器8，并由多个加热容器8依次循环的向导流通道2供入高温工质以实现导流通道2的连续运行。

具体实施方式五

具体实施方式五是在具体实施方式一的基础上，通过将竖直状导流通道2改变为“L”状的导流通道2后得到。其中参照附图5中所示，其是在具体实施方式三所对应的附图3中通过将竖直状导流通道2改变为“L”状的导流通道2后得到。不失一般性，也可将上述具体实施方式二或四所对应的附图内的竖直状导流通道2改变为“L”状的导流通道2，以获得更多的实施方式。

另外在上述具体实施方式三、四中，进一步还可在工质入口3处设置有与工质入口3相连的第一引射器11和/或在工质出口4处设置有与工质出口4相连的第二引射器12；其中，当设置有第一引射器11时，所述第一引射器11的引射端13通过相应的引射管路14与加热容器8或者与工质池7相连；而当设置有第二引射器12时，所述第二引射器12的引射端13通过相应的引射管路14与工质池7相连。

上述设置第一引射器11的作用是：当通过工质入口3加入高温高压蒸汽时，可通过第一引射器11将位于加热容器8或者位于工质池7内的液体工质一并引入。其具体的原理，参照附图9中所示，当从引射器的动力端31引入高速流体后，可对其引射端产生抽吸力，进而将引射端13连通的物料吸起并混合后从喷射端32排出。后续的第二引射器12以及第三引射器15均与第一引射器11结构相同。当然，不失一般性，可设置通过第一引射器11引入的液体工质的量可根据需要进行调节。

同理，上述设置第二引射器12的作用是，当通过工质出口4排出液体时，可通过第二引射器12将位于工质池7内的液体工质一并引入；当然，也可设置其引入的量也可根据需要进行调节。

更具体的，还可在所述加热容器8上设置有加热蒸汽入口26，在不同的具体实施方式中，所述加热蒸汽入口26可与热源6上加热工质后的出口和/或者与降温装置5上的换热出口10相连。加热蒸汽入口26的作用是：通过加入高温工质以和加热容器8内的低温工质进行混合并加热加热容器8内的低温工质。如在上述具体实施方式四中，加热蒸汽入口26可同时与热源6上加热工质后的出口和与降温装置5上的换热出口10相连，以此可分别通过加热蒸汽入口26引入热源6加热后的高温工质以及从降温装置5排出的饱和蒸汽。更具体的，从加热蒸汽入口26引入到加热容器8内的高温工质，其可通过如下两种具体方式对加热容器8内的低温工质进行加热：第一种，在加热容器8内设置与加热蒸汽入口26相连的第三引射器15，所述第三引射器15的引射端13与相应的引射管16相连，并且该引射管16的入口设置在加热容器8内的底部；这样，通过第三引射器15可将加热容器8底部的液体工质吸起并与高温工质充分接触换热，一方面可提高加热容器8内的循环效果，另一方面可促使液体工质快速蒸发，以弥补因加热容器8内的高温液体工质流出到导流通道2内后引起加热容器8内的蒸气压下降以保持蒸气压的稳定，进而起到能够持续稳定地驱动液体工质流到导流通道2内。第二种，在加热容器8内设置与加热蒸汽入口26相连的蒸汽加热器30，所述蒸汽加热器30位于加热容器8内的底部；蒸汽加热器30可为盘管式换热器，并且可在其管道上设置相应的开口，以使蒸汽加热器30内部的高温工质排出后与加热容器8内的低温工质充混合换热。

当然，一般的，可在加热容器8上设置相应的抽真空接口27、供液接口28和排液接口29；其中，设置抽真空接口27的作用是在需要时可用于抽真空，以在加热容器8内形成负压，进而可将工质池7内的液体工质吸入到加热容器8内。当然，除了采用上述抽真空方式将工质池7内的液体工质吸入到加热容器8内的方式外，也可直接利用泵将工质池7内的液体工质泵入到加热容器8内。而上述供液接口28，则是与工质池7相连时使用；而设置排液接口29，则是在将加热容器8内的工质排出时使用，如可将排液接口29与导流通道2上的工质入口3连通，以向导流通道2内供入工质；抑或如在上述具体实施方式四中，可将排液结构29与热源6相接，以通过排液接口29将加热容器8内的工质供给热源6以进行加热。

另外，加热容器8可设置有多个，并且将多个加热容器8并联设置，同时允许各个加热容器8可独立的运行，这样通过依次切换不同的加热容器8向导流通道2内供入工质，可实现导流通道2的连续稳定运行。如在上述具体实施方式4中，当设置有多个加热容器8时，可将其内部工质已经达到加热温度要求后的加热容器8上的排液接口29与导流通道2的工质入口3连通，以由该加热容器8向其供入高温工质；同时将其它工质未达要求的加热容器8与导流通道2断开并对这部分加热容器8内的工质进行不断的加热，直到加热到满足温度要求后再与导流通道2连通；这样，通过将多个加热容器8依次循环地与导流通道2连通即可实现持续的向导流通道2内供入高温工质。当然，不失一般性，当设置有多个加热容器8时，可只配设一个热源或者为每一个加热容器8配设一个热源6或者为其中的两个或部分加热容器8配设一个热源6。

另外，上述的降温装置，其作用是用于对导流通道2内的工质进行降温。具体的，当其采用换热器时，参照附图6中所示，所述降温装置5包括顺次相连的低温换热器5a、中温换热器5b和高温换热器5c，并且低温换热器5a位于靠近工质出口4一端，高温换热器5c位于工质入口3一端；所述换热入口9与低温换热器5a连通，所述换热出口10与高温换热器5c连通。为了使得换热工质能有效地从工质池7依次经低温换热器5a、中温换热器5b和高温换热器5c后排入到加热容器8内；可在管路上述设置相应的动力泵以提供动力；或者也可采用如下方式：如附图6中所示，所述的低温换热器5a、中温换热器5b和高温换热器5c均为双锅筒式换热器，每个双锅筒式换热器包括位于上方的上锅筒17、位于下方的下锅筒18和连通上锅筒17和下锅筒18的多根竖管19；在低温换热器5a和工质池7之间设置有第一过渡池20，所述第一过渡池20通过一路设有阀门23的管路与工质池7相接以及通过两路分别设有阀门23的管路与低温换热器5a内的上锅筒17循环连接；在中温换热器5b和低温换热器5a之间设置有第二过渡池21，所述第二过渡池21通过一路设有阀门23的管路与低温换热器5a内的下锅筒18相接以及通过两路分别设有阀门23的管路与中温换热器5b内的上锅筒17循环连通；在中温换热器5b和高温换热器5c之间设置有第三过渡池22，所述第三过渡池22通过一路设有阀门23的管路与中温换热器5b内的下锅筒18相接以及通过两路分别设有阀门23的管路与高温换热器5c内的上锅筒17循环连通；所述换热入口9设置在第一过渡池20上，所述换热出口10设置在高温换热器5c内的上锅筒17上；在第一过渡池20、第二过渡池21和第三过渡池22上分别设置有抽真空接口24。在上述结构中，以换热工质从低温换热器5a流入中温换热器5b为例具体阐述其流动过程：首先，关闭第二过渡池21与中温换热器5b相连的两条管路上的阀门23，同时打开第二过渡池21与低温换热器5a相连的管路上的阀门23；然后通过第二过渡池21上的抽真空接口24对第二过渡池21进行抽真空，此时位于低温换热器5a的下锅筒18内一定量的换热工质将被吸入到第二过渡池21内；然后打开第二过渡池21与中温换热器5b相连的两条管路上的阀门23，同时关闭第二过渡池21与低温换热器5a相连的管路上的阀门23，使第二过渡池21与中温换热器5b进行循环；当然在第二过渡池21与中温换热器5b进行循环的过程中，相应的需要将抽真空接口24关闭。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。