一种利用低品位热能的蒸汽动力装置.pdf

本发明属能量转换和蒸汽动力装置技术，主要用于各种低品位热能的回收，利用及品位提高。
    已有低品位热能的利用装置，多见于各类热泵，这类装置中，主要有压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等，其工作介质通常为氟隆类，氨类。由于大量提取氟，自然界的生态平衡受到破坏，因此，国际环境组织已提出停止生产制造氟隆压缩机。同时这类系统受到氟隆本身性质的影响，使用氟隆为介质的热泵最高温度不超过100℃，因此，使这类热泵在低品位热能回收，利用和品位提高方面受到了很大的限制，成为广泛应用的障碍。

    鉴于上述原因本发明完全脱离了上述原型，建立一种新型的热能回收装置-利用低品位热能的蒸汽动力装置。

    为了实现上述目的，用一个热能转换器，将各种形式的低品位热能转换成以水为介质的热水能，并让其在密封容器内蒸发，成为低温低压的水蒸汽，水蒸汽由于得到了大量的汽比热，热焓高于同质量热水焓10倍左右。低温蒸汽通过一个汽水分离装置得到该状态下的干饱和水蒸汽。水蒸汽在一个前端兼有抽吸功能的涡轮蒸汽压缩机，与其同轴的是一个蒸汽涡轮膨胀机和电机，以提供压缩功，涡轮蒸汽压缩机与膨胀机同轴，并具有比膨胀机更高的转速。低温低压蒸汽经高速涡轮压缩机压缩，成为另一种状态的蒸汽，由于蒸汽得到了压缩功，其蒸汽温度压力升高，蒸汽状态控制在温饱和蒸汽状态，并在压缩机地旋转力作用下将蒸汽分离成同温同压下的饱和水和干饱和蒸汽。饱和水通过带有回止阀的出水管引出，作为较高品位的热源使用，同样饱和蒸汽得到了压缩功后，其热焓边从开始温度压力下的热焓升到压缩后的温度，压力下的干饱和蒸汽焓，因此，蒸汽热品位得到提高，其作功能力也大大提高，即膨胀焓降增加，因此，膨胀机除了供给压缩机功外，尚有部分供电机发电。该部分蒸汽经膨胀成为一种新状态的蒸汽，当达到与入口相同品位时蒸汽可进入下级膨胀机继续作功（此时须用冷凝器），也可以与本装置入口相通，组成循环。为了提高系统工作效率，系统中还设有抽气器，以抽取系统内空气，这样便保证连续不断地将低品位热能转换成较高品位的热能、机械功或电力。实现了低品位热能的回收、利用和提高。

    本装置工作过程如图1所示，开启抽气器（15），抽取系统内空气，低品位热源（1）便通过补水（7）蒸发器（4）回水径循环泵（5）热能转换器（2）转换成热水能（3）热水进入蒸发器（4）蒸发成饱和蒸汽，经汽水分离器（6）送出干饱和蒸汽（8）经管道至具有抽吸能力的涡轮压缩装置（9）蒸汽经压缩，并分离成饱和蒸汽和饱和水，饱和水通过带回上阀（10）的排水管（11）排出并作热源使用，蒸汽进入与压缩装置同轴的涡轮膨胀机（12）膨胀作功并拖动同步电机（13）发电蒸汽回至蒸发器（4）与新蒸汽混合，组成循环。

    本装置用于利用低品位热能生产蒸汽时，如图2所示，取消图2所述涡轮膨胀机（12）蒸汽通过排水管（11）回止阀（10）输出。蒸汽的压缩功由电机（13）提供。

    本装置用于采暖供热时，如图3，取消涡轮膨胀机（12）增加热网加热器（14）对外供热水（15）热网加热器（14）冷凝水回至循环泵（5）入口组成循环，蒸汽压缩功由电机（13）提供。

    【附图说明】

    1、低品位热源;2、低品位热能转换器;3、热水管;4、蒸发器;5、循环泵;6、汽水分离器;7、补水;8、低品位饱和蒸汽管;9、涡轮蒸汽压缩装置;10、回止阀;11、高品位热水管;12、蒸汽涡轮膨胀机;13、同步电机;14、热网加热器;15、抽气器。