利用真空動力節能方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱能動力領域。
【背景技術】
[0002]目前發動機熱力循環的優勢是膨脹初溫高，缺點是不能實現真空膨脹導致膨脹比有限排放溫度高，而電廠蒸汽熱力循環做功過程實現了從高壓到真空的膨脹過程實現了接近環境溫度的低溫排放，但膨脹初溫低而且必須是大機組才能實現較高參數膨脹，對燃氣動力的分布式能源系統、生物質能以及太陽能熱發電等可再生能源采用蒸汽熱力循環時因為機組小參數低發電熱效率總是處于較低水平，燃氣動力系統雖然可以采用燃氣蒸汽聯合機組，卻導致系統復雜投資成本高。在熱栗領域，最普遍的采用氟里昂壓縮式機組或溴化鋰蒸發式機組，需要氟里昂或溴化鋰等高成本介質以及大量的換熱器并且存在環境問題，還有蒸汽噴射式抽氣熱栗投資成本低但是存在以下問題導致其熱效率總是很低，一是蒸汽初參數低，二是制冷劑真空霧化膨脹過程中的膨脹功沒有利用，三是噴射抽氣器擴壓管內的壓縮過程沒有采用排熱降溫措施，排放溫度高動力消耗大。專利申請201210165823.0提出了噴射旋流器熱栗方式，可以利用濕空氣甚至濕煙氣通過真空噴射制冷而不用其它介質，但在工質從真空狀態排出系統到環境時沒有采取冷卻排熱措施同樣會導致排放溫度高動力消耗較大。隨著全社會經濟規模的不斷膨脹工業與民用領域因余熱排放規模巨大浪費，能源短缺與環境污染的矛盾越來越突出，因此探索任何節能技術與可再生能源利用技術的突破總是意義重大。
[0003]氣液混合栗有利于實現氣體定溫壓縮，目前使用最常見的是液環栗，而定溫壓縮對熱力系統低溫排熱非常有利，但因液環栗由于葉輪對液體工質的攪拌作用導致內部流動損失很大，實際應用效率很低，約40%左右。
【發明內容】
[0004]本發明的目的:熱力系統或熱栗系統利用真空膨脹產生真空動力并大幅度提高效率。
[0005]本發明的技術方案:熱力循環系統通過增加真空膨脹措施延長氣體工質統膨脹過程，完成真空膨脹后在冷卻排熱的過程中完成真空壓縮達到排放壓力，使真空膨脹功大于真空壓縮功而產生真空動力進而實現大幅度提高熱效率或提高噴射式熱栗的制冷制熱系數。進一步描述為，動力系統或動力裝置在循環工作過程中存在使流體工質通過吸收熱量做功產生動力的熱動力過程，或者存在使流體工質通過接收動力產生熱栗效應的熱栗過程，或者兩種過程都存在，熱動力過程或熱栗過程中至少存在氣體工質膨脹過程與壓縮過程，其特征是:動力系統或動力裝置在循環工作過程中存在真空動力過程，真空動力過程在真空動力裝置中完成或在不同裝置中完成；所述的真空動力過程是指氣體工質在膨脹過程中有真空膨脹，在壓縮過程中有真空壓縮，至少有一種氣體工質在完成真空膨脹后到完成真空壓縮的過程中有排熱過程，可以是直接排熱，指氣體工質直接向同時進入真空噴射器內并混合的低溫工質(例如低溫氣體或液體或低溫氣體凝結物)排熱即一種氣體工質向另一種氣體工質排熱，也可以是間接排熱，指通過管道壁或換熱器對外排熱；所述的真空是指氣體工質在低于大氣壓狀態下或低于環境壓力狀態下。真空動力裝置由內部可產生真空并且具有排熱功能的真空噴射器及其動力裝置(如壓縮機以及氣液混合栗等可產生壓縮氣體的裝置、有壓蒸汽鍋爐、以及各種可以產生熱噴射煙氣的發動機等)組成，由動力裝置為真空噴射器提供噴射動力共同完成真空動力過程，真空噴射器包括噴射器、噴射抽氣器、噴射旋流器、噴射旋流抽氣器以及噴射旋流氣液分離器等，及其各種排熱方案將在實施方式中進一步說明。
[0006]同時，氣液混合栗在運行中液體工質不斷吸收氣體工質壓縮熱而具有使氣體工質接近定溫壓縮的優勢，增加進氣噴嘴即可成為真空動力裝置，簡單實用，為提高效率，這里提出在氣液混合栗液體工質循環管路進入栗入口時增加液體工質循環噴嘴使液體工質噴射進入栗內，避免節流損失大幅度提高效率，同時也可以使普通液力栗成為高效率氣液混合栗Ο
[0007]這里涉及的氣體或氣體工質是包括空氣、煙氣、蒸汽、濕氣體等氣態工質或氣態工質為主要成份的廣義概念。
[0008]本發明的優點:
[0009]1.真空動力過程可以使常壓(即一個大氣壓或環境壓力)熱氣體工質繼續做功，可使燃氣動力系統及其它類似的高溫熱動力系統余熱繼續做功效率大幅度提高，也可以實現從高溫高壓煙氣直接實現真空膨脹，最大膨脹比做功，簡單低成本。
[0010]2.高參數高膨脹比的優勢用于熱力熱栗裝置，可直接利用高溫煙氣或高溫空氣為介質結合低溫濕氣體在真空旋流狀態的熱分離效應，大幅度提高制冷制熱系數而無需特殊介質，在此基礎上提出的循環熱栗可使熱栗式鍋爐熱效率倍增，越是低溫熱利用潛力越大。
[0011]3.真空動力裝置有利于吸收各種有壓或常壓熱氣體組成熱力系統，可適應廣泛的節能推廣，也有利于低成本領域太陽能熱力及生物質能等可再生能源。
[0012]4.高效率優勢不受機組大小影響，方便高效率熱電冷聯產，有利于分布式能源利用。
[0013]5.為實現空氣與煙氣凈化及水質凈化、空氣除濕、物料干燥以及蒸汽冷凝等熱力系統循環利用熱量創造了非常有利條件，并且具有廣泛成熟的工業基礎，實用性強。
[0014]6.對于燃氣發動機在燃燒室與渦輪之間增加真空噴射過程可直接實現高壓到真空的膨脹過程，避免了渦輪葉片直接面對高溫煙氣環境，使燃燒室有了產生更高溫度的空間；利用燃氣動力的噴射抽氣器帶動真空氣輪機的發動機模式更是使渦輪轉子徹底擺脫了煙氣而適用于任何燃料，例如煤粉水煤漿等高灰分高硫燃料。
[0015]7.在蒸汽動力系統中增加真空噴射過程可使系統實現超出凝汽器真空的膨脹過程產生真空動力，因此與傳統蒸汽動力系統相比可以增加更多再熱過程而提高熱效率并擴大容量。
[0016]8.循環熱栗式蒸汽動力機組可同時發揮高溫節能與真空動力節能，大幅提高熱效率。
[0017]9.提出入口增加循環噴嘴的氣液混合栗方案，可大幅度提高抽氣能力，適用于各種類型液力栗，改進的進氣或抽氣方式為簡單高效利用氣液混合栗，充分發揮其在壓縮過程同時氣液直接混合降溫的優勢，為發揮真空動力優勢為熱水鍋爐及噴射式空調制冷等領域創造了非常有利條件。
【附圖說明】
[0018]圖1是采用了氣液混合栗實現真空的真空動力熱力系統；圖2是采用了氣液混合栗增加噴嘴實現真空的真空動力熱力系統；圖3是采用了氣液混合栗的簡易真空動力系統；圖4是采用了壓縮機或真空栗的真空動力系統；圖5是采用了壓縮機或真空栗且增加噴嘴的真空動力熱力系統；圖6是采用了壓縮機或真空栗的簡易真空動力系統；圖7是熱力系統全部在真空狀態下完成循環過程的溫熵圖；圖8為有壓動力與真空動力組合循環的溫熵圖；圖9、10是兩種采用了噴射水冷或噴射氣冷的真空管噴射器與噴射抽氣器；圖11是采用了內部噴射降溫排熱的真空動力過程溫熵圖；圖12是采用了空冷翅片結構的真空管噴射器；圖13是采用了水冷與翅片結構結合的噴射抽氣器；圖14是采用了空冷結構的蝸殼式噴射旋流器；圖15是采用了空冷漸縮結構結合的出口導流式噴射旋流器；圖16是采用了內部噴射氣冷或水冷結構的噴射旋流器；圖17是采用噴射抽氣自冷的真空管噴射器；圖18是噴射旋流抽氣器；圖19是噴射旋流分離器；圖20、21是兩種采用了不同動力裝置的噴射旋流分離器式熱栗系統；圖22、23是兩種采用了不同動力裝置的噴射旋流分離器式液體凈化系統；圖24、25是兩種采用了不同動力裝置的噴射旋流分離器式氣體凈化系統；圖26、27是兩種采用了不同動力裝置的噴射旋流分離器式干燥系系統；圖28是噴射旋流分流器；圖29是排熱管須采用抽氣動力的噴射旋流分流器；圖30、31是兩種噴射旋流分流式熱栗系統；圖32、33是熱動力式噴射分流式熱栗系統；圖34是采用了噴射旋流分流器的水質凈化系統；圖35是采用了噴射旋流分流器的氣體凈化系統；圖36、37是兩種噴射分流式循環熱栗；圖38、39是兩種增加了回熱過程的噴射分流式循環熱栗；圖40是噴射灣流分流器；圖41是排熱管增加了噴射抽氣器的噴射灣流分流器；圖42是葉輪式噴射灣流分流器；圖43是尾氣增加了真空管噴射器的燃氣發動機；圖44是在燃燒室和渦輪之間增加了真空管噴射器的燃氣發動機；圖45是環形噴射真空管；圖46是多個噴射管換熱器式氣液混合栗熱栗裝置；圖47是燃氣動力噴射抽氣器；圖48、49是兩種燃氣動力的真空發動機；圖50是增加真空動力過程的蒸汽機組；圖51是具有真空動力過程的蒸汽動力循環溫熵圖；圖52是一種氣液混合栗結構簡圖；圖53是氣液混合栗進氣通道示意圖；圖54是增加了噴嘴的氣液混合栗；圖55是出口噴射抽氣栗；圖56是增加了噴嘴的液環栗；圖57是氣液混合栗式熱栗裝置；圖58是增加了噴射管換熱器的氣液混合栗式熱栗裝置。
【具體實施方式】
[0019]實施方式1，采用真空動力的熱力系統
[0020]如附圖1所示的采用了真空動力的熱力循環示意圖，氣液混合工質經氣液混合栗106升壓后進入氣液分離器101，氣體工質分離后經過加熱器103加熱升溫然后進入膨脹機104做功降溫，隨后被氣液混合栗106抽入升壓開始新的循環，附圖1及以后其它附圖中的箭頭表示工質流動方向。當氣液混合栗入口及膨脹機出口工作在真空狀態時，氣體工質在膨脹機內部將存在真空膨脹，在氣液混合栗內部將存在真空壓縮同時受到液體工質吸熱冷卻使氣體工質實現真空排熱，進而實現真空動力做功過程。液體工質循環工作，從氣液分離器101出來后回到氣液混合栗入口通過噴嘴105進入栗內構成循環回路，液體工質采用有利于栗真空抽氣的方式直接噴射進入栗內或沿入口切向噴射旋流方式進入栗內，并且在循環管路上連接了散熱器107對外排熱。附圖2所示熱力系統是在附圖1的基礎上在氣液混合栗入口增加了抽氣噴嘴108，并