专利名称：一种采用新循环的田淡机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热机，特别是一种高效率热循环动力机组或动力发电机组。
背景技术：
在现代火力发电厂中，人们根据《热力学》理论，以水为工质，通过锅炉设备加热，使水吸收燃料燃烧时放出的热量，产生具有一定压力和温度的蒸汽。将这种具有一定压力和温度的蒸汽导入到汽轮机里，冲击带叶轮的转子，使转子在转动的同时，带动同轴上的发电机转子旋转而发电。通过汽轮机做功后的工质叫做乏汽。乏汽通过双曲线冷却塔放热凝结成水，经过高压泵加压，提高压力后又送回锅炉继续工作，工质这样完成的循环，通常叫做朗肯循环。双曲线冷却塔是百年以前发明的，其工作原理是将自然界里的冷水抽到塔的高处，让冷水从塔的高处往下流，让乏汽从下往上升，冷水和乏汽隔着管壁充分交换热量，使乏汽放热降温后变成液体，体积縮小1700倍，通常利用同当量的低温蒸汽与水的体积比
为i700 : i的物理特性，使汽轮机末端形成真空度，以提高工质在汽轮机前端和后端的压
差。但是，这样交换的结果却使热能损失很多，浪费电厂40%以上的燃料。因此，电厂的冷却塔是当代最大的热能浪费及热污染源。能源浪费一方面是电厂燃料消耗巨大，很不经济，造成巨大的资源浪费；另一方面是锅炉排出大量的有害气体(0)2、502等)，以致于酸雨和温室效应增加，破坏了地球的环境。所以，这种现状必须得到改变。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服公知技术的缺点，使乏汽不通过现有技术的双曲线冷却塔，避免造成过多的热损失，直接利用乏汽里的热量去继续参与作功的一种热机的循环方法。 为实现上述目的，本发明的方案为
1、对工质加压， 2、将已获得高压的工质导入到乏汽冷凝器小头的进口，从小头到大头，与乏汽隔
壁逆向或横向流动，边流动边吸取乏汽里的热量，体积逐渐膨胀，实现回热升温， 3、对已回热升温的工质进行补充加热，实现进一步升温，形成具有做功潜力的高
温高压状态， 4、让高温高压的工质等容通过汽轮机，凭压差推动叶轮旋转做功， 5、将乏汽导入到乏汽冷凝器大头的进口，从大头到小头，与工质隔壁逆向或横向
流动，边流动边放热降温，逐渐凝结成液体，形成真空度，导致在汽轮机前端和后端出现很
大的压强差， 6、将从乏汽冷凝器小头里出来的液态工质，导入到乏汽冷凝尻中，与自然界的冷
水或空气隔壁逆向或横向或斜向流动，边流动边交换热量，实现排热和进一步降温，使之成
为进入高压泵的最低温度状态，以便于重复从1开始的循环。 在进行热交换的乏汽冷凝器里，过程2和过程5，互为逆过程。
方案中所叙述的原理为过程1中从乏汽冷凝尻里出来的液态工质进入到高压泵 里，经过加压，状态由P。V。t。变成PJ山，其中的P为压强，V为体积，t表示温度，脚标0、1、 2......是过程标识。 按过程2和5所述，乏汽冷凝器可制造成一头小， 一头大，小头分别有工质进口和 乏汽出口 ，大头分别有工质出口和乏汽进口 ，里面是横截总面积由小变大的管道组，管外是 横截总面积由大变小的乏汽通道组。管道组是从小头到大头，数量逐渐增多，横截总面积 逐渐增大的许多管道，管外的乏汽通道组是从大头到小头，数量逐渐减少，横截总面积逐渐 减小的许多通道，并且管道和通道都是在具有绝热和耐高温高压的壳体之内。从高压泵里 出来的工质，作为低温热源，从乏汽冷凝器的小头进、大头出；乏汽作为高温热源，从乏汽冷 凝器的大头进、小头出，相互隔着管壁逆向或横向流动，在温差的作用下，边流动边交换热 量。这样，工质吸取了热量，由液体膨胀成了气体，体积增长了很多倍，形成了能够做功的潜 力；而乏汽放掉了热量，从气体冷縮成了液体，体积縮小了很多倍，形成了真空度，导致工质 在汽轮机前端和后端出现很大的压差，压差与乏汽体积的改变量之积，就是工质在通过汽 轮机凭压差推动叶轮旋转时做出的功量。通过热交换，工质到了乏汽冷凝器大头的出口，与 乏汽的温度端差应该是尽可能的小，状态由PJ山变成&、^，其中，1是工质出高压泵的状 态，2是出了乏汽冷凝器大头的状态。 乏汽冷凝器的设计方案可以多样化，结构、形状和样式也可以多样化，只要工质和 乏汽能够尽量、尽快地交换热量、壳体能够绝热就可以了。本方案设计的乏汽冷凝器是实施 本方案技术的关键，用乏汽冷凝器将乏汽中的热量直接用来加热具有高压性质的工质，而 不是白白的为了冷却乏汽而将其导入双曲线冷却塔，白白地放掉热量，这是与已有技术根 本的区别。 在过程3中，从乏汽冷凝器大头出来状态为&、^的工质，进入到电热锅炉里，隔 着管壁或器壁加热，使工质在温差的作用下得到补热升温，状态达到设计标准的？#3^，。在 启动时，电热锅炉烧燃料或用外电，在启动后用机组自身发出的电，电热锅炉的结构、形状 和样式可以多样化。现有的汽轮机组、燃汽轮机组和各种内燃机都没有电热锅炉这个部件。 本发明首先用电力代替燃料，是一个技术创新。 工质通过乏汽冷凝器后回收了热量，具有做功的潜力，但是由于客观存在着散热 损失和摩擦阻力，会使循环总热量逐渐减少，运转逐渐变慢，做功终究不能持续，所以，要使 工质和热量持续循环，机组持续做功，就必须通过电热锅炉给工质补充加热，补充的热量， 作用不仅是参与了对外做功，更重要的是补充和维持了热量循环。 在过程4中，从电热锅炉里出来的工质，等容通过汽轮机，凭压差推动叶轮旋转做 功后，状态变成P4V4t4。所述的压差由工质热胀冷縮产生，压差和体积变化是作功的要素，可 以这样理解 在气缸里受了热的工质，因体积膨胀而做的功，称为膨胀功或热胀功，因体积冷縮 而做的功，称为冷縮功。热胀功和冷縮功的性质完全相同。 为了便于理解，把机组看成是一个带有活塞的圆形气缸，而活塞可以看作是叶轮， 气缸里是受了热的工质，活塞上所受到的外压是一堆细砂的重力作用。我们把每一粒砂子 都看成是无限小的重量。当我们每取走一粒砂子时，都引起工质作无限小的膨胀，并且每次 膨胀时，工质的内压总比外压大dp。这样，当砂子被取完后，整个过程在区间〔V,j、，V力〕所做的膨胀功，A胀-IO 、， (p-dp)dv。然而，如果不是一粒一粒地取走砂子，而是用冷却
F V小
的办法，去一点一点地取走工质里的热量，那么，当我们每取走一点热量时，都引起工质的
体积作无限小的冷縮，即体积的微小改变dv，并且，在每次冷縮过程中，活塞都因砂子的重 力作用而下移并做微小的冷縮功dA二 10pdv。这样，当热量被取完后，整个过程在区间〔V + ，
v大〕所做的冷縮功a ，=10:力pdv。由于活塞上的砂子没有减少，重力压强P没有变
化，所以，A冷二 10P(V大-V,j、)。如果不是一点一点地取走热量，而是在一瞬间就全部取走工 质里的热量，使气缸里的工质突然冷縮成坚冰。那么，活塞承受的外压是P，内压是0，工质 的体积是V"坚冰的体积是V,j、。当外压推动活塞移动到坚冰时，活塞对外做出的冷縮功A^ =IO(P-O) (V大-V小)，艮卩A冷二 IOP(V大-V小)。用其它方式也可以证明，A冷二 IOP(V大-V小) 是计算冷縮功的唯一正确公式。 P表示压强，单位是公斤/ [厘米]2。 V表示体积，单位是升，t表示温度，单位是摄 氏度。A表示功量，单位是公斤.米。IO是公式中的常数。 按过程5所述，从汽轮机里出来的工质叫做乏汽，状态为P4v4t4。乏汽进入到乏汽 冷凝器的大头，从大头到小头，与工质隔着管壁逆向或横向流动，边流动边放热降温，逐渐 凝结成液体，形成真空度，致使工质在汽轮机前端和后端出现能够推动叶轮旋转做功的压 强差。乏汽凝结成的液态工质到了乏汽冷凝器小头的出口，状态由P^4变成P^5^。
按过程6所述，从乏汽冷凝器小头出来的液态工质状态为P5^t5，进入到乏汽冷凝 尻里，隔着管壁或器壁与自然界里的冷水或空气横向或逆向流动，在温差的作用下交换热 量，进一步放热降温，直到状态达到设计标准的P。V。t。时，才出了乏汽冷凝尻，进入到高压泵 里，又重复进行从1开始的循环。冷水或空气吸取了热量，通过流动的方式，将热量排出乏 汽冷凝尻，散发到自然界里。所述的乏汽冷凝尻的结构，为一个散热装置，当设计制造小的 机组时，或者需要排放的热量很少，那么，乏汽冷凝尻可以尽量简化，可以简化得只用水箱 或电风扇排热，甚至还可以简化得只用金属小管自然散热。 上述由(1)加压过程，(2)回热升温过程，(3)补热升温过程，(4)对外做功过程， (5)放热降温过程，(6)排热降温过程构成的循环，称为田淡循环。与朗肯循环不同，田淡循 环是以回热为主，以补热为辅，只取冷縮功，不取膨胀功的高效循环。 为了尽量地回收乏汽里的热量，确保乏汽能够处于高温态势，所以，只准高温高压 的工质等容通过汽轮机，以压差去推动叶轮旋转做功；对于温度仍然很高的乏汽，不是用现 在公知的减压方式去使体积膨胀，导致温度降低；而是用取走热量的冷却方式去导致温度 降低，体积縮小，才使压强减少。这样克服了现在所有热机不能将乏汽全部用作高温热源的 公知缺点。 下面结合图示及实施例对本发明的方案作进一步的说明。
图1是一种采用新循环的田淡机组的结构示意图；
图2是电热锅炉正视图；
图3是电热锅炉俯视 图4是电热锅炉左视图；
图5是电热锅炉右视图；
图6是汽轮机纵截面示意图；
图7为长方圆管正视图；
图8为图7横截面示意图；
图9为长方管截面示意图；
图10为长方圆管俯视图；
图11为长方管俯视图； 图12是一种采用新循环的田淡机组的原理图。
具体实施例方式
实施例1 :本方案的原理可通过如图1的结构得到理解，如图1所示，工质的初始 状态为P。V。t。，经过高压泵1加压后，状态由P。V。t。变为PJ山，出了高压泵l，工质循着管道 2进入乏汽冷凝器3的小头，通过热交换，实现回热升温，到了乏汽冷凝器3的大头，状态由 P乂^变为P^A，从乏汽冷凝器3的大头出来，工质循着管道4进入电热锅炉5，通过热交 换，实现补热升温后，状态由P2V2t2变为P3V3t3，出了电热锅炉，工质循着管道6进入汽轮机 7，通过等容做功后，状态由P3V3t3变为P4V4t4，做功后的工质形成乏汽，乏汽循着管道8进入 乏汽冷凝器3的大头，通过热交换，实现放热降温，到了乏汽冷凝器3的小头，状态由P4V4t4 变成了液体状态的P5V5t5，出了乏汽冷凝器3的小头，液态工质循着管道9进入乏汽冷凝尻 10，通过热交换，实现排热降温，使工质进一步冷却，状态由P5V5t5变成设计标准的最低温度 状态P。V。t。，出了乏汽冷凝尻，工质循着管道11进入高压泵l，就完成了一次循环，又开始进 行重复循环。 在工质循环的同时，冷却工质也在循环，冷却工质经过水泵12加压，循着管道13 进入乏汽冷凝尻IO，通过热交换，吸取了热量，出了乏汽冷凝尻，循着管道14回热去处15， 散发携带的热量，这是附属循环。16为发电机，其余的是除氧器，电脑控制系统等零配件。
乏汽冷凝器的内管等零部件必须要有耐高温、耐高压、耐腐蚀、传热快和内外光滑 的性能，其壳必须要有耐高温、耐高压、耐腐蚀和绝热的性能。 乏汽冷凝尻是乏汽冷凝器的尾端，既有冷却排热的作用，又有调节和维持热平衡 的作用。 图2是电热锅炉正视图，所述的电热锅炉包括锅炉底17，锅炉盖18，中隔19，气道
20，燃烧室21，点火装置及燃烧嘴22，工质流动受热管23，烟囱24，热套管25，电热管26。 所述的电热锅炉分为前后两部分。前一部分是用燃烧燃料来增加热量，作用是启
动机组运转，后一部分是用机组自身发出来的一少部分电来增加热量，作用是维持机组运
转。如果机组较小或是很小，由于启动时耗热量不多，用电热启动代替用燃料启动的差值不
太大，那么，就可以省去锅炉的前部分。这样，机组在启动时用外电，在启动后用自身发出的
一少部分电，就显得尤为合算。机组无论是大还是小，电热锅炉及内部的管道都必须要有能
够承受高温高压，内部光滑，传热快的性能，锅炉外必须要有隔热保温层。 图3是电热锅炉俯视图，包括锅炉壁27，中隔19，工质流动受热管23，热套管25，
工质28，表示锅炉内的工质流动方向的箭头29。
热套管和电热管在图中是竖直的，横的也可以，工业上用电能转变成热能的方式 和材料比较多，原则上选用效率高，经久耐用，简便易换的均可，结构和形状从优择用，只要 能够实现用电热代替燃料燃烧的目的就行。 图4是电热锅炉左视图，包括锅炉壁27，锅炉底17，锅炉盖18，热套管25，电热管 26，工质28。 电热锅炉必须要有电热元件和电路、开关、测温、控温、测压，控压的配套设备或部 件，相关之处还需要有隔热盖(或门)，当机组启动后，炉火关闭时，炉底和烟囱要用隔热盖 即时关闭，安装或更换电热元件后，其口也要用隔热盖即时关闭，以防热量散失，锅炉壳体 必须要有绝热性能。 炉底除了有可开可关的隔热盖之外就是框架，框架内是些气管，气管跟燃烧嘴和 点火装置相连接。 图5是电热锅炉右视图，包括锅炉壁27，锅炉底17，锅炉盖18，工质流动受热管 23，工质28，点火装置及燃烧嘴30，燃烧室21，气道31。 图6是汽轮机纵截面示意图，包括壳32，叶片33，传动轴34，工质28，叶轮的组件， 结构和形状等都可参照工业产品进行生产，也可以在工业产品的基础上进行如图示所示之 意的改进。即叶片远端跟壳体有几毫米的啮合。 叶轮与其部件和它的壳体都必须要有耐高温、耐高压、耐冲击、耐磨损的性能，其 壳体还须有隔热保温的性能。 传动轴的冷却，传动轴与固定部件之间的滚珠安装和密封，都按现有的工业方法 处理或制造。 汽轮机的组成、结构和形状跟现有的水轮机组相似，而不同于现有的汽轮机，性能 跟现有的汽轮机相似，而不同于现有的水轮机。 把现有工业产品的组成、结构、形状、技术、工艺等优点和性能揉和起来，生产出适
用于田淡机组需要的一些部件，零件、机器、实质上就是创造出来的工业新产品。 图7为长方圆管正视图，包括管壁35，管底36，管盖37，管口 38，虚线表示一方无壁。 图8为图7横截面示意图，包括管壁35，管底36，管盖37，上合沿，下合沿38。
图9为长方管截面示意图，包括管壁35，管底36，管盖37，长方管或长方圆管是大 功率或超大功率机组前头需用的管道，性能要求耐高温高压，管内要求要光滑，阻力小，管 外要求要有保温隔热层，如果要生产的机组功率一般，或者较小，那么，不用长方管或长方 圆管，选用圆管也是可以的，但要求耐高温高压，隔热保温，内部光滑的性能不变。
图10为长方圆管俯视图，包括管盖37，上合沿38，进口 39，出口 40。
图11为长方管俯视图，包括管盖37，边沿41，管道的功能就是便于工质流动。至 于形状是方的、圆的、扁的、正的、椭的、直的、弯的，只要造得出来，成本低廉，内部光滑，能 够承受高温高压，具有隔热保温的作用，那么都是可以的。外形也一样，可以灵活选择。
实施例2 :本方案的原理也可通过如图12的结构得到理解，如图12所示，工质的 初始状态为P。V。t。，经过高压泵42加压后，状态由P。V。t。变为P^tp出了高压泵42，工质循 着管道43进入乏汽冷凝器44的小头，通过热交换，实现回热升温，到了乏汽冷凝器44的大 头，状态由PJ工^变为P2V2t2，从乏汽冷凝器44的大头出来，工质循着管道45进入电热锅炉
746，通过热交换，实现补热升温后，状态由P2V2t2变为P3V3t3，出了电热锅炉，工质循着管道 47进入汽轮机48，通过等容做功后，状态由P3V3t3变为P4V4t4，做功后的工质形成乏汽，乏汽 循着管道49进入乏汽冷凝器50的大头，通过热交换，实现放热降温，到了乏汽冷凝器50的 小头，状态由P4V4t4变成了液体状态的P5V5t5，出了乏汽冷凝器50的小头，液态工质循着管 道51进入乏汽冷凝尻52，通过热交换，实现排热降温，使工质进一步冷却，状态由P5V5t5变 成设计标准的最低温度状态P。V。t。，出了乏汽冷凝尻52，工质循着管道53进入高压泵42，就 完成了 一次循环，又开始进行重复循环。 在工质循环的同时，冷却工质也在循环，冷却工质经过第二水泵54加压，循着管 道55进入乏气冷凝尻52，通过热交换，吸取了热量，出了乏汽冷凝尻，循着管道56回热去处 57，散发携带的热量，这是附属循环。 乏汽冷凝器的内管等零部件必须要有耐高温、耐高压、耐腐蚀、传热快和内外光滑 的性能，其壳必须要在耐高温、耐高压、耐腐蚀和绝热的性能。
权利要求
一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于按下列步骤进行(1)对工质加压，(2)将已获得高压的工质导入到乏汽冷凝器小头的进口，从小头到大头，与乏汽隔壁逆向或横向流动，边流动边吸取乏汽里的热量，体积逐渐膨胀，实现回热升温，(3)对已回热升温的工质进行补充加热，实现进一步升温，形成具有做功潜力的高温高压状态，(4)让高温高压的工质等容通过汽轮机，凭压差推动叶轮旋转做功，(5)将乏汽导入到乏汽冷凝器大头的进口，从大头到小头，与工质隔壁逆向或横向流动，边流动边放热降温，逐渐凝结成液体，形成真空度，导致在汽轮机前端和后端出现很大的压强差，(6)将从乏汽冷凝器小头里出来的液态工质，导入到乏汽冷凝尻中，与自然界的冷水或空气隔壁逆向或横向或斜向流动，边流动边交换热量，实现排热和进一步降温，使之成为进入高压泵的最低温度状态，以便于重复从1开始的循环。
2. 根据权利要求1所述的一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于乏汽冷凝器可制造成一头小， 一头大，里面是横截总面积由小变大的管道组，管外是横截总面积由大变小的乏汽通道组。
3. 根据权利要求2所述的一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于管道组是从小头到大头，数量逐渐增多，横截总面积逐渐增大的许多管道。
4. 根据权利要求2所述的一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于管外的乏汽通道组是从大头到小头，数量逐渐减少，横截总面积逐渐减小的许多通道，并且管道和通道都是在具有绝热和耐高温高压的壳体之内。
5. 根据权利要求1所述的一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于乏汽冷凝尻是乏汽冷凝器的尾端，既有冷却排热的作用，又有调节和维持热平衡的作用。
6. 根据权利要求l所述的一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于汽轮机的组成、结构和形状跟现有的水轮机组相似，而不同于现有的汽轮机，性能跟现有的汽轮机相似，而不同于现有的水轮机。
7. 根据权利要求1所述的一种热机热循环用的田淡机组，其特征在于和已有的热机不同，采用电热锅炉以电代替燃料，机组在启动后不烧燃料，不排出废气，不污染环境。
全文摘要
本发明公开了一种热机热循环用的田淡机组，对初始的工质加压，将已获得高压的工质导入到乏汽冷凝器的小头中，与乏汽隔壁逆向或横向流动，边流动边吸取乏汽里的热量，再对工质进行补充加热，形成高温高压，让高温高压的工质等容通过汽轮机，凭压差推动叶轮旋转做功，再将乏汽导入到乏汽冷凝器的大头中，与工质隔壁逆向或横向流动，边流动边放热降温，逐渐凝结成液体，液体再进一步冷却降温，又形成初始状态。本发明克服了公知的双曲线冷却塔冷却方式的缺点，也克服了现在所有热机都要大量消耗燃料，大量排出废气和严重污染环境的公知弊病。
文档编号F01K23/10GK101737105SQ200810147740
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者田家良 申请人:田家良