生成有效能的方法
2023-08-05 07:51:01 2
專利名稱：生成有效能的方法
技術領域：
本發明涉及動力工程(power-engineering)，具體地涉及一種通過將熱量轉換成有用的機械功或者電功而生成有效能(exergy)(能量的有效部分)的方法。
更具體地，本發明涉及一種將熱源的能量通過工質轉換成有用的形式，該工質以連續循環的熱力學動力過程膨脹或者壓縮。藉助處於幹蒸汽狀態的均勻單相工質，熱量被轉換為有用的機械的和電的有效能。當在不改變聚合(aggregation)狀態的情況下持續處於蒸汽(例如水蒸氣)區域的時候，工質周期性地膨脹或者壓縮，於是，進行所供應的熱能向在高熵值區域的過熱蒸汽的膨脹的有用功的轉換。
本發明還涉及一種提高將熱量轉換為在熱力學蒸汽動力循環(steampower cycle)中的功的熱力學效率的方法，並且因此涉及一種使用該方法的新的熱力學蒸汽動力循環。本發明可以用於通過在熱力設備、供熱裝置等中，在蒸汽作為工質的情況下，將熱量轉換為熱機中的有用功，而生成有效能。
背景技術：
在熱機的蒸汽動力熱力學循環中，生成有效能的方法是公知的，在該方法中，藉助於工質進行所供應的熱動力向功的轉換。最普遍利用的從熱源產生有用能量的熱力學循環是關於溼飽和蒸汽的朗肯(Rankine)循環。在朗肯循環中，諸如水、氨水或者氟利昂(Freon)的工質在具有有效熱源的蒸發器中蒸發。已蒸發的蒸汽工質接著膨脹穿過渦輪機，從而將熱能轉換為功。然後使用有效的冷卻介質，在冷凝器中冷凝所消耗的蒸汽工質。通過將冷凝液用泵提升到增強的壓力，而提高冷凝液的壓力，在此之後處於高壓的工質再次蒸發，並且如此繼續循環。當大量使用朗肯循環時，由於蒸汽冷凝過程中的中等的飽和溫度和相對大的熱損失，其效率相對較低。
已知改進的熱力學循環，其中幹蒸汽過熱用於類似的應用中，例如採用幹蒸汽的單次過熱的格林(Girn)循環，以及採用幹蒸汽的連續的或者多重的反覆中間過熱的循環。蒸汽過熱有利於提高工質的熱量供應的平均溫度，並且有利於提高循環熱力學效率。
由於在冷凝過程中的相變期間的工質的部分熱量的浪費，而在理論上無法避免地有熱量損失，在蒸汽動力循環中熱源的熵變化被補償，通過在熱動力學蒸汽動力循環中將所供應的熱量轉換為功的有效能生成的公知方法的熱力學效率有限。在朗肯循環和格林循環中，熱效率不高於0.3-0.5。
與所提出方法的最接近的技術方案是通過使用過熱的蒸汽將熱量轉換為在蒸汽動力熱力學循環中的功的有效能生成方法，該方法屬於同一申請人的另外一項發明專利申請。
由於將熱量轉換為功的低熱力學效率，利用過熱蒸汽生成高效的有效能的現有方法的技術潛能有限，由於巨大的熱量損失，其阻止了轉換效率的增長，該熱量損失是由蒸汽冷凝過程中系統外的有效能的浪費處理引起的。
因此，需要提出一種方法和/或處理系統，其對上述問題提供更為有效的解決方案。尤其是，期望提供一種在蒸汽動力循環中更為高效地產生有效能的方法。
發明內容
根據本發明，正如此處具體說明的或者廣泛描述的內容，與本發明的原則相一致的方法和系統提供了下述功能通過向經受膨脹和壓縮循環的蒸汽工質提供熱量，並且通過獲得循環的膨脹階段中的有效能，將能量轉換為有效能，其特徵在於，在蒸汽工質的單相區域中進行循環，並且在壓縮階段期間為循環供應液態的工質。
基於從所供應的熱量到熱力學動力循環的有用功的再生有效能節省(即，節省能量載體的有效能)轉換，根據本發明及其實施例的方法對於熱機的蒸汽動力循環中生成更為高效的有效能是有用的，該熱機利用蒸汽均勻工質產生的交替地加熱和冷卻、在工質未返回液態的情況下的原動力。三種物理相對極(antipodes)-熵、有效能和能量之間在循環中的相互作用在根本上被改變，並且熱交換的結構和在熱力學循環中熱量向功的轉換效率被顯著地提高，其在兩種熱源的溫度水平之間進行(符合熱力學第一和第二定律的規定)，但是沒有熱量浪費並且沒有另一個熱源的熱量(熵)衰減。這提高了循環的熱力學效率。
根據本發明的另一個方面，正如此處具體說明的或者廣泛描述的內容，與本發明的原則相一致的方法和系統提供了根據權利要求13和14所述的蒸汽渦輪機。
本發明及其實施方式的其他目標和優點將在說明書中分部分地給出，或者可以在本發明的實現中獲知。目標和優點可以藉助於尤其是從屬權利要求中指出的元件或者其組合實現和獲得。本發明的實施方式在具體實施方式
部分和所附的從屬權利要求中揭示。
應當理解上述總體描述和下述詳細描述都僅僅是示例性和解釋性的，並且其並不限制於本發明及其實施方式。
下述附圖被結合併且構成說明書的一部分，其闡釋了本發明實施方式的示例，並且與說明書一起解釋本發明的原則。在附圖中圖1出於闡釋目的示出了熵圖，該圖解釋了通過從外部供應的熱量的熱力學轉換至在標準類型的T-溫度(縱坐標)和S-有效能(橫坐標)的坐標系中等溫膨脹過程並執行蒸汽動力有效能節省循環中外部有用功而生成有效能的方法的特性。
圖2示出為闡釋目的的示意圖，該圖解釋了將熱量轉換為在標準類型的P-壓力(縱坐標)和V-體積(橫坐標)的坐標系中的蒸汽動力有效能節省恆溫循環中的功的熱力學特性。
圖3示出為闡釋目的的示意圖，該圖解釋了將熱量轉換為在標準類型的i-焓值(縱坐標)和S-有效能(橫坐標)的坐標系中蒸汽動力有效能節省恆溫循環中的功的特性。
圖4示出為闡釋目的將等容狀態下的從外部供應的熱量轉換為在標準類型的蒸汽動力有效能節省恆溫循環中的功的熱力學多級熱量轉換方法的實施框圖。
圖5示出為闡釋目的的熵值圖，該圖解釋了通過從外部供應的熱量轉換至標準類型的T-溫度(縱坐標)和S-有效能(橫坐標)的坐標系中的等容-等壓膨脹過程並滿足蒸汽動力有效能節省循環的絕熱過程而生成有效能的方法的特性。
圖6出於闡釋目的示出了通過在絕熱過程中多級膨脹的蒸汽均勻工質例如水蒸氣進行的在蒸汽動力循環中的蒸汽動力循環等容-等壓過程中供應的熱量的多級轉換實現有效能生成的方法的框圖，其中進行從熱能向其他有用形式的機械能的轉換以及進一步向電能的轉換。
具體實施例方式
現在通過基於熱力學蒸汽循環過程解釋本發明而詳細地說明本發明的原理，在附圖中闡釋了熱力學蒸汽循環過程的示例。此處提及的示例旨在解釋本發明而非以任何方式限定本發明。
根據本發明及其實施方式，產生幹飽和蒸汽工質的初始通量(flux)，在不改變其聚集狀態的情況下，該通量在單相區域進行蒸汽動力循環。在蒸汽工質壓縮階段，處於液態的工質的某些部分會被額外地注入壓縮腔，並且該被注入的工質會在壓縮腔中完全蒸發，而在壓縮下工質的加熱被除熱。注入液態工質的量每隔一段時間會優選地調節，從而蒸汽工質的壓縮過程沿著蒸汽邊界線進行，即，沿著幹飽和蒸汽的冷凝線，冷凝線的蒸汽幹度(vapourquality)x＝1，其中x-蒸汽含量(vapour content)或者蒸汽幹度，無因次量(dimensionless quantity)等於幹飽和蒸汽的量和溼蒸汽的量的比，無因次量取值從x＝0(沸點線的沸騰液體)到x＝1(冷凝線的幹飽和蒸汽)。在壓縮階段，工質經受加熱；在膨脹階段之前、在再生熱交換的階段中，其經受過熱。工質可在容器(detander)中膨脹以做有用功。在膨脹過程中，蒸汽工質的壓力被降低到消耗的通量的低壓水平以將能量轉換為有用的形式。同時，進行工質的循環單向再生向最初狀態的轉換，其不是在蒸汽動力循環的相鄰部分而是在相對部分通過工質的熱有效能進行完全的再生交換。
因此，進一步的優選實施方式的特徵在於供應的液態工質的量被調節成沿著飽和幹蒸汽工質的冷凝線進行至少部分地壓縮。
進一步的優選實施方式的特徵在於在膨脹(19)階段之前(21)，工質受到過熱。
在進一步的實施方式中，本發明包括等溫地進行膨脹。
進一步的優選實施方式包括工質受到多級等壓過熱，並且經受多級絕熱膨脹。
另一實施方式的特徵在於工質受到多級等容過熱，並且受到多級絕熱膨脹。
進一步的優選實施例包括當藉助於熱力學T-S圖說明時，循環包括下述步驟
從點2(T3，S4)到點3(T1，S3)等壓壓縮；沿著從點3到點4(T2，S1)的冷凝線壓縮；從點4到點1(T3，S2)等容過熱；從點1到點4的等溫或者多級膨脹；T和S分別是溫度和熵，其中T3＞T2＞T1，P3和P4位於臨界點(critical point)下的冷凝線，P1和P2位於單相區域。
在進一步的優選實施方式中，蒸汽工質可以在容器中的膨脹階段等溫地膨脹。
在進一步的優選實施方式中，蒸汽工質會受到容器中的膨脹階段的絕熱多級膨脹。
在進一步的優選實施方式中，蒸汽工質會受到恆定容積下膨脹階段的多級過熱。
在進一步的優選實施方式中，在無外部熱源並且不做功的情況下，，採用單向轉換的熱有效能再生，並且不可逆地增加另一個熱源的溫度場的熵，可通過另一個熱源進行在容器內膨脹之後向蒸汽工質初始狀態的循環轉化。在該過程的示例性實現方案中，工質有效能的再生可以不是在蒸汽動力循環的相鄰部分而是在相對部分上進行，在系統內組合熱交換期間，進行蒸汽工質的熱有效能的平衡在於通過其他絕熱的熱源的溫度場從工質的邊界狀態變到初始通量的狀態。在工質的熵連續循環的不可逆的變化過程中，可以進行熵變化的補償。
在進一步的優選實施方式中，工質被加熱到低於壓縮階段的臨界點的水平，並且在幹飽和蒸汽的場中，等容地進行在壓縮機中的工質加熱，和在膨脹階段之前和膨脹階段中的工質過熱。
在進一步的優選實施方式中，通過改變熱源的溫度場的熱能，進行工質熵的不可逆的連續循環變化。基於這一目的，在熱源的溫度場中的溫度和恆定壓力下，工質的體積不可逆地改變；並且不是在循環的相鄰部分而是在相對部分，隨著通過工質的熱有效能的組合交換，進行在單向轉化過程中的再生熱交換。
另外，動力熱力學循環中，可以根據以下方程進行不是在蒸汽動力循環的相鄰部分而是在相對部分、從等壓過程到等容過程的工質的熱有效能傳遞進行蒸汽工質的組合再生交換其中∏T(Δp＝0)-在等壓處理中溫度的下降幅度∏T(Δv＝0)-在等容處理中溫度的上升幅度k-比熱比。
進一步的優選實施方式包括在無外部熱源且不做功的情況下，通過熱源採用單向傳送的熱有效能的理想再生並且不可逆地提高熱源的溫度場中的熵，至少部分地進行在容器中膨脹之後初始狀態的蒸汽工質循環轉化。
在該實施例中，理想的工質有效能再生可以優選地不在蒸汽動力循環的相鄰部分而在相對部分上實現。在蒸汽動力循環中的組合熱交換期間，執行蒸汽工質熱有效能的平衡在於通過其他的溫度場、絕熱熱源將工質從邊界狀態變成初始通量狀態；並且在工質熵的連續循環變化的不可逆過程中，進行熵變化的補償。
通過基於熱力學蒸汽循環過程的解釋，現在詳細參考本發明的基本原理及其實施方式，其示例在附圖中加以闡釋。此處提及的示例僅僅用於解釋的目的並且不以任何方式限定本發明。
在圖1、2、3的圖表和圖4的框圖中，示出等容膨脹的通常類型的蒸汽動力有效能節省循環的方法的可替代的實現方案。在圖1、2、3所示的圖表中，示出相同的直接動力有效能節省循環，但是其處於不同的坐標系統中，圖1中，TS-圖表處於T-溫度(縱坐標)和S-熵(橫坐標)的坐標系下，圖2中，PV-圖表處於P-壓力(縱坐標)和V-體積(橫坐標)的坐標系下，iS-圖表處於S-熵(縱坐標)和I-焓(橫坐標)的坐標系下，其中下述部分被定義為4，1-等容過程階段(具有恆定容積ΔV＝0)，其採用從等壓階段2、3提供的有效能QRG運行，執行有效能平衡e2，3＝e4，1；2，3-在溫度範圍T3、T1內等壓過程部分(具有恆定壓力ΔP＝0)，其取出熱有效能QRG提供到等容過程4，1中；3，4-在溫度範圍T2-T1內蒸汽邊界壓縮過程部分，該部分通過吸收過熱熱量Q1p運行、採用液體分段注入(具有恆定的蒸汽幹度，等式x＝1)；
1，2-容器18中的等溫(具有恆定的蒸汽溫度T3)氣相膨脹部分，供應外部熱量Q1p.
圖5所示的圖表和圖6所示的框圖闡釋了方法的實現方式，該方法將標準類型的蒸汽動力有效能節省循環與等容多級加熱和絕熱多級膨脹組合，其具有其他的定義部分1，5-在加熱器16中的等容蒸汽加熱部分(處於恆定值的狀態，ΔV＝0)，有熱量供應。
5，6；7，8；9，10；11，12；13，14；15，2-為在容器1的各階段中的多級附加絕熱(具有恆定熵值，ΔS＝0)蒸汽膨脹的部分。
6，7；8，9；10，11；12，13；14，15-在容器18中的蒸汽膨脹各階段之間的蒸汽過熱器17中，多級附加等壓(具有恆定壓力，ΔP＝0)蒸汽過熱部分。
可以以如下方式實現所提供的在蒸汽動力有效能循環中生成有效能的方法，其在均勻蒸汽的膨脹中具有等溫熱量供應形成幹飽和的蒸汽均勻工質的初始通量，其在單相區域進行蒸汽動力循環，其聚合狀態不變。在圖1、2、3的圖表中給出等溫熱供應和膨脹的在圖4所示的加熱器動力有效能節省循環中的方法的實現方案。該方法包括壓縮機19(部分3、4)中的蒸汽壓縮階段，藉助於單元20的裝置將一定量的水同時注入壓縮機、再生器21(部分4、1)中的蒸汽的組合再生加熱、向外供應熱量Qp的容器18中的蒸汽等溫膨脹。
在部分3、4，進行用壓縮機19實現的蒸汽工質壓縮和低於其臨界點水平的工質加熱。為了提供蒸汽邊界線-幹飽和蒸汽的冷凝線(對該線而言蒸汽幹度x＝1)，處於液態的工質的某些部分被單元20額外地注入到壓縮機19的壓縮腔中，其在壓縮機19的壓縮腔中蒸發而除去過熱熱量，每隔一段時間調節注入的液態工質的量，並且沿著蒸汽邊界線-幹飽和蒸汽的冷凝線(蒸汽幹度r-1)進行蒸汽工質的壓縮過程。在壓縮階段，蒸汽經受加熱並且蒸汽溫度從數值T1提升到數值T2，其低於臨界點k的水平。
在再生器21(部分4、1)的再生熱交換階段中，在膨脹階段之前蒸汽經受單向再生過熱，為了進行該操作，用部分2、3的熱量完成有效能平衡。
在膨脹階段(部分1、2)中，在容器18中蒸汽工質恆溫膨脹，並且蒸汽的機械有效能做有用功Lp。在膨脹過程中蒸汽工質的壓力被降低到消耗的通量的低壓水平(圖2中的點2)，以將能量轉換為有用的形式。
在再生交換的階段中，通過另一個熱源21採用單向轉化的熱有效能的理想再生進行處於初始狀態的(在容器18中膨脹之後)蒸汽工質的循環轉化。因此，其在蒸汽動力循環內的組合熱量交換中，採用完全的蒸汽工質的有效能平衡e2，3＝e4，1，進行在蒸汽動力循環(3，2和4，1)的相鄰部分之外的單向轉化的熱有效能的理想再生。在無外部熱量供應並且不做功的情況下，實現對另一個熱源21的溫度場不可逆的熵增長的補償。在絕熱熱源21的溫度場之上從工質的邊界狀態向初始通量狀態的轉化中，在工質的熵連續循環變化的不可逆過程中進行熵變化的補償。
在處於初始狀態的工質的循環單向再生轉化過程中，獲得從等壓(ΔP＝0)過程2、3到等容(ΔV ＝ 0)過程4、1容器18之後的蒸汽熱有效能，於是，採用有效能平衡e2，3＝e4，1，在部分2、3和4、1之間，在蒸汽動力循環的相鄰部分之外，進行工質的熱有效能完全交換。
熱力學有效能通過下述等式計算e＝Δi-ΔST1其中Δi、ΔiS-焓值和熵值的變化，其分別等於Δi＝CpΔT；ΔS＝Cvln(T3/T2)-當在等容過程中ΔV＝0；Δi＝CPΔT；ΔS＝CPln(T3/T1)-當在等壓過程中ΔP＝0；Δi＝0；ΔS＝Rln(P3/P1)＝Rln(V3/V1)＝RlnΠP＝RlnΠV-當在等溫過程中ΔT＝0；Δi＝CPΔT；ΔS＝0-在等熵過程中；Δi＝0；ΔS＝R(ΔV/V)＝mR-當ΔP＝0，ΔT＝0時；T3、T1-分別是高溫和低溫下的源溫度；R＝CP-CV-氣體常量；K＝CP/CV-比熱比；Cv、CP-當V＝常量或者P＝常量時的氣體熱容量；U-1kg工質的內部能量。
當在圖1中的循環1、2、3、4中的相對的部分2、3和4、1發生再生時，有效能平衡等式e2，3＝e4，1，關於等式可以寫成
(i3-i1)-T1(S3-S1)＝(i3-i2)-T2(S2-S1)。
並且，其在置換之後CP(T3-T1)-T1CPln(T3/T1)＝CP(T3-T2)-T2CVln(T3/T2)並且變換，給出T1(1+ln(T3/T1))＝T2(1+1/k*ln(T3/T2))或者，1+lnΠT(ΔP＝0)＝ΠT(ΔS＝0)(1+1/k*lnΠT(ΔV＝0))因此，根據下述等式，在蒸汽動力循環內，通過從等壓過程至相鄰部分之外的等容過程的工質轉換實現在動力熱力學循環內的組合再生的單向的蒸汽工質的熱交換，1+lnΠT(ΔP＝0)＝ΠT(ΔS＝0)(1+1/k*lnΠT(Δv＝0))其中ΠT(ΔP＝0)-在等壓過程2、3中溫度降低的幅度ΠT(Δv＝0)-在等容過程1、4中溫度升高的幅度k-比熱比。
工質的熵的不可逆的連續循環變化是通過改變另一個源21的溫度場中的熱能而實現的，為了該目的，在另一個源21的溫度場的溫度和恆定壓力下不可逆地改變工質的容積，並且隨著在蒸汽動力循環的相鄰部分之外工質的組合有效能交換，進行單向轉化過程中的再生熱交換。
根據圖5的TS-圖中給出的圖6的閉合加熱器的動力有效能節省循環中的方法的實現方案，執行所提出的在蒸汽動力熱力學循環中生成有效能的方法，該循環採用等容加熱和多級等壓過熱和絕熱膨脹。其包括再生等壓-等容熱交換的部分2、3和4、1，用於由壓縮機19實現的蒸汽工質的壓縮和工質的低於臨界點的等容加熱的部分4、3。為了沿著蒸汽邊界線-幹飽和蒸汽的冷凝線(該線上蒸汽幹度x＝1)進行壓縮，處於液態的一部分工質由單元20額外地注入到壓縮機19的壓縮腔，其優選地在壓縮機19的壓縮腔中完全蒸發而除去過熱熱量。每隔一段時間，調節注入的液態工質的量，並且沿著蒸汽邊界線-幹飽和蒸汽的壓縮線(在該線上蒸汽幹度x＝1)提供蒸汽工質的壓縮過程。在壓縮階段蒸汽經受加熱，其中的蒸汽溫度從數值T1上升到數值T2，低於臨界點k的水平。
在再生器21(部分4、1)中再生熱交換的階段，蒸汽在膨脹階段之前經受從溫度T2到溫度T3的加熱，因此，使用部分2、3的熱量。在再生熱交換的階段，在無熱交換和不做功的情況下，優選地採用單向轉化的蒸汽有效能理想的再生，並且另一個熱源的溫度場的熵不可逆的增長，通過另一個熱源22進行蒸汽工質到初始狀態的循環轉化(在容器18膨脹到點2之後)。出於該目的，通過另一個絕熱熱源的溫度場，在從工質的邊界狀態轉化為初始通量狀態的轉化處，蒸汽動力循環內的組合熱交換期間，進行蒸汽工質的有效能平衡，工質有效能的理想的再生不在能量循環的相鄰部分2、3和4、1上完成，而在相對部分完成。在不可逆的工質連續循環變化過程中進行熵變化的補償。
圖5的圖表和上述圖1的圖表之間的差異在於在部分4、1中的再生等容加熱之後，在容器18的各階段的絕熱膨脹階段之前，在部分1、5的過熱器16中的恆定的體積下，蒸汽工質經受從溫度T3到溫度T4的等容過熱；以及，其經受從溫度T2到溫度T4的多級絕熱加熱，在過熱器17中有恆定的壓力，過熱器17被置於部分8、7；8、9；10、11；12、13；14、15中的容器18的各階段之間，並且在容器18的膨脹階段其經受部分5、6；7、8；9、10；11、12；13、14；15、2的多級絕熱膨脹。在幹飽和蒸汽場中進行等容過熱、多級等壓過熱和在膨脹階段的絕熱膨脹。
可將外部熱量Q1p從明火加熱源提供到過熱器16、17。由於與過熱器多孔-金屬的或者陶瓷材料發生化學反應，碳氫化合物氣體的催化放熱交換體氧化(catalytic exothermic permutoidal oxidation)導致熱量的生成。熱量也可以由核熱源或者諸如太陽、地球、海洋的自然熱源生成，或者由可再生的能量源生成。
在膨脹階段中，蒸汽工質在容器18的各階段膨脹，最大程度地接近在平均溫度Tcp下的等溫膨脹，其中機械有效能做有用功。在膨脹過程中，蒸汽工質的壓力被降至所消耗的通量(圖5中的點2)的低壓P1水平以將能量轉換為有用的形式。
重要的是，在高熵值的場中採用注入液體和容器工作、沿著冷凝線的蒸汽壓縮需要特別的3D(三維)的能夠提供類似的工作模式的壓縮機和容器。因為當根據本發明實現生成有效能的等溫或者絕熱的替代性方法時，循環的熱損耗降低，本發明具有提高蒸汽動力循環的熱能和有效能效率的優勢。
因為本發明可以通過使用公知的生產裝置和現有的技術而實現，本發明符合「工業實用性」的保護條件。
對於本領域技術人員而言，在考慮到此處揭示的本發明的說明書和實踐情況的基礎上，本發明的改變和變化是顯而易見的。本發明的實施例的上述描述處於闡釋和揭示的目的加以提出。其非排他性的，並非將本發明限制為揭示的精確形式。在上述教導的指引下改變和變化是可能的，或者改變和變化可以從本發明的實踐中獲得。意在使說明書和例子僅僅被認為是示例，本發明的真正的保護範圍和精神由下述權利要求表示。
權利要求
1.一種將能量轉換為有效能的方法，該方法通過向經受膨脹(18)和壓縮(19)循環的蒸汽工質供應熱量和通過在該循環的該膨脹階段中獲得該有效能而實現，其特徵在於該循環在該蒸汽工質的單相區域中進行並且在該壓縮階段(19)期間處於液態的工質被供應(20)給該循環。
2.如權利要求1所述的方法，其中供應的液態工質的量被調節成使得沿著飽和幹蒸汽工質的冷凝線至少部分地進行壓縮。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中在膨脹(19)的階段之前(21)，該工質受到過熱。
4.如權利要求1至3之一所述的方法，其中等溫地進行該膨脹。
5.如權利要求4所述的方法，其中該工質經受多級等壓過熱，和經受多級絕熱膨脹。
6.如權利要求4所述的方法，其中該工質經受多級等容過熱，和經受多級絕熱膨脹。
7.如權利要求4至6之一所述的方法，其中當藉助於熱力學T-S圖描述時，該循環包括下述步驟從點2(T3，S4)到點3(T1，S3)等壓壓縮；沿著從點3到點4(T2，S1)的冷凝線壓縮；從點4到點1(T3，S2)等容過熱；從點1到點4的等溫或者多級膨脹；T和S分別是溫度和熵，其中T3＞T2＞T1，P3和P4是冷凝線上低於臨界點的點，P1和P2位於單相區域。
8.如權利要求1至7之一所述的方法，其中在無外部熱源並且不做功的情況下，通過熱源(21)，採用單向轉化的熱能有效能的理想再生並且不可逆轉地增加在熱源(21)的溫度場中的熵，至少部分地進行在容器(18)中膨脹之後初始狀態的蒸汽工質的循環轉化。
9.如權利要求1至8之一所述的方法，其中該工質被加熱到低於壓縮階段(19)的臨界點的水平，並且其中在幹飽和蒸汽的場中進行該工質的加熱、在膨脹階段之前的該工質的等容過熱(16)和在膨脹階段中的該工質的多級等壓過熱(17)。
10.如權利要求1至9之一所述的方法，其中通過改變另一個源(21)的溫度場的熱能有效能進行該工質的熵的不可逆的連續循環的變化。
11.如權利要求1至10之一所述的方法，其中在另一個熱源(22)的溫度場的溫度和恆定的壓力下，該工質的體積不可逆地改變，並且其中在蒸汽動力循環的非相鄰部分(21)，隨著該工質的熱有效能的組合交換，進行在單向轉化過程中的再生熱交換(QRG)。
12.如權利要求1至11之一所述的方法，其中根據以下等式，不是在蒸汽熱能循環的相鄰部分而是在相對部分，通過從等壓過程到等容過程該工質的熱有效能轉換進行在動力熱力學循環內的該蒸汽工質的組合再生熱交換其中∏T(Δp＝0)-在等壓處理中溫度的下降幅度；1+In∏T(ΔP＝0)＝∏T(ΔS＝0)(1+(1/k)*In∏T(ΔV＝0))∏T(Δv＝0)-在等容處理中溫度的上升幅度；k-比熱比。
13.用於執行權利要求1至12中任一項所述的方法的蒸汽渦輪機，包括壓縮階段(19)和膨脹階段(18)，其特徵在於該壓縮階段(18)包括注入裝置(20)，其用於向該循環供應液態工質，且該膨脹階段(19)包括加熱裝置，其用於在至少部分膨脹階段維持恆定的溫度。
14.用於執行權利要求1至12中任一項所述的方法的蒸汽渦輪機，包括壓縮階段(19)和膨脹階段，其特徵在於該壓縮階段包括注入裝置(20)，其用於向該循環供應液態工質，且該膨脹階段(18)包括多級膨脹階段，每一階段包括絕緣裝置和加熱裝置(17)，該絕緣裝置用於實現該工質的絕熱膨脹，該加熱部件用於過熱該工質。
全文摘要
本發明涉及將能量轉換為有效能的方法，其通過向經受膨脹和壓縮循環的蒸汽工質供應熱量和通過在循環的膨脹階段中獲得有效能而實現。該循環在蒸汽工質的單相區域進行，並且在壓縮階段期間，為循環提供處於液態的工質。
文檔編號F01K7/00GK101027460SQ200480044098
公開日2007年8月29日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者亞歷山大·戈爾班 申請人:埃爾湯姆企業公司