[发明专利]一种多级热机

说明书

技术领域

本发明涉及一种热机，特别涉及一种多级热机。

背景技术

蒸汽轮机和燃气轮机作为典型的热机，他们的工作原理主要是利用高温高压的蒸汽或者燃气膨胀做功，将热能转化为机械能。

以蒸汽轮机为例，请参阅图1，图1为现有的热力发电厂中所采用的蒸汽轮机式热机。

锅炉中的水受热沸腾后转化成水蒸气流向过热器，过热器再对水蒸气进行加热，变为过热蒸汽。过热器内处于高温高压状态下的过热蒸气依次进入第一级汽轮机和第二级汽轮机，利用膨胀做功，将热能转化成机械能。为了提高热机的热效率，在第一级汽轮机和第二级汽轮机之间安装再热器和回热器。

具体的，通过管道将经过第一级汽轮机之后的水蒸气引到再热器中，通过对再热器中的蒸汽进行再次加热，之后再输送至第二级汽轮机，实现对第二级汽轮机的最佳效率的做功。回热器主要是通过抽汽管道把第二级汽轮机的部分蒸气对其内部经凝结器冷却后的水进行加热，通过热水泵将回热器内的热水输送至锅炉，实现余热回收。

对于以上设置有余热回收装置的热机来说，其热效率仍然是较低的。热机做功的过程为热力膨胀的过程。在膨胀做功的过程中，由于不能将工质所含有的热能全部转化为推动叶轮转动的有用功。所以，在膨胀过程中，会出现将没有做功的有用热能也膨胀为不可逆状态。膨胀后的蒸气温度降低，无法转化为机械能，所以，现有热机热效率低的主要原因在于：一方面，当前热机在热能转化为机械能的过程中，大量的没有被转化为有用功的那部份热能，在膨胀做功的同时也被膨胀成了不可逆状态，因为是不可逆状态，所以就无法把大量的余热回收回来，因此导致热机效率低；另一方面，余热回收的过程是必须在蒸汽做功的同时进行的，且还必须要经历一段不可逆的发展过程才能回收，这种回收方式必然会使余热回收困难而且回收效率低下。

因此，亟需提供一种高效率的新型热机。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种多级热机，实现了热机的热效率提高的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多级热机，包括：

多个串联设置的第一级至第N级做功单元；多个用于连接相邻两级做功单元且将当前做功单元的余热传递至下一级做功单元的热量传递单元；

所述做功单元包括：填充有第一液体工质的供热管；填充有第二液体工质的回热管；设置在所述供热管上的热源输入口；设置于所述回热管上，控制所述第二液体工质在所述回热管内循环流动的机械泵；设置在所述供热管和所述回热管上的第一逆流换热器和第二逆流换热器；设置在所述供热管上的叶轮机；

所述热量传递单元包括：填充有第三液体工质的传热管；设置在所述传热管内，控制所述第三液体工质在所述传热管内循环流动的循环泵；设置在所述做功单元的所述供热管上，将经过所述第一逆流换热器后的第一液体工质的余热传递至所述传热管中的第三液体工质的第三逆流换热器；所述传热管与下一级做功单元的热源输入口连接并将所述第三液体工质的热量传递至下一级做功单元；

设置在末级做功单元上，用于散发经过所述第一逆流换热器后的所述第一液体工质的热量的散热装置；

所述第一液体工质在所述供热管内按照第一方向流动，所述第二液体工质在所述回热管内按照第二方向循环流动，所述第三液体工质按照第二方向循环流动，所述第二方向与第一方向相反；

所述第一液体工质的临界温度从第一级至第N级做功单元依次递减；

所述第一液体工质的比热容与所述第二液体工质的膨胀系数的乘积小于所述第二液体工质的比热容与所述第一液体工质的膨胀系数的乘积。

优选的，所述第一液体工质包括制冷剂；所述第二液体工质包括水；所述第三液体工质包括水。

优选的，所述做功单元还包括：

设置在所述供热管上，对所述供热管内的所述第一液体工质加压使所述第一液体工质保持液态的第一气泵。

优选的，所述做功单元还包括：

设置在所述供热管上与所述第一气泵连通，为所述供热管内压强变化和第一液体工质体积变化提供缓冲空间的间隙室。

优选的，所述做功单元还包括：

设置在所述第一气泵与所述间隙室之间的第一截止阀；

与所述间隙室和所述第一气泵连接，监测所述间隙室内的压强并控制所述第一气泵对所述供热管内的所述第一液体工质加压的第一压强监控装置。

优选的，所述做功单元还包括：

与所述供热管连通的用于存储所述第一液体工质的储存室；

与所述储存室连接的第二气泵；