CN105765177A - 冷凝器 - Google Patents

Abstract

冷凝容器通常以（100）表示，并且包括固定的外腔（102）和转动的内鼓或内腔（104）形式的转动部分，两者一般都是圆柱形的，并且同心地设置。该内腔（104）设有水蒸汽入口（128），并且外腔（102）设有水出口（130）。水位传感器（132）设置在外腔（102）上以向水泵（未示出）提供控制信号。在水返回至热井（未示出）之前，该水泵将水回收至脱气装置中。通过三通阀调节泵，该三通阀根据腔（102）中的水位，确定多少水（如果有）会返回至腔（102）中和多少水会引导至该脱气装置。使用时，水蒸汽从蒸汽涡轮（未示出）的排气装置进入入口（128）中。该内腔（104）以每分钟几千转的速度转动，并且包括水体（134），该水体（134）以转动的圆柱形水墙的形式随腔104转动。该第一叶轮（114）迫使水蒸汽向下进入腔104中，在此，水蒸汽冷凝成水滴，并且径向向外抛向壁（108）。未冷凝的水蒸汽不能以此方式排出内腔，其首先必须穿过水从而能够进入在环形板（112）和折迭式凸缘（126）之间标记为G的间隙。实际上在该间隙中的水充当自我调节的高压水密封件。

Description

冷凝器

技术领域

本发明涉及用于使蒸汽冷凝的冷凝器，以及使蒸汽冷凝的方法，并且具体地，但不排外地，关系到用于来自涡轮水蒸汽的冷凝器和冷凝方法。

背景技术

电力发电站加热水以产生水蒸汽，然后驱动使发电机转动的涡轮以产生电力。

特别地，可能从化石燃料的燃烧中得到的热源用于加热锅炉中的水以在高压下产生水蒸汽。然后水蒸汽通过涡轮级膨胀，在该涡轮级中，涡轮旋转，以驱动发电机。随着水蒸汽通过涡轮级，其压力减小并且损失热能。在一种应用中，典型地，进入涡轮中的水蒸汽的温度为400摄氏度，压力为4x10^6帕(40巴)，并且离开涡轮的水蒸汽的温度为60摄氏度，而压力为–0.9巴。因为不能有效地泵送水蒸汽，在封闭系统中，其必然冷凝成液态水以进行再循环。水蒸汽的冷凝通常通过使水蒸汽冷却来实现的。随着水蒸汽穿过由外部来源供给冷却水的热交换器，从水蒸汽中移除热能。在存在真空的情况下，大量的潜热散失并且释放至冷却水中以实现使涡轮的废汽冷凝所需的低温。热交换器中的冷却水的温度通常为大约40摄氏度，这是几乎不可再用的或几乎不实用的。因此，水中的能量几乎散失至大气中。接着，将冷凝物（现在是温的锅炉水）收集于热井中，并且通过待加热的脱气装置引回锅炉中以产生水蒸汽。净化的补充水也在该点引入该循环中以弥补该系统中的任何损失。

较大的系统尽可能提高水蒸汽的温度和压力以提高效率，但大大地提高了成本及制造和维修的复杂性。

从水蒸汽中移除热能以使水蒸汽冷却的需求是效率极低的原因，因为该能量大部分损失至环境中。

本发明的实施例旨在解决这些问题。

所附的独立权利要求界定了本发明，现在应当参考该独立权利要求。此外，在引用该独立权利要求的从属权利要求中可以找到优选的特征。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于使蒸汽冷凝的冷凝器，该冷凝器包括冷凝容器，其具有用于引入蒸汽的入口和用于移除液体的出口，其中该冷凝器进一步包括转动部分，该旋转部分设置成使用时在该容器内产生液体的旋转体。

该转动部分可以包括第一叶轮。

可替换地，或此外，该转动部分可以包括在非转动外腔内的转动内腔。

在优选的设置中，该冷凝器包括冷凝容器，该冷凝容器具有非转动外腔和转动内腔，该内腔具有第一叶轮。

该冷凝器可以包括第二叶轮。该第二叶轮可以设置成在使用时以与该第一叶轮的转动方向相反的方向转动。

优选地，在使用时，该容器设置为在该内腔和该外腔之间形成水密封件。

在优选的设置中，该水密封件设置为在使用时在内腔的环形板部分和外腔的环形凸缘部分之间形成。

该容器可以设有液位传感器，该液位传感器设置为在使用时感测该容器的液位。

该冷凝器可以被设置成使用时使水蒸汽冷凝并且该出口可以设置为用于移除水。

优选地，该转动部分被设置成使用时产生液体的旋转体，该液体的旋转体包括具有大致中心的空洞的涡流并且可以形状至少部分地为具有大致中心的空洞的圆柱形。在优选的设置中，蒸汽通过所述入口引入所述空洞中，从而被带入液体的旋转体中，蒸汽冷凝至所述液体的旋转体中。

在优选的设置中，该入口包括涡流探测器，该涡流探测器优选地设置为引导进来的蒸汽以涡流的方式旋转。该冷凝器还可以包括用于从腔中移除非冷凝气体的真空泵。

本发明还包括使蒸汽冷凝的方法，该方法包括将蒸汽引入容器的入口中，并且从容器的出口移除液体，其中该方法进一步包括在容器内产生液体的旋转体。

该方法可以包括使水蒸汽冷凝的方法。

优选地，该方法包括产生液体的旋转体，该液体的旋转体包括具有大致中心的空洞涡流，该主体的形状可以至少部分地为具有大致中心的空洞的大致圆柱形。在优选的设置中，该方法包括通过入口将蒸汽引入至所述空洞中，使得蒸汽被带入液体的旋转体中，蒸汽在液体的旋转体中冷凝。

本发明还包括发电系统、发电站、或发电厂，其包括根据在此所述的冷凝器，或其中通过根据在此所述的方法冷凝蒸汽。

这里被提及的特征或限定的任意组合除非是互相排斥的，否则都可包含在本发明中。

附图说明

现在结合附图，仅通过举例的方式描述本发明的优选实施例，其中：

图1展示了根据本发明的优选实施例的冷凝器的剖视图；以及

图2展示了根据本发明的冷凝器的可替换实施例。

具体实施方式

该装置，通常以10表示，包括由钢制成的大致圆柱形的冷凝容器12，具有上腔部12a和下腔部12b，该上腔部12a和该下腔部12b分别具有水蒸汽入口14和水出口16。叶轮18形式的转动部分由电动机20驱动从而转动。温度计22和24以及水压力计26与容器12的内部相通，而真空压力计28测量进入入口14的水蒸汽的压力。使用时，水位指示器30提供容器12中的水位的可视化指示。使用时，真空泵（未示出）通过容器的顶部处的管道32移除非冷凝气体。

水由泵34从所述下腔部12b通过所述出口16抽取，该泵34由电动机36驱动。根据检测出的容器中的水位来控制的阀42的状态，使来自出口16的水通过第二入口38再循环至容器中或通过出口44抽出至脱气的热井（未示出）中，以便维持容器中的最小水位。该热井连接至锅炉供水（未示出）。

使用时，来自蒸汽涡轮排气装置的水蒸汽通过入口14被引入所述容器中。在该容器12内侧具有水的旋转体，其由叶轮18驱动以形成圆柱形的水墙，该圆柱形的水墙的后面是圆柱形的容器壁，并且其压力相对较高。该水的旋转体由线A表示。2~6x10^5Pa（2~6巴）的压力通常应足够，但这将取决于该系统的要求。借助于涡流探测器46，水蒸汽开始在水的旋转体内以大约9x10^4帕(0.9巴)（这取决于应用要求）的非常低的压力形成的空间中旋转。在附图中，旋转的水蒸汽由线B表示，并且为了说明的目的而夸大其与水的间隔。随着水蒸汽旋转，其与较高压力的水接触，在此，水蒸汽冷凝成水。现在水蒸汽的潜能保存在水中，并且以一定压力保持以在系统内使用，而非通过冷却散失至大气中。

监测水位，并且当由于冷凝的水蒸汽导致的水位上升时，冷凝物通过出口抽至充气机/热井，冷凝物从该充气机/热井再循环至锅炉中。

图2展示了根据本发明的冷凝器的可替换实施例。

冷凝容器通常以100表示，并且包括固定的外腔102和转动的内鼓或内腔104形式的转动部分，两者一般都是圆柱形的，并且同心地设置。该内腔104具有底部106和圆柱形侧壁108，该圆柱形侧壁108具有敞开的顶部110，围绕该敞开的顶部110连接有环形板112。

从顶部110沿侧壁108向下约五分之一的距离设有第一叶轮114，该叶轮连接至侧壁108。该内腔104和叶轮114由第一电机118驱动以围绕轴116转动。可选的第二叶轮120安装在同心轴122上，由第二电机124驱动从而以相反的指向转动。

该第一固定腔102围绕转动腔104。环形凸缘126从腔102的圆柱形内壁102a径向向内延伸，并且越过内腔104的板112向下延伸，在板112下面径向向外朝内腔的圆柱形壁108返回。

该内腔104设有水蒸汽入口128，并且外腔102设有水出口130。水位传感器132设置在外腔102上以向水泵（未示出）提供控制信号。在水返回至热井（未示出）之前，该水泵将水回收至脱气装置中。根据腔102中的水位，通过三通阀调节泵，确定多少水（如果有）会返回至腔102中和多少水会引导至该脱气装置。

该冷凝器100的底部支撑在一系列脚架134上。

使用时，蒸汽从蒸汽涡轮（未示出）的排气装置进入入口128中。该内腔104以每分钟几千转的速度转动，比如可能为3~4000rpm-至少取决于直径，并且包括水体134，该水体134以转动的圆柱形水墙的形式随腔104转动。该第一叶轮114迫使水蒸汽向下进入腔104中，在此，水蒸汽冷凝成水滴，并且径向向外抛向壁108。根据水蒸汽冷凝时的温度，以一定的压力将水蒸汽冷凝成液态水并且使其并入在腔104的外围处的圆柱形水墙134中。随着更多的水蒸汽在腔中冷凝，水从环形板112和外腔的凸缘126之间流出内腔，落入外腔的底部，在此，水通过出口130排出。提高内腔转速往往会增加腔104内侧的水压和水排出内腔的速率。未冷凝的水蒸汽不能以此方式排出内腔，其首先必须穿过水从而能够进入在环形板112和折迭式凸缘126之间标记为G的间隙。实际上在该间隙中的水充当自我调节的高压水密封件。

可选的反向旋转的叶轮120有助于提高作用力，水蒸汽通过该作用力推动叶轮114，这促进水滴的形成。

水蒸汽通过冷凝器中的高压冷凝。在中心空洞中产生并且维持部分真空，同时使释放的潜热得以保存并且以90摄氏度或更高的高温返回至给水系统中。根据实际的限制，可以考虑该温度相对非常高，从而在其它应用，比如低温发电、热力制冷或区域供热系统中减少重新加热和/或将其用作有用的热量的蒸汽和能量的使用。

典型的蒸汽循环发电站的热力输入至电力输出的效率范围为10%~40%。通过有效地利用目前常用的冷凝方法中浪费的蒸汽潜热，可以料到，能够实现超过80%的效率。

在上面的说明书中尽量将注意力放在本发明被认为特别重要的那些特征的同时，应当理解的是，本申请要求保护本文涉及的和/或在附图中所示的任何可专利的特征或这些特征的组合，而无论在这里是否有特别强调。

Claims (20)

1.一种用于使蒸汽冷凝的冷凝器，所述冷凝器包括冷凝容器，所述冷凝容器具有用于引入蒸汽的入口和用于移除液体的出口，其中所述冷凝器进一步包括转动部分，所述转动部分设置成在使用时在该容器内产生液体的旋转体。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述转动部分包括第一叶轮。

3.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，所述转动部分包括在非转动外腔内的转动内腔。

4.根据权利要求3所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器包括冷凝容器，所述冷凝容器具有非转动外腔和转动内腔，所述内腔具有第一叶轮。

5.根据权利要求4所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器包括第二叶轮。

6.根据权利要求5所述的冷凝器，其特征在于，所述第二叶轮设置为在使用时以与所述第一叶轮的转动方向相反的方向转动。

7.根据权利要求3所述的冷凝器，其特征在于，在使用时，所述容器设置为在所述内腔和所述外腔之间形成水密封件。

8.根据权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，所述水密封件设置为在使用时在所述内腔的环形板部分和所述外腔的环形凸缘部分之间形成。

9.根据前面任一项权利要求所述的冷凝器，其特征在于，所述容器设有液位传感器，所述液位传感器设置为在使用时感测该容器的液位。

10.根据前面任一项权利要求所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器设置为在使用时使水蒸汽冷凝并且所述出口设置为用于移除水。

11.根据前面任一项权利要求所述的冷凝器，其特征在于，所述转动部分设置为在使用时产生液体的旋转体，所述液体的旋转体包括具有大致中心的空洞涡流。

12.根据权利要求11所述的冷凝器，其特征在于，蒸汽通过所述入口引入所述空洞中，从而被带入液体的旋转体中，蒸汽冷凝至所述液体的旋转体中。

13.根据前面任一项权利要求所述的冷凝器，其特征在于，所述入口包括涡流探测器，所述涡流探测器设置为引导进来的蒸汽以涡流的方式旋转。

14.根据前面任一项权利要求所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括用于从容器中移除非冷凝气体的真空泵。

15.一种使蒸汽冷凝的方法，所述方法包括将蒸汽引入容器的入口中，并且从容器的出口移除液体，其中所述方法进一步包括在该容器内产生液体的旋转体。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括使水蒸气冷凝的方法。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述方法包括产生液体的旋转体，所述液体的旋转体包括具有大致中心的空洞的涡流，该液体的旋转体的形状为具有大致中心空洞的大致圆柱形。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过所述入口将蒸汽引入至所述空洞中，使得蒸汽被带入液体的旋转体中，蒸汽在该液体的旋转体中冷凝。

19.一种发电系统、发电站、或发电厂，其包括根据权利要求1-14中任一项所述的冷凝器。

20.一种发电系统、发电站、或发电厂，其中通过根据权利要求15-18中任一项所述的方法使蒸汽冷凝。