技术领域
背景技术
[0002] 目前
发动机热力循环的优势是膨胀初温高，缺点是不能实现真空膨胀导致膨胀比有限排放
温度高，而电厂
蒸汽热力循环做功过程实现了从高压到真空的膨胀过程实现了接近
环境温度的低温排放，但膨胀初温低而且必须是大机组才能实现较高参数膨胀，对燃
气动力的分布式
能源系统、
生物质能以及
太阳能热发电等
可再生能源采用蒸汽热力循环时因为机组小参数低发电热效率总是处于较低
水平，燃气动力系统虽然可以采用燃气蒸汽联合机组，却导致系统复杂投资成本高。在
热泵领域，最普遍的采用氟里昂压缩式机组或溴化锂
蒸发式机组，需要氟里昂或溴化锂等高成本介质以及大量的换热器并且存在环境问题，还有蒸汽喷射式抽气热泵投资成本低但是存在以下问题导致其热效率总是很低，一是蒸汽初参数低，二是制冷剂真空雾化膨胀过程中的膨胀功没有利用，三是喷射抽气器扩压管内的压缩过程没有采用排热降温措施，排放温度高动力消耗大。
专利申请201210165823.0提出了喷射旋流器热泵方式，可以利用湿空气甚至湿烟气通过真空喷射制冷而不用其它介质，但在工质从真空状态排出系统到环境时没有采取冷却排热措施同样会导致排放温度高动力消耗较大。随着全社会经济规模的不断膨胀工业与民用领域因余热排放规模巨大浪费，能源短缺与环境污染的矛盾越来越突出，因此探索任何节能技术与可再生能源利用技术的突破总是意义重大。
[0003] 气液混合泵有利于实现气体定温压缩，目前使用最常见的是
液环泵，而定温压缩对热力系统低温排热非常有利，但因液环泵由于
叶轮对液体工质的搅拌作用导致内部流动损失很大，实际应用效率很低，约40％左右。
发明内容
[0004] 本发明的目的：热力系统或热泵系统利用真空膨胀产生真空动力并大幅度提高效率。
[0005] 本发明的技术方案：热力循环系统通过增加真空膨胀措施延长气体工质统膨胀过程，完成真空膨胀后在冷却排热的过程中完成真空压缩达到排放压力，使真空膨胀功大于真空压缩功而产生真空动力进而实现大幅度提高热效率或提高喷射式热泵的制冷制热系数。进一步描述为，动力系统或动力装置在循环工作过程中存在使
流体工质通过吸收热量做功产生动力的热动力过程，或者存在使流体工质通过接收动力产生热泵效应的热泵过程，或者两种过程都存在，热动力过程或热泵过程中至少存在气体工质膨胀过程与压缩过程，其特征是：动力系统或动力装置在循环工作过程中存在真空动力过程，真空动力过程在真空动力装置中完成或在不同装置中完成；所述的真空动力过程是指气体工质在膨胀过程中有真空膨胀，在压缩过程中有真空压缩，至少有一种气体工质在完成真空膨胀后到完成真空压缩的过程中有排热过程，可以是直接排热，指气体工质直接向同时进入真空喷射器内并混合的低温工质(例如低温气体或液体或低温气体
凝结物)排热即一种气体工质向另一种气体工质排热，也可以是间接排热，指通过管道壁或换热器对外排热；所述的真空是指气体工质在低于
大气压状态下或 低于环境压力状态下。真空动力装置由内部可产生真空并且具有排热功能的真空喷射器及其动力装置(如
压缩机以及气液混合泵等可产生压缩气体的装置、有压蒸汽
锅炉、以及各种可以产生热喷射烟气的发动机等)组成，由动力装置为真空喷射器提供喷射动力共同完成真空动力过程，真空喷射器包括喷射器、喷射抽气器、喷射旋流器、喷射旋流抽气器以及喷射旋流气液分离器等，及其各种排热方案将在实施方式中进一步说明。
[0006] 同时，气液混合泵在运行中液体工质不断吸收气体工质压缩热而具有使气体工质接近定温压缩的优势，增加进气
喷嘴即可成为真空动力装置，简单实用，为提高效率，这里提出在气液混合泵液体工质循环管路进入泵入口时增加液体工质循环喷嘴使液体工质喷射进入泵内，避免节流损失大幅度提高效率，同时也可以使普通液力泵成为高效率气液混合泵。
[0007] 这里涉及的气体或气体工质是包括空气、烟气、蒸汽、湿气体等气态工质或气态工质为主要成份的广义概念。
[0008] 本发明的优点：
[0009] 1.真空动力过程可以使常压(即一个大气压或环境压力)热气体工质继续做功，可使燃气动力系统及其它类似的高温热动力系统余热继续做功效率大幅度提高，也可以实现从高温高压烟气直接实现真空膨胀，最大膨胀比做功，简单低成本。
[0010] 2.高参数高膨胀比的优势用于热力热泵装置，可直接利用高温烟气或高温空气为介质结合低温湿气体在真空旋流状态的热分离效应，大幅度提高制冷制热系数而无需特殊介质，在此
基础上提出的循环热泵可使热泵式锅炉热效率倍增，越是低温热利用潜力越大。
[0011] 3.真空动力装置有利于吸收各种有压或常压热气体组成热力系统，可适应广泛的节能推广，也有利于低成本领域太阳能热力及生物质能等可再生能源。
[0012] 4.高效率优势不受机组大小影响，方便高效率热电冷联产，有利于分布式能源利用。
[0013] 5.为实现空气与烟气
净化及水质净化、空气除湿、物料干燥以及蒸汽冷凝等热力系统循环利用热量创造了非常有利条件，并且具有广泛成熟的工业基础，实用性强。
[0014] 6.对于燃气发动机在
燃烧室与
涡轮之间增加真空喷射过程可直接实现高压到真空的膨胀过程，避免了涡轮
叶片直接面对高温烟气环境，使燃烧室有了产生更高温度的空间；利用燃气动力的喷射抽气器带动真空气轮机的发动机模式更是使涡轮
转子彻底摆脱了烟气而适用于任何
燃料，例如
煤粉水煤浆等高灰分高硫燃料。
[0015] 7.在蒸汽动力系统中增加真空喷射过程可使系统实现超出凝汽器真空的膨胀过程产生真空动力，因此与传统蒸汽动力系统相比可以增加更多再热过程而提高热效率并扩大容量。
[0016] 8.循环热泵式蒸汽动力机组可同时发挥高温节能与真空动力节能，大幅提高热效率。
[0017] 9.提出入口增加循环喷嘴的气液混合泵方案，可大幅度提高抽气能力，适用于各种类型液力泵，改进的进气或抽气方式为简单高效利用气液混合泵，充分发挥其在压缩过程同时气液直接混合降温的优势，为发挥真空动力优势为热水锅炉及喷射式
空调制冷等领域创造了非常有利条件。
附图说明
[0018] 图1是采用了气液混合泵实现真空的真空动力热力系统；图2是采用了气液混合泵增加喷嘴实现真空的真空动力热力系统；图3是采用了气液混合泵的简易真空动力系统；图4是采用了压缩机或
真空泵的真空动力系统；图5是采用了压缩机或真空泵且增加喷嘴的真空动 力热力系统；图6是采用了压缩机或真空泵的简易真空动力系统；图7是热力系统全部在真空状态下完成循环过程的温熵图；图8为有压动力与真空动力组合循环的温熵图；图9、10是两种采用了喷射水冷或喷射气冷的真空管喷射器与喷射抽气器；图11是采用了内部喷射降温排热的真空动力过程温熵图；图12是采用了空冷翅片结构的真空管喷射器；图13是采用了水冷与翅片结构结合的喷射抽气器；图14是采用了空冷结构的蜗壳式喷射旋流器；图15是采用了空冷渐缩结构结合的出口导流式喷射旋流器；图16是采用了内部喷射气冷或水冷结构的喷射旋流器；图17是采用喷射抽气自冷的真空管喷射器；图18是喷射旋流抽气器；图19是喷射
旋流分离器；图20、21是两种采用了不同动力装置的喷射旋流分离器式热泵系统；图22、23是两种采用了不同动力装置的喷射旋流分离器式液体净化系统；图24、25是两种采用了不同动力装置的喷射旋流分离器式气体净化系统；图26、27是两种采用了不同动力装置的喷射旋流分离器式干燥系系统；图28是喷射旋流分流器；图29是排
热管须采用抽气动力的喷射旋流分流器；图30、31是两种喷射旋流分流式热泵系统；图32、33是热动力式喷射分流式热泵系统；图34是采用了喷射旋流分流器的水质净化系统；图35是采用了喷射旋流分流器的气体净化系统；图36、37是两种喷射分流式循环热泵；图38、39是两种增加了回热过程的喷射分流式循环热泵；图40是喷射湾流分流器；图41是排热管增加了喷射抽气器的喷射湾流分流器；图42是叶轮式喷射湾流分流器；图43是尾气增加了真空管喷射器的燃气发动机；图44是在燃烧室和涡轮之间增加了真空管喷射器的燃气发动机；图45是环形喷射真空管；图46是多个喷射管换热器式气液混合泵热泵装置；图47是燃气动力喷射抽气器；图48、49是两种燃气动力的真空发动机；图50是增加真空动力过程的蒸汽机组；图51是具有真空动力过程的蒸汽动力循环温熵图；图52是一种气液混合泵结构简图；图53是气液混合泵进气通道示意图；图54是增加了喷嘴的气液混合泵；图55是出口喷射抽气泵；图56是增加了喷嘴的液环泵；图57是气液混合泵式热泵装置；图58是增加了喷射管换热器的气液混合泵式热泵装置。
具体实施方式
[0019] 实施方式1，采用真空动力的热力系统
[0020] 如附图1所示的采用了真空动力的热力循环示意图，气液混合工质经气液混合泵106升压后进入气液分离器101，气体工质分离后经过加热器103加热升温然后进入膨胀机
104做功降温，随后被气液混合泵106抽入升压开始新的循环，附图1及以后其它附图中的箭头表示工质流动方向。当气液混合泵入口及膨胀机出口工作在真空状态时，气体工质在膨胀机内部将存在真空膨胀，在气液混合泵内部将存在真空压缩同时受到液体工质吸热冷却使气体工质实现真空排热，进而实现真空动力做功过程。液体工质循环工作，从气液分离器101出来后回到气液混合泵入口通
过喷嘴105进入泵内构成循环回路，液体工质采用有利于泵真空抽气的方式直接喷射进入泵内或沿入口切向喷射旋流方式进入泵内，并且在循环管路上连接了
散热器107对外排热。附图2所示热力系统是在附图1的基础上在气液混合泵入口增加了抽气喷嘴108，并使气体工质通过喷嘴喷射进入泵实现真空膨胀，使真空动力做功过程在喷嘴与泵内完成，可避免膨胀机在太高的真空工作导致体积太大。附图3所示热力系统是在附图2的基础上去掉了膨胀机，全部膨胀做功过程都在泵内完成，泵在启动时需输入电力，正常 工作后叶轮受
混合液推动就可以输出动力了，成为一种最简单的热力系统，显然泵采用开式或半开式离心叶轮更方便。
[0021] 附图4、5、6是分别在附图1、2、3的基础上用具有
外壳散热结构压缩机111取代了气液混合泵，此时的压缩机事实上也可以是真空泵，可实现真空压缩与真空排热乃至增加喷嘴108后实现真空膨胀。气体工质通过喷嘴可以对内部流体或叶轮装置做功，或者可以增加专
门的叶片吸收喷射动力，气体工质可以采用湿气体有利于外壳散热，另外，热力系统可以采用闭环循环，也可以采用开式循环，如在附图1～6中在点102断开。
[0022] 附图7表示热力系统全部在真空状态下完成循环过程的温熵图，气液混合泵或压缩机出口没有提供压力只在入口提供了真空动力，即热力系统同时也是真空动力系统。过程AB与BC分别代表了定压吸热与真空绝
热膨胀过程，过程AD代表了真空压缩及真空排热即定温排热过程，T1为气体工质在吸热后膨胀前初温，T2为排放温度T0代表环境温度。当热力系统采用开式循环时，过程AE为对外排气过程，过程EAB为开式循环中的无压吸热过程。如附图8所示为有压动力与真空动力组合循环的温熵图，当气液混合泵或压缩机在入口提供真空抽气动力的同时在出口也提供了有压气体工质时成为有压动力与真空动力组合的热力循环，其中过程EF代表了绝
热压缩过程。循环过程EFGBE为传统的采用压缩机的开式热力循环，如
内燃机及
燃气轮机等基本循环都属于此，过程BE为对外排热过程。循环过程EFGCAE为增加了真空动力过程的有压热力循环系统，对比附图7与8，说明面积ABC即为增加的真空动力做功量，说明本发明具有显著的节能效果，可大幅度提高热效率。
[0023] 综合以上实施方式的特征是：动力系统或动力装置在使工质循环流动的过程中存在通过吸收热量做功产生动力的热动力过程，并且存在气体工质膨胀过程与压缩过程以及在完成真空膨胀后到完成真空压缩的过程中有排热过程，真空动力装置独立完成真空膨胀过程或全部膨胀过程(如附图3与6所示)，或者与膨胀机组合(如附图1、2、4、6所示)共同完成膨胀过程。
[0024] 实施方式2，真空管喷射器与喷射抽气器
[0025] 如附图9所示的真空管喷射器，热气体工质通过喷嘴201喷射进入喷射室，低温工质通过两个喷嘴202喷射进入喷射室，经过喉部混合后共同进入扩压管203扩压，由于高速射流抽吸作用喷射室很容易达到真空状态而使气体工质在喷嘴内实现真空膨胀，进而在扩压管中实现真空压缩同时被低温工质吸热实现真空排热，成为最简单的真空喷射器。低温工质可以是液体也可以是气体，一般情况热气体工质与低温工质应该至少有一个有压力。如附图10所示在附图9基础上通过入口侧喷嘴或专设的抽气通道204抽气的喷射抽气器。
如附图11所示是采用有压热气体喷射产生动力与常压常温气体对内喷射降温的真空管喷射器式真空动力过程温熵图，为高压气热源与常压气冷源的喷射组合，FG为高压吸热升温线，EB为常压降温排热线，DC为真空排热线；区域ABCD为真空动力过程做的全功，区域EHDA为低温气体工质进出真空动力装置耗功，二者面积差就是真空动力过程输出的净功，从图中可以看出增加低温气体工质的流量或提高压力，可以使混合后压缩线AD左移，可使排放温度T2进一步降低，减少耗功增加输出动力。显然，喷射真空管也可以采用液体工质喷射降温代替低温气体工质，是一种热源冷源同时喷射的工作方式，可以采用不同压力的多热源与多冷源喷射工作，方便利用各种热源与冷源工质，而且热源工质与冷源工质中只要其中之一有足够的喷射 压力即可以稳定工作。从温熵图可以看出，理论上热源冷源工质都采用常压也可以产生真空动力，只是实际工作中需要专门的启动动力，而且在运行中因存在不可避免的动力损失随时影响真空度导致
稳定性较差。
[0026] 如附图12所示是采用外部翅片式空冷结构的真空管喷射器，如附图13所示是采用了外部水冷与翅片散热结合的喷射抽气器，都可以用于真空动力装置。如附图14所示(上下图互为主俯视示意图关系，虚线箭头表示气体工质流动规律)是一种喷射旋流器，喷射室与减速扩压管采用了蜗壳结构，喷嘴切向喷入喷射室形成旋流式真空，外部采用了空冷结构。如附图15所示出口采用了使旋流转变为直流的导流叶片206的喷射旋流器，喷射室采用了渐缩结构出口通道采用了渐扩结构外部采用了空冷结构。如附图16所示的喷射旋流器，增加喷嘴207向喷射器内部提供喷水降温或喷气降温，附图17所示为自抽气
风冷式真空管喷射器，喷嘴208采用斜向喷射旋流布置，出口增加了导流叶片206，可省掉空冷鼓风机。如附图18所示喷射旋流器，喷射室出口210采用了环形结构，可保留旋流状态使旋流真空不易受其它流动影响，通过喷嘴211实现内部喷射低温冷却工质同时外部布置翅片式空冷结构，在此基础上增加了抽气管路212可以成为喷射旋流抽气器，与此类似，附图14、15、16、17都可以增加抽气管路成为喷射旋流器，共同优势是比附图9所示普通类型喷射器缩短轴线距离。
[0027] 显然，当动力装置为真空喷射器提供喷射动力时，容易实现以下功能，(1)通过出口射流产生喷射动力或
通风动力；(2)通过入口喷嘴或专门的抽气通道产生抽气动力；(3)通过出口通道使射流扩压减速后对外提供有压动力；(4)通过内置或外置的叶轮转子将真空动力转为轴功。另外，气液混合泵、射水抽气器以及具有散热功能的压缩机(或真空泵)当入口增加抽气喷嘴并且抽气喷嘴方向与射水方向或旋流切向一致或斜向布置时，构成了真空喷射器，同时也是真空动力装置，因为气体工质进入抽气喷嘴后可以实现真空膨胀、真空压缩及真可排热过程而产生喷射动力。
[0028] 实施方式3，喷射旋流分离器
[0029] 如附图19所示喷射旋流分离器，为产生真空动力外部增加了散热翅片及排气管上增加了水冷装置304，也可以增加喷射管路301通过喷嘴为排气管305增加排气动力同时有吸热降温作用，排气管305内以及进入下部的液体收集箱通道内都布置了导流叶片303及302使旋流转为轴向流。动力装置使气体工质通过喷嘴300沿切向喷射的特点使喷射旋流分离器容易在内部形成旋流高真空，使湿气体工质在旋流器内部高真空环境下其中的水蒸气迅速降温出现冷凝，并且冷凝的液体工质被分离进入下面的液体收集箱，当真空状态下吸收了冷凝热的气体工质在出口减速扩压的过程中增加降温排热措施就会产生真空动力。因此，可以由喷射旋流分离器及其动力装置(例如压缩机)组成真空动力装置，由动力装置为喷射旋流分离器入口提供喷射动力或者为排气管提供排气动力，或者为入口喷射与排气管排气同时提供动力，进入喷射旋流分离器的气体工质包含有可发生
相变的流体(例如水或蒸汽)，或者气体工质与可发生相变的流体从不同喷嘴(例如喷嘴300与306)进入并混合，分离出的气体工质从排气管305排出，分离出的低温工质(液体或液固混合)收集到液体收集箱后排出，真空动力装置可实现以下功能：
[0030] (1)采用了排气管排出热气体工质实现对外输出热源实现制热，或者采用了液体收集箱收集到的低温液体工质对外输出冷源实现制冷，或者制热与制冷同时进行；
[0031] (2)如附图20所示的喷射旋流分离器真空动力系统，由气液混合泵312产生的压缩气体通过管路301为喷射旋流分离器318的排气管305提供喷射动力，有压或常压气体工质通过管路308与加湿管路307内的液体工质混合后进入喷射旋流分离器，通过气液混合泵循环液体工质对外提供热源(例如通过管路315对外供热水或通过循环
散热器313对外供热)，或者通过气液混合泵循环液体工质与喷射旋流分离器排气对外提供热源，通过液体收集箱317连接的
低温泵316对外提供冷源，实现喷射旋流分离器式制热或制冷。其中，气液混合泵通过吸气管路310吸取气体工质，通过管路311补充循环液体工质，显然吸气管路310和喷射旋流分离器的排气管路可以闭路连接(如图中虚线所示)也可以开式不连接。如附图21是采用了压缩机319取代了气液混合泵系统为喷射旋流器排气管提供喷射动力，其中增加了散热器320为压缩气体降温。可以通过散热器320对外提供热源，也可以通过散热器320与喷射旋流分离器排气对外提供热源，可以通过液体收集箱317连接的低温泵316对外提供冷源，实现喷射旋流分离器式制热或制冷。
[0032] (3)如附图22所示的采用了气液混合泵的喷射分离器式液体净化系统，为实现液体净化，增加了初级气液分离器(例如液滴
过滤器或捕滴器等)322与气液混合泵出口气液分离器324合二为一，并且动力装置气液混合泵使气体工质与需要净化的液体吸入泵内混合加湿后使其先进入初级气液分离器322除掉液滴，从初级气液分离器分离出的湿气体工质通过喷嘴进入喷射旋流分离器318使其中的蒸汽出现冷凝并实现气液分离，吸收了冷凝热的气体工质从排气管排出然后回到气液混合泵入口循环工作，冷凝的液体工质进入液体收集箱实现液体净化。其中，需要净化的液体工质通过管路321进入气液混合泵入口，在气液分离器(或初级分离器)下部增加排污管路323定时或连续排出高浓度液体工质，维持系统连续运行。
[0033] 附图23所示的采用了压缩机(或真空泵)为动力装置的液体净化系统，增加了初级气液分离器以及液下曝气管路326，气体工质通过压缩机压缩后进入气液混合装置(液下曝气管路)326加湿再经过初级分离器(过滤器)322过滤除掉液滴后，湿气体进入喷射旋流分离器实现冷凝并气液分离获得净化液体工质，分离出的气体回到工质压缩机入口循环工作，增加散热器327可维持合理的循环温度。图示两种系统都采用了过滤器(或称捕滴器)去除湿气体中液滴，也可以采用旋流分离器等其它方式去除液滴。
[0034] (4)如附图24所示的气体净化系统，是在附图22的基础上将气体工质设为开式循环用于气体净化，其特点是动力装置(气液混合泵)使增湿的需要净化或需要除湿的气体进入喷射旋流分离器实现气液分离，从排气管排出洁净气体实现气体净化或除湿。如附图25所示可采用两个或多个喷射旋流分离器串连工作提高净化
质量，其中排气管采用了水冷排热方式，也可以在末级喷射旋流器的排气管采用喷射动力(图中虚线所示)同时实现降温排热，只是喷气工质必须是净化过的气体。另外，类似于附图23，空气净化或除湿系统同样可以采用压缩机提供动力。
[0035] (5)如附图26所示采用了气液混合泵动力装置的干燥系统，为了实现物料干燥，动力装置使物料干燥器内出来的湿气体通过喷嘴进入喷射旋流分离器实现气液分离，分离出的干燥气体排出系统或重新进入物料干燥器循环工作，以此实现干燥器连续工作。需要干燥的物料或物件或
污泥等通过通道331进入干燥器332，完成干燥后再经过排出通道333排出干燥器。气液混合泵
抽取干燥器内湿气体后排出的湿气体进入喷射旋流分离器内，其中水蒸气冷 凝并且实现气液分离，上部排出干燥的气体工质进入干燥器循环工作，下部收集分离出的液体工质定时或连续排出。附图27是采用了真空泵或压缩机的干燥系统，与前者原理相同，并且增加了喷嘴335利用压缩气源为气液分离器排气管增加排气动力。
[0036] (6)同气体净化除湿原理类似，可通过动力装置使蒸汽或蒸汽与不可凝气体工质混合进入喷射旋流分离器实现蒸汽冷凝及气液分离，例如回收工业排放的水蒸气，通过与空气混合利用喷射旋流器既可以回收冷凝水，也可以用于达到或接近凝点的低温空气的
液化分离。
[0037] 实施方式4，喷射旋流分流器：
[0038] 如图28所示的喷射旋流分流器，湿气体工质从管路402通过喷嘴401沿切向喷射进入旋流分离器产生高速旋流并且使内部形成真空状态，因喷射膨胀过程温度降低使部分液体工质受
离心力作用靠近内壁使旋流湿度和
密度增大，经导流叶片405作用从旋流转变为直流后经过减速扩压从排冷管406排出；内部湿度与密度较小的旋流被导流器404截获与导流进入排热管407入口后经过导流叶片403转变为直流再经过减速扩压排出，导流器404结构由AA视图放大示意。排冷管与排热管中的气体因密度湿度不同排出的温度及流速也不同，这是因为排冷管内气体中有较多的液体工质吸热蒸发使扩压过程相对的接近定温压缩，而排热管内较低密度接近干气体的扩压过程更接近绝热压缩，由于定温压缩工程消耗的压缩功比
绝热过程消耗的压缩功小，因此在不采取其它措施的情况下排冷管出口的气体工质与排热管比总是温度低流速较大，由此形成冷热分流或速度分流。温度不同说明喷射分流器工作过程产生了热泵效应，速度不同说明产生了真空动力，原因是由于喷射旋流器内部的真空效应使喷嘴喷射包括了真空膨胀，排冷管内的扩压过程为真空压缩而且其中的液体工质吸热的过程使气体工质实现排热降温，热泵效应满足了真空排热即热量最终从排热管排出了，其中湿气体工质内的液体成分通过膨胀过程中的冷凝与扩压过程中的蒸发在热泵过程中起到了
传热作用。当排热管出口有抽气设备时可以采用如附图29所示的喷射旋流分流器，可以取消排热管入口导流器简化结构。另外，如果气体工质为干气体可以从增液管408或增液管409补充液体工质。
[0039] 如附图30所示的喷射旋流分流器式热泵装置，由压缩机414为蜗壳结构的喷射旋流分流器417的排热管提供喷射动力组成喷射分流器式真空动力装置，无压或有压气体工质通过管路413与加湿管路411内液体汇合成为湿气体后经过喷嘴412延切向喷射进入喷射分流器形成旋流真空，在喷射旋流分流器内被分流后外围较湿的低温气体从排冷管406排出，内层较干气体从排热管407排出。压缩机414出口通过管路引出有压气源到喷嘴416为排热管增加喷射动力，并且增加管路及喷嘴415为系统启动时增加旋流动力。如附图31所示的喷射分流器真空动力装置是采用了气液混合泵为喷射分流器提供喷射动力，气液混合泵的优势是直接提供低温压缩气体，对产生真空动力非常有利。如附图32所示的喷射旋流分流式热泵装置，压缩机只为排热管提供喷射动力维持真空，在启动时关闭
阀418(可以是
逆止阀电动关断阀等)有利于分流器内部形成旋流真空形成然后逐步开启达到正常工作。喷射前气体工质可以采用常压湿空气，也可以采用其它有压湿气体，可以采用多喷嘴喷射，只要有温度有压力就可以增加动力所以很方便利用各种动力及余热产生真空动力。另外，也可以增加加热器419及喷嘴420为排热管提供常压热喷射动力，形成热动力式真空动力热泵装置。
[0040] 如附图33所示的喷射分流器式热动力真空动力装置，由压缩机提供压缩气源并经过加热器422加热后成为喷射分流器的有压热动力气源，通过加湿管路421对内加湿，压缩机同 时为排冷管提供喷射动力，组成热动力式真空动力装置，可以用于制冷或制热的热泵装置也可以利用排冷管对外提供喷射动力或增加
涡轮机成为利用膨胀功的发动机，也可以通过减速扩压对外提供有压气源。另外，常压热气体通过加热器423加热后成为热气体，通过喷嘴对喷射分流器内部真空环境产生喷射动力，说明真空动力装置方便吸收各种余热产生动力。
[0041] 与实施方式3中所述的喷射旋流分离器的应用类似，喷射旋流分流器也可以用于气体净化与除湿以及物料干燥，区别仅仅是前者分离出的是低温水而后者分离出的是低温湿空气。
[0042] 因此由喷射旋流分流器及其动力装置(例如气液混合泵或压缩机)组成喷射分流式真空动力装置，由动力装置为喷射分流器入口提供喷射动力或者为排热管提供排气动力或者为入口喷射与排热管排气同时提供动力，进入喷射分流器的气体工质包含有可发生相变的流体，或者气体工质与可发生相变的流体从不同喷嘴进入并混合，进入喷射分流器的气体工质包含有可发生相变的流体，或者气体工质与可发生相变的流体从不同喷嘴进入并混合，分离出的热气体工质从排热管407排出，分离出的低温湿气体工质由排冷管406排出，真空动力装置可以实现以下功能：
[0043] (1)采用了排热管排出热气体工质实现对外输出热源实现制热，或者采用了排冷管排出的低温气体工质对外输出冷源实现制冷，或者制热与制冷同时进行；
[0044] (2)与喷射旋流分离器用于制冷或制热类似，可以采用气液混合泵产生压缩空气为喷射旋流分流器提供动力，并且在对外供热方式中至少采用了气液混合泵循环液体对外提供热源，或者可以采用压缩机产生压缩空气为喷射旋流分流器提供动力并且在对外供热方式中至少采用了压缩气体散热器对外提供热源；
[0045] (3)在排冷管出口增加了利用喷射动力的装置回收膨胀功，例如气轮机；
[0046] (4)参照附图22与23及其实施方式描述，类似于将喷射旋流分离器更换为喷射旋流分流器实现液体净化：如附图34及35所示采用喷射旋流分流器的气液分离系统，增加了初级气液分离器432及末级气液分离器436，动力装置(气液混合泵或压缩机或真空泵等)使气体工质与需要净化的液体工质混合加湿后使其先进入初级气液分离器除掉液滴，从初级气液分离器分离出湿气体工质进入喷射旋流分流器，从喷射旋流分流器排冷管排出的湿气体进入末级气液分离器436实现气液分离，冷凝的液体工质通过液体收集箱收集实现液体净化，从喷射旋流分流器排热管及气液分离器排气管排出的气体工质回到泵入口再次与需要净化的液体混合循环工作或直接排放，系统通过管路431补充需要净化的液体，通过管路433使浓缩污水排出系统；
[0047] (5)如附图35所示的喷射分流式气体净化系统，动力装置采用了压缩机(或真空泵)通过对喷射分流器排热管抽气，使需要净化的气体通过曝气管438进入加湿装置437内增湿后进入喷射分流器，或者需要除湿的气体直接进入喷射分流器，从排热管排出洁净的气流，排冷管排出含湿或有污气流，或者排冷管的气流进入旋流分离器436分离出其余气体，实现气体净化或除湿；
[0048] (6)参照附图26与27及其实施方式描述，类似于将喷射旋流分离器更换为喷射旋流分流器实现物料干燥：动力装置使物料干燥器内出来的湿气体通过喷嘴进入喷射旋流分流器，从排热管排出干燥气流同时从排冷管排出低温湿气流或低温含液气流，从排热管分离出的干燥气体排出系统或重新进入物料干燥器循环工作，实现物料干燥。
[0049] 实施方式5，循环热泵：
[0050] 如附图36所示的喷射旋流分流式真空动力装置，由动力装置(压缩机)为排热管提供喷射动力，排热管排出的热气体工质通过负载加热器503输出热量后通过循环管路及喷嘴501进入喷射分流器内循环工作，气体工质最终从排冷管排出，形成喷射分流式循环热泵装置。如附图37所示的喷射旋流分流式真空动力装置，由动力装置(压缩机506)产生的压缩空气经
过热源加热器505加热后为排热管提供喷射热动力，将负载加热器503由“管程”换热方式改为“壳程”方便发挥各种热泵优势成为不同制热或制冷装置，排冷管排气进入气轮机507回收膨胀功。负载换热器503可以是各种输出热量的换热器，可以是有压也可以是无压，例如用于
热水器、
蒸汽发生器或锅炉、热风加热器、
热风炉以及炊灶具等各种需要热负荷的设备，而且与其它真空喷射器一样，可以增设入口管路508吸收不同热源，例如余热回收。
[0051] 如附图38所示的喷射旋流分流式循环热泵装置，由动力装置(压缩机)产生压缩气体进入热源加热器505吸热成为有压热动力气体工质，然后进入喷射抽气器511构成热动力喷射抽气器，为喷射旋流分流器的排热管提供抽气动力，喷射抽气器511排出的热气体进入负载加热器503对外输出热量后，排出的气体工质通过循环管路与喷嘴被引流到喷射旋流分流器内循环工作，负载加热器503排气管路与喷射旋流分流器排热管之间布置有回热换热器512(图中用虚线表示换热关系与具体结构无关)，增加回热换热器使循环喷射分流器既利用低温湿气体发挥热泵功能又能与高温加热环境隔离，满足系统成为高温热泵装置。如附图39所示的喷射旋流分流式循环热泵装置，由泵513使液体工质升压后进入负载加热器503吸收气体工质热量产生蒸汽，对外提供蒸汽动力的同时通过管路514为喷射抽气器提供了有压热喷射动力，构成一种蒸汽动力循环热泵，其优势是可以由热源加热器505为喷射抽气器提供无压高温热动力。热源加热器505可以是电加热器、
太阳能集热器、热风锅炉、燃烧炉、
燃烧器或燃烧室等无压热动力设备适应各种热力用途。采用蒸汽动力主要是为维持真空动力状态，在应用中也可以引用其它来源蒸汽，而负载加热器也不局限于产生蒸汽，可同时加热空气等。
[0052] 实施方式6，喷射湾流分流器与叶轮式喷射分流器：
[0053] 如附图40所示的喷射湾流分流器，湿气体工质(图中用双流汇合表示气体工质加湿为湿气体工质)从入口喷嘴喷射进入弯管后在弯管后端被分流到两个减速扩压出口，即内弯侧的低密度排热管601和外弯侧湿度增加的排冷管602，其中增加了调节板604用于调节排热管与排冷管之间的流量比例。与喷射旋流分流器类似，由于分流到排热管与排冷管内工质密度与湿度分布不同会导致出口流速不同，可以通过增加喷嘴603为排热管排气增加喷射动力，或者如附图41所示在排热管出口增加了喷射抽气动力。所述的喷射湾流分流器与前述的喷射旋流分流器是通过弯曲通道或容器改变喷射流体流动方向，实现不同密度分布并分别将其导出的装置，采用了排冷管导出外层气液混合流体，采用排热管导出内层气流或者增加动力装置从排热管抽出内层气流。一般情况采用喷射旋流分流方式时密度分流比较彻底但流动损失较大，采用喷射湾流分流方式时密度分流不够彻底但流动损失小，可以通过增加弯曲弧度例如从图示的90度增加到180度甚至超过360度，配合灵活的抽气动力或喷气动力工作方式，二者至少在原理上都可以实现同样的功能，可根据不同需要特点发挥各自优势。
[0054] 如附图42所示的叶轮式喷射湾流分流器是指将叶轮布置在蜗壳内，蜗壳出口采用湾流分流结构布置使其内侧为排热管外侧为排冷管，动力装置使内置叶轮高速旋转使气体工质产 生旋流真空，通过喷嘴抽吸气体工质成为真空喷射器。抽气喷嘴方向按内部旋流切向布置也可以斜向布置，一般情况需采用高转速叶轮，例如类似单级离心压缩机型，可根据不同温度输出需要适当选择各种转速机型。叶轮式喷射湾流分流器可以直接产生真空动力，因此也是真空动力装置，在应用中与其它喷射分流装置实施方式基本相同，简单实用。
[0055] 另外，综合实施方式4、5、6，所述喷射分离器或喷射分流器具有以下特点，其一是很容易利用热力喷射成为真空热动力装置，其二是排气管或排冷管采用喷射动力后事实上成为了喷射抽气器，具体总结为以下节能方式：一、动力装置通过喷射抽气器为喷射旋流分离器排气管或喷射分流器排热管提供抽气动力，或者采用喷射抽气器直接取代喷射旋流分离器的排气管或喷射分流器的排热管，并且可以采用以下利用热动力的方式，(1)气体工质在进入喷射旋流分离器或喷射分流器之前被加热为热气体；(2)喷射分离器或喷射分流器通过增加入口喷嘴吸收热气体增加旋流动力；(3)采用低温压缩气源为喷射抽气器提供排气动力增强真空动力；(4)喷射抽气器分别以热气体工质与
低温流体工质为热源与冷源，热源与冷源之间至少二者之一有压力并且分别通过喷嘴喷射进入喷射抽气器内为喷射抽气器提供动力。二、动力装置可以采用各种发动机，如燃气轮机、喷气发动机及内燃机等产生的喷射烟气为真空喷射器提供热喷射动力，或者可以采用蒸汽热动力系统为真空喷射器提供热喷射动力，有利于开发大型热泵机组或热电冷联产机组。
[0056] 实施方式7，发动机：
[0057] 如附图43所示的尾气排放增加了真空管喷射器的燃气发动机，由压缩机702提供压缩空气与燃料一起进入燃烧室701与管路700供应的燃料燃烧后产生高温高压烟气，高温高压烟气然后进入气轮发
电机组705完成做功排出后通过喷嘴进入为真空管喷射器704提供热动力，空气通过管路703及喷嘴进入真空管喷射器704为其提供冷源，使真空管喷射器内产生真空动力实现烟气二次做功。本实施方案是一种燃气发动机尾气增加了尾气真空动力，其特点是：由发动机尾气通过喷嘴为真空管喷射器提供喷射热动力并采用了真空排热措施，组成具有真空动力的发动机，可直接用于车船等移动设备使用的包括燃气轮机及内燃机等各种热力发动机通过余热产生喷射动力，也可以增加气轮机并且使其入口与真空喷射器出口连接
输出轴功，另外也可以增加水泵为真空管喷射器提供
冷却水取代低温气源向内喷射降温。
[0058] 如附图44所示的真空动力发动机，燃烧室701由双级压缩机702提供压缩空气与燃料燃烧后产生高温高压烟气，然后通过喷嘴进入真空管喷射器704为其提供热动力，空气通过压缩机一级压缩后部分经过散热器708冷却后通过管路707及喷嘴进入真空管喷射器为其提供冷源，使真空管喷射器内产生真空动力并减速扩压后进入气轮机705做功发电，组成燃气轮机
发电机组，其中也可以采用喷射抽气器取代真空管喷射器在产生真空动力的同时抽取其它热源增加动力或用于其它抽气动力。对应附图11所示的真空管喷射器真空动力过程温熵图，空气经压缩冷却后成为冷源气体工质可以使AD线左移系统效率提高。在此基础上，在气轮机出口增加喷嘴(或称喷管)706可组成喷气发动机或同时具备输出轴功的燃气轮机与喷气发动机功能，都属于真空动力发动机。一般情况，为适应压缩机与气轮机同轴联动的结构，参考目前燃气发动机大多采用环形燃烧室与环形喷嘴，本实施方案可以采用环形燃烧室与环形真空管喷射器组合的结构方式，也可以采用多个真空管喷射器环轴分布的方式，也可以采用如附图45所示的环形真空管喷射器，由内外管组成环形通道并在其中布置了降温排热 盘管712(其中虚线表示盘绕方式)，其结构特点有利于形成较大的散热面积以适应高速射流的真空排热量，盘管内可以是空气、水或易蒸发的其它散热介质，一般情况外部应有配套的散热器将盘管内散热介质的热量排放到大气。与附图12、13一样，直管结构省掉喉管缩放结构降低了阻力，但需要较长的喷射管。
[0059] 如附图47所示的燃气动力喷射抽气器，采用二级压缩机702为燃烧室701提供压缩气源同时为真空管喷射器704提供经过散热器降温的冷源气体工质，由有压燃烧室701为真空管喷射器704提供有压热动力，由真空管喷射器704产生真空动力为喷射抽气器715提供喷射动力。这种高效率的喷射抽气器可以为喷射旋流分离器及喷射分流器等提供抽气动力，也说明，燃气发动机可以为各种真空喷射器提供抽气动力实现真空动力过程。
[0060] 如附图48所示的真空发动机，由有压燃烧室701为真空管喷射器704提供有压热动力，由真空管喷射器704产生真空动力为喷射抽气器715提供喷射动力，由喷射抽气器715为真空气轮机716出口提供抽气动力，真空气轮机入口与大气导通受大气作用推动涡轮工作对外输出轴功。
[0061] 如附图49所示的真空发动机，由无压燃烧室717为真空管喷射器704提供无压热动力以及由三级冷却式压缩机719提供低温压缩空气，使真空管喷射器704产生真空动力为喷射抽气器715提供喷射动力，由喷射抽气器715为真空气轮机716出口提供抽气动力，真空气轮机入口与大气导通受大气作用推动涡轮工作对外输出轴功，其中压缩机通过三级散热器718实现冷却降温。真空发动机最大优势是使气轮机的涡轮转子彻底脱离烟气而适用于任何燃料的燃烧室，乃至包括
煤粉及水煤浆等高灰分甚至高硫燃料。但是其不利的一面是比同功率普通发动
机体积大，并且因为流量大有较大的余速损失，采取的措施一是压缩机采用多级压缩多级冷却尽可能降低满足产生真空动力的最低低温气体流量，二是喷射抽气器抽气入口采用了同向布置而不是附图48中的垂直入口方式以降低流动损失，三是喷射抽气器出口增加了导流格栅720实现均匀流动以利于尽可能达到低流速排放。
[0062] 总结以上各实施方式，真空动力装置无论用于输出动力还是用于产生热泵效应，都可以利用热动力，可以提出以下热利用方案：动力装置或热源装置可以采用以下方式为真空喷射器提供有压或常压热气体工质：(1)采用燃烧炉或电热炉加热提供热空气；(2)采用蒸汽锅炉提供蒸汽；(3)采用燃烧器或燃烧室或燃烧炉提供热烟气；(4)采用蒸汽动力装置产生有压蒸汽与其它设备产生无压热气体同时提供不同的热气体工质。例如对应附图49可以采用有压蒸汽与燃烧炉717产生的高温烟气及常温空气通过不同喷嘴进入真空喷射管704产生真空动力，这样可以省掉多级压缩机719，有压蒸汽可以来自普通锅炉(尤其已经有其它用途的锅炉)，也可以来自如附图39所示的高效率的循环热泵式蒸汽锅炉。(5)通过燃气轮机提供有压热烟气；(6)燃气真空动力发动机采用烟气再次燃烧或多次再燃后为真空喷射器提供热烟气；(7)采用发动机产生的尾气；(9)采用太阳能集热器提供蒸汽或热空气。
[0063] 实施方式8，蒸汽动力：
[0064] 如附图50所示的增加了真空动力的蒸汽动力发电机组，凝汽器806内的冷凝水经泵805升压后进入加热器803受热蒸发升温为
过热蒸汽，然后进入多段
汽轮机的高压缸802开始膨胀做功，蒸汽在汽轮机内分段膨胀做功的过程中同时经过再热器801的三次再热过程后进入真空管喷射器808，为真空管喷射器提供热动力继续膨胀，真空管喷射器同时通过入口喷嘴 与管路从凝汽器内抽吸
饱和蒸汽或冷凝水或汽水混合工质做为低温工质使真空管喷射器内部降温产生真空动力，真空管喷射器出口汽流进入末级汽轮机807再次做功后进入
冷凝器排热冷凝为冷凝水实现热力循环工作。如附图51所示的温熵图对应了附图50热力过程，AB段为冷凝水升压吸热成为过热蒸汽的过程，BD段为膨胀与再热过程，DF为在真空管喷射器内产生真空动力过程，FGH段为在真空管喷射器内降温与扩压过程(其中H点可以升高到O点，由气轮机入口需要的压力决定)，HA为冷凝排热过程，IJ为低温汽水混合工质膨胀过程，I点左移到A点低温工质为饱和水右移到H点为饱和蒸汽。其中，T1为过热蒸汽温度，T2为凝汽器内的饱和温度，T0为环境温度(默认为273K)，HE与JGF分别是两条真空等压线，面积CDFHC对应了增加的再热过程与真空动力过程的做功量，实现了了两次高效率再热膨胀做功过程，可以显著提高机组热效率。
[0065] 类似的，如附图44所示的真空动力发动机也可以采用烟气再次燃烧或多次燃烧后进入真空喷射器的节能方式。另外，类似于航空发动机的功率调节，真空喷射器入口喷嘴，或真空动力发动机的初级喷嘴及末级喷嘴也可以采用可调喷嘴(或喷管)调节流量适应负荷变化。
[0066] 实施方式9，气液混合泵：
[0067] 如附图52所示为一种气液混合泵，附图53是附图52的左视结构简图，泵通过叶轮901旋转做功使进入泵内的液体工质与气体工质混合升压，可以实现轮侧进气或轮周进气，所谓的轮侧进气是指气体工质从外壳上的进气通道903进入泵内，再通过叶轮与外壳之间的间隙通道905及叶轮轮侧的进气通道902进入叶轮内实现气液混合；所谓轮周进气是指气体工质通过外壳上的进气通道903进入泵内，再通过叶轮与外壳之间的间隙通道905与叶轮周围旋流工质混合实现进气。
[0068] 将进气通道903改为从喷嘴906喷射进入则形成真空动力装置，进入泵内产生真空喷射的气体工质主要对轮周流体做功。如附图54所示结构是对应附图53在叶轮外侧增加了辅助叶片908的气液混合泵，气体工质从喷嘴切向或斜向喷射到泵内辅助叶片908上实现对泵内做功，使气液混合泵成为真空动力装置。
[0069] 如附图55所示为泵出口射流抽气方式，泵内液体工质从叶轮出口保持高速流动(不采用减速扩压结构)到泵出口并且在泵出口采用射流抽气结构直接抽吸进气然混合后减速扩压的过程，其优势是避免了目前液力喷射器采用泵升压增加喷嘴喷射产生的流动损失。另一种气液混合泵是如附图56所示的已在工业领域较多使用的液环泵，采用喷嘴907喷射方式进气时同样可以成为真空动力装置，共同的优势是气液混合冷却接近定温排热而且可使排热温度达到最低，液环泵的结构特点导致效率偏低但工业应用成熟；同理，各种转子式容积泵也可以用于气液混合泵。
[0070] 另外，专利文件ZL98107107.4提出了从泵入口进气实现叶轮进气运行方法，因此综上所述，气液混合泵可以采用液力泵也可以采用转子式容积泵，可以采用泵入口进气或轮侧进气或轮周进气或泵出口射流抽气方式，或者四种进气方式中的两种或多种同时存在，并实现气液混合升压。
[0071] 如附图57所示的气液混合泵，通过抽气喷嘴910吸入气体工质通过液体工质循环喷嘴911吸入液体工质使气液混流升压后进入气液分离器实现气液分离，当泵入口形成真空运行时将有真空膨胀、真空压缩及真空冷却过程同时存在，随之产生真空动力。这样，增加了液 体工质循环喷嘴的气液混合泵减少了节流损失效率提高抽气能力增大，可以改善或实现以下实用的功能：(1)用于气泵或真空泵，具有接近恒温压缩的优势，这是气液混合泵的基础功能；(2)用于制热，混合泵的气体在压缩过程中会有热量释放使液体工质升温，因此可以利用气液分离器914内的升温的液体工质通过换热器913对外输出热量或者直接输出液体工质对外输出热量；(3)利用气液分离器914中的压缩气体通过膨胀降温对外提供冷气；(4)气体工质进入泵前增加喷嘴910使气液混合泵成为一种真空动力装置，在实施方式1与实施方式3中所用到的气液混合泵做为真空动力装置在入口都采用了液体工质循环喷嘴，使循环液体直接喷射入内增加抽气能力也可以是切向喷射产生旋流节约抽气动力。另外，这里的气液混合泵的各项功能至少在理论上不仅适用于各种液力泵，也适用于转子容积泵。
[0072] 如附图58所示的气液混合泵热泵装置，在气体工质循环管路上增加了喷射管换热器915，利用气液混合泵产生的压缩空气进入喷射管换热器915膨胀吸热对外制冷，如附图46所示的气液混合泵制冷装置，气液混合泵921的抽气侧布置了多个并联工作的喷射管换热器915，由气液混合泵产生真空通过喷射管换热器抽吸空气，使空气在喷射管换热器内膨胀吸热，采用风散923增强冷风流通，空气流动方式如箭头所示。
[0073] 实施方式10，降温排热方式：
[0074] 真空动力装置工作中确保真空压缩过程的排热降温非常关键，根据上述各实施方式为真空动力装置中的真空喷射器总结或提出以下直接的或间接的降温排热方式：(1)外部增加散热翅片；(2)外部采用气冷或液冷；(3)喷射旋流器或喷射旋流抽气器的旋流外壳采用了渐缩式结构，气体工质在内部器壁表面压力将随渐缩过程压力升高温度上升有利散热(如附图15)；(4)出口采用了喷射抽气结构为外部风冷提供动力(如附图17)；(5)采用有压或常压的液态低温工质(这里的低温工质指比同时喷入真空喷射器的热气体工质温度低的用于降温的工质)通过喷嘴喷射进入真空喷射器内使气体工质混合降温；(6)采用有压或常压的气体低温工质通过喷嘴喷射进入真空喷射器内使气体工质混合降温；(7)采用单级压缩与冷却的压缩空气或多级压缩多次冷却的压缩空气做为低温工质喷射入内部(8)采用气液混合泵为真空喷射器入口提供低温压缩空气或抽吸出口排气；(9)内部采用了降温盘管；(10)散热通道采用内外管套接形成的环形结构；(11)内部采用了波纹结构，有利于提高流动散热效率；(12)喷嘴选择合适的喷射
角度使气体工质进入散热通道有旋流，增加流动散热效率；(13)增加内部工质湿度，使气体工质进入真空喷射器后在真空压缩及真空散热的过程中不断出现蒸发冷凝过程而提高换热效率；(14)采用射水抽气器抽吸出口排气，与气液混合泵作用一样，不仅可以维持真空动力装置内真空而且实现气液混合降温；(15)采用将热管的蒸发受热面布置在真空动力装置的内部或外表面排热，热管排热因其利用内部介质的蒸发冷凝接近零温差的高效率传热在热力及电脑芯片等领域广泛使用，有利于摆脱真空动力装置散热表面很小的约束大幅度扩大散热面积；(16)以上任意两种或多种排热方式组合，如附图13所示将水冷或热管排热与翅片排热结合，或内部喷射低温气体工质与外部水冷或空冷等各种排热措施结合，或者真空动力装置内部布置了热管的蒸发盘管与内部采用旋流、增湿等其它排热方式的结合等。
[0075] 本发明为基础创新，实施方式与适用范围广泛，不局限于各实施方式所述范围。
