間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，包括多級壓縮機構(gòu)和單級膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設級間排熱器，所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器與所述單級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)吸熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)對所述多級壓縮機構(gòu)輸出動力。本發(fā)明所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、效率高、可實現(xiàn)以熱制動力，以熱制冷制熱或以熱實現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供。
【專利說明】間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及熱能與動力領域，特別是一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無論以制冷為目的的熱力學循環(huán)還是以輸出動力為目的的熱力學循環(huán)，要想提高它的效率，在壓縮過程中進行冷卻是十分有效的，因此需要發(fā)明一種包括多級間冷壓縮和單級膨脹的熱力循環(huán)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:
方案1:一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，包括多級壓縮機構(gòu)和單級膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設級間排熱器，所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器與所述單級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)吸熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)對所述多級壓縮機構(gòu)輸出動力。
[0004]方案2:在方案I的基礎上，所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)還包括附屬膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設工質(zhì)導出口，所述工質(zhì)導出口與所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬吸熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0005]方案3:在方案2的基礎上，在所述工質(zhì)導出口和所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設附屬排熱器。
[0006]方案4:在方案I至3中任一項方案的基礎上，所述多級壓縮機構(gòu)設為速度型多級壓縮機構(gòu)，或所述多級壓縮機構(gòu)設為容積型多級壓縮機構(gòu)。
[0007]方案5:在方案I至4中任一項方案的基礎上，所述單級膨脹做功機構(gòu)設為速度型單級膨脹做功機構(gòu)，或所述單級膨脹做功機構(gòu)設為容積型單級膨脹做功機構(gòu)。
[0008]方案6:在方案I至5中任一項方案的基礎上，所述單級膨脹做功機構(gòu)對外輸出動力。
[0009]方案7:在方案I至5中任一項方案的基礎上,所述單級膨脹做功機構(gòu)對發(fā)電機輸出動力。
[0010]方案8:一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，包括多級壓縮機構(gòu)和噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設級間排熱器，所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器與所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)壓脹排熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)對所述多級壓縮機構(gòu)輸出動力。
[0011]方案9:在方案8的基礎上，所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)還包括附屬膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設工質(zhì)導出口，所述工質(zhì)導出口與所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬吸熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0012]方案10:在方案9的基礎上，在所述工質(zhì)導出口和所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設附屬排熱器。
[0013]方案11: 一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，包括多級壓縮機構(gòu)和單級膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設級間排熱器，所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器與所述單級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)壓脹排熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)對所述多級壓縮機構(gòu)輸出動力。
[0014]方案12:在方案11的基礎上，所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)還包括附屬膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設工質(zhì)導出口，所述工質(zhì)導出口與所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬吸熱器與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0015]方案13:在方案12的基礎上，在所述工質(zhì)導出口和所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設附屬排熱器。
[0016]方案14:在方案11至13中任一項方案的基礎上，所述單級膨脹做功機構(gòu)設為速度型單級膨脹做功機構(gòu)，或所述單級膨脹做功機構(gòu)設為容積型單級膨脹做功機構(gòu)。
[0017]方案15:在方案11至14中任一項方案的基礎上，所述單級膨脹做功機構(gòu)對外輸出動力。
[0018]方案16:在方案11至14中任一項方案的基礎上，所述單級膨脹做功機構(gòu)對發(fā)電機輸出動力。
[0019]方案17:在方案8至16中任一項方案的基礎上，所述多級壓縮機構(gòu)設為速度型多級壓縮機構(gòu)，或所述多級壓縮機構(gòu)設為容積型多級壓縮機構(gòu)。
[0020]方案18:在上述任一設置所述附屬膨脹做功機構(gòu)的方案的基礎上，在所述工質(zhì)導出口和所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設控制閥。
[0021]方案19:上述任一方案的基礎上，所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)設為二氧化碳、氦氣、氖氣、気氣、氪氣、氣氣、氫氣、氮氣、烴類化合物或設為空氣。
[0022]方案20:在方案I至18中任一項方案的基礎上，所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)設為二氧化碳、氦氣、氖氣、IS氣、氪氣、氣氣、氫氣、氮氣、烴類化合物和空氣中的兩種或三種以上物質(zhì)的混合物。
[0023]本發(fā)明中，所謂的“多級壓縮機構(gòu)”是指一切可以對氣體進行多級壓縮的機構(gòu)，包括速度型多級壓縮機構(gòu)和容積型多級壓縮機構(gòu)，例如，軸流式氣體壓縮機、徑流式氣體壓縮機、羅茨氣體壓縮機、螺桿式氣體壓縮機、活塞式氣體壓縮機等，所謂的“多級”是指兩級以上，所述多級壓縮機構(gòu)是指兩個以上壓縮級串聯(lián)設置，而其旋轉(zhuǎn)軸可共軸也可非共軸設置的壓縮機構(gòu)。
[0024]本發(fā)明中，所謂的“單級膨脹做功機構(gòu)”是指以輸出動力為目的的膨脹做功機構(gòu)，包括速度型膨脹做功機構(gòu)和容積型膨脹做功機構(gòu)，例如軸流透平、徑流透平(含渦輪)、活塞式膨脹做功機構(gòu)、螺桿式膨脹做功機構(gòu)、羅茨式膨脹做功機構(gòu)等。
[0025]本發(fā)明中，所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)包括工質(zhì)回收殼和設置在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體上的噴管。
[0026]本發(fā)明中，所謂的“噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)”是指工質(zhì)通過噴管噴射形成旋轉(zhuǎn)動力的機構(gòu)，包括所述噴管做旋轉(zhuǎn)運動對外輸出動力的機構(gòu)，所述噴管做旋轉(zhuǎn)運動對外輸出動力的同時由所述噴管噴射出的高速流體推動葉輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)對外做功的機構(gòu)和所述噴管靜止由所述噴管噴射出的高速流體推動葉輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)對外做功的機構(gòu)；所述葉輪機構(gòu)可以是徑流葉輪機構(gòu)也可以是軸流葉輪機構(gòu)，所述葉輪機構(gòu)可以是單級也可以是多級；所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)可以選擇性地選擇:包括工質(zhì)回收殼和設置在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體上的噴管構(gòu)成的機構(gòu)，低熵輪機，超音速轉(zhuǎn)子發(fā)動機以及其它由噴管噴射形成旋轉(zhuǎn)動力的徑流機構(gòu)和軸流機構(gòu)，所述噴管選擇性地設為拉瓦爾噴管。
[0027]本發(fā)明中，所謂的“吸熱器”是指以制冷為目的，工質(zhì)自外部吸熱的熱交換器。
[0028]本發(fā)明中，所述吸熱器和所述附屬吸熱器都是吸熱器，名稱不同只是為了區(qū)分而加以定義的。
[0029]本發(fā)明中，所謂的“排熱器”是指將氣體工質(zhì)的熱量對外排放的裝置，可以是散熱器，也可以是以降溫為目的的熱交換器即冷卻器等，在需要對外供熱時可選擇性地采用熱交換器的形式。
[0030]本發(fā)明中，所述級間排熱器、所述附屬排熱器和所述壓脹排熱器均是排熱器，只是為了對其所在的位置進行區(qū)分而定義的，例如所述壓脹排熱器是指設置在膨脹做功機構(gòu)與壓縮機構(gòu)之間的連通通道上的排熱器。
[0031]本發(fā)明中，所述附屬膨脹做功機構(gòu)可以對所述多級壓縮機構(gòu)輸出動力，也可對外輸出動力。
[0032]本發(fā)明中，當所述多級壓縮機構(gòu)采用速度型多級壓縮機構(gòu)，比如多級葉輪壓氣機的情況下，在選擇工質(zhì)時，應綜合考慮工質(zhì)的絕熱指數(shù)、分子量和熱導率，在有些情況下，某一種物質(zhì)的熱導率很高，但其分子量小，由于分子量小會影響葉輪式壓氣機的壓比，例如氦氣；另一種物質(zhì)的熱導率低但其分子量大，有利于提高葉輪式壓氣機的壓比，例如氪氣、氙氣，在這種情況下，我們可以選擇氦氣和氪氣的混合物、氦氣和氙氣的混合物或氦氣、氪氣和氙氣的混合物，這樣以統(tǒng)籌壓比和熱導率，使壓比和熱導率都達到可以接受的程度。
[0033]本發(fā)明中，所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)設為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氫氣、氮氣、烴類化合物和空氣中的兩種或三種以上物質(zhì)的混合物的目的是為了統(tǒng)籌壓比、熱導率和絕熱指數(shù)，使壓比、絕熱指數(shù)和熱導率都達到可以接受的程度。
[0034]本發(fā)明中，由于有以輸出動力為目的的熱力學循環(huán)，因此希望加熱時工質(zhì)處于較高的壓力，尤其是在選用速度型多級壓縮機構(gòu)時，應當注重工質(zhì)選擇，可選擇性地選擇
(Zyr l) 的值小于80公斤力.米/公斤.K的工質(zhì)。
[0035]本發(fā)明中？r是氣體工質(zhì)的絕熱指數(shù)，一般說來單原子為1.67，雙原子為1.4，過熱水蒸氣為1.3，隨著氣體分子結(jié)構(gòu)復雜化而減少，例如:氟利昂R123為1.15。
[0036]本發(fā)明中Rs是氣體常數(shù)，不同于人們更為熟知的摩爾氣體常數(shù)R ,R值為
8.3145.-13,且不僅與氣體狀態(tài)無關，也與氣體的種類無關，而Xb則不同,Rb的值與氣
【權(quán)利要求】
1.一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，包括多級壓縮機構(gòu)(I)和單級膨脹做功機構(gòu)(2)，其特征在于:在所述多級壓縮機構(gòu)(I)的至少一個級間的連通通道上設級間排熱器(51)，所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器(3 )與所述單級膨脹做功機構(gòu)(2 )的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)(2)的工質(zhì)出口經(jīng)吸熱器(4)與所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口連通，所述單級膨脹做功機構(gòu)(2)對所述多級壓縮機構(gòu)(I)輸出動力。
2.如權(quán)利要求1所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)還包括附屬膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)(I)的至少一個級間的連通通道上設工質(zhì)導出口(101)，所述工質(zhì)導出口(101)與所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬吸熱器(41)與所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口連通。
3.如權(quán)利要求2所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:在所述工質(zhì)導出口(101)和所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設附屬排熱器(53)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述多級壓縮機構(gòu)(I)設為速度型多級壓縮機構(gòu)，或所述多級壓縮機構(gòu)(I)設為容積型多級壓縮機構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述單級膨脹做功機構(gòu)(2)設為速度型單級膨脹做功機構(gòu)，或所述單級膨脹做功機構(gòu)(2)設為容積型單級膨脹做功機構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述單級膨脹做功機構(gòu)(2)對外輸出動力。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述單級膨脹做功機構(gòu)(2)對發(fā)電機輸出動力。
8.一種間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，包括多級壓縮機構(gòu)(I)和噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)(9)，其特征在于:在所述多級壓縮機構(gòu)(I)的至少一個級間的連通通道上設級間排熱器(51)，所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器(3)與所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)(9)的工質(zhì)入口連通，所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)(9)的工質(zhì)出口經(jīng)壓脹排熱器(52)與所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口連通，所述噴管推進轉(zhuǎn)子做功機構(gòu)(9)對所述多級壓縮機構(gòu)(I)輸出動力。
9.如權(quán)利要求8所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)還包括附屬膨脹做功機構(gòu)，在所述多級壓縮機構(gòu)(I)的至少一個級間的連通通道上設工質(zhì)導出口(101),所述工質(zhì)導出口( 101)與所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬吸熱器(41)與所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口連通。
10.如權(quán)利要求9所述間冷熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:在所述工質(zhì)導出口(101)和所述附屬膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設附屬排熱器(53)。
【文檔編號】F25B1/10GK103808054SQ201410027758
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】靳北彪 申請人:摩爾動力(北京)技術(shù)股份有限公司