回热式热力循环与回热式气体热动装置的制作方法

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1.本发明属于热力学与热动技术领域。


背景技术：

2.冷需求、热需求和动力需求，为人类生活与生产当中所常见。以气体为循环工质，基于布雷顿正向循环的气体动力装置，是实现热变功的重要手段；在适当条件下——比如，循环工质流经膨胀机出口时的温度必须要大于压缩机出口的温度——采用回热手段，以提高热效率。不过，在传统的气体动力装置中，由于气体工质以显热方式获取高温热负荷，需要大流量以提高装置热变功负荷；叶轮式压缩机适合输送大流量工作介质，但要求较低的压缩比；因此，在气体热动装置中，采取适当的技术手段来降低压缩比具有积极意义。
3.本发明提出了一种新的回热式热力循环，其回热技术手段的采用以降低压缩比为目的，且不受制于循环工质膨胀过程末端温度必须超过压缩过程末端温度条件限制，回热参数灵活，并保持热效率的合理化；基于新的回热式热力循环，本发明给出了多个具体的回热式气体热动装置。


技术实现要素：

4.本发明主要目的是要提供回热式热力循环与回热式气体热动装置，具体

技术实现要素：
分项阐述如下：
5.1.回热式热力循环，是指由一定质量的循环工质依序进行的七个过程——升压过程12，自循环工质吸热过程23，升压过程34，自高温热源吸热过程45，降压过程56，向循环工质放热过程67，向低温热源放热过程71——组成的闭合过程；其中，过程67的放热满足过程23的吸热。
6.2.回热式气体热动装置，主要由膨胀增速机、压缩机、扩压管、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀增速机有循环工质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有循环工质通道经扩压管和回热器与压缩机连通，压缩机还有循环工质通道经高温热交换器与膨胀增速机连通；高温热交换器还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机连接压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
7.3.回热式气体热动装置，主要由膨胀增速机、双能压缩机、扩压管、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀增速机有循环工质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有循环工质通道经扩压管和回热器与双能压缩机连通，双能压缩机还有循环工质通道经高温热交换器与膨胀增速机连通；高温热交换器还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
8.4.回热式气体热动装置，主要由膨胀增速机、扩压管、第二扩压管、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀增速机有循环工质通道经回热器与低温热交换器连
通，低温热交换器还有循环工质通道经扩压管和回热器与第二扩压管连通，第二扩压管还有循环工质通道经高温热交换器与膨胀增速机连通；高温热交换器还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，形成回热式气体热动装置。
9.5.回热式气体热动装置，主要由膨胀机、压缩机、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀机有循环工质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有循环工质通道与压缩机连通，压缩机还有循环工质通道经回热器与自身连通，压缩机还有循环工质通道经高温热交换器与膨胀机连通；高温热交换器还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
10.6.回热式气体热动装置，主要由膨胀增速机、压缩机、扩压管、低温热交换器和回热器所组成；外部有热源介质通道与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有热源介质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有热源介质通道经扩压管和回热器与压缩机连通，压缩机还有热源介质通道与外部连通；低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机连接压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
11.7.回热式气体热动装置，主要由膨胀增速机、双能压缩机、扩压管、低温热交换器和回热器所组成；外部有热源介质通道与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有热源介质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有热源介质通道经扩压管和回热器与双能压缩机连通，双能压缩机还有热源介质通道与外部连通；低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
12.8.回热式气体热动装置，主要由膨胀增速机、扩压管、第二扩压管、低温热交换器和回热器所组成；外部有热源介质通道与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有热源介质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有热源介质通道经扩压管和回热器与第二扩压管连通，第二扩压管还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，形成回热式气体热动装置。
13.9.回热式气体热动装置，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器和回热器所组成；外部有热源介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有热源介质通道经回热器与低温热交换器连通，低温热交换器还有热源介质通道与压缩机连通，压缩机还有热源介质通道经回热器与自身连通，压缩机还有热源介质通道与外部连通；低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
14.10.回热式气体热动装置，主要由膨胀机、压缩机、高温热交换器和回热器所组成；外部还有冷却介质通道与压缩机连通，压缩机还有冷却介质通道经回热器与自身连通，压缩机还有冷却介质通道经高温热交换器与膨胀机连通，膨胀机还有冷却介质通道经回热器与外部连通；高温热交换器还有热源介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成回热式气体热动装置。
附图说明：
15.图1是依据本发明所提供的回热式热力循环原则性流程示例图。
16.图2是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第1种原则性热力系统图。
17.图3是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第2种原则性热力系统图。
18.图4是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第3种原则性热力系统图。
19.图5是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第4种原则性热力系统图。
20.图6是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第5种原则性热力系统图。
21.图7是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第6种原则性热力系统图。
22.图8是依据本发明所提供的回热式气体热动装置第7种原则性热力系统图。
23.图中，1-膨胀增速机，2-压缩机，3-扩压管，4-高温热交换器，5-低温热交换器，6-回热器，7-双能压缩机，8-第二扩压管，9-膨胀机。
具体实施方式：
24.首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行；对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。
25.图1所示t-s图中的回热式热力循环示例是这样进行的：
26.(1)从循环过程上看：
27.循环工质进行——绝热升压过程12，自循环工质吸热升温过程23，绝热升压过程34，自高温热源吸热升温过程45，绝热降压过程56，向循环工质放热降温过程67，向低温热源放热降温过程71——共7个过程。
28.(2)从能量转换上看：
29.①
吸热过程——循环工质进行23过程需要的热量，由67放热过程来满足——回热；循环工质进行45过程需要的热量，由高温热源提供。
30.②
放热过程——循环工质进行67过程的放热，用于满足23过程的吸热需求；循环工质进行71过程的放热，向低温热源释放。
31.③
能量转换过程——循环工质的升压过程12和升压过程34，一般由压缩机或双能压缩机或扩压管来完成；循环工质的降压膨胀过程56，一般由膨胀机或膨胀增速机来完成；膨胀释放机械能大于升压消耗机械能，循环净功对外输出，形成回热式热力循环。
32.图2所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
33.(1)结构上，它主要由膨胀增速机、压缩机、扩压管、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀增速机1有循环工质通道经回热器6与低温热交换器5连通，低温热交换器5还有循环工质通道经扩压管3和回热器6与压缩机2连通，压缩机2还有循环工质通道经高温热交换器4与膨胀增速机1连通；高温热交换器4还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器5还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机1连接压缩机2并传输动力。
34.(2)流程上，膨胀增速机1排放的循环工质流经回热器6放热降温，流经低温热交换器5放热降温，流经扩压管3降速升压，流经回热器6吸热升温，流经压缩机2升压升温，流经高温热交换器4吸热升温，之后进入膨胀增速机1降压作功并增速；热源介质通过高温热交换器4提供高温热负荷，冷却介质通过低温热交换器5带走低温热负荷，膨胀增速机1输出的功提供给压缩机2和外部作动力，形成回热式气体热动装置。
35.图3所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
36.(1)结构上，它主要由膨胀增速机、双能压缩机、扩压管、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀增速机1有循环工质通道经回热器6与低温热交换器5连通，低温热交换器5还有循环工质通道经扩压管3和回热器6与双能压缩机7连通，双能压缩机7还有
循环工质通道经高温热交换器4与膨胀增速机1连通；高温热交换器4还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器5还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机1连接双能压缩机7并传输动力。
37.(2)流程上，膨胀增速机1排放的循环工质流经回热器6放热降温，流经低温热交换器5放热降温，流经扩压管3降速升压，流经回热器6吸热升温，流经双能压缩机7升压升温并降速，流经高温热交换器4吸热升温，之后进入膨胀增速机1降压作功并增速；热源介质通过高温热交换器4提供高温热负荷，冷却介质通过低温热交换器5带走低温热负荷，膨胀增速机1输出的功提供给双能压缩机7和外部作动力，形成回热式气体热动装置。
38.图4所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
39.(1)结构上，它主要由膨胀增速机、扩压管、第二扩压管、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀增速机1有循环工质通道经回热器6与低温热交换器5连通，低温热交换器5还有循环工质通道经扩压管3和回热器6与第二扩压管8连通，第二扩压管8还有循环工质通道经高温热交换器4与膨胀增速机1连通；高温热交换器4还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器5还有冷却介质通道与外部连通。
40.(2)流程上，膨胀增速机1排放的循环工质流经回热器6放热降温，流经低温热交换器5放热降温，流经扩压管3降速升压，流经回热器6吸热升温，流经第二扩压管8降速升压，流经高温热交换器4吸热升温，之后进入膨胀增速机1降压作功并增速；热源介质通过高温热交换器4提供高温热负荷，冷却介质通过低温热交换器5带走低温热负荷，膨胀增速机1输出的功提供给外部作动力，形成回热式气体热动装置。
41.图5所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
42.(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机、高温热交换器、低温热交换器和回热器所组成；膨胀机9有循环工质通道经回热器6与低温热交换器5连通，低温热交换器5还有循环工质通道与压缩机2连通，压缩机2还有循环工质通道经回热器6与自身连通，压缩机2还有循环工质通道经高温热交换器4与膨胀机9连通；高温热交换器4还有热源介质通道与外部连通，低温热交换器5还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机9连接压缩机2并传输动力。
43.(2)流程上，膨胀机9排放的循环工质流经回热器6放热降温，流经低温热交换器5放热降温，进入压缩机2升压升温至一定程度之后流经回热器6吸热升温，之后进入压缩机2继续升压升温；压缩机2排放的循环工质流经高温热交换器4吸热升温，之后进入膨胀机9降压作功；热源介质通过高温热交换器4提供高温热负荷，冷却介质通过低温热交换器5带走低温热负荷，膨胀机9输出的功提供给压缩机2和外部作动力，形成回热式气体热动装置。
44.图6所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
45.(1)结构上，它主要由膨胀增速机、双能压缩机、扩压管、低温热交换器和回热器所组成；外部有热源介质通道与膨胀增速机1连通，膨胀增速机1还有热源介质通道经回热器6与低温热交换器5连通，低温热交换器5还有热源介质通道经扩压管3和回热器6与双能压缩机7连通，双能压缩机7还有热源介质通道与外部连通；低温热交换器5还有冷却介质通道与外部连通，膨胀增速机1连接双能压缩机7并传输动力。
46.(2)流程上，外部热源介质流经膨胀机1降压作功并增速，流经回热器6和低温热交换器5逐步放热并降温，流经扩压管3降速升压，流经回热器6吸热升温，流经双能压缩机7升压升温并降速，之后对外排放；热源介质通过进出流程提供高温热负荷，冷却介质通过低温
热交换器5带走低温热负荷，膨胀增速机1输出的功提供给双能压缩机7和外部作动力，形成回热式气体热动装置。
47.图7所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
48.(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器和回热器所组成；外部有热源介质通道与膨胀机9连通，膨胀机9还有热源介质通道经回热器6与低温热交换器5连通，低温热交换器5还有热源介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有热源介质通道经回热器6与自身连通，压缩机2还有热源介质通道与外部连通；低温热交换器5还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机9连接压缩机2并传输动力。
49.(2)流程上，外部热源介质流经膨胀机1降压作功，流经回热器6和低温热交换器5逐步放热并降温，进入压缩机2升压升温至一定程度之后流经回热器6吸热升温，之后进入压缩机2继续升压升温并对外排放；热源介质通过进出流程高温热负荷，冷却介质通过低温热交换器5带走低温热负荷，膨胀机9输出的功提供给压缩机2和外部作动力，形成回热式气体热动装置。
50.图8所示的回热式气体热动装置是这样实现的：
51.(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机、高温热交换器和回热器所组成；外部还有冷却介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有冷却介质通道经回热器6与自身连通，压缩机2还有冷却介质通道经高温热交换器4与膨胀机9连通，膨胀机9还有冷却介质通道经回热器6与外部连通；高温热交换器4还有热源介质通道与外部连通，膨胀机9连接压缩机2并传输动力。
52.(2)流程上，外部冷却介质进入压缩机2升压升温至一定程度之后流经回热器6吸热升温，之后进入压缩机2继续升压升温；压缩机2排放的冷却介质流经高温热交换器4吸热升温，流经膨胀机9降压作功，流经回热器6放热降温，之后对外排放；热源介质通过高温热交换器4提供高温热负荷，冷却介质通过进出流程带走低温热负荷，膨胀机9输出的功提供给压缩机2和外部作动力，形成回热式气体热动装置。
53.本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的回热式热力循环与回热式气体热动装置，具有如下效果和优势：
54.(1)回热式热力循环，符合热力学原理；回热参数(如压力)灵活，回热幅度可调节。
55.(2)回热式热力循环，不同温差对应合适的回热幅度，保持合理的热效率。
56.(3)回热式热力循环，有效降低循环压缩比，为提高循环工质流量和选用大流量压气机提供基本工作原理。
57.(4)回热式气体热动装置，提供多种技术方案，实现能源合理利用。
58.(5)回热式气体热动装置，技术措施简单合理，有利于扩展气体热动装置的应用范围。