專利名稱：應(yīng)用顧氏熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是熱力工程和熱工裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到的是應(yīng)用顧氏熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，這類熱力循環(huán)中至少有一級子循環(huán)，其蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線是彼此不平行的。
眾所周知，所謂熱力循環(huán)都是由多個熱力過程構(gòu)成的循環(huán)閉路，若采用三個或三個以上的熱工機械相互串、并聯(lián)而構(gòu)成一個循環(huán)閉路系統(tǒng)，并適當?shù)剡x擇某種或某些種工質(zhì)在這個閉路循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)以實現(xiàn)其所預(yù)期的熱力循環(huán)過程，則這種閉路循環(huán)系統(tǒng)便稱為按照某種熱力循環(huán)過程而工作的熱工裝置。
由不同的熱力過程經(jīng)過不同的組合可以形成不同的熱力循環(huán)，而每一種熱力循環(huán)都可以按照工質(zhì)在系統(tǒng)中的循環(huán)方向不同而分成相應(yīng)的正向循環(huán)和逆向循環(huán)兩類循環(huán)方式。在溫熵圖上，工質(zhì)按順時針方向進行的循環(huán)稱為正向循環(huán)，反之，工質(zhì)按逆時針方向進行的循環(huán)稱為逆向循環(huán)。
卡諾在1824年提出了著名的卡諾熱力循環(huán)，該循環(huán)由等溫可逆吸熱過程、絕熱可逆膨脹過程、等溫可逆放熱過程和絕熱可逆壓縮過程所組成(參見文獻《工程熱力學(xué)理論基礎(chǔ)及工程應(yīng)用》著者H.D.貝爾，科學(xué)出版社，1985)。

圖1為卡諾循環(huán)的溫熵圖。
從理論上說，應(yīng)用卡諾循環(huán)在兩個無限大熱源間工作的熱工機械的效率是最高的，但是卡諾循環(huán)在工程上實現(xiàn)起來是很困難的，因此工程上常使用朗肯循環(huán)近似代替卡諾循環(huán)，正向朗肯循環(huán)由一個等壓吸熱過程、一個絕熱膨脹過程、一個等壓放熱過程和一個絕熱壓縮過程所組成;逆向朗肯循環(huán)其方向與之相反。圖1為卡諾循環(huán)的溫熵圖，圖2為朗肯循環(huán)的溫熵圖。由圖2可以看出，朗肯循環(huán)巧妙地利用純物質(zhì)等壓相變換熱時，其溫度不變的特點，并且讓循環(huán)中的壓縮和膨脹過程都在單向區(qū)內(nèi)進行，(從而可以避免兩相工作的膨脹和壓縮裝置效率甚低的缺陷)，這樣，朗肯循環(huán)可以很好地近似卡諾循環(huán)。在實施朗肯循環(huán)時可以發(fā)現(xiàn)，在實現(xiàn)循環(huán)的裝置中，工質(zhì)是極其重要的，是工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)決定了循環(huán)的特征，并在相當大的程度上決定了循環(huán)的性能。
但是，在兩個有限大熱源之間工作的熱機，使用卡諾循環(huán)的話，其熱效率并不高，朗肯循環(huán)也一樣。其原因在于，有限大熱源放熱或吸熱時，伴隨著溫度的減少或增加，因而導(dǎo)致了在卡諾循環(huán)的吸熱及放熱過程中，其換熱溫差不均勻，致命換熱不可逆損失增加，循環(huán)熱效率降低。例如，在熱水發(fā)電、熱泵、制冷和空調(diào)系統(tǒng)就是如此。因為這些熱工裝置都工作在兩個有限大熱源之間。鑒于這一原因，在1965年，勞倫茲提出一種新的熱力循環(huán)，即勞倫茲循環(huán)(參見文獻“THEUSEOFNON-AZEOTROPICREFRIGERANTMIXTURESINHEATPUMPSFORENERGYSAVING”，作者R.Jakobs和H.Kruse國際制冷學(xué)會B2委員會1978年會議論文集)。其正循環(huán)由一個變溫吸熱過程、一個絕熱膨脹過程、一個變溫放熱過程和一個絕熱壓縮過程構(gòu)成，且吸熱過程曲線和放熱過程曲線是平行的。圖3為勞倫茲循環(huán)的溫熵圖。顯然，勞倫茲循環(huán)在能量合理利用方面確較卡諾循環(huán)和朗肯循環(huán)有較大改進。但是，直到1978年這一循環(huán)方式才得到熱工界的重視和肯定，并公認為其很可能在未來的熱水發(fā)電、熱泵、制冷系統(tǒng)中代替現(xiàn)行的朗肯循環(huán)。1985年一些公司開始制造了第一批按照勞倫茲熱力循環(huán)工作的冰柜和空調(diào)器。然而，本發(fā)明人的多年研究結(jié)果表明，勞倫茲循環(huán)仍存在許多不足，比如說，這一循環(huán)方式要求其吸熱過程曲線和放熱過程曲線彼此平行，這仍將造成部分能量得不到充分利用，另外在中、低溫余熱資源的熱水發(fā)電系統(tǒng)中勞倫茲循環(huán)也跟卡諾循環(huán)及朗肯循環(huán)一樣，存在一個最佳初始蒸發(fā)溫度，從而使余熱流體的排放溫度過高，造成能量浪廢。(參見文獻“AHEAT-POWERCYCLEFORELECTRICITYGENERATIONFROMHOTWATERWITHNON-AZEOTROPICMIXTRUES”，作者顧雛軍和林瀾“Energy”，No.6，1988)?？傊?，上述這三種循環(huán)方式的能量利用率都不高。
為了解決這些在先技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過多年的研究，發(fā)明了一種新的熱力循環(huán)-顧氏熱力循環(huán)，發(fā)明人曾就這個循環(huán)應(yīng)用于熱水發(fā)電系統(tǒng)的一種方案，寫成了一篇論文并由美國“ENERGY”雜志于1988年6月發(fā)表了，這個新型熱力循環(huán)已被命名為顧氏循環(huán)。此文公開了一種多級顧氏循環(huán)熱水發(fā)電方案。這種已公開的多級顧氏循環(huán)熱水發(fā)電的實施方案，僅僅是若干多級顧氏循環(huán)方案中的一種，這種方案是將單級勞倫茲循環(huán)按照多級顧氏循環(huán)的組合原則組合而成的，(多個單級勞倫茲系統(tǒng)可以按照勞倫茲循環(huán)組合原則，組合成多級勞倫茲循環(huán))。如圖4所示，這種循環(huán)的每個單級都是由變溫吸熱過程、絕熱膨脹過程、變溫放熱過程和絕熱壓縮過程組成，且變溫吸熱過程和變溫放熱過程線平行。將各級的蒸發(fā)過程無溫差串聯(lián)起來，而放熱過程保持在同種的溫度下進行即構(gòu)成了多級顧氏循環(huán)，(如果放熱過程也無溫差地串聯(lián)起來，則構(gòu)成多級勞倫茲循環(huán))。
按照由兩級或兩級以上的勞倫茲子循環(huán)構(gòu)成的多級顧氏熱力循環(huán)方式工作的、可供實用的若干種熱工裝置已披露在中國發(fā)明專利申請89100212中。這類熱工裝置的特點在于它的蒸發(fā)換熱曲線和冷凝換熱曲線總體上說來是彼此不平行的。盡管它們在每一個子循環(huán)中都是彼此平行的。
由于這種裝置的每一單級子循環(huán)還是按照勞倫茲子循環(huán)工作的循環(huán)，因此，顧氏循環(huán)的許多優(yōu)點并沒有完全發(fā)揮出來。由于這種循環(huán)具有顧氏循環(huán)所獨有的特性，顯然它可以比其它在先的熱力循環(huán)方式具有種種優(yōu)點。但是這種多級顧氏循環(huán)尚存在一些不足。首先，這種由多個勞倫茲子循環(huán)構(gòu)成的顧氏循環(huán)裝置，一般難于滿足用戶的關(guān)于制冷及供熱流體的嚴格溫度要求，往往不是偏高就是偏低，從而在實際使用中不是達不到要求，就是有一部份能量被浪費;其次，應(yīng)用這種多級顧氏循環(huán)的熱工裝置不能用于小型熱工系統(tǒng)，因為將這種多級顧氏循環(huán)系統(tǒng)拆為單級循環(huán)時就復(fù)原為單級的勞倫茲循環(huán)，因而不再具有顧氏熱力循環(huán)的種種優(yōu)點，有必要尋找能實現(xiàn)單級顧氏循環(huán)的熱工裝置。
眾所周知，在熱力循環(huán)和熱工裝置的技術(shù)領(lǐng)域中，所謂的工質(zhì)指的是熱力過程中所使用的工作介質(zhì)。在目前已知的工質(zhì)中，按照等壓相變時，其溫度是否變化及怎樣變化來劃分，可分為三大類第一類是在整個等壓相變過程中，其相變溫度不變的工質(zhì)，它可用于朗肯循環(huán)系統(tǒng);第二類是在等壓相變過程中，相變溫度是變化的，并且這個變化的斜率不隨初始相變溫度的不同而不同，這類工質(zhì)可用于勞倫茲循環(huán)系統(tǒng)，它的特性可保證實現(xiàn)勞倫茲循環(huán)的放熱和吸熱過程在溫熵圖上彼此平行;其余的工質(zhì)均屬于第三類，這類工質(zhì)數(shù)量最大，其特點是蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行，由于這類工質(zhì)既不能用于朗肯循環(huán)，又不能用于勞倫茲循環(huán)，因而一直被人們認為它們是在熱力循環(huán)裝置中沒有使用的價值的。
如上所述，顧氏熱力循環(huán)較卡諾循環(huán)、朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)，具有更多的優(yōu)點，但是，由多個勞倫茲子循環(huán)構(gòu)成的多級顧氏循環(huán)。顯然難以應(yīng)用于小型熱工裝置，比如家用冰箱、空調(diào)等等，因而大大限制了這種最具發(fā)展前景的熱力循環(huán)方式的商業(yè)應(yīng)用。
為了解決上述問題，本發(fā)明人進行了進一步的研究工作?，F(xiàn)以發(fā)現(xiàn)，其顧氏熱力循環(huán)和朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)的最大差異在于朗肯循環(huán)和勞倫茲循環(huán)，它們在熱力循環(huán)的蒸發(fā)換熱過程和冷凝換熱過程中，不論其等壓相變溫度是不變的(朗肯循環(huán))，還是變化的(勞倫茲循環(huán))，但這兩個過程的相變換熱曲線均是彼此平行的，而在用多個勞倫茲子循環(huán)構(gòu)成的多級顧氏循環(huán)中，這兩個過程的換熱曲線總體看來是彼此不平行的。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明人提出了另一種顧氏熱力循環(huán)方式，即選用一直為人們棄之不用的第三類工質(zhì)為這類顧氏循環(huán)的工質(zhì)，這類顧氏循環(huán)由等熵膨脹過程、變溫蒸發(fā)換熱過程、等熵壓縮過程和變溫冷凝換熱過程構(gòu)成的，且蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線是彼此不平行的。在實際的顧氏循環(huán)中，它由絕熱膨脹過程(實際過程是不等熵的)、變溫吸熱過程(包括相變吸熱段及單相吸熱段)、絕熱壓縮過程(實際過程是不等熵的)和變溫放熱過程(包括相變放熱段及單相放熱段)組成，并且變溫吸熱過程中的相變吸熱段和變溫放熱過程中的相變放熱段，在溫熵圖上彼此不平行。
本發(fā)明對此進行了大量的創(chuàng)造性工作，發(fā)明了若干種采用這類顧氏循環(huán)的可供實用的熱工裝置。總體說來，它們都至少含有一個以顧氏熱力循環(huán)方式運行的顧氏子循環(huán)，并且在該子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱段和冷凝換熱段的斜率各不相等。而且，僅由一個顧氏子循環(huán)構(gòu)成的熱力循環(huán)稱為單級顧氏循環(huán)。
下面將結(jié)合最佳實施例和附圖更詳細地說明其中的幾種熱工裝置。
圖1為卡諾循環(huán)的溫熵圖，其中ab為等熵膨脹過程，bc為等溫放熱過程，cd為等熵壓縮過程，da為等溫吸熱過程。
圖2為朗肯循環(huán)的溫熵圖，其中ab為絕熱膨脹過程，bc為等壓放熱過程，cd為絕熱壓縮過程，da為等壓吸熱過程。
圖3為勞倫茲循環(huán)的溫熵圖，其中ab為等熵膨脹過程，bc為等壓變溫放熱過程，cd為等熵壓縮過程，da為等壓變溫吸熱過程，過程da和過程bc平行。
圖4為本發(fā)明的顧氏正循環(huán)的溫熵圖，其中ab為等熵膨脹過程，bc為等壓變溫放熱過程，cd為等熵壓縮過程，da為等壓變溫吸熱過程。
圖5為本發(fā)明的第一類顧氏逆循環(huán)的溫熵圖，其中ab為等熵壓縮過程，bc為等壓變溫放熱過程，cd為等熵膨脹過程，da為等壓變溫吸熱過程。其特征是放熱線的斜率大于吸熱線的斜率。這一類顧氏逆循環(huán)常用于熱泵系統(tǒng)，也可用于制冷系統(tǒng)等。
圖6為本發(fā)明的第二類顧氏逆循環(huán)的溫熵圖，其中ab為等熵壓縮過程，bc為等壓變溫放熱過程，cd為等熵膨脹過程，da為等壓變溫吸熱過程。其特征是放熱線的斜率小于吸熱線的斜率。這一類顧氏逆循環(huán)常用于制冷系統(tǒng)，也可用于熱泵系統(tǒng)等。
圖7為本發(fā)明的多級顧氏正循環(huán)的溫熵圖，其中a1b1為等熵膨脹過程，b1c1為等壓變溫放熱過程，c1d1為第一級等熵壓縮過程，d1c2為第二級等壓變溫放熱過程，c2d2為第二級等熵壓縮過程，……，dn-1cn為第n級等壓變溫放熱過程，cndn為第n級等熵壓縮過程，dna1為等壓變溫吸熱過程。其特點是至少有一吸熱線與放熱線在溫熵圖上不平行，顧氏正循環(huán)系統(tǒng)常用于熱流體發(fā)電系統(tǒng)。
圖8為本發(fā)明的多級第一類顧氏逆循環(huán)的溫熵圖，其中a1b1為等熵壓縮過程，b1cn為等壓變溫放熱過程，cndn為第n級等熵膨脹過程，dnan為第n級等壓變溫吸熱過程，andn-1為第n-1級等熵膨脹過程，dn-1an-1為第n-1級等壓變溫吸熱過程，……，d2a2為第二級等壓變溫吸熱過程，a2d1為第一級等熵膨脹過程，d1a1為第一級等壓變溫吸熱過程。其特點是至少有一吸熱線與放熱線在溫熵圖上不平行，這種多級顧氏逆循環(huán)系統(tǒng)常用于熱泵系統(tǒng)中，也可用于制冷系統(tǒng)等。
圖9為本發(fā)明的多級第二類顧氏逆循環(huán)的溫熵圖，其中a1b1為第一級等熵壓縮過程，b1c1為第一級等壓變溫放熱過程，c1b2為第二級等熵壓縮過程，b2c2為第二級等壓變溫放熱過程，……，bn-1cn-1為第n-1級變溫放熱過程，cn-1bn為第n級等熵壓縮過程，bncn為第n級等壓變溫放熱過程，cndn為等熵膨脹過程，dna1為等壓變溫吸熱過程。其特點是至少有一吸熱線與放熱線不平行，這種多級顧氏逆循環(huán)系統(tǒng)常用于熱泵系統(tǒng)中，也可用于制冷系統(tǒng)中。
圖10為單級實際顧氏循環(huán)的溫熵圖。
圖11為單級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置的系統(tǒng)圖。
圖12為單級顧氏逆循環(huán)熱泵裝置的系統(tǒng)圖。
圖13為單級顧氏循環(huán)制冷裝置的系統(tǒng)圖。
圖14為分立式多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置系統(tǒng)圖。
圖15為組合式多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置系統(tǒng)圖。
圖16為分立式多級顧氏循環(huán)熱泵裝置系統(tǒng)圖。
圖17為組合式多級顧氏循環(huán)熱泵裝置。
圖18為分立式多級顧氏循環(huán)制冷裝置系統(tǒng)圖。
圖19為組合式多級顧氏循環(huán)制冷裝置系統(tǒng)圖。
一.單級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置該裝置的循環(huán)溫熵圖如圖4所示。這類裝置的一種實施方案如圖11所示，包括一個變溫蒸發(fā)過程、絕熱壓縮過程、變溫冷凝過程和一個絕熱膨脹過程，并且在溫熵圖上，蒸發(fā)過程和膨脹過程不平行，這些過程分別由蒸發(fā)器、透平、冷凝器及泵組成。這種裝置比勞倫茲循環(huán)及朗肯循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)，每噸熱流體的發(fā)電量增加80%到110%。從熱力學(xué)上講它具有最高的能量利用率。按照圖11所示的裝置，嚴格說來，它所實現(xiàn)的是實際顧氏循環(huán)，與圖4所示的理論顧氏循環(huán)，還有一定的實際區(qū)別，其嚴格的實際循環(huán)圖應(yīng)為圖10所示。圖10所表示的顧氏循環(huán)的基本特征在于其放熱過程的相變放熱段bc和吸熱過程的相變吸熱段a′d不平行。但按照熱力學(xué)循環(huán)分析的習(xí)慣僅以理論循環(huán)進行比較，其結(jié)論可以類推到對應(yīng)的實際循環(huán)，在介紹某一循環(huán)時，熱力學(xué)習(xí)慣也是僅僅介紹其理論循環(huán)，對應(yīng)的實際循環(huán)是可以根據(jù)熱力學(xué)原理，非常方便在溫熵圖上表示出來。由于這一原因，以下的介紹將不在區(qū)別理論和的實際循環(huán)。
結(jié)合附圖11及附圖10再具體說明一下這種實施方案的具體構(gòu)成。
圖11為顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置系統(tǒng)圖，圖中v代表蒸發(fā)器，T為透平，e為熱源流體，c為冷凝器，p為泵，w為冷凝流體。在實際工作過程中，冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，透平實現(xiàn)絕熱膨脹過程(實際過程中是不等熵的)，技術(shù)特點是蒸發(fā)器的蒸發(fā)過程和冷凝器的冷凝過程在溫熵圖上不平行，例如，可以選擇混合工質(zhì)R12/R11/R113/R13，它們的摩爾濃度0.2/0.3/0.4/0.1，就可以實現(xiàn)這種技術(shù)特點，另外，如果在蒸發(fā)器和冷凝器中，適當選擇工質(zhì)的熱物性，便可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得熱流體發(fā)電系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)將是所有熱流體發(fā)電系統(tǒng)中能量利用率最高的。
圖10為實際顧氏熱流體發(fā)電循環(huán)的溫熵圖，其中ab為絕熱膨脹過程，bc為變溫冷凝過程，cd為絕熱壓縮過程，da為變溫蒸發(fā)過程，很明顯，實際的顧氏循環(huán)中有一蒸汽過熱段，這一點在理想循環(huán)是省略的。技術(shù)特點是，蒸發(fā)過程da′和冷凝過程bc不平行，工質(zhì)的選擇應(yīng)使換熱過程為最佳匹配，從而使換熱溫差為最小。
在先技術(shù)中的幾種熱力循環(huán)，卡諾循環(huán)、朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)，它的蒸發(fā)換熱曲線和冷凝換熱曲線都是彼此平行的，這將導(dǎo)致在產(chǎn)業(yè)上實施時存在下列問題1，能量的浪費。這里僅以正循環(huán)為例說明，例如使用朗肯循環(huán)，勞倫茲循環(huán)的熱流體發(fā)電裝置，由于它們的蒸發(fā)和冷凝過程曲線彼此平行，故存在一個最佳蒸發(fā)溫度，因而使得熱源流體的能量不能充分利用，排放的能量有時可達40%至50%左右。
2.換熱過程不能最佳配匹，或換熱過程最佳配匹不能達到能量最佳利用的目標。仍以熱流體發(fā)電裝置為例，在肯循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)中，熱流體放熱使朗肯循環(huán)的工質(zhì)蒸發(fā)，其中熱流體的放熱過程為變溫的斜線，而工質(zhì)的吸熱蒸發(fā)過程為水平線，故不能配匹。使用勞倫茲循環(huán)的熱流體發(fā)電裝置，雖然能使換熱器最佳配匹，卻導(dǎo)致了冷凝水溫升太高，從而使丟舍的能量增加。
3.熱力裝置的整體系統(tǒng)不能最優(yōu)化。因為兩個換熱過程彼此平行，因此一個換熱過程約束了另外一個過程，往往是一個過程最優(yōu)，另外一個過程就不優(yōu)。
4.雖然由多個勞倫茲循環(huán)構(gòu)成的顧氏熱力循環(huán)在相當大的程度上改善了上述幾個缺陷，但沒有徹底根除這些缺陷，其原因在于它的每級子循環(huán)都是勞倫茲子循環(huán)。同時它本身的缺陷是不能用于小型裝置。一但用于單級的小型裝置，它便還原成勞倫茲循環(huán)，從而失去了顧氏循環(huán)一切優(yōu)點。
在這里有必要明確指出的是，本發(fā)明的這類顧氏熱力循環(huán)的推出絕不僅僅是一項科學(xué)發(fā)現(xiàn)，它同時也是一項能夠在產(chǎn)業(yè)上實施的、極具發(fā)展前景的全新的技術(shù)解決方案。特別值得指出的是，采用這類顧氏循環(huán)的熱工裝置不僅可以克服采用在先技術(shù)中的種種熱力循環(huán)的熱工裝置的上述缺點，更為重要的是，現(xiàn)有的采用朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)的熱工裝置甚至可以不對其機械結(jié)構(gòu)進行任何實質(zhì)上的變動，僅僅變換一下工質(zhì)，并使該工質(zhì)按顧氏熱力循環(huán)的方式運行，就可形成為應(yīng)用顧氏循環(huán)的新型的熱工裝置，從而具有原熱工裝置所無法比擬的技術(shù)優(yōu)點。當然，最理想的情況是根據(jù)顧氏循環(huán)的工作特性，對原結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，這樣的顧氏循環(huán)的熱工裝置具有最高的能量利用率。
正是由于有了這種顧氏熱力循環(huán)，才使得這種簡單、節(jié)能的技術(shù)改進有可能使它在產(chǎn)業(yè)上實施，這就是這類顧氏熱力循環(huán)所具有的技術(shù)意義。正如前所述，可以不對現(xiàn)有熱工裝置的機械結(jié)構(gòu)進行改造的前提下，采用這類顧氏循環(huán)方式便可以賦于原熱工裝置新的技術(shù)特征。因此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以參照上述最佳實施例極為方便的得到下述的技術(shù)改型。
將現(xiàn)有的應(yīng)用多級逆向朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)工作的熱工裝置，比如說熱泵供熱裝置、制冷裝置、空調(diào)裝置等等，與本發(fā)明所給出的多級逆向顧氏循環(huán)方式相結(jié)合，便可以構(gòu)成應(yīng)用多級逆向顧氏循環(huán)工作的熱泵供熱裝置、制冷裝置、空調(diào)裝置等。
將現(xiàn)有的應(yīng)用單級正向朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)工作的熱工裝置，比如熱流體發(fā)電裝置等等與本發(fā)明所給出的單級正向顧氏循環(huán)方式相結(jié)合，便可以構(gòu)成應(yīng)用單級正向顧氏循環(huán)工作的熱流體發(fā)電裝置。
將現(xiàn)有的應(yīng)用單級逆向朗肯循環(huán)、勞倫茲循環(huán)工作的熱工裝置，比如說熱泵供熱裝置、制冷裝置、空調(diào)裝置等等，與本發(fā)明所給出的單級逆向顧氏循環(huán)方式相結(jié)合，便可以構(gòu)成應(yīng)用單級逆向顧氏循環(huán)工作的熱泵供熱裝置、制冷裝置、空調(diào)裝置。
由于單級顧氏循環(huán)亦具有顧氏循環(huán)的全部優(yōu)點，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所給出的技術(shù)教導(dǎo)，完全可以根據(jù)實際工程需要將單級顧氏循環(huán)和單級朗肯循環(huán)和/或單級勞倫茲循環(huán)結(jié)合使用，構(gòu)造出其中具有至少一級為單級顧氏循環(huán)的多級熱力循環(huán)，應(yīng)用這種多級熱力循環(huán)的熱工裝置也將具有應(yīng)用顧氏循環(huán)的熱工裝置的優(yōu)點，因此這種熱工裝置也是屬于本發(fā)明所建議的應(yīng)用擴展顧氏熱力循環(huán)的熱工裝置中的一部分。
下面，再結(jié)合附圖給出其中的幾種應(yīng)用這類顧氏循環(huán)的熱工裝置，以便更清楚地說明本發(fā)明的核心內(nèi)容。
二.單級顧氏循環(huán)熱泵裝置該裝置的循環(huán)溫熵圖如圖5及圖6所示。這類裝置的一種實施方案如圖12所示，包括一個變溫蒸發(fā)過程、絕熱壓縮過程、變溫冷凝過程和一個絕熱膨脹過程，并且在溫熵圖上，蒸發(fā)過程和膨脹過程不平行，這些過程分別由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)組成。這種裝置比勞倫茲循環(huán)及朗肯循環(huán)熱泵系統(tǒng)節(jié)電20%到60%。從熱力學(xué)上講它具有最高的能量利用率。
結(jié)合附圖12再具體說明一下這種實施方案的具體構(gòu)成。
圖12為顧氏循環(huán)熱泵裝置系統(tǒng)圖，圖中∪代表熱用戶，v代表蒸發(fā)器，y為壓縮機，p為膨脹閥(或膨脹機)，e為低溫?zé)嵩?，c為冷凝器。在實際工作過程中，冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，膨脹閥實現(xiàn)等焓膨脹過程(或膨脹機實現(xiàn)絕熱膨脹過程，實際過程中是不等熵的)，技術(shù)特點是蒸發(fā)器的蒸發(fā)過程和冷凝器的冷凝過程在溫熵圖上不平行，另外，如果在蒸發(fā)器和冷凝器中，適當選擇工質(zhì)的熱物性，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得熱泵系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)將是所有熱泵系統(tǒng)中能量利用率最高的。
三.單級顧氏循環(huán)制冷裝置該裝置的循環(huán)溫熵圖如圖5及圖6所示。這類裝置的一種實施方案如圖13所示，包括一個變溫蒸發(fā)過程、絕熱壓縮過程、變溫冷凝過程和一個絕熱膨脹過程，并且在溫熵圖上，蒸發(fā)過程和膨脹過程不平行，這些過程分別由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)組成。這種裝置比勞倫茲循環(huán)及朗肯循環(huán)制冷系統(tǒng)節(jié)電20%到60%。從熱力學(xué)上講它具有最高的能量利用率。
結(jié)合附圖13再具體說明一下這種實施方案的具體構(gòu)成。
圖13為顧氏循環(huán)制冷裝置系統(tǒng)圖，圖中∪代表冷用戶，v代表蒸發(fā)器，y為壓縮機，p為膨脹閥(或膨脹機)，e為高溫?zé)嵩?，c為冷凝器。在實際工作過程中，冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，膨脹閥實現(xiàn)等焓膨脹過程(或膨脹機實現(xiàn)絕熱膨脹過程，實際過程中是不等熵的)，技術(shù)特點是蒸發(fā)器的蒸發(fā)過程和冷凝器的冷凝過程在溫熵圖上不平行，另外，如果在蒸發(fā)器和冷凝器中，適當選擇工質(zhì)的熱物性，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得制冷系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)將是所有制冷系統(tǒng)中能量利用率最高的。
四.單級顧氏循環(huán)的空調(diào)裝置把上述的單級顧氏循環(huán)的制冷裝置和單級顧氏循環(huán)的熱泵裝置中的至少一個取代原空調(diào)裝置中的制冷裝置和/或熱泵裝置，就構(gòu)成了單級顧氏循環(huán)的空調(diào)裝置。
五.多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置該裝置的循環(huán)溫熵圖如圖7所示。這類裝置的一種實施方案如圖14所示，它可以由N(N＝2，3，4，……，n)級組成，每級都是一個顧氏循環(huán)的熱流體發(fā)電組件，每一個單級都包括一個變溫蒸發(fā)過程，絕熱壓縮過程，變溫冷凝過程和一個絕熱膨脹過程，并且在溫熵圖上，蒸發(fā)過程和冷凝過程不平行，這些過程分別由蒸發(fā)器、透平、冷凝器及泵來實現(xiàn)。僅把每一級的蒸發(fā)器的熱源流體串聯(lián)起來，并盡可能使每個蒸發(fā)器中換熱溫差為最小，這就構(gòu)成了一個多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置。本發(fā)明的這種裝置比通常的勞倫茲循環(huán)以及朗肯循環(huán)熱流體發(fā)電裝置，每噸熱流體的發(fā)電量增加80%到110%。從熱力學(xué)上可以證明它為最佳的熱流體發(fā)電循環(huán)，具有最高的能量利用率。技術(shù)特點是，至少有一個冷凝過程和蒸發(fā)過程在溫熵圖上不平行，各級應(yīng)按照顧氏循環(huán)的各級配匹原則，工質(zhì)應(yīng)灌注顧氏循環(huán)要求的工質(zhì)，如再保證換熱器的換熱溫差為最小，則就可以得到一個最佳的多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置。
結(jié)合附圖14再具體說明一下這種實施方案的具體構(gòu)成。
圖14為分立式多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電裝置系統(tǒng)圖，圖中C1，C2，……，Cn代表多級熱流體發(fā)電系統(tǒng)中各級冷凝器，T1，T2，……，Tn代表多級熱流體發(fā)電系統(tǒng)中各級透平，v1，v2，……，vn代表多級熱流體發(fā)電系統(tǒng)中各級蒸發(fā)器，p1，p2，……，pn代表多級熱流體發(fā)電系統(tǒng)中各級泵，w1，w2，……，wn代表熱流體發(fā)電系統(tǒng)中溫度為環(huán)境溫度的冷凝流體，e為熱源流體。在實際工作過程中，每級冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，每級透平實現(xiàn)絕熱膨脹過程(在實際過程中是不等熵的)，每級蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，每級泵實現(xiàn)絕熱壓縮過程(其實際過程也是不等熵的)。多級顧氏熱流體發(fā)電循環(huán)的組合方式的關(guān)鍵技術(shù)是將熱源流體在各級蒸發(fā)器中無溫差地串聯(lián)起來，熱源流體在各級蒸發(fā)器中連續(xù)降溫，由最初的熱源溫度降到接近環(huán)境溫度，這就實現(xiàn)了一個多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電過程。在各個冷凝器和蒸發(fā)器中，如果適當選擇工質(zhì)的熱物性和循環(huán)的級數(shù)，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得熱流體發(fā)電系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)將是所有熱流體發(fā)電系統(tǒng)中能量利用率最高的。
圖15是這類裝置的另一種可供實施的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以用一個多級進氣的透平代多個分立的透平，用一個組合蒸發(fā)器代替各個分立的蒸發(fā)器，用一個冷凝器代替多個分立的冷凝器，但泵仍為多個分立式的，這種裝置的循環(huán)溫熵圖與圖7十分近似，但是這種裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，并且成本更低。這種裝置稱為組合式的多級顧氏循環(huán)裝置。前面所介紹的裝置則稱為分立式的多級顧氏循環(huán)裝置。
在圖15中，圖中e代表熱源流體，C代表多級熱流體發(fā)電系統(tǒng)中組合式冷凝器，T代表一個帶有多級進汽口的組合式透平，v代表組合式多級熱流體發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器，p1，p2，……，pn代表組合式多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)中各級泵，w代表熱流體發(fā)電系統(tǒng)中溫度為環(huán)境溫度的冷凝流體。在實際工作過程中，組合式冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，組合式透平實現(xiàn)絕熱膨脹過程(在實際過程中是不等熵的)，蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，每級泵實現(xiàn)絕熱壓縮過程(其實際過程也不是等熵的)。組合式多級顧氏熱流體發(fā)電循環(huán)的組合方式的關(guān)鍵技術(shù)也是將熱源流體在組合式蒸發(fā)器中串聯(lián)流動，使得熱源流體在組合式蒸發(fā)器中持續(xù)降溫，由最初的熱源溫度降到接近環(huán)境溫度，這就實現(xiàn)了一個多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電過程。在組合式冷凝器和蒸發(fā)器中，如果適當選擇工質(zhì)的熱物性和組合式顧氏熱流體發(fā)電循環(huán)的組合級數(shù)，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得熱流體發(fā)電系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)將是所有熱流體發(fā)電系統(tǒng)中能量利用率最高的。組合式多級顧氏循環(huán)熱流體發(fā)電系統(tǒng)比較其分立式系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低、運行可靠等優(yōu)點。
六.多級顧氏循環(huán)熱泵供熱裝置該裝置的循環(huán)溫熵圖如圖8所示。這類裝置的一種實施方案如圖16所示，它可以由N(N＝2，3，4，……，n)級組成，每級都是一個顧氏循環(huán)的熱泵組件，每一個單級都包括一個變溫蒸發(fā)過程，絕熱壓縮過程，變溫冷凝過程和一個絕熱膨脹過程，并且在溫熵圖上，蒸發(fā)過程和冷凝過程不平行，這些過程分別由蒸發(fā)器、氣體壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)實現(xiàn)。僅把每一級的冷凝器的供熱流體串聯(lián)起來，如再盡可能使每個冷凝器中換熱溫差為最小，這就構(gòu)成了一個多級顧氏循環(huán)熱泵裝置。本發(fā)明的這種裝置比通常的勞倫茲循環(huán)以及朗肯循環(huán)熱泵裝置節(jié)能20%到60%。從熱力學(xué)上可以證明它為最佳的熱泵循環(huán)，具有最高的能量利用率。對于大型供熱系統(tǒng)(包括民用和工業(yè)上使用的熱泵系統(tǒng))，由于它們本來就是由多個壓縮機并聯(lián)使用的，因此，只要把這些系統(tǒng)按照顧氏循環(huán)方式串聯(lián)布置，并充以顧氏熱力循環(huán)所要求的混合工質(zhì)，按照顧氏循環(huán)的各級配匹原則，則就可以改造成多級顧氏循環(huán)熱泵裝置。
結(jié)合附圖16再具體說明一下這種實施方案的具體構(gòu)成。
圖16為分立式多級顧氏循環(huán)熱泵裝置系統(tǒng)圖，圖中∪代表熱用戶，C1，C2，……，Cn代表多級熱泵系統(tǒng)中各級冷凝器，y1，y2，……，yn代表多級熱泵系統(tǒng)中各級壓縮機，v1，v2，……，vn代表多級熱泵系統(tǒng)中各級蒸發(fā)器，p1，p2，……，pn代表多級熱泵系統(tǒng)中各級膨脹閥(或膨脹機)，e1，e2，……，en代表熱泵系統(tǒng)中溫度為環(huán)境溫度的低溫流體。在實際工作過程中，每級冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，每級壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，每級蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，每級膨脹閥實現(xiàn)等焓膨脹過程(或每級膨脹機實現(xiàn)絕熱膨脹過程，其實際過程也不是等熵的)。多級顧氏熱泵循環(huán)的組合方式的關(guān)鍵技術(shù)是將供熱流體在各級冷凝器中無溫差地串聯(lián)起來，供熱流體在各級冷凝器中連續(xù)升溫，由最初的回水溫度升到熱用戶所需要的供熱水溫度，這就實現(xiàn)了一個多級顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)的供熱過程。在各個冷凝器和蒸發(fā)器中，如果適當選擇工質(zhì)的熱物性和循環(huán)的級數(shù)，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得熱泵系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)將是所有熱泵系統(tǒng)中能量利用率最高的。
圖17是這類裝置的另一種可供實施的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以用一個多級排氣的壓縮機代多個分立的壓縮機，用一個組合冷凝器代替各個分立的冷凝器，用一個蒸發(fā)器代替多個分立的蒸發(fā)器，但膨脹閥(或膨脹機)仍為多個分立式的，這種裝置的循環(huán)溫熵圖與圖8十分近似，但是這種裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，并且成本更低。這種裝置稱為組合式的多級顧氏循環(huán)裝置。前面所介紹的裝置則稱為分立式的多級顧氏循環(huán)裝置。
在圖17中，圖中∪代表熱用戶，c代表多級熱泵系統(tǒng)中組合式冷凝器，y代表一個帶有多級排汽出口的組合式壓縮機，v代表組合式多級熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，p1，p2，……，pn代表組合式多級顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)的各級膨脹閥(或膨脹機)，e代表熱泵系統(tǒng)中溫度為環(huán)境溫度的低溫流體。在實際工作過程中，組合式冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，組合式壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，每級膨脹閥實現(xiàn)等焓膨脹過程(或每級膨脹機實現(xiàn)絕熱膨脹過程，其實際過程也是不等熵的)。組合式多級顧氏熱泵循環(huán)的組合方式的關(guān)鍵技術(shù)也是將供熱流體在組合式冷凝器中串聯(lián)流動，使得供熱流體在組合式冷凝器中持續(xù)升溫，由最初的回水溫度升到熱用戶所需要的供熱水溫度，這就實現(xiàn)了一個多級顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)的供熱過程。在組合式冷凝器和蒸發(fā)器中，如果適當選擇工質(zhì)的熱物性和組合式顧氏熱泵循環(huán)的組合級數(shù)，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得熱泵系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)將是所有熱泵系統(tǒng)中能量利用率最高的。組合式多級顧氏循環(huán)熱泵系統(tǒng)比較其分立式系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低、運行可靠等優(yōu)點。
七.多級顧氏循環(huán)制冷裝置這類裝置的循環(huán)溫熵圖如圖9所示。這類裝置的一種實施方案如圖18所示，它可以由N(N＝2，3，4，……，n)級組成，每級都是一個顧氏循環(huán)的制冷裝置，每一個單級都包括一個變溫蒸發(fā)過程，絕熱壓縮過程，變溫冷凝過程和一個絕熱膨脹過程，并且在溫熵圖上，蒸發(fā)過程和冷凝過程不平行，這些過程分別由蒸發(fā)器、氣體壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)實現(xiàn)。把每一級的蒸發(fā)器的放熱流體串聯(lián)起來，如再盡可能使每個蒸發(fā)器中換熱溫差為最小，這就構(gòu)成了一個多級顧氏循環(huán)制冷裝置。這種裝置比勞倫茲循環(huán)以及常用的朗肯循環(huán)制冷裝置節(jié)能10%到50%。從熱力學(xué)上可以證明它為最佳的制冷循環(huán)，具有最高的能量利用率。對于大型制冷系統(tǒng)(包括民用和企業(yè)上使用的制冷系統(tǒng))，由于它們本來就是由多個壓縮機并聯(lián)使用的，因此，只要把這些系統(tǒng)按照顧氏循環(huán)方式串聯(lián)布置，并充以顧氏循環(huán)所要求的混合工質(zhì)，按照顧氏循環(huán)的各級配匹原則，則就可以改造成多級顧氏循環(huán)裝置。
結(jié)合附圖18再具體的說明一下這種實施方案的具體構(gòu)成。
圖18為分立式多級顧氏循環(huán)制冷裝置系統(tǒng)圖，圖中∪代表冷用戶，c1，c2，……，cn代表多級制冷系統(tǒng)中各級冷凝器，y1，y2，……，yn代表多級制冷系統(tǒng)中各級壓縮機，v1，v2，……，vn代表多級制冷系統(tǒng)中各級蒸發(fā)器，p1，p2，……，pn代表多級制冷系統(tǒng)中各級膨脹閥(或膨脹機)，e1，e2，……，en代表制冷系統(tǒng)中溫度為環(huán)境溫度的高溫流體。在實際工作過程中，每級冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，每級壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，每級蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，每級膨脹閥實現(xiàn)等焓膨脹過程(或每級膨脹機實現(xiàn)絕熱膨脹過程，其實際過程也不是等熵的)。多級顧氏制冷循環(huán)的組合方式的關(guān)鍵技術(shù)是將致冷流體在各級蒸發(fā)器中無溫差的串聯(lián)起來，致冷流體在各級蒸發(fā)器中連續(xù)降溫，由最初的流體回溫降至冷用戶所要求的制冷溫度，這就實現(xiàn)了一個多級顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)的制冷過程。在各個冷凝器和蒸發(fā)器中，如果適當選擇工質(zhì)的熱物性和循環(huán)的級數(shù)，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得制冷系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)將是所有制冷系統(tǒng)中能量利用率最高的。
圖19是這類裝置的另一種可供實施的改進系統(tǒng)，這種方案用一個多級排氣的壓縮機代多個分立的壓縮機，用一個組合蒸發(fā)器代替各個分立的蒸發(fā)器，用一個冷凝器代替多個分立的冷凝器，但膨脹閥(或膨脹機)仍為多個分立式的，這種裝置的循環(huán)溫熵圖與圖9十分近似，但是這種裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，并且成本更低。這種裝置稱為組合式的多級顧氏循環(huán)裝置。
在圖19中，圖中∪代表冷用戶，c代表多級制冷系統(tǒng)中冷凝器，y代表一個帶有多級進汽入口的組合式壓縮機，v代表組合式多級制冷系統(tǒng)的組合式蒸發(fā)器，p1，p2，……，pn代表組合式多級顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)的各級膨脹閥(或膨脹機)，e代表制冷系統(tǒng)中溫度為環(huán)境溫度的高溫流體。在實際工作過程中，冷凝器實現(xiàn)等壓變溫冷凝過程，組合式壓縮機實現(xiàn)絕熱壓縮過程(在實際過程中是不等熵的)，組合式蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓變溫蒸發(fā)過程，每級膨脹閥實現(xiàn)等焓膨脹過程(或每級膨脹機實現(xiàn)絕熱膨脹過程，其實際過程也不是等熵的)。組合式多級顧氏制冷循環(huán)的組合方式的關(guān)鍵技術(shù)也是將致冷流體在組合式蒸發(fā)器中串聯(lián)流動，使得致冷流體在組合式蒸發(fā)器中持續(xù)降溫，由最初的流體回溫降至冷用戶所需要的致冷溫度，這就實現(xiàn)了一個多級顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)的制冷過程。在組合式蒸發(fā)器和冷凝器中，如果適當選擇工質(zhì)的熱物性和組合式顧氏制冷循環(huán)的組合級數(shù)，可以使這些換熱器內(nèi)部各點的換熱溫差處處相等，即實現(xiàn)了最佳匹配的換熱過程，從而使得制冷系統(tǒng)的換熱溫差為最小，這樣的顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)將是所有制冷系統(tǒng)中能量利用率最高的。組合式多級顧氏循環(huán)制冷系統(tǒng)比較其分立式系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低、運行可靠等優(yōu)點。
八.多級顧氏循環(huán)的空調(diào)裝置把上述的多級顧氏循環(huán)的制冷裝置和多級顧氏循環(huán)的熱泵裝置中的至少一個取代原空調(diào)裝置中的制冷裝置和/或熱泵裝置，就構(gòu)成了多級顧氏循環(huán)的空調(diào)裝置，類似地，多級顧氏循環(huán)空調(diào)裝置也有分立式和組合式兩種。
九.顧氏循環(huán)的正逆循環(huán)混合裝置把上述的單級顧氏正循環(huán)發(fā)電裝置和上述的單級顧氏逆循環(huán)的熱泵裝置和/或制冷裝置混合使用，就構(gòu)成了正逆顧氏循環(huán)的混合裝置。類似地，多級正逆顧氏循環(huán)的混合裝置也可由此構(gòu)成。如某些余熱制冷裝置就是這類裝置。對這類裝置的絕大多數(shù)的多級熱工裝置，也只需變換現(xiàn)行并聯(lián)系統(tǒng)，使之按顧氏循環(huán)重新計算各點的熱力參數(shù)，然后按此參數(shù)運行這類熱力裝置即可。而一旦對傳統(tǒng)的熱工裝置加以適當?shù)母脑?，使之形成為按多級顧氏循環(huán)工作的熱工裝置，則后者的能量利用率將至少比原熱工裝置提高10%。
還應(yīng)該明確的是，使用顧氏循環(huán)的熱工裝置，其所有提高的能量利用率，并不是由于其各部件的性能有所提高，(實際顧氏循環(huán)的各部件的能量利用性能可以不提高，略提高，或略下降，這些都對整體顧氏循環(huán)的能量利用性能影響不大)，而極其主要的是由于采用顧氏循環(huán)對某些部件的調(diào)整方法并改變成顧氏循環(huán)工質(zhì)所帶來的好處，對于大型的多級系統(tǒng)，也主要的是由于采用多級顧氏循環(huán)時對各部件重新組合并改變循環(huán)工質(zhì)的要求所帶來的好處，這兩點無論在任何循環(huán)中(如朗肯循環(huán)，勞論茲循環(huán))，都是純粹的循環(huán)的特征。而且本發(fā)明的核心就是首次提出了采用常規(guī)的熱工部件、按照由顧氏循環(huán)構(gòu)成方式工作的可供實用的全新的組合方式，并以最佳實施例的方式給出了這類熱工裝置的若干種具體的構(gòu)成形式。根據(jù)本發(fā)明所給出的技術(shù)解決方案，本技術(shù)領(lǐng)域的工作人員可以根據(jù)實際需要十分容易地構(gòu)造出上述種種具體構(gòu)成形式的不同的改型。因此凡是有這類顧氏循環(huán)的特征的熱工裝置都屬于本專利的發(fā)明內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種按照單級正向熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如熱流體發(fā)電裝置等，它由蒸發(fā)器、透平、冷凝器及泵等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使所述的熱力循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行。
2.一種按照單級逆向熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如熱泵裝置、制冷裝置和空調(diào)裝置等，它由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使所述的熱力循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行。
3.一種按照多級正向熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如中、大型熱流體裝置等，它由蒸發(fā)器、透平、冷凝器及泵等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所述的多級熱力循環(huán)中至少有一個子循環(huán)所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)。從而使該熱力子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行。
4.一種按照多級逆向熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如中、大型熱泵裝置、制冷裝置及空調(diào)裝置等，它由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所述的多級熱力循環(huán)中至少有一個子循環(huán)所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使該熱力子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行。
5.一種按照多級正向熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如中、大型熱流體發(fā)電裝置，它由蒸發(fā)器、透平、冷凝器及泵等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所述的多級熱力循環(huán)中至少有一個子循環(huán)所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使該熱力子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行，并且循環(huán)組件中的透平是一個帶有多個進汽口的組合式透平和/或循環(huán)組件中的蒸發(fā)器是一個組合式蒸發(fā)器。
6.一種如權(quán)利要求5所述的熱工裝置，其特征在于循環(huán)組件中的冷凝器是一個組合式冷凝器。
7.一種按照多級逆向熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如中、大型熱泵裝置、制冷裝置及空調(diào)裝置等，它由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所述的熱力循環(huán)中至少有一個子循環(huán)所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使該熱力子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行，并且循環(huán)組件中的組合式壓縮機是一個帶有多個進汽口的壓縮機和/或是一個帶有多個排汽口的組合式壓縮機。
8.一種如權(quán)利要求7所述的熱工裝置，其特征在于循環(huán)組件中的冷凝器是一個組合式冷凝器和/或各子循環(huán)組件中的蒸發(fā)器是一個組合式蒸發(fā)器。
9.一種按照由正向子循環(huán)和逆向子循環(huán)構(gòu)成的多級混合熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，它由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)、透平、泵等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所述的多級熱力循環(huán)中至少有一個子循環(huán)所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使該熱力子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行。
10.一種按照由正向子循環(huán)和逆向子循環(huán)構(gòu)成的多級混合式熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，它由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥(或膨脹機)、透平、泵等組件構(gòu)成，并且使用一些工作介質(zhì)在所述的各組件構(gòu)成的閉路中循環(huán)，其特征在于所述的多級熱力循環(huán)中至少有一個子循環(huán)所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使該熱力子循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行，并且循環(huán)組件中的透平是一個帶有多個進汽口的透平和/或循環(huán)組件中的壓縮機是一個帶有多個進汽口的壓縮機和/或是一個帶有多個排汽口的壓縮機。
全文摘要
一種按單級正向和/或單級逆向顧氏熱力循環(huán)方式工作的熱工裝置，如熱流體發(fā)電、熱泵、制冷及空調(diào)裝置，它可由蒸發(fā)器、透平和/或壓縮機、冷凝器及泵和/或膨脹閥(或膨脹機)等組件構(gòu)成，并使用一些工質(zhì)在所述的閉路中循環(huán)，其特征是所使用的工質(zhì)為第三類工質(zhì)，從而使所述熱力循環(huán)中的蒸發(fā)換熱過程曲線和冷凝換熱過程曲線彼此不平行，這種單級顧氏子循環(huán)還可與其它的顧氏子循環(huán)、勞倫茲子循環(huán)等相結(jié)合，構(gòu)成多級顧氏循環(huán)。
文檔編號F25B29/00GK1036246SQ8910037
公開日1989年10月11日 申請日期1989年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月28日
發(fā)明者顧雛軍 申請人:顧雛軍