準卡諾發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱能與動力領(lǐng)域，公開了一種準卡諾發(fā)動機，包括多級壓縮機構(gòu)和多級膨脹做功機構(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(shè)級間排熱器，所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器與所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，在所述多級膨脹做功機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設(shè)級間加熱器，所述多級膨脹做功機構(gòu)對所述多級壓縮機構(gòu)輸出動力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、效率高。
【專利說明】準卡諾發(fā)動機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱能與動力領(lǐng)域，特別是一種準卡諾發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]在熱力循環(huán)中，卡諾循環(huán)是在兩個溫差下效率最高的熱力學(xué)循環(huán)，換句話說，在實際熱機條件下，在壓縮過程的前段中進行冷卻并在壓縮過程后段將工質(zhì)壓縮到溫度升高至機構(gòu)所能承受的最高溫度后，經(jīng)加熱等溫膨脹，再經(jīng)絕熱膨脹的循環(huán)方式是在機構(gòu)所能承受的最高溫度的條件下效率最高的熱力循環(huán)系統(tǒng)。因此，需要發(fā)明一種循環(huán)過程接近卡諾循環(huán)的發(fā)動機。

【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1:一種準卡諾發(fā)動機，包括多級壓縮機構(gòu)和多級膨脹做功機構(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(shè)級間排熱器，所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器與所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口與所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口連通，在所述多級膨脹做功機構(gòu)的至少一個級間的連通通道上設(shè)級間加熱器，所述多級膨脹做功機構(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(chǔ)上，進一步可選擇的，在所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口和所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)吸熱器。
[0005]方案3:在方案I的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，在所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口和所述多級壓縮機構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)壓脹排熱器。
[0006]方案4:在方案I至方案3中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述準卡諾發(fā)動機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(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口，所述工質(zhì)導(dǎo)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。
[0007]方案5:在方案4的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，在所述工質(zhì)導(dǎo)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(shè)附屬排熱器。
[0008]方案6:在方案4或方案5的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，在所述工質(zhì)導(dǎo)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(shè)控制閥。
[0009]方案7:在方案I至方案6中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述多級壓縮機構(gòu)設(shè)為速度型多級壓縮機構(gòu)，或所述多級壓縮機構(gòu)設(shè)為容積型多級壓縮機構(gòu)。
[0010]方案8:在方案I至方案7中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述多級膨脹做功機構(gòu)設(shè)為速度型多級膨脹做功機構(gòu)，或所述多級膨脹做功機構(gòu)設(shè)為容積型多級膨脹做功機構(gòu)。
[0011]方案9:在方案I至方案8中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述多級壓縮機構(gòu)的總壓比大于5。[0012]方案10:在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述多級膨脹做功機構(gòu)對外輸出動力。
[0013]方案11:在方案I至方案9中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述多級膨脹做功機構(gòu)對發(fā)電機輸出動力。
[0014]方案12:在方案I至方案11中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述準卡諾發(fā)動機的循環(huán)工質(zhì)設(shè)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(shè)為空氣。
[0015]方案13:在方案I至方案11中任一方案的基礎(chǔ)上，進一步可選擇的，所述準卡諾發(fā)動機的循環(huán)工質(zhì)設(shè)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設(shè)為三種以上物質(zhì)的混合物。
[0016]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、螺桿式氣體壓縮機或活塞式氣體壓縮機等，所謂“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(shè)置，而其旋轉(zhuǎn)軸可共軸也可非共軸設(shè)置。
[0017]本發(fā)明中，所謂的“多級膨脹做功機構(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)或羅茨式膨脹做功機構(gòu)等，所謂“多級”是指兩級以上，所述“多級膨脹做功機構(gòu)”是指兩個以上膨脹級串聯(lián)設(shè)置，而其旋轉(zhuǎn)軸可共軸也可非共軸設(shè)置。
[0018]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。
[0019]本發(fā)明中，所述吸熱器和所述附屬吸熱器都是吸熱器，名稱不同是為了區(qū)分而加以定義的。
[0020]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。
[0021]本發(fā)明中，所述附屬排熱器、所述級間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(shè)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。
[0022]本發(fā)明中，所述加熱器和所述級間加熱器都是加熱器，名稱不同是為了區(qū)分而加以定義的。
[0023]本發(fā)明中，所述附屬膨脹做功機構(gòu)和所述膨脹做功機構(gòu)都是膨脹做功機構(gòu)，名稱不同是為了區(qū)分而加以定義的。
[0024]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。
[0025]本發(fā)明中，在所述多級壓縮機構(gòu)設(shè)為三級，同時所述多級膨脹機構(gòu)也設(shè)為三級的結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的所述準卡諾發(fā)動機中的氣體工質(zhì)熱力學(xué)循環(huán)過程如圖10所示:A-B-C-D-E-F-G-H-1-A，其中，A-B是絕熱壓縮過程，B-C是恒壓放熱過程，C-D是絕熱壓縮過程,D-E是恒壓放熱過程，E-F是絕熱壓縮過程，F(xiàn)-G是恒壓加熱過程，G-H是絕熱膨脹過程，H-1是恒壓加熱過程，1-A是絕熱膨脹過程。
[0026]本發(fā)明中，當(dāng)所述多級壓縮機構(gòu)采用速度型壓縮機構(gòu)，比如葉輪壓氣機的情況下，在選擇工質(zhì)時，應(yīng)綜合考慮工質(zhì)的絕熱指數(shù)、分子量和熱導(dǎo)率；在有些情況下，某一種物質(zhì)的熱導(dǎo)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(dǎo)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，或氦氣和氪氣、氙氣的混合物，這樣以統(tǒng)籌壓比和熱導(dǎo)率，使壓比和熱導(dǎo)率都達到可以接受的程度。
[0027]本發(fā)明中，在所述多級壓縮機構(gòu)內(nèi)或在所述多級膨脹做功機構(gòu)內(nèi)，將所述工質(zhì)設(shè)為氦氣、氖氣、気氣、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)的混合物的目的是為了統(tǒng)籌壓比、熱導(dǎo)率和絕熱指數(shù)，使壓比、絕熱指數(shù)和熱導(dǎo)率都達到可以接受的程度。
[0028]本發(fā)明中，由于有以輸出動力為目的的熱力學(xué)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(yīng)當(dāng)注重工質(zhì)選擇，可選擇性地選擇
【權(quán)利要求】
1.一種準卡諾發(fā)動機，包括多級壓縮機構(gòu)(I)和多級膨脹做功機構(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(shè)級間排熱器(41)，所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)出口經(jīng)加熱器(3)與所述多級膨脹做功機構(gòu)(2)的工質(zhì)入口連通，所述多級膨脹做功機構(gòu)(2)的工質(zhì)出口與所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口連通，在所述多級膨脹做功機構(gòu)(2)的至少一個級間的連通通道上設(shè)級間加熱器(31)，所述多級膨脹做功機構(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所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:所述準卡諾發(fā)動機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(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口( 101 )，所述工質(zhì)導(dǎo)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(51)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所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:在所述工質(zhì)導(dǎo)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(shè)控制閥(8 )。
4.如權(quán)利要求2所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:在所述工質(zhì)導(dǎo)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(shè)附屬排熱器(43)。
5.如權(quán)利要求4所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:在所述工質(zhì)導(dǎo)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(shè)控制閥(8 )。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:在所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口和所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)吸熱器(5)。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:在所述多級膨脹做功機構(gòu)的工質(zhì)出口和所述多級壓縮機構(gòu)(I)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)壓脹排熱器(42)。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:所述多級壓縮機構(gòu)(I)設(shè)為速度型多級壓縮機構(gòu)，或所述多級壓縮機構(gòu)(I)設(shè)為容積型多級壓縮機構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:所述多級膨脹做功機構(gòu)(2)設(shè)為速度型多級膨脹做功機構(gòu)，或所述多級膨脹做功機構(gòu)(2)設(shè)為容積型多級膨脹做功機構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1至5中任一項所述準卡諾發(fā)動機，其特征在于:所述多級膨脹做功機構(gòu)(2)對外輸出動力。
【文檔編號】F02G1/043GK103775238SQ201410036403
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25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