技术领域
[0001] 本
发明涉及
热能与动力领域，特别是一种间冷
热力循环系统。
背景技术
[0002] 无论以制冷为目的的
热力学循环还是以输出动力为目的的热力学循环，要想提高它的效率，在压缩过程中进行冷却是十分有效的，因此需要发明一种包括多级间
冷压缩和单级膨胀的热力循环系统。
发明内容
[0003] 为了解决上述
现有技术中存在的问题，本发明提出的技术方案如下：
[0004] 方案1：一种间冷热力循环系统，包括多级
压缩机构和单级膨胀做功机构，在所述多级压缩机构的至少一个级间的连通通道上设级间排热器，所述多级压缩机构的工质出口经加热器与所述单级膨胀做功机构的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构的工质出口经吸热器与所述多级压缩机构的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构对所述多级压缩机构输出动力。
[0005] 方案2：在方案1的
基础上，所述间冷热力循环系统还包括附属膨胀做功机构，在所述多级压缩机构的至少一个级间的连通通道上设工质导出口，所述工质导出口与所述附属膨胀做功机构的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构的工质出口经附属吸热器与所述多级压缩机构的工质入口连通。
[0006] 方案3：在方案2的基础上，在所述工质导出口和所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设附属排热器。
[0007] 方案4：在方案1至3中任一项方案的基础上，所述多级压缩机构设为速度型多级压缩机构，或所述多级压缩机构设为容积型多级压缩机构。
[0008] 方案5：在方案1至4中任一项方案的基础上，所述单级膨胀做功机构设为速度型单级膨胀做功机构，或所述单级膨胀做功机构设为容积型单级膨胀做功机构。
[0009] 方案6：在方案1至5中任一项方案的基础上，所述单级膨胀做功机构对外输出动力。
[0010] 方案7：在方案1至5中任一项方案的基础上，所述单级膨胀做功机构对发
电机输出动力。
[0011] 方案8：一种间冷热力循环系统，包括多级压缩机构和喷管推进
转子做功机构，在所述多级压缩机构的至少一个级间的连通通道上设级间排热器，所述多级压缩机构的工质出口经加热器与所述喷管推进转子做功机构的工质入口连通，所述喷管推进转子做功机构的工质出口经压胀排热器与所述多级压缩机构的工质入口连通，所述喷管推进转子做功机构对所述多级压缩机构输出动力。
[0012] 方案9：在方案8的基础上，所述间冷热力循环系统还包括附属膨胀做功机构，在所述多级压缩机构的至少一个级间的连通通道上设工质导出口，所述工质导出口与所述附属膨胀做功机构的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构的工质出口经附属吸热器与所述多级压缩机构的工质入口连通。
[0013] 方案10：在方案9的基础上，在所述工质导出口和所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设附属排热器。
[0014] 方案11：一种间冷热力循环系统，包括多级压缩机构和单级膨胀做功机构，在所述多级压缩机构的至少一个级间的连通通道上设级间排热器，所述多级压缩机构的工质出口经加热器与所述单级膨胀做功机构的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构的工质出口经压胀排热器与所述多级压缩机构的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构对所述多级压缩机构输出动力。
[0015] 方案12：在方案11的基础上，所述间冷热力循环系统还包括附属膨胀做功机构，在所述多级压缩机构的至少一个级间的连通通道上设工质导出口，所述工质导出口与所述附属膨胀做功机构的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构的工质出口经附属吸热器与所述多级压缩机构的工质入口连通。
[0016] 方案13：在方案12的基础上，在所述工质导出口和所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设附属排热器。
[0017] 方案14：在方案11至13中任一项方案的基础上，所述单级膨胀做功机构设为速度型单级膨胀做功机构，或所述单级膨胀做功机构设为容积型单级膨胀做功机构。
[0018] 方案15：在方案11至14中任一项方案的基础上，所述单级膨胀做功机构对外输出动力。
[0019] 方案16：在方案11至14中任一项方案的基础上，所述单级膨胀做功机构对发电机输出动力。
[0020] 方案17：在方案8至16中任一项方案的基础上，所述多级压缩机构设为速度型多级压缩机构，或所述多级压缩机构设为容积型多级压缩机构。
[0021] 方案18：在上述任一设置所述附属膨胀做功机构的方案的基础上，在所述工质导出口和所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设控制
阀。
[0022] 方案19：上述任一方案的基础上，所述间冷热力循环系统的循环工质设为二
氧化
碳、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、
烃类化合物或设为空气。
[0023] 方案20：在方案1至18中任一项方案的基础上，所述间冷热力循环系统的循环工质设为二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物和空气中的两种或三种以上物质的混合物。
[0024] 本发明中，所谓的“多级压缩机构”是指一切可以对气体进行多级压缩的机构，包括速度型多级压缩机构和容积型多级压缩机构，例如，轴流式
气体压缩机、径流式气体压缩机、罗茨气体压缩机、螺杆式气体压缩机、
活塞式气体压缩机等，所谓的“多级”是指两级以上，所述多级压缩机构是指两个以上压缩级
串联设置，而其旋
转轴可共轴也可非共轴设置的压缩机构。
[0025] 本发明中，所谓的“单级膨胀做功机构”是指以输出动力为目的的膨胀做功机构，包括速度型膨胀做功机构和容积型膨胀做功机构，例如轴流透平、径流透平（含
涡轮）、活塞式膨胀做功机构、螺杆式膨胀做功机构、罗茨式膨胀做功机构等。
[0026] 本发明中，所述喷管推进转子做功机构包括工质回收壳和设置在旋转结构体上的喷管。
[0027] 本发明中，所谓的“喷管推进转子做功机构”是指工质通
过喷管喷射形成旋转动力的机构，包括所述喷管做旋转运动对外输出动力的机构，所述喷管做旋转运动对外输出动力的同时由所述喷管喷射出的高速
流体推动
叶轮机构旋转对外做功的机构和所述喷管静止由所述喷管喷射出的高速流体推动叶轮机构旋转对外做功的机构；所述叶轮机构可以是径流叶轮机构也可以是轴流叶轮机构，所述叶轮机构可以是单级也可以是多级；所述喷管推进转子做功机构可以选择性地选择：包括工质回收壳和设置在旋转结构体上的喷管构成的机构，低熵轮机，超音速转子
发动机以及其它由喷管喷射形成旋转动力的径流机构和轴流机构，所述喷管选择性地设为拉瓦尔喷管。
[0028] 本发明中，所谓的“吸热器”是指以制冷为目的，工质自外部吸热的
热交换器。
[0029] 本发明中，所述吸热器和所述附属吸热器都是吸热器，名称不同只是为了区分而加以定义的。
[0030] 本发明中，所谓的“排热器”是指将气体工质的热量对外排放的装置，可以是
散热器，也可以是以降温为目的的热交换器即冷却器等，在需要对外供热时可选择性地采用热交换器的形式。
[0031] 本发明中，所述级间排热器、所述附属排热器和所述压胀排热器均是排热器，只是为了对其所在的
位置进行区分而定义的，例如所述压胀排热器是指设置在膨胀做功机构与压缩机构之间的连通通道上的排热器。
[0032] 本发明中，所述附属膨胀做功机构可以对所述多级压缩机构输出动力，也可对外输出动力。
[0033] 本发明中，当所述多级压缩机构采用速度型多级压缩机构，比如多级叶轮
压气机的情况下，在选择工质时，应综合考虑工质的绝热指数、分子量和热导率，在有些情况下，某一种物质的热导率很高，但其分子量小，由于分子量小会影响叶轮式压气机的压比，例如氦气；另一种物质的热导率低但其分子量大，有利于提高叶轮式压气机的压比，例如氪气、氙气，在这种情况下，我们可以选择氦气和氪气的混合物、氦气和氙气的混合物或氦气、氪气和氙气的混合物，这样以统筹压比和热导率，使压比和热导率都达到可以接受的程度。
[0034] 本发明中，所述间冷热力循环系统的循环工质设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物和空气中的两种或三种以上物质的混合物的目的是为了统筹压比、热导率和绝热指数，使压比、绝热指数和热导率都达到可以接受的程度。
[0035] 本发明中，由于有以输出动力为目的的热力学循环，因此希望加热时工质处于较高的压力，尤其是在选用速度型多级压缩机构时，应当注重工质选择，可选择性地选择的值小于80公斤力·米/公斤·K的工质。
[0036] 本发明中 是气体工质的绝热指数，一般说来单
原子为1.67，双原子为1.4，
过热水蒸气为1.3，随着气体分子结构复杂化而减少，例如：氟利昂R123为1.15。
[0037] 本发明中 是气体常数，不同于人们更为熟知的摩尔气体常数 ，值为8.3145，且不仅与气体状态无关，也与气体的种类无关，而 则不同， 的值与气体状态无关，但与气体的种类有关， 的计算方式为： ，其中 为气体的分子量，过热水蒸气的 值为47公斤力·米/公斤·K。
[0039] 本发明中，可选择性地选择氟气、氯气、溴气、碘气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气、氟利昂R123、氟利昂R245A、氟利昂R134A、氟利昂R22、氟利昂R32、氟利昂R125、氟利昂R152A、氟利昂R142B、氟利昂R415B、氟利昂R418A、四氯化碳、氯仿、满足 的值小于80公斤力·米/公斤·K的限定条件的溴烷烃或选择满足 的值小于80公斤力·米/公斤·K的限定条件的气体混合物作为工质，还可以选择地充入的 的值小于80公斤力·米/公斤·K的氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物和空气中的两种或三种以上物质的混合物作为工质。
[0040] 本发明中，采用单一工质同时进行制冷循环和动力循环。
[0041] 本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。
[0042] 本发明中，应根据制热动力和制冷领域的公知技术，在必要的地方设置
控制阀、
传感器、隔
热层等。
[0043] 本发明的有益效果如下：
[0044] 本发明所述间冷热力循环系统的结构简单、效率高、可实现以热
制动力，以热制冷制热或以热实现冷、热、电三联供。
[0046] 图1所示的是本发明
实施例1的结构示意图；
[0047] 图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；
[0048] 图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；
[0049] 图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；
[0050] 图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；
[0051] 图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；
[0052] 图7所示的是本发明实施例7的结构示意图；
[0053] 图8所示的是本发明实施例8的结构示意图；
[0054] 图9所示的是本发明实施例9的结构示意图；
[0055] 图10所示的是本发明实施例10的结构示意图；
[0056] 图11所示的是本发明实施例11的结构示意图；
[0057] 图12所示的是本发明实施例12的结构示意图；
[0058] 图13所示的是本发明实施例13的结构示意图；
[0059] 图14所示的是本发明实施例14的结构示意图；
[0060] 图15所示的是本发明实施例15的结构示意图；
[0061] 图中：
[0062] 1多级压缩机构、2单级膨胀做功机构、3加热器、4吸热器、41附属吸热器、51级间排热器、52压胀排热器、53附属排热器、101工质导出口、8控制阀、9喷管推进转子做功机构、11叶轮式压缩机构、12叶轮式压缩机构、13附属涡轮式膨胀做功机构、21涡轮式膨胀做功机构、110两级压缩机构。
具体实施方式
[0063] 实施例1
[0064] 如图1所示的间冷热力循环系统，包括多级压缩机构1和单级膨胀做功机构2，在所述多级压缩机构1的至少一个级间的连通通道上设级间排热器51，所述多级压缩机构1的工质出口经加热器3与所述单级膨胀做功机构2的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构2的工质出口经吸热器4与所述多级压缩机构1的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构2对所述多级压缩机构1输出动力，本实施例中，所述多级压缩机构1设为两级，具体地设为速度型两级压缩机构，所述单级膨胀做功机构2设为速度型单级膨胀做功机构。
[0065] 作为可以变换的实施方式，本实施例中以及下述所有包括所述多级压缩机构1的实施方式中，均可选择性地将所述多级压缩机构1可改设为容积型两级压缩机构，例如两级螺杆式气体压缩机、两级活塞式气体压缩机等等。
[0066] 作为可以变换的实施方式，本实施例中以及其他所有包括所述单级膨胀做功机构2的实施方式中，均可选择性地将所述单级膨胀做功机构2改设为容积型单级膨胀做功机构，例如活塞式膨胀做功机构、螺杆式膨胀做功机构等。
[0067] 作为可以变换的实施方式，本实施例中以及其它所有包括所述多级压缩机构1的实施方式中，所述多级压缩机构1还可改设为三级以上，并选择性地将所述多级压缩机构1设为速度型多级压缩机构或设为容积型多级压缩机构。
[0068] 实施例2
[0069] 如图2所示的间冷热力循环系统，其在实施例1的基础上：所述多级压缩机构1设为包括叶轮式压缩机构11和叶轮式压缩机构12的两级压缩机构110，所述单级膨胀做功机构2设为涡轮式膨胀做功机构21，所述涡轮式膨胀做功机构21对外输出动力。
[0070] 作为可以变换的实施方式，所述单级膨胀做功机构2还可选择性地对发电机输出动力。
[0071] 实施例3
[0072] 如图3所示的间冷热力循环系统，其在实施例2的基础上：所述间冷热力循环系统还包括附属膨胀做功机构，具体地设为附属涡轮式膨胀做功机构13，在所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12之间的连通通道上设工质导出口101，所述工质导出口101与所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口连通，所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质出口经附属吸热器41与所述两级压缩机构110的工质入口连通，所述附属涡轮式膨胀做功机构13对所述两级压缩机构110输出动力。
[0073] 作为可以变换的实施方式，所述附属涡轮式膨胀做功机构13可选择性地不对所述两级压缩机构110输出动力，还可选择性地对外输出动力。
[0074] 作为可以变换的实施方式，所述吸热器4和所述附属吸热器41可选择性的一体化设置，即所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质出口和所述单级膨胀做功机构2的工质出口经同一吸热器与所述多级压缩机构1的工质入口连通。
[0075] 实施例4
[0076] 如图4所示的间冷热力循环系统，在实施例3的基础上，在所述工质导出口101和所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口之间的连通通道上设附属排热器53，在所述工质导出口101和所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口之间的连通通道上设控制阀8。
[0077] 实施例1、实施例2、实施例3及实施例4及其可变换的实施方式的所述间冷热力循环系统中，所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12的
旋转轴共轴设置。
[0078] 实施例5
[0079] 如图5所示的间冷热力循环系统，其与实施例2的区别在于：所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12的旋转轴非共轴设置。
[0080] 实施例6
[0081] 如图6所示的间冷热力循环系统，包括多级压缩机构1和喷管推进转子做功机构9，在所述多级压缩机构1的至少一个级间的连通通道上设级间排热器51，所述多级压缩机构1的工质出口经加热器3与所述喷管推进转子做功机构9的工质入口连通，所述喷管推进转子做功机构9的工质出口经压胀排热器52与所述多级压缩机构1的工质入口连通，所述喷管推进转子做功机构9对所述多级压缩机构1输出动力，本实施例中，所述多级压缩机构1设为两级，具体地设为速度型两级压缩机构。
[0082] 实施例7
[0083] 如图7所示的间冷热力循环系统，其在实施例6的基础上：所述多级压缩机构1设为包括叶轮式压缩机构11和叶轮式压缩机构12的两级压缩机构110。
[0084] 实施例8
[0085] 如图8所示的间冷热力循环系统，其在实施例7的基础上：所述间冷热力循环系统还包括附属膨胀做功机构，具体地设为附属涡轮式膨胀做功机构13，在所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12之间的连通通道上设工质导出口101，所述工质导出口101与所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口连通，所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质出口经附属吸热器41与所述两级压缩机构110的工质入口连通，所述附属涡轮式膨胀做功机构13对外输出动力。
[0086] 作为可以变换的实施方式，所述附属涡轮式膨胀做功机构13可选择性地不对外输出动力，还可选择性地对所述两级压缩机构110输出动力。
[0087] 实施例9
[0088] 如图9所示的间冷热力循环系统，在实施例8的基础上，在所述工质导出口101和所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口之间的连通通道上设附属排热器53，在所述工质导出口101和所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口之间的连通通道上设控制阀8。
[0089] 实施例6、实施例7、实施例8及实施例9及其可变换的实施方式的所述间冷热力循环系统中，所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12的旋转轴共轴设置。
[0090] 实施例10
[0091] 如图10所示的间冷热力循环系统，其与实施例7的区别在于：所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12的旋转轴非共轴设置。
[0092] 实施例11
[0093] 如图11所示的间冷热力循环系统，包括多级压缩机构1和单级膨胀做功机构2，在所述多级压缩机构1的至少一个级间的连通通道上设级间排热器51，所述多级压缩机构1的工质出口经加热器3与所述单级膨胀做功机构2的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构2的工质出口经压胀排热器52与所述多级压缩机构1的工质入口连通，所述单级膨胀做功机构2对所述多级压缩机构1输出动力，本实施例中，所述多级压缩机构1设为两级，具体地设为速度型两级压缩机构，所述单级膨胀做功机构2设为速度型单级膨胀做功机构。
[0094] 实施例12
[0095] 如图12所示的间冷热力循环系统，其在实施例11的基础上：所述多级压缩机构1设为包括叶轮式压缩机构11和叶轮式压缩机构12的两级压缩机构110，所述单级膨胀做功机构2设为涡轮式膨胀做功机构21，所述涡轮式膨胀做功机构21对外输出动力。
[0096] 作为可以变换的实施方式，所述单级膨胀做功机构2还可选择性地对发电机输出动力。
[0097] 实施例13
[0098] 如图13所示的间冷热力循环系统，其在实施例12的基础上：所述间冷热力循环系统还包括附属膨胀做功机构，具体地设为附属涡轮式膨胀做功机构13，在所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12之间的连通通道上设工质导出口101，所述工质导出口101与所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口连通，所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质出口经附属吸热器41与所述两级压缩机构110的工质入口连通，所述附属涡轮式膨胀做功机构13对所述两级压缩机构110输出动力。
[0099] 作为可以变换的实施方式，所述附属涡轮式膨胀做功机构13可选择性地不对所述两级压缩机构110输出动力，还可选择性地对外输出动力。
[0100] 实施例14
[0101] 如图14所示的间冷热力循环系统，在实施例13的基础上，在所述工质导出口101和所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口之间的连通通道上设附属排热器53，在所述工质导出口101和所述附属涡轮式膨胀做功机构13的工质入口之间的连通通道上设控制阀8。
[0102] 实施例11、实施例12、实施例13及实施例14及其可变换的实施方式的所述的间冷热力循环系统中，所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12的旋转轴共轴设置。
[0103] 实施例15
[0104] 如图15所示的间冷热力循环系统，其与实施例12的区别在于：所述叶轮式压缩机构11和所述叶轮式压缩机构12的旋转轴非共轴设置。
[0105] 本发明的上述部分实施方式中，限定了所述单级膨胀做功机构2可选择性地对外输出动力或对发电机输出动力，其他的实施方式也可选择性地使所述单级膨胀做功机构2对外输出动力或对发电机输出动力。
[0106] 本发明所有的将所述多级压缩机构1设为包括所述叶轮压缩式机构11和所述叶轮式压缩机构12的所述两级压缩机构110的实施方式，在具体实施时，组成所述多级压缩机构1的单个压缩机构不限于叶轮式压缩机构，而是可以根据具体的选择设为其它形式的速度型压缩机构。
[0107] 本发明所有的将所述单级膨胀做功机构2设为所述涡轮式膨胀做功机构21的实施方式在具体实施时，所述单级膨胀做功机构2可以不局限于所述涡轮式膨胀做功机构21，而可以改设成其它形式的速度型单级膨胀做功机构。
[0108] 本发明所有设置所述附属膨胀做功机构并未设置所述附属排热器53和所述控制阀8的实施方式，均可选择性在所述工质导出口101和所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设附属排热器53或设控制阀8。
[0109] 本发明上述实施方式中，给出了组成所述多级压缩机构1的单个压缩机构的旋转轴的两种设置方式：旋转轴共轴设置和旋转轴非共轴设置，上述各实施方式具体实施时，可根据需要选择其中的一种，不受上述实施例中
选定的设置方式的限制，也可选择部分共轴，部分不共轴，都不影响本发明目的的实现。
[0110] 本发明中，所有包括所述附属膨胀做功机构的实施方式中，均将所述附属膨胀做功机构设为了所述附属涡轮式膨胀做功机构13，作为可以变换的实施方式，所述附属膨胀做功机构可以改设为其它任何形式的膨胀做功机构，比如活塞式膨胀做功机构、螺杆式膨胀做功机构等等，且可选择性地使所述附属膨胀做功机构对所述多级压缩机构1输出动力和/或对外输出动力。
[0111] 本发明所有实施方式，具体实施时，所述间冷热力循环系统的循环工质可设为二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物或设为空气。
[0112] 本发明所有所述实施方式，具体实施时，所述间冷热力循环系统的循环工质可设为二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物和空气中的两种或三种以上物质的混合物。
[0113] 显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
