逆向单工质蒸汽联合循环的制作方法

制冷或冷却;气体的液化或固化装置的制造及其应用技术：1.本发明属于热力学、制冷与热泵技术领域。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；其中，利用机械能转换为热能是实现制冷和高效供热的重要方式。一般情况下，制冷时冷却介质的温度是变化的，制热时被加热介质的温度往往也是变化的；利用机械能制热时，很多时候被加热介质同时具有变温和高温双重特点，这使得采用单一热力循环理论实现制冷或供热时性能指数不合理；这些存在的问题是——性能指数不合理，供热参数不高，压缩比较高，工作压力太大。3.从基础理论看，长久以来存在重大不足：(1)采用逆向朗肯循环为理论基础的蒸汽压缩式制冷或热泵循环，放热主要依靠冷凝过程，导致放热时工质与被加热介质之间温差损失大；同时，冷凝液的降压过程损失较大或利用代价高；采用超临界工况时，压缩比较高，使得压缩机的制造代价大，安全性降低等。(2)采用逆向布雷顿循环为理论基础的气体压缩式制冷或热泵循环，要求压缩比较低，这限制了供热参数的提高；同时，低温过程是变温的，这使得制冷或制热时低温环节往往存在较大的温差损失，性能指数不理想。4.在热科学基础理论体系中，热力循环的创建及发展应用将对能源利用的飞跃起到重大作用，将积极推动社会进步和生产力发展；其中，逆向热力循环是机械能制冷或制热利用装置的理论基础，也是相关能源利用系统的核心。针对长久以来存在的问题，从简单、主动和高效地利用机械能进行制冷或制热的原则出发，力求为制冷或热泵装置的简单、主动和高效提供基本理论支撑，本发明提出了逆向单工质蒸汽联合循环。技术实现要素：5.本发明主要目的是要提供逆向单工质蒸汽联合循环，具体技术实现要素：分项阐述如下：6.1.逆向单工质蒸汽联合循环，是指由m1千克和m2千克组成的工质，分别或共同进行的九个过程——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热过程23，(m1+m2)千克工质升压过程34，(m1+m2)千克工质放热过程45，m2千克工质放热过程56，m2千克工质降压过程62，m1千克工质升压过程57，m1千克工质放热冷凝过程78，m1千克工质降压过程81——组成的闭合过程。7.2.逆向单工质蒸汽联合循环，是指由m1千克和m2千克组成的工质，分别或共同或部分进行的十二个过程——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热过程23，(m1+m2-x)千克工质吸热过程34，(m1+m2-x)千克工质升压过程45，(m1+m2-x)千克工质放热过程56，x千克工质升压过程36，(m1+m2)千克工质放热过程67，m2千克工质放热过程78，m2千克工质降压过程82，m1千克工质升压过程79，m1千克工质放热冷凝过程9c，m1千克工质降压过程c1——组成的闭合过程。8.3.逆向单工质蒸汽联合循环，是指由m1千克和m2千克组成的工质，分别或共同进行的十一个过程——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热过程23，(m1+m2)千克工质升压过程34，(m1+m2)千克工质放热过程45，m2千克工质放热过程56，m2千克工质降压过程6a，m2千克工质吸热过程ab，m2千克工质降压过程b2，m1千克工质升压过程57，m1千克工质放热冷凝过程78，m1千克工质降压过程81——组成的闭合过程。9.4.逆向单工质蒸汽联合循环，是指由m1千克和m2千克组成的工质，分别或共同或部分进行的十四个过程——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热过程23，(m1+m2-x)千克工质吸热过程34，(m1+m2-x)千克工质升压过程45，(m1+m2-x)千克工质放热过程56，x千克工质升压过程36，(m1+m2)千克工质放热过程67，m2千克工质放热过程78，m2千克工质降压过程8a，m2千克工质吸热过程ab，m2千克工质降压过程b2，m1千克工质升压过程79，m1千克工质放热冷凝过程9c，m1千克工质降压过程c1——组成的闭合过程。10.5.逆向单工质蒸汽联合循环，是指由m1千克和m2千克组成的工质，分别或共同进行的十三个过程——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热过程23，(m1+m2)千克工质升压过程34，(m1+m2)千克工质放热过程45，(m2-m)千克工质放热过程56，(m2-m)千克工质降压过程6t，m2千克工质降压过程t2，(m1+m)千克工质升压过程57，(m1+m)千克工质放热冷凝过程7r，m千克工质降压过程rs，m千克工质吸热汽化过程st，m1千克工质放热过程r8，m1千克工质降压过程81——组成的闭合过程。11.6.逆向单工质蒸汽联合循环，是指由m1千克和m2千克组成的工质，分别或共同或部分进行的十六个过程——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热过程23，(m1+m2-x)千克工质吸热过程34，(m1+m2-x)千克工质升压过程45，(m1+m2-x)千克工质放热过程56，x千克工质升压过程36，(m1+m2)千克工质放热过程67，(m2-m)千克工质放热过程78，(m2-m)千克工质降压过程8t，m2千克工质降压过程t2，(m1+m)千克工质升压过程79，(m1+m)千克工质放热冷凝过程9r，m千克工质降压过程rs，m千克工质吸热汽化过程st，m1千克工质放热过程rc，m1千克工质降压过程c1——组成的闭合过程。附图说明：12.图1是依据本发明所提供的逆向单工质蒸汽联合循环第1种原则性流程示例图。13.图2是依据本发明所提供的逆向单工质蒸汽联合循环第2种原则性流程示例图。14.图3是依据本发明所提供的逆向单工质蒸汽联合循环第3种原则性流程示例图。15.图4是依据本发明所提供的逆向单工质蒸汽联合循环第4种原则性流程示例图。16.图5是依据本发明所提供的逆向单工质蒸汽联合循环第5种原则性流程示例图。17.图6是依据本发明所提供的逆向单工质蒸汽联合循环第6种原则性流程示例图。具体实施方式：18.首先要说明的是，在流程的表述上，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详细描述本发明。19.图1所示t-s图中的逆向单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的：20.(1)从循环过程上看：21.工作介质进行——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热升温过程23，(m1+m2)千克工质升压升温过程34，(m1+m2)千克工质放热降温过程45，m2千克工质放热降温过程56，m2千克工质降压膨胀过程62，m1千克工质升压升温过程57，m1千克工质放热降温、液化和冷凝液放热降温过程78，m1千克工质冷凝液降压过程81——共9个过程。22.(2)从能量转换上看：23.①放热过程——一般地，(m1+m2)千克工质进行45过程的放热，m1千克工质进行78过程的放热，以及m2千克工质进行56过程的放热，其高温部分一般用于被加热介质，低温部分一般用于(m1+m2)千克工质进行23过程的热需求。24.②吸热过程——一般地，m1千克工质进行12过程获取低温热负荷，由被制冷介质或低温热源来提供，其过热部分或可由冷凝液的回热来满足；(m1+m2)千克工质进行23过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者一部分用于获取低温热负荷而另一部分由回热来满足，或者全部由回热来满足。25.③能量转换过程——(m1+m2)千克工质进行34过程和m1千克工质进行57过程，一般由压缩机来完成，需要机械能；m2千克工质进行62过程由膨胀机来完成并提供机械能，m1千克工质进行81过程可由涡轮机或节流阀来完成；降压膨胀作功小于升压耗功，不足部分(循环净功)由外部提供，形成逆向单工质蒸汽联合循环。26.图2所示t-s图中的逆向单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的：27.(1)从循环过程上看：28.工作介质进行——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热升温过程23，(m1+m2-x)千克工质吸热升温过程34，(m1+m2-x)千克工质升压升温过程45，(m1+m2-x)千克工质放热降温过程56，x千克工质升压升温过程36，(m1+m2)千克工质放热降温过程67，m2千克工质放热降温过程78，m2千克工质降压膨胀过程82，m1千克工质升压升温过程79，m1千克工质放热降温、液化和冷凝液放热降温过程9c，m1千克工质冷凝液降压过程c1——共12个过程。29.(2)从能量转换上看：30.①放热过程——(m1+m2-x)千克工质进行56过程的放热，(m1+m2)千克工质进行67过程的放热，m1千克工质进行9c过程的放热，以及m2千克工质进行78过程的放热，其高温部分一般用于被加热介质，低温部分一般用于(m1+m2)千克工质进行23过程和(m1+m2-x)千克工质进行34过程的热需求。31.②吸热过程——一般地，m1千克工质进行12过程获取低温热负荷，由被制冷介质或低温热源来提供，其过热部分或可由冷凝液的回热来满足；(m1+m2)千克工质进行23过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足；(m1+m2-x)千克工质进行34过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足。32.③能量转换过程——(m1+m2-x)千克工质进行45过程、x千克工质进行36过程和m1千克工质进行79过程，一般由压缩机来完成，需要机械能；m2千克工质进行82过程由膨胀机来完成并提供机械能，m1千克工质进行c1过程可由涡轮机或节流阀来完成；降压膨胀作功小于升压耗功，不足部分(循环净功)由外部提供，形成逆向单工质蒸汽联合循环。33.图3所示t-s图中的逆向单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的：34.(1)从循环过程上看：35.工作介质进行——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热升温过程23，(m1+m2)千克工质升压升温过程34，(m1+m2)千克工质放热降温过程45，m2千克工质放热降温过程56，m2千克工质降压膨胀过程6a，m2千克工质吸热升温ab，m2千克工质降压膨胀过程b2，m1千克工质升压升温过程57，m1千克工质放热降温、液化和冷凝液放热降温过程78，m1千克工质冷凝液降压过程81——共11个过程。36.(2)从能量转换上看：37.①放热过程——一般地，(m1+m2)千克工质进行45过程的放热，m1千克工质进行78过程的放热，以及m2千克工质进行56过程的放热，其高温部分用于被加热介质，低温部分用于(m1+m2)千克工质进行23过程、m2千克工质进行ab过程的热需求(回热)。38.②吸热过程——一般地，m1千克工质进行12过程获取低温热负荷，由被制冷介质或低温热源来提供，其过热部分或可由冷凝液的回热来满足；(m1+m2)千克工质进行23过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足；m2千克工质进行ab过程的吸热，可由回热来满足，或者由外部热源来满足。39.③能量转换过程——(m1+m2)千克工质进行34过程和m1千克工质进行57过程，一般由压缩机来完成，需要机械能；m2千克工质进行6a、b2两过程由膨胀机来完成并提供机械能，m1千克工质进行81过程可由涡轮机或节流阀来完成；降压膨胀作功小于升压耗功，不足部分(循环净功)由外部提供，形成逆向单工质蒸汽联合循环。40.图4所示t-s图中的逆向单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的：41.(1)从循环过程上看：42.工作介质进行——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热升温过程23，(m1+m2-x)千克工质吸热升温过程34，(m1+m2-x)千克工质升压升温过程45，(m1+m2-x)千克工质放热降温过程56，x千克工质升压升温过程36，(m1+m2)千克工质放热降温过程67，m2千克工质放热降温过程78，m2千克工质降压膨胀过程8a，m2千克工质吸热升温ab，m2千克工质降压膨胀过程b2，m1千克工质升压升温过程79，m1千克工质放热降温、液化和冷凝液放热降温过程9c，m1千克工质冷凝液降压过程c1——共14个过程。43.(2)从能量转换上看：44.①放热过程——(m1+m2-x)千克工质进行56过程的放热，(m1+m2)千克工质进行67过程的放热，m1千克工质进行9c过程的放热，以及m2千克工质进行78过程的放热，其高温部分一般用于被加热介质，低温部分一般用于(m1+m2)千克工质进行23过程、(m1+m2-x)千克工质进行34过程和m2千克工质进行ab过程的热需求。45.②吸热过程——一般地，m1千克工质进行12过程获取低温热负荷，由被制冷介质或低温热源来提供，其过热部分或可由冷凝液的回热来满足；(m1+m2)千克工质进行23过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足；(m1+m2-x)千克工质进行34过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足；m2千克工质进行ab过程的吸热，可由回热来满足，或者由外部热源来满足。46.③能量转换过程——(m1+m2-x)千克工质进行45过程、x千克工质进行36过程和m1千克工质进行79过程，一般由压缩机来完成，需要机械能；m2千克工质进行8a、b2过程由膨胀机来完成并提供机械能，m1千克工质进行c1过程可由涡轮机或节流阀来完成；降压膨胀作功小于升压耗功，不足部分(循环净功)由外部提供，形成逆向单工质蒸汽联合循环。47.图5所示t-s图中的逆向单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的：48.(1)从循环过程上看：49.工作介质进行——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热升温过程23，(m1+m2)千克工质升压升温过程34，(m1+m2)千克工质放热降温过程45，(m2-m)千克工质放热降温过程56，(m2-m)千克工质降压膨胀过程6t，m2千克工质降压膨胀过程t2，(m1+m)千克工质升压升温过程57，(m1+m)千克工质放热降温、液化和冷凝液放热降温过程7r，m千克工质降压过程rs，m千克工质吸热、汽化和过热过程st，m1千克工质冷凝液放热降温过程r8，m1千克工质冷凝液降压过程81——共13个过程。50.(2)从能量转换上看：51.①放热过程——一般地，(m1+m2)千克工质进行45过程的放热，(m1+m)千克工质进行7r过程的放热，m1千克工质冷凝液进行r8过程的放热，以及(m2-m)千克进行56过程的放热，其高温部分用于被加热介质，低温部分用于(m1+m2)千克工质进行23过程、m千克工质进行st过程的热需求(回热)。52.②吸热过程——一般地，m1千克工质进行12过程获取低温热负荷，由被制冷介质或低温热源来提供，其过热部分或可由冷凝液的回热来满足；(m1+m2)千克工质进行23过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足；m千克工质进行st过程的吸热，一般由回热来满足。53.③能量转换过程——(m1+m2)千克工质进行34过程和(m1+m)千克工质进行57过程，一般由压缩机来完成，需要机械能；(m2-m)千克工质降压膨胀过程6t和m2千克工质降压膨胀过程t2由膨胀机来完成并提供机械能，m千克工质进行rs过程和m1千克工质进行81过程可由涡轮机或节流阀来完成；降压膨胀作功小于升压耗功，不足部分(循环净功)由外部提供，形成逆向单工质蒸汽联合循环。54.图6所示t-s图中的逆向单工质蒸汽联合循环示例是这样进行的：55.(1)从循环过程上看：56.工作介质进行——m1千克工质吸热汽化过程12，(m1+m2)千克工质吸热升温过程23，(m1+m2-x)千克工质吸热升温过程34，(m1+m2-x)千克工质升压升温过程45，(m1+m2-x)千克工质放热降温过程56，x千克工质升压升温过程36，(m1+m2)千克工质放热降温过程67，(m2-m)千克工质放热降温过程78，(m2-m)千克工质降压膨胀过程8t，m2千克工质降压膨胀过程t2，(m1+m)千克工质升压升温过程79，(m1+m)千克工质放热降温、液化和冷凝液放热降温过程9r，m千克工质降压过程rs，m千克工质吸热、汽化和过热过程st，m1千克工质冷凝液放热降温过程rc，m1千克工质冷凝液降压过程c1——共16个过程。57.(2)从能量转换上看：58.①放热过程——(m1+m2-x)千克工质进行56过程的放热，(m1+m2)千克工质进行67过程的放热，(m1+m)千克工质进行9r过程的放热，m2千克工质进行78过程的放热，以及m1千克工质冷凝液进行rc过程的放热，其高温部分一般用于被加热介质，低温部分一般用于(m1+m2)千克工质进行23过程、(m1+m2-x)千克工质进行34过程和m千克工质进行st过程的热需求。59.②吸热过程——一般地，m1千克工质进行12过程获取低温热负荷，由被制冷介质或低温热源来提供，其过热部分或可由冷凝液的回热来满足；(m1+m2)千克工质进行23过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足；(m1+m2-x)千克工质进行34过程的吸热，可用于获取低温热负荷，或者部分用于获取低温热负荷而部分由回热来满足，或者全部由回热来满足；m千克工质进行st过程的吸热，可由回热来满足。60.③能量转换过程——(m1+m2-x)千克工质进行45过程、x千克工质进行36过程和(m1+m)千克工质进行79过程，一般由压缩机来完成，需要机械能；(m2-m)千克工质降压膨胀过程8t和m2千克工质降压膨胀过程t2由膨胀机来完成并提供机械能，m千克工质进行rs过程和m1千克工质进行c1过程可由涡轮机或节流阀来完成；降压膨胀作功小于升压耗功，不足部分(循环净功)由外部提供，形成逆向单工质蒸汽联合循环。61.本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的逆向单工质蒸汽联合循环，具有如下效果和优势：62.(1)创建机械能制冷与制热利用(能差利用)基础理论。63.(2)消除或较大幅度减少相变放热过程的热负荷，相对增加高温段放热负荷，实现逆向循环性能指数合理化。64.(3)工质参数范围得到大幅度扩展，实现高效高温供热。65.(4)为降低工作压力和提高装置安全性提供理论基础。66.(5)降低循环压缩比，为核心设备的选取和制造提供方便。67.(6)方法简单，流程合理，适用性好，是实现能差有效利用的共性技术。68.(7)单一工质，有利于生产和储存；降低运行成本，提高循环调节的灵活性69.(8)过程共用，减少过程，为减少设备投资提供理论基础。70.(9)在高温区或变温区，有利于降低放热环节的温差传热损失，提高性能指数。71.(10)在高温供热区采取低压运行方式，缓解或解决传统制冷与热泵装置中性能指数、循环介质参数与管材耐压耐温性能之间的矛盾。72.(11)在实现高性能指数前提下，可选择低压运行，为提高装置运行安全性提供理论支撑。73.(12)工质适用范围广，能够很好地适应供能需求，工质与工作参数之间匹配灵活。74.(13)扩展了机械能进行冷热高效利用的热力循环范围，有利于更好地实现机械能在制冷、高温供热和变温供热领域的高效利用。









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