自冷式熱力做功方法
【專利摘要】一種自冷式熱力做功方法，屬于熱能動(dòng)力領(lǐng)域，熱力系統(tǒng)的工質(zhì)從熱源吸熱做功，包括了工質(zhì)從低溫狀態(tài)升壓吸熱后成為動(dòng)力氣源的升溫過程、動(dòng)力氣源進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)后的膨脹做功過程，以及完成膨脹做功的低溫氣體工質(zhì)進(jìn)一步釋放熱量的排熱過程，熱力系統(tǒng)從升溫過程、膨脹做功過程到排熱過程后再到升溫過程后實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)過程，采用熱泵過程使完成膨脹做功的氣體工質(zhì)降溫或液化，熱泵過程釋放熱量時(shí)工質(zhì)的溫度或壓力參數(shù)小于動(dòng)力氣源最大參數(shù)，由膨脹做功過程吸收熱泵過程釋放的部分或全部熱量共同做功，采用了回?zé)徇^程使系統(tǒng)排熱最終由系統(tǒng)吸熱過程吸收，可實(shí)現(xiàn)各種高效率熱力循環(huán)及有實(shí)用性的空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)提出了新的噴射抽氣器及新的熱泵優(yōu)化系統(tǒng)降低成本。
【專利說明】自冷式熱力做功方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能動(dòng)力領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)基礎(chǔ)結(jié)論從來沒有被動(dòng)搖，但是遵守其規(guī)律熱力做功系統(tǒng)必須向低溫?zé)嵩磁艧岫偸窃斐删薮蟮哪茉蠢速M(fèi)，例如單循環(huán)做功過程熱效率最高只接近50 %，如燃?xì)廨啓C(jī)熱效率不足40 %，雖然目前主流熱力學(xué)領(lǐng)域沒有質(zhì)疑的報(bào)道，這并沒有阻止人們對其探索與思考，尤其能源危機(jī)與環(huán)境破環(huán)嚴(yán)重的今天，任何可能的突破都是非常重要的。為實(shí)現(xiàn)單一熱源做功有一些解決方案，遺憾的是還沒有切實(shí)可行的案例，歸納起來有以下幾種方案，(I)用熱泵產(chǎn)熱使熱量在膨脹機(jī)做功，這早已被否定，現(xiàn)實(shí)中理想的逆卡諾循環(huán)不可能存在；(2)認(rèn)為定溫過程膨脹做功比定熵過程多，采用逆卡諾循環(huán)制冷源或制液體工質(zhì)，然后定溫膨脹做功，這同樣是被卡諾定律否定的，因?yàn)槿魏慰赡嫜h(huán)的熱效率都和卡諾循環(huán)相等。(3)利用熱泵使氣體工質(zhì)液化，再將熱泵排熱通過回?zé)釗Q熱器加熱已經(jīng)液化的工質(zhì)，再通過液體工質(zhì)吸收空氣能升溫進(jìn)入膨脹機(jī)做功，這同樣是現(xiàn)實(shí)中無法存在的，錯(cuò)誤的原因與(I)類似，而且換熱器不可能沒有溫差而交換熱量，即使開始能工作也會(huì)因?yàn)橹评淞恐鸩剿p而最終停止工作。
[0003]盡管如此，有以下幾種情況使單一熱源做功存在可能，一、上述方案沒有把熱泵過程與膨脹做功過程分開來考慮，熱泵過程溫差越小制熱系數(shù)越大而做功過程溫差越大做功越多，熱泵主要任務(wù)應(yīng)該是將氣體工質(zhì)液化或降溫而沒必要高參數(shù)排熱，沒有充分靈活利用熱泵優(yōu)勢。二、噴射制冷技術(shù)可獲得過冷液，可以產(chǎn)生比液化前飽和氣體溫度更低的液化氣，有利于持續(xù)實(shí)現(xiàn)回?zé)釗Q熱。三、傳統(tǒng)的噴射抽氣器因?yàn)榇嬖诤砉芸s放結(jié)構(gòu)導(dǎo)致流動(dòng)損失大效率低，其結(jié)構(gòu)與性能有很大的改進(jìn)空間，加上簡單無轉(zhuǎn)動(dòng)件而且工質(zhì)在液態(tài)泵力升壓受熱產(chǎn)生動(dòng)力消耗壓縮功最小，即噴射抽氣制冷技術(shù)性能存在很大的提升空間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的:大幅度提高熱力做功效率，乃至實(shí)現(xiàn)單一熱源做功。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:熱力系統(tǒng)通過熱泵盡可能低參數(shù)回收完成做功后的排放熱Q2，熱泵排放熱通過膨脹做功過程吸收后回收壓縮功，通過回?zé)嵫h(huán)最終使工質(zhì)吸熱升溫過程吸收了 Q2，使熱力系統(tǒng)在滿足同樣熱力循環(huán)的前提下向熱源吸熱量減少Q(mào)2，實(shí)現(xiàn)部分或全部Q2只在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)而不向外排放，最大程度提高熱效率。
[0006]具體方案為，熱力系統(tǒng)的工質(zhì)從熱源吸收熱量做功，包括了工質(zhì)從低溫狀態(tài)升壓吸熱后成為動(dòng)力氣源的升溫過程、動(dòng)力氣源進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)后的膨脹做功過程，以及完成膨脹做功的低溫氣體工質(zhì)(對于以空氣為工質(zhì)的開式循環(huán)這里的低溫氣體工質(zhì)是從環(huán)境吸入的空氣)進(jìn)一步釋放熱量的排熱過程，熱力系統(tǒng)從升溫過程、膨脹做功過程到排熱過程后再到升溫過程后實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)過程，其特征是:工質(zhì)從高于環(huán)境溫度的熱源(例如燃料燃燒或余熱或地?zé)峒疤柲軣崃Φ?吸收了熱量，或從等于或低于環(huán)境溫度的熱源(例如自然環(huán)境中的空氣或湖水海水等熱源)吸收了熱量；熱力系統(tǒng)采用了熱泵過程吸收排熱過程中低溫氣體工質(zhì)釋放的部分或全部熱量，由膨脹做功過程或者由膨脹做功過程與升溫過程吸收熱泵過程釋放的部分或全部熱量，可以盡可能降低熱泵排熱溫度或壓力以減小熱泵能耗；熱力系統(tǒng)采用了回?zé)徇^程，回?zé)岣邷囟擞信蛎涀龉^程或排熱過程或者二者都有，回?zé)岬蜏囟擞猩郎剡^程或熱泵過程吸熱工質(zhì)或者二者都有，回?zé)徇^程通過從高溫端向低溫端傳熱滿足Q2回收與循環(huán)。整體方案的實(shí)質(zhì)是熱力系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)依然是在高低溫度之間循環(huán)工作，而對外可以做到回收部分或全部排熱實(shí)現(xiàn)大幅度提高熱效率，理想循環(huán)工作過程可以理解為:熱泵耗功Wp吸收熱力過程排放熱量Q2后產(chǎn)生Q2+Wp的熱量進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)做功Wp，將剩余的熱量Q2通過回?zé)釗Q熱器被升溫過程吸收，這樣本應(yīng)該從熱源吸熱Q1的工質(zhì)升溫過程只需從熱源吸熱Q = Q1-Q2,因?yàn)樽龉σ彩荙1-Q2,因此W = Q熱效率為I而不需要向冷源排熱實(shí)現(xiàn)單一熱源做功。這說明，只要解決好回?zé)嵫h(huán)，至少在理論上自冷式熱力循環(huán)可以利用熱泵自動(dòng)創(chuàng)造低于環(huán)境溫度的冷源，可以從空氣中吸熱做功而成為純空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0007]—般情況膨脹做功系統(tǒng)吸收熱泵過程釋放熱量的方式采用換熱器換熱或直接吸收其排放工質(zhì)，熱泵過程可以由膨脹做功過程直接提供動(dòng)力或由專門的動(dòng)力裝置提供動(dòng)力。
[0008]自冷式熱力做功系統(tǒng)采用閉式循環(huán)做功時(shí)，熱泵過程屬于內(nèi)循環(huán)不從外吸熱也不對外排熱，系統(tǒng)從熱源吸收的熱量全部對外做功，屬于單一熱源做功。當(dāng)采用開式循環(huán)對外做功時(shí)，自冷式熱力做功系統(tǒng)可以做到排放熱量不大于從環(huán)境吸收熱量而等效于未向環(huán)境排熱，也屬于單一熱源做功，其中一種特殊情況是用于制冷或制熱系統(tǒng)，只在內(nèi)部有壓縮與膨脹的做功過程，其對外輸出熱量等于從熱源吸收熱量。在實(shí)際運(yùn)行中不嚴(yán)格遵守單一熱源做功的自冷式熱力做功方式，尤其開始循環(huán)，可使系統(tǒng)工作更具靈活性。
[0009]提出一種噴射旋流換熱式熱泵方法，工質(zhì)通過膨脹做功從低溫環(huán)境或低溫工質(zhì)吸取熱量，其特征是:向低溫環(huán)境或低溫工質(zhì)吸熱的換熱單元采用旋流器結(jié)構(gòu)，吸熱工質(zhì)通過噴嘴噴射切向或斜向進(jìn)入旋流器，高速噴射降溫后通過旋流器壁與外部工質(zhì)或環(huán)境吸熱，然后進(jìn)入排氣管排出，在排氣管內(nèi)采用直通方式或采用增加回收旋流動(dòng)力的導(dǎo)流器方式，換熱過程采用單個(gè)換熱單元構(gòu)成的換熱器或采用兩個(gè)或多個(gè)換熱單元組成換熱器，如串并聯(lián)組合。
[0010]自冷式熱力做功系統(tǒng)的熱泵過程可以采用噴射旋流換熱式熱泵，或者采用了噴射制冷過程或抽汽制冷過程或壓縮冷卻過程使氣體工質(zhì)降溫或液化，或者采用了噴射旋流換熱式熱泵與后三種使工質(zhì)降溫或液化過程之一組合的方式，采用了噴射制冷或抽氣制冷過程使一部分工質(zhì)液化同時(shí)必然會(huì)使另一部分氣體工質(zhì)焓值增加，通過導(dǎo)流擴(kuò)壓后溫度上升形成熱泵效應(yīng)。所謂的噴射制冷過程是指熱泵動(dòng)力系統(tǒng)使氣體工質(zhì)與冷凝器之間產(chǎn)生壓力差，冷凝器采用了噴射旋流器分離方式，噴射旋流器采用了固定的殼體結(jié)構(gòu)或采用殼體加內(nèi)置轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)，冷氣體工質(zhì)(這里指經(jīng)過降溫成為飽和或接近飽和溫度的可以實(shí)現(xiàn)噴射液化的氣體工質(zhì))通過噴嘴沿切線方向噴射進(jìn)入噴射旋流器實(shí)現(xiàn)噴射制冷液化并氣液分離，未冷凝氣從出口排出，冷凝器采用單個(gè)或多個(gè)串連或串并聯(lián)結(jié)合的方式，未冷凝氣出口通道中采用直通方式或采用增加回收旋流動(dòng)力的導(dǎo)流器方式；所謂的抽汽制冷過程是指熱泵動(dòng)力系統(tǒng)抽取蒸發(fā)室內(nèi)蒸汽使蒸發(fā)室維持過冷狀態(tài)，過冷液體工質(zhì)與液化前冷氣體工質(zhì)通過換熱器換熱或通過循環(huán)泵直接泵入冷凝器混合使冷氣體工質(zhì)降溫液化，冷凝器內(nèi)部分液態(tài)工質(zhì)通過節(jié)流通道或噴嘴進(jìn)入蒸發(fā)室實(shí)現(xiàn)循環(huán)液化過程；所謂的壓縮冷卻液化過程是指氣體工質(zhì)經(jīng)過壓縮升溫后被換熱器吸熱降溫或液化的過程，即其熱泵效應(yīng)產(chǎn)生的熱量被換熱器吸收。熱泵過程可以產(chǎn)生比制冷前更低的液體或氣體工質(zhì)，為閉式循環(huán)單一熱源做功創(chuàng)造了最關(guān)鍵的條件，其中采用噴射制冷過程或抽汽制冷過程在循環(huán)工質(zhì)之間需要增加回?zé)釗Q熱器確保低溫氣源達(dá)到需要的參數(shù)。
[0011]膨脹做功系統(tǒng)或熱泵系統(tǒng)可以采用噴射抽氣過程為膨脹機(jī)或噴管或熱泵系統(tǒng)提供動(dòng)力氣源或抽氣動(dòng)力，可降低成本簡化系統(tǒng)。這里提出新的噴射抽氣系統(tǒng)，噴射抽氣系統(tǒng)采用了單級噴射抽氣，或者采用了單級或多級循環(huán)噴射抽氣，或者采用了循環(huán)與串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)合或者循環(huán)與串聯(lián)及并聯(lián)結(jié)合的復(fù)合噴射抽氣；噴射抽氣系統(tǒng)的同級噴嘴采用了單噴嘴分布或多噴嘴分布，噴射方式采用了直流或旋流或者介于二者之間的斜向旋流式，射流與擴(kuò)壓管采用了直通管結(jié)構(gòu)或者單級或多級循環(huán)噴射器的射流與擴(kuò)壓管采用喉管式縮放結(jié)構(gòu)。所謂的循環(huán)噴射抽氣是指噴射抽氣過程中每級抽氣抽取的是下級抽氣壓縮做功后的氣源，末級抽氣抽取的是熱功轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)膨脹做功后的尾氣或其它氣源，實(shí)現(xiàn)逐步循環(huán)抽氣逐步增大循環(huán)流量到末級集中膨脹做功，單級循環(huán)噴射抽氣直接抽取熱功轉(zhuǎn)換裝置膨脹做功后的尾氣。循環(huán)噴射抽氣動(dòng)力系統(tǒng)原理的實(shí)質(zhì)是，無論是循環(huán)抽取本系統(tǒng)排氣還是抽取其它氣源，都是動(dòng)力氣源抽入被抽氣源并對被抽入氣源壓縮做功的過程，高參數(shù)動(dòng)力氣源在做功過程中參數(shù)降低換來質(zhì)量流量增加而做功能力不下降，即動(dòng)力不減，通過串聯(lián)與并聯(lián)及循環(huán)噴射抽氣的靈活組合實(shí)現(xiàn)高參數(shù)高效率運(yùn)行。
[0012]本發(fā)明同時(shí)提出一種單級多循環(huán)噴射抽氣方法，動(dòng)力氣源通過噴嘴噴射抽取低壓氣源，其特征是:噴射抽氣過程采用了單級噴射多循環(huán)方式，循環(huán)管路通過一端在噴射器內(nèi)部的勺管接收部分高速氣流產(chǎn)生沖壓或者通過一端在噴射器內(nèi)部采用切向開口接收部分高速氣流產(chǎn)生沖壓而另一端受射流抽吸實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，噴射方式采用了直流或旋流或者介于二者之間的斜向旋流，結(jié)構(gòu)方式采用了循環(huán)管路內(nèi)置或外置或內(nèi)外結(jié)合布置，噴嘴分布方式采用了單噴嘴分布或多噴嘴分布。單級噴射多循環(huán)方式避免了工質(zhì)反復(fù)壓縮與噴射，可簡化結(jié)構(gòu)并提高內(nèi)部流通效率。
[0013]一種典型的自冷式熱力系統(tǒng)開式循環(huán)是燃?xì)鈩?dòng)力系統(tǒng)，燃料在燃燒室與氧化劑燃燒為系統(tǒng)工質(zhì)提供熱源，可以由循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)與膨脹機(jī)或噴管組成膨脹做功系統(tǒng)，動(dòng)力氣源先進(jìn)入循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)再進(jìn)入膨脹機(jī)或噴管，由循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)為熱泵系統(tǒng)提供抽氣動(dòng)力或壓氣動(dòng)力，或者利用系統(tǒng)余熱為工質(zhì)自冷式液化或降溫過程提供熱動(dòng)力。
[0014]液體工質(zhì)升壓吸熱成為動(dòng)力氣源的過程可采用熱力升壓方式，所謂的熱力升壓是指熱力升壓容器在排出流量受限制或密閉的條件下受熱其壓力會(huì)顯著上升實(shí)現(xiàn)加熱升壓，可減少自冷熱力系統(tǒng)內(nèi)部功耗增加做功能力，可以采用液力泵或容積泵升壓與熱力升壓相結(jié)合的方式。
[0015]自冷式熱力做功方法可以做到單一熱源做功，客觀上證明了熱力學(xué)第二定律存在錯(cuò)誤，至少是片面的，將對熱力學(xué)產(chǎn)生重要影響，可總結(jié)為以下幾個(gè)方面:(1)系統(tǒng)內(nèi)部熱力做功過程“冷源”是必須的，但可以通過熱泵自冷創(chuàng)造“冷源”，外部冷源不是必須的，整體的熱力循環(huán)系統(tǒng)可以不受熱力學(xué)第二定律約束而實(shí)現(xiàn)單一熱源做功。(2)系統(tǒng)做功能力由熱源溫度與系統(tǒng)壓力及工質(zhì)物理性質(zhì)決定，環(huán)境空氣或水資源具有的近似恒溫?zé)崃渴强衫玫哪茉?，空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)，純空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)熱量取之于環(huán)境最終也必然釋放于環(huán)境而對環(huán)境不產(chǎn)生影響。(3)無論利用空氣能還是傳統(tǒng)能源做功，最大熱效率為1，理論上隨所選工質(zhì)沸點(diǎn)降低可以無限接近I。(4)燃?xì)饧劝巳剂匣瘜W(xué)能產(chǎn)生的熱量也包括了空氣熱量，如果空氣熱量不計(jì)入熱源則燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料熱效率可大于I。(5)熱泵過程耗功(或耗能)是單一熱源做功系統(tǒng)必須的，即使系統(tǒng)與外部環(huán)境絕熱至少內(nèi)部工質(zhì)流動(dòng)損失也會(huì)增加內(nèi)部熱泵耗功，熱力系統(tǒng)可以從單一熱源吸熱使之完全轉(zhuǎn)化為功但不可能同時(shí)對外部環(huán)境及內(nèi)部熱泵耗功不產(chǎn)生影響。(6)同等熱力系統(tǒng)條件下，單一熱源做功是將Q2在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)而不向外排放，因減少了 Q1中從熱源吸熱量而提高了熱效率，但不能增加系統(tǒng)動(dòng)力輸出。
[0016]這里涉及的工質(zhì)氣或氣體的概念是包括空氣、煙氣、蒸汽、濕空氣及氟利昂等各種單一的或混合的氣態(tài)工質(zhì)的廣義概念，膨脹機(jī)是指包括氣輪機(jī)及螺桿式膨脹機(jī)等各種使工質(zhì)膨脹對外做功的設(shè)備，以下同。本發(fā)明是在專利申請CN201210165823.0(或PCT/CN2012/000724,內(nèi)容相同)基礎(chǔ)上完成的，涉及范圍廣將結(jié)合【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.提出自冷式熱力做功新方法，不僅可以大幅度提高熱效率而且可以實(shí)現(xiàn)單一熱源做功，有很好的實(shí)用性，幾乎可以用于任何能源動(dòng)力系統(tǒng)中，空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)將得到普遍利用。
[0019]2.提出多種低參數(shù)熱泵循環(huán)的氣體工質(zhì)液化方案，獲得的液態(tài)工質(zhì)溫度總是比液化前溫度更低，為增加低溫回?zé)釗Q熱器創(chuàng)造了條件，說明熱力系統(tǒng)完全可以“自創(chuàng)低溫?zé)嵩础倍恍枰獠凯h(huán)境提供，解決了單一熱源做功最關(guān)鍵的難題。
[0020]3.采用循環(huán)噴射抽氣動(dòng)力系統(tǒng)為熱力膨脹做功及噴射或抽汽制冷的氣體工質(zhì)液化過程創(chuàng)造了高效率低成本的優(yōu)勢，既可以適應(yīng)任何系統(tǒng)提供的高參數(shù)又可以解決小機(jī)組熱力系統(tǒng)的嚴(yán)重的容積損失難題，具有無轉(zhuǎn)動(dòng)件做功優(yōu)勢，而且在吸收空氣熱量膨脹做功的過程中容易實(shí)現(xiàn)等溫膨脹或再熱膨脹，使自冷式熱力系統(tǒng)包括空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)具有很好實(shí)用性。對傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崃ρh(huán)在滿足高參數(shù)高效率同時(shí)可很好的改善渦輪轉(zhuǎn)子的溫度環(huán)境。
[0021]4.采用熱力升壓方法使熱力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械更少甚至無轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械工作，實(shí)現(xiàn)無功耗升壓，在空調(diào)等小薇型機(jī)組具有更好的實(shí)用性。
[0022]5.采用壓縮空氣強(qiáng)制通風(fēng)換熱，不僅避免了低溫工質(zhì)帶來的換熱器結(jié)霜問題，而且可以提高初參數(shù)減小熱力系統(tǒng)體積，增大功率輸出，使空氣能做功系統(tǒng)尤其空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用性能大幅度提高。
[0023]6.本發(fā)明同時(shí)提出一種噴射旋流換熱式熱泵與壓縮制冷式降溫液化方式組合，可實(shí)現(xiàn)較高壓力與溫度下的工質(zhì)液化使系統(tǒng)避免除濕結(jié)霜等問題而更加優(yōu)化實(shí)用，對于工業(yè)其它熱交換領(lǐng)域也有重要意義。
[0024]7.提出采用柱塞泵及螺桿泵或其它高壓容積泵為液化工質(zhì)升壓，在燃機(jī)系統(tǒng)中提出將燃燒室布置在復(fù)合噴射抽氣膨脹做功系統(tǒng)的過程中避免直接承受工質(zhì)最高壓力，為發(fā)動(dòng)機(jī)追求高參數(shù)高效率大功率之極限掃清了障礙。
[0025]8.為氣體液化提供了新方法，自冷熱力做功系統(tǒng)的工質(zhì)采用空氣時(shí)，減少動(dòng)力輸出增加工質(zhì)液化比例就可以輸出液化空氣或液氮。[0026]9.本發(fā)明將對工業(yè)及民用領(lǐng)域節(jié)能降耗，對能源開發(fā)將產(chǎn)生普遍積極意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是閉式自冷式熱力做功循環(huán)原理圖。
[0028]圖2是噴射制冷液化系統(tǒng)中的噴射旋流器示意圖。
[0029]圖3是增加了轉(zhuǎn)筒的噴射旋流器結(jié)構(gòu)簡圖。
[0030]圖4是自冷式熱力做功過程的六種溫熵圖。
[0031]圖5做功過程與液化過程并聯(lián)的自冷式熱力做功循環(huán)原理圖。
[0032]圖6是抽汽制冷液化過程與做功過程并聯(lián)的自冷式熱力做功循環(huán)的原理圖。
[0033]圖7是單級或多級直通管噴射抽氣器原理圖。
[0034]圖8A是分體式多級串聯(lián)循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)采用了再熱方式與氣輪機(jī)組合示意圖。
[0035]圖SB是旋流式噴射抽氣器分體布置方式示意圖。
[0036]圖9是串并聯(lián)及循環(huán)結(jié)合的復(fù)合噴射抽氣器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖10是循環(huán)管路內(nèi)置的單級噴射多循環(huán)噴射抽氣器原理示意圖。
[0038]圖11是循環(huán)管路內(nèi)外布置結(jié)合的單級多循環(huán)噴射抽氣器原理示意圖。
[0039]圖12是循環(huán)管路外置的單級多循環(huán)噴射抽氣器原理示意圖。
[0040]圖13是單級多循環(huán)噴射器的兩種內(nèi)部沖壓示意圖。
[0041]圖14是單級多循環(huán)噴射器的側(cè)向抽氣方式示意圖。
[0042]圖15是噴射旋流換熱器結(jié)構(gòu)簡圖。
[0043]圖16是采用單級多循環(huán)噴射器與壓縮冷卻制冷的自冷式發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖。
[0044]圖17是采用多級多循環(huán)噴射器與壓縮冷卻制冷的自冷式發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖。
[0045]圖18是采用壓縮機(jī)與壓縮冷卻制冷的自冷式發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖。
[0046]圖19是燃燒室布置在噴射抽氣系統(tǒng)噴射管內(nèi)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)示意圖。
[0047]圖20是燃燒室布置在噴射抽氣系統(tǒng)循環(huán)管內(nèi)示意圖。
[0048]圖21是采用熱力升壓的自冷式熱力循環(huán)示意圖。
[0049]圖22是制冷或制熱的自冷式熱力循環(huán)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]實(shí)施方式1，閉式自冷熱力循環(huán):
[0051]如附圖1所示的閉式自冷熱力循環(huán)，采用了噴射制冷液化系統(tǒng)101實(shí)現(xiàn)氣體工質(zhì)排熱液化，采用循環(huán)噴射抽氣器109與氣輪機(jī)組110 (或其它類型膨脹機(jī))組成膨脹做功系統(tǒng)同時(shí)為制冷液化系統(tǒng)提供抽氣與噴射動(dòng)力，工質(zhì)一般可以是沸點(diǎn)低于常溫的空氣、氮?dú)?、CO2或者氟里昂等氣體，也可以是水蒸氣等高沸點(diǎn)氣體。沿箭頭所示工質(zhì)流動(dòng)方向，制冷液化系統(tǒng)101產(chǎn)生的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)泵103升壓后，經(jīng)過回?zé)釗Q熱器104、105及106吸收熱量后再經(jīng)過加熱器108吸收熱源熱量，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)或氣化(低于臨界溫度稱為蒸發(fā)超臨界稱為氣化)溫度進(jìn)一步上升成為動(dòng)力氣源。動(dòng)力氣源進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)即循環(huán)噴射抽氣器109及氣輪機(jī)110做功后排放低溫氣體工質(zhì)，低溫氣體工質(zhì)經(jīng)過回?zé)釗Q熱器降溫后成為冷氣體工質(zhì)(冷氣體工質(zhì)這里專指經(jīng)過降溫成為飽和或接近飽和溫度的可以實(shí)現(xiàn)噴射液化的氣體工質(zhì)，以下同)，冷氣體工質(zhì)經(jīng)過噴嘴114噴射進(jìn)入噴射旋流器101 (同時(shí)也是噴射制冷液化器或冷凝器)內(nèi)部分冷凝液化并氣液分離，液體工質(zhì)進(jìn)入下面的儲(chǔ)存箱102，從儲(chǔ)存箱下面的管道進(jìn)入泵103升壓開始新的熱力循環(huán)，未冷凝過冷氣體從上部出口管通過回?zé)釗Q熱器105吸收系統(tǒng)排放的低溫氣體熱量后經(jīng)過導(dǎo)流擴(kuò)壓器113擴(kuò)壓升溫后被循環(huán)噴射抽氣器
109抽走(回?zé)釗Q熱器采用左右兩側(cè)回路上虛線框連接表示換熱關(guān)系及傳熱方向，與換熱器結(jié)構(gòu)無關(guān)，以下各附圖類似虛線方式除專門說明外與此同意)。回?zé)釗Q熱應(yīng)確保氣體工質(zhì)溫度下降足以成為制冷液化需要的冷氣源，同時(shí)減少熱源消耗提高熱效率，換熱量可根據(jù)需要選擇，應(yīng)該盡可能達(dá)到排放熱全部回?zé)嵫h(huán)工作，回?zé)釗Q熱器按低溫氣體工質(zhì)的流動(dòng)方向可以采用串聯(lián)或并聯(lián)布置，或者采用了互相間隔串聯(lián)布置，增加回?zé)釗Q熱是滿足盡可能使Q2全部回?zé)嵬瑫r(shí)滿足工質(zhì)液化需要，根據(jù)具體需要可以不局限圖示布置方式。閥111與閥112用于調(diào)節(jié)氣輪機(jī)做功與制冷液化系統(tǒng)負(fù)荷比例，熱力系統(tǒng)整體做功容量一般由泵103調(diào)節(jié)，也可以配合加熱器108的熱負(fù)荷調(diào)節(jié)。
[0052]需要說明的是，噴射抽氣器109為所有噴射抽氣器種類一般性表示，不局限于圖示單噴嘴三級循環(huán)結(jié)構(gòu)，類似的加熱器108表示任何加熱方式，例如鍋爐加熱，余熱加熱、高溫設(shè)備冷卻吸熱、太陽能輻射、利用大氣或海水加熱等，采用大氣為熱源時(shí)成為空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，附圖1所示為閉式循環(huán)，可以在排放氣體工質(zhì)通道增加對外散熱器或?qū)ν馍岬臒岜贸蔀椴糠窒蛳到y(tǒng)外排放的自冷式熱力循環(huán)，也可以根據(jù)需要在圖中抽氣管路或排放管路上的K1或K2或K3點(diǎn)分開成為開式循環(huán)。
[0053]附圖2是噴射制冷液化系統(tǒng)中的噴射旋流器，其中A為噴射旋流器主體結(jié)構(gòu)示意圖，B為噴嘴切向噴射示意圖，虛線表示噴射流動(dòng)方向，C為導(dǎo)流裝置121結(jié)構(gòu)示意圖，導(dǎo)流裝置主要是為了將旋流改為直線流回收旋流動(dòng)力并減速擴(kuò)壓，導(dǎo)流葉片可以是多片也可以是蝸殼擴(kuò)壓式“單片”結(jié)構(gòu)。由于噴射抽氣器109的抽氣與氣輪機(jī)排氣使氣體工質(zhì)在凝汽器內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，低溫氣體工質(zhì)通過噴嘴114沿切線方向噴射進(jìn)入旋流分離器實(shí)現(xiàn)噴射降溫液化并氣液分離，未冷凝氣從出口管123排出，旋流分離器可以采用單個(gè)或多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的方式，出口通道中采用直通結(jié)構(gòu)或采用導(dǎo)流擴(kuò)壓裝置121回收和利用氣旋動(dòng)力減小制冷液化系統(tǒng)阻力。冷凝的液態(tài)工質(zhì)下降收集到儲(chǔ)存箱102內(nèi)，也可以增加導(dǎo)流擴(kuò)壓裝置122后旋流增加壓力。
[0054]附圖3所示的內(nèi)部增加了轉(zhuǎn)筒的噴射旋流器，主要由外殼131與轉(zhuǎn)筒132組成，轉(zhuǎn)筒上下端向外延伸有短軸分別由外殼上下柵板式支架支撐(采用柵板式支架是為方便氣流通過)，低溫液體工質(zhì)從外殼兩側(cè)的噴嘴噴射后經(jīng)過轉(zhuǎn)筒側(cè)柵板的間隙沿切向進(jìn)入轉(zhuǎn)筒內(nèi)部產(chǎn)生旋流并帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)，旋流逐漸下移然后從中間出口通道螺旋上升，并從轉(zhuǎn)筒上側(cè)柵板間隙以及外殼出口通道內(nèi)轉(zhuǎn)筒支架柵板133間隙流出噴射旋流器，支架柵板133可以設(shè)計(jì)為與導(dǎo)流葉片合二為一的結(jié)構(gòu)。分離出的液體工質(zhì)順轉(zhuǎn)子內(nèi)壁旋流向下從轉(zhuǎn)簡下側(cè)柵板間隙以及下側(cè)支架柵板間隙流出。增加轉(zhuǎn)筒可以大幅度減小噴射旋流器的阻力，可充分發(fā)揮噴射制冷低成本高效率簡單可靠的優(yōu)勢，如果采用磁懸浮軸承可更好適應(yīng)射流與高轉(zhuǎn)速。
[0055]為進(jìn)一步說明自冷式熱力做功方法的原理，采用如附圖4中A所示的溫熵圖近似表示其循環(huán)過程，外環(huán)表示卡諾循環(huán)(即做功循環(huán))，內(nèi)環(huán)表示逆卡諾循環(huán)(即熱泵循環(huán))，三個(gè)虛線小方框表示熱泵循環(huán)與做功循環(huán)之間的三個(gè)熱交換過程，T1對應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)力氣源初溫或熱源溫度，T2對應(yīng)冷凝溫度，圖示的內(nèi)外循環(huán)沒有完全封閉是為清楚表示Q2在整個(gè)循環(huán)中傳遞過程。熱泵耗功Wp吸收熱力過程排放熱量Q2后產(chǎn)生Q2+Wp的熱量進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)做功Wp，將剩余的熱量Q2通過回?zé)釗Q熱器被吸熱過程吸收，這樣本應(yīng)該從熱源吸熱Q1的工質(zhì)升溫過程只需從熱源吸熱Q = Q1-Q2J因?yàn)樽龉σ彩荙1-Qy因此W = Q熱效率為I而不需要向冷源排熱，實(shí)現(xiàn)單一熱源做功。這說明，只要解決好回?zé)?，至少在理論上自冷式熱力循環(huán)可以利用熱泵自動(dòng)創(chuàng)造低于環(huán)境溫度的冷源，加熱器(包括再熱器)可以吸收各種專門的熱源如燃?xì)狻⒏鞣N余熱及太陽能輻射等，只吸收空氣能時(shí)即為純空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)?；?zé)釗Q熱器采用附圖1所示分布時(shí)，對應(yīng)附圖4中B，將Q2全部回收需要提高初溫T1進(jìn)而提高排放氣體工質(zhì)溫度T3，設(shè)定滿足單一熱源做功需要的最低回?zé)釡囟葹門4,工質(zhì)冷凝溫度T2,潛熱R，升壓后液態(tài)工質(zhì)比熱C，排放氣體工質(zhì)定壓比熱CP，則有
[0056]Q2 = Cp (T4-T2) +R = C (T4-T2)
[0057]T4 = R/ (C-Cp) +T2 (I)
[0058]Q2只有氣化潛熱，則有
[0059]T4 = R/C+T2 (2)
[0060]低溫冷凝壓力為一個(gè)大氣壓強(qiáng)，工質(zhì)采用氮?dú)庖寓攀接?jì)算的T4約為263K(-10°C )，對于空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)榄h(huán)境空氣溫度T1有限，可采用附圖5增加再熱器221對應(yīng)附圖4中C所示的再熱膨脹(或等溫膨脹)盡可能使T3大于T4。對于采用附圖4中D所示的朗肯循環(huán)因?yàn)榇嬖谡舭l(fā)吸熱可將T4控制到或接近蒸發(fā)溫度，與B所示采用了定熵膨脹的空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)，都可以采用附圖6所示的回?zé)釗Q熱方式，即為了滿足T4須從吸收了熱泵排熱的膨脹做功過程回?zé)岬轿鼰徇^程。對于附圖4中E的水蒸氣再熱循環(huán)在低溫冷凝壓力為一個(gè)大氣壓以(2)式計(jì)算T4約為910K(637°C )，超出了 T1(一般火電機(jī)組為550°C )，只能采用減少再熱級數(shù)的方案，等效于減小了 R。附圖4中F表示熱力循環(huán)排放工質(zhì)通過壓縮冷卻降溫為低溫壓縮氣體而不液化的循環(huán)方式，可以采用定溫或定熵膨脹過程，可以采用膨脹做功過程向吸熱過程回?zé)帷?br>
[0061]如附圖4中C所示用虛線表示了熱泵過程，經(jīng)過噴射旋流液化過程分離出的熱泵排熱氣體工質(zhì)可直接經(jīng)導(dǎo)流擴(kuò)壓可達(dá)到T5的溫度，如果先經(jīng)過回?zé)犷A(yù)熱到T4對應(yīng)溫度再導(dǎo)流擴(kuò)壓則可以達(dá)到T5’的溫度，進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)后使膨脹過的工質(zhì)熱量增加溫度升高，而且多級循環(huán)噴射式膨脹做功的一個(gè)特點(diǎn)是會(huì)把末級吸收熱泵的熱量自動(dòng)隨循環(huán)噴射逐級上傳，特別有利于自冷式做功循環(huán)的逐級回?zé)?，可確保單一熱源做功的回?zé)嵋蟆Ｊ聦?shí)上，循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)是在末級為熱泵系統(tǒng)提供抽氣動(dòng)力的，熱泵過程顯然只消耗了動(dòng)力氣源的一部分動(dòng)力，當(dāng)熱泵排熱氣體工質(zhì)達(dá)到T5時(shí)，可以直接向吸熱過程回?zé)岫挥媒?jīng)過先被膨脹做功過程吸收，至少部分熱泵排熱可以這樣完成。為盡可能滿足單一熱源做功回?zé)嵋?，熱泵排熱氣體工質(zhì)還可以先吸收部分膨脹做功過程的熱量提高回?zé)釡囟取Ｖ皇?，熱泵排熱回?zé)岬轿鼰徇^程會(huì)降低系統(tǒng)輸出動(dòng)力，一般軸功下降幅度為Wp。綜上所述，任何采用傳統(tǒng)的熱力做功循環(huán)總是可以通過合適的膨脹做功過程、熱泵過程及回?zé)徇^程回收Q2，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單一熱源做功。
[0062]另外，與附圖1膨脹機(jī)與工質(zhì)冷卻液化系統(tǒng)采用串聯(lián)的方式不同，附圖5與附圖6采用了并聯(lián)，有利于強(qiáng)化制冷動(dòng)力。附圖6采用了抽汽制冷液化系統(tǒng)，由循環(huán)噴射抽汽系統(tǒng)抽取蒸發(fā)室216內(nèi)蒸汽使其維持過冷狀態(tài)，過冷液體工質(zhì)通過循環(huán)泵215泵入冷凝器218噴淋混合使來自氣輪機(jī)排出的低溫氣體工質(zhì)經(jīng)過兩組并聯(lián)的回?zé)釗Q熱器降溫后的冷氣體工質(zhì)降溫液化，冷凝器內(nèi)部分液態(tài)工質(zhì)通過節(jié)流通道或噴嘴217進(jìn)入蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)循環(huán)液化過程，節(jié)流通道改為噴嘴可產(chǎn)生旋流有利于增加循環(huán)泵入口靜壓而節(jié)能。通過在熱泵過程中分離出的將要進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)的在擴(kuò)壓升溫之前的冷氣體工質(zhì)增加回?zé)釗Q熱使噴射抽氣動(dòng)力系統(tǒng)與制冷液化系統(tǒng)很好實(shí)現(xiàn)高低溫隔離，有利于噴射動(dòng)力系統(tǒng)采用定溫或再熱膨脹過程。采用抽汽制冷同樣使獲得的液態(tài)工質(zhì)溫度總是比液化前氣體溫度更低，可確保制冷液化與回冷換熱的持續(xù)穩(wěn)定工作，雖然存在節(jié)流損失但是相比噴射制冷沒有噴射旋流產(chǎn)生的高速流動(dòng)損失。
[0063]為優(yōu)化工質(zhì)液化前的溫度、壓力及流量參數(shù)，在熱泵過程中的工質(zhì)液化系統(tǒng)前增加了輔助噴射抽氣器219，冷氣體工質(zhì)先進(jìn)入輔助噴射抽氣器抽取工質(zhì)液化系統(tǒng)內(nèi)氣體工質(zhì)后再進(jìn)入工質(zhì)液化系統(tǒng)，也適用于其它熱泵式工質(zhì)液化方案。另外，工質(zhì)液化系統(tǒng)也可以采用兩個(gè)或多個(gè)串并聯(lián)組合，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況選擇。
[0064]在附圖5所示的自冷式熱力系統(tǒng)中在循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)的循環(huán)管路上增加了加熱器221起到再熱作用。再熱過程或等溫過程可以布置為以下方式之一，(I)在分段膨脹機(jī)之間；(2)在復(fù)合噴射抽氣過程的旋流外殼上；(3)在噴射抽氣過程中的兩級噴射之間；(4)在循環(huán)噴射抽氣過程的循環(huán)通道上；(5)以上任意兩種或多種方式組合。提高自冷式熱力做功系統(tǒng)熱效率或輸出容量只需提高初參數(shù)壓力與溫度即可，而純空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)屬于恒溫?zé)嵩醋龉赏ㄟ^提高壓力增加定溫或再熱過程提高容量，大型熱力系統(tǒng)可以采用多級液力泵升壓，小型熱力系統(tǒng)采用柱塞泵或其它容積泵提高壓力，選擇低沸點(diǎn)氣體工質(zhì)有利于利用空氣能，如空氣或氮?dú)??；責(zé)釗Q熱器按低溫氣體工質(zhì)的流動(dòng)方向可以采用串聯(lián)或并聯(lián)布置，或者采用了互相間隔串聯(lián)布置，一般應(yīng)該采用逆流換熱盡量降低T4，增加回?zé)釗Q熱是滿足盡可能使Q2全部回?zé)嵬瑫r(shí)滿足工質(zhì)液化需要，根據(jù)具體需要可以不局限圖示回?zé)岵贾梅绞健?br>
[0065]綜上所述，熱力系統(tǒng)可以采用熱泵過程吸收排熱過程中低溫氣體工質(zhì)釋放的部分或全部熱量或者吸收部分膨脹做功過程的熱量，熱力系統(tǒng)可以由膨脹做功過程或者由膨脹做功過程與升溫過程吸收熱泵過程釋放的部分或全部熱量，吸收熱泵排熱的熱力系統(tǒng)工質(zhì)的溫度或壓力不高于動(dòng)力氣源最高參數(shù)；熱力系統(tǒng)可以采用回?zé)徇^程，回?zé)岣邷胤艧岫擞信蛎涀龉^程或排熱過程或者二者都有，回?zé)岬蜏匚鼰岫擞猩郎剡^程或熱泵過程吸熱工質(zhì)或者二者都有。
[0066]實(shí)施方式2,新的噴射抽氣器:
[0067]與附圖1、附圖5及附圖6中用到的多級循環(huán)噴射抽氣器不同，如附圖7所示為直通管旋流式噴射抽氣器，噴射與擴(kuò)壓過程放棄傳統(tǒng)的喉管縮放結(jié)構(gòu)而采用直通管(不局限等直徑直管，可以漸擴(kuò)或漸縮)旋流噴射的方式，其中A表示單級噴射結(jié)構(gòu)簡圖，B表示多孔噴射示意圖，C與D表示斜向旋流噴射示意圖，末尾有導(dǎo)流裝置，E為直通管旋流式多級循環(huán)噴射抽氣器。
[0068]附圖8A是分體式多級串聯(lián)循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)采用了再熱方式與氣輪機(jī)組合；附圖8B所示的噴射抽氣器分體布置的是旋流噴射特點(diǎn)，可以在最低溫度的高速旋流狀態(tài)與外界熱交換，其旋流器結(jié)構(gòu)有利于采用高效換熱結(jié)構(gòu)與材料，如波紋狀或肋片結(jié)構(gòu)及高強(qiáng)度鋁合金外殼等，整體過程有利于實(shí)現(xiàn)與等溫膨脹接近等效的再熱熱力過程。附圖9是串聯(lián)并聯(lián)及循環(huán)結(jié)合的復(fù)合噴射抽氣器結(jié)構(gòu)示意圖，可用于高真空抽氣并壓縮。
[0069]附圖10是循環(huán)管路內(nèi)置的單噴嘴多循環(huán)噴射抽氣器原理圖，動(dòng)力氣源從噴嘴231進(jìn)入噴射器，循環(huán)管路232通過勺管接收高速氣流產(chǎn)生沖壓而另一端受射流抽吸實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，同樣其它每個(gè)循環(huán)管路也通過一端在噴射器內(nèi)部的勺管接收高速?zèng)_壓而另一端受射流抽吸實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)(虛線箭頭表示氣流流動(dòng)過程)，最終通過抽氣管233從外抽入低壓氣體工質(zhì)混合并減速擴(kuò)壓后從出口管234排出，圖中為簡明只顯示了單側(cè)循環(huán)，也可以采用上下雙側(cè)循環(huán)，或者在同一圓周上布置多個(gè)勺管循環(huán)的方式，噴嘴噴氣方式可以采用單噴嘴或多噴嘴噴射，可以是直線噴射也可以采用切向旋流噴射或采用介于二者之間的斜向旋流噴射，采用旋流方式時(shí)出口管234應(yīng)增加導(dǎo)流擴(kuò)壓措施，其旋流與導(dǎo)流如附圖2中的B與C所示的結(jié)構(gòu)或采用蝸殼結(jié)構(gòu)，這樣有利于通過外殼換熱也有利于減小與內(nèi)循環(huán)管路的阻力，這種循環(huán)管路內(nèi)置單噴嘴結(jié)構(gòu)減少了反復(fù)噴射的噴嘴損失，因結(jié)構(gòu)簡單可通過增加長度、直徑或循環(huán)次數(shù)減小射流或旋流流速損失，有利于用于直接從外殼吸熱的實(shí)現(xiàn)等溫膨脹過程。附圖11是循環(huán)管路內(nèi)置與外置結(jié)合的單級多循環(huán)復(fù)合噴射抽氣器原理圖，附圖12是循環(huán)管路外置的單級多循環(huán)噴射抽氣器原理圖，方便任一級循環(huán)與外部連接，增加應(yīng)用靈活性實(shí)用性。附圖13中A與B分別表示每個(gè)循環(huán)管路通過一端在噴射器內(nèi)部的勺管接收部分高速氣流產(chǎn)生沖壓或者通過一端在噴射器內(nèi)部采用切向開口接收部分高速氣流產(chǎn)生沖壓而另一端受射流抽吸實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。附圖14是單級多循環(huán)噴射器的側(cè)向抽氣方式示意圖，表示單級多循環(huán)噴射抽氣器也可以在末端增加彎管抽氣與增加導(dǎo)流器315直接向后噴射氣流，這樣可以與傳統(tǒng)噴射抽氣器側(cè)向抽氣使用方式一樣。
[0070]歸納噴射抽氣系統(tǒng)各種實(shí)施方式可分為以下幾種，噴射抽氣系統(tǒng)采用了單級噴射抽氣，或者采用了單級或多級循環(huán)噴射抽氣，或者從動(dòng)力氣源供氣方式又可以分為采用了循環(huán)與串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)合或者循環(huán)與串聯(lián)及并聯(lián)結(jié)合的復(fù)合噴射抽氣(如附圖9);噴射抽氣系統(tǒng)的同級噴嘴采用了單噴嘴分布或多噴嘴分布，噴射方式采用了直流(沿直線噴射，普通噴射器的普遍噴射方式)或旋流或者介于二者之間的斜向旋流式，射流與擴(kuò)壓管采用了直通管結(jié)構(gòu)或者多級循環(huán)噴射器的射流與擴(kuò)壓管采用喉管式縮放結(jié)構(gòu)，循環(huán)方式可分為采用了單級噴射單循環(huán)(如附圖1中循環(huán)噴射器只采用末級噴射抽氣時(shí))或多級噴射多循環(huán)(如附圖1的復(fù)合噴射器)或單級噴射多循環(huán)(如附圖10或11)，結(jié)構(gòu)方式采用了循環(huán)管路內(nèi)置(如附圖10)或外置(如傳統(tǒng)噴射方式或附圖14)或內(nèi)外結(jié)合布置(如附圖11)。
[0071]實(shí)施方式3，采用壓縮與冷卻液化方式的自冷熱力循環(huán):
[0072]附圖15是噴射旋流換熱式熱泵的兩種噴射旋流換熱方式，工質(zhì)通過膨脹做功從低溫環(huán)境或低溫工質(zhì)吸取熱量，其特征是:換熱單元采用旋流器結(jié)構(gòu)，吸熱工質(zhì)通過噴嘴噴射切向或斜向進(jìn)入旋流器，噴射過程與附圖2所示噴射旋流類似，高速噴射降溫后通過旋流器壁與外部工質(zhì)或環(huán)境吸熱，然后進(jìn)入排氣管排出，在排氣管內(nèi)采用直通方式或采用增加回收旋流動(dòng)力的導(dǎo)流器方式。其中A排氣管路內(nèi)置可以減小體積，B排氣管路可大直徑設(shè)計(jì)減小阻力，換熱過程可以采用單個(gè)換熱單元構(gòu)成的換熱器或采用兩個(gè)或多個(gè)換熱單元組成換熱器，可以串并聯(lián)結(jié)合。低溫工質(zhì)或環(huán)境空氣按照虛線箭頭方向流動(dòng)經(jīng)過旋流器外圍通道與內(nèi)部工質(zhì)換熱，旋流器外圍也可以采用換熱膜片等方式增大換熱面積的方式取代通道，可以通過風(fēng)扇直接與工質(zhì)或環(huán)境空氣換熱，也可以通過壓縮熱氣加熱或直接的熱源加熱。[0073]附圖16是一種自冷式空氣能噴氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機(jī)341及342與氣輪機(jī)351同軸工作，其中一級壓縮機(jī)341及二級壓縮機(jī)342與噴射旋流式換熱器353及單級多循環(huán)復(fù)合噴射器347的表面換熱器組成雙級壓縮式熱泵系統(tǒng)?？諝鈴膲嚎s機(jī)341開始被抽入系統(tǒng)并且被壓縮進(jìn)入噴射器表面換熱器347降溫后進(jìn)入二級壓縮機(jī)342再次壓縮，然后進(jìn)入換熱器353再次降溫實(shí)現(xiàn)液化。液化空氣經(jīng)泵354升壓經(jīng)加熱器346加熱氣化升溫為動(dòng)力氣源進(jìn)入單級多循環(huán)噴射器347膨脹做功，將從抽氣管路348抽取的空氣混合升壓后從出口管349排出，一部分為氣輪機(jī)351提供動(dòng)力滿足壓縮機(jī)工作，其余經(jīng)噴管350產(chǎn)生噴氣動(dòng)力。單級多循環(huán)噴射器347外層采用夾層換熱結(jié)構(gòu)，由加熱壓縮機(jī)341提供壓縮熱空氣使噴射器內(nèi)部形成近似定溫膨脹過程，同時(shí)，加熱器346也可以由加熱壓縮機(jī)341提供壓縮熱空氣。也可以由其它熱源如通過燃?xì)饧訜峒訜崞?46或347則成為燃?xì)鈩?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0074]如附圖17所示是在附圖16的基礎(chǔ)上采用了噴射抽氣器361壓縮工質(zhì)取代二級壓縮機(jī)，噴射抽氣器361的動(dòng)力氣源來自膨脹做功系統(tǒng)最初的動(dòng)力氣源,也可以來自膨脹做功過程中的動(dòng)力氣源。制冷液化動(dòng)力氣源與氣輪機(jī)并聯(lián)并且一分為二，其一通過管路363為兩個(gè)噴射旋流換熱式熱泵的噴嘴提供動(dòng)力，其二通過管路364進(jìn)入噴射旋流換熱式熱泵365被降溫，然后降溫后的工質(zhì)被噴射抽氣器361抽走二次壓縮，增加了換熱器362為二次壓縮后工質(zhì)降溫，然后工質(zhì)進(jìn)入熱泵換熱器繼續(xù)降溫實(shí)現(xiàn)液化。與附圖16比，最大的優(yōu)勢是利用制冷動(dòng)力氣源取代一級壓縮機(jī)與利用噴射抽氣器取代二級壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)壓縮冷卻液化工質(zhì)。
[0075]這說明，增加噴射抽氣系統(tǒng)既可以象附圖16那樣抽取空氣為吸收空氣熱量的換熱器提供壓縮熱空氣，也可以抽取工質(zhì)為壓縮冷卻或液化過程提供壓縮氣源，也說明自冷式噴射抽氣熱力系統(tǒng)可以專門對外提供壓縮氣體成為一種氣泵系統(tǒng)，而且壓縮氣體產(chǎn)生的熱量可以被系統(tǒng)回收，而傳統(tǒng)的氣泵壓縮產(chǎn)生的熱量無法被系統(tǒng)回收利用。
[0076]如附圖18所示的是一種空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，加熱壓縮機(jī)372、工質(zhì)壓縮機(jī)371、高壓膨脹機(jī)378、低壓膨脹機(jī)377以及余熱膨脹機(jī)376同軸工作，按工質(zhì)流動(dòng)方向工質(zhì)壓縮機(jī)371的前后布置了兩個(gè)噴射旋流式熱泵379，由低壓膨脹機(jī)377提供噴射制冷動(dòng)力，熱泵過程排出的氣流進(jìn)入余熱膨脹機(jī)回收。高低壓膨脹機(jī)之間增加了再熱器，由加熱壓縮機(jī)372通過加熱器375同時(shí)為動(dòng)力氣源加熱器及再熱器提供熱氣流，從再熱器出來的加熱氣流尾氣進(jìn)入余熱膨脹機(jī)回收膨脹功，加熱壓縮機(jī)可以確保Tl大于T4有利于即使寒冷的冬天也能正常工作。增加閥374可以通過控制對外排氣量調(diào)節(jié)壓縮熱空氣的壓力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)工作及輸出動(dòng)力的調(diào)節(jié)。無論軸流式、離心式還是容積式，壓縮機(jī)與膨脹機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域都非常成熟，或同軸或獨(dú)立安裝，容易實(shí)現(xiàn)簡單可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)，但與采用循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)相比其成本較高。這種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以采用與前述各實(shí)施例一樣添加液態(tài)工質(zhì)后加熱就可以啟動(dòng)。另外，本實(shí)施方式中各例都采用了二級冷卻壓縮液化方式，實(shí)際應(yīng)用中也可以采用多級冷卻壓縮優(yōu)化方案。再有，各例都采用液化后泵力升壓，事實(shí)上可以采用再冷壓縮或等溫壓縮，循環(huán)過程如附圖4中F所示，液化不是必須的。
[0077]在空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或其它自冷式熱力系統(tǒng)中，吸收空氣熱量的換熱器采用壓縮熱空氣或通風(fēng)強(qiáng)制換熱方式，壓縮熱風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)可由壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)提供，或者由復(fù)合噴射抽氣系統(tǒng)提供。壓縮熱風(fēng)強(qiáng)制換熱可以避免液化氣體工質(zhì)吸熱過程換熱器表面結(jié)霜的難題。事實(shí)上，噴射抽氣系統(tǒng)采用空氣為工質(zhì)時(shí)，也可以抽取低溫工質(zhì)為壓縮冷卻或液化過程提供壓縮氣源，或者專門生產(chǎn)壓縮空氣。
[0078]實(shí)施方式4，自冷式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī):
[0079]附圖19所示是采用了自冷式液化過程的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(或燃?xì)廨啓C(jī))，燃燒室布置在復(fù)合噴射抽氣器406內(nèi)部，空氣及有壓燃料(由管路405提供)在燃燒室內(nèi)燃燒吸收燃燒釋放的熱能并且在復(fù)合噴射器內(nèi)循環(huán)噴射膨脹后成為燃?xì)廨啓C(jī)或噴管的動(dòng)力氣源。噴射制冷液化系統(tǒng)采用了二級串連的噴射旋流液化器，由循環(huán)噴射抽氣器404及403分別提供一級壓縮空氣及二級壓縮空氣，由循環(huán)噴射抽氣器406為液化系統(tǒng)提供抽氣動(dòng)力完成熱泵過程，加熱器402可吸收燃燒室保溫散熱熱量，也可以吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱。
[0080]因?yàn)槿細(xì)鈩?dòng)力產(chǎn)生的熱源溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，空氣液化不必低于環(huán)境溫度，因此可以采用傳統(tǒng)的壓縮冷卻方式，例如將冷卻工質(zhì)不是引自壓縮氣源而是通過管路408直接通入空氣，噴射旋流換熱器409也可以換成普通的氣一氣換熱器，但是這樣結(jié)果是空氣液化系統(tǒng)體積比較大。也可以采用傳統(tǒng)的水冷方式通過管路408通入冷卻水，噴射抽氣器406可采用復(fù)合噴射抽氣方式通過抽取冷卻水容器內(nèi)蒸汽回收冷卻水熱量。
[0081]熱力系統(tǒng)通過燃料燃燒為系統(tǒng)工質(zhì)提供熱源可以采用以下方式之一，(I)燃燒室布置在工質(zhì)升壓后進(jìn)入噴射抽氣系統(tǒng)之前，工質(zhì)進(jìn)入燃燒室吸收燃料燃燒熱成為燃?xì)鈩?dòng)力氣源；(2)噴射抽氣膨脹做功系統(tǒng)分體布置時(shí)，如附圖8A或SB所示的分體布置或只有布置燃燒室的級間分體，燃燒布置在噴射抽氣系統(tǒng)中的兩級噴射器之間，從前級噴射器出來的工質(zhì)進(jìn)入燃燒室燃燒升溫成為燃?xì)鈩?dòng)力氣源后進(jìn)入下一級噴射器；(3)有壓燃料直接噴入噴射抽氣系統(tǒng)的初級或次級或任意級噴射管內(nèi)或擴(kuò)壓管內(nèi)(如附圖19中406，包括采用附圖7中E所示噴射器結(jié)構(gòu))或直接噴入循環(huán)管內(nèi)(如附圖20中410)與工質(zhì)燃燒成為燃?xì)鈩?dòng)力氣源，使噴射抽氣系統(tǒng)兼?zhèn)淙紵夜δ埽?4)采用鍋爐方式，燃料與空氣或氧氣在燃燒燃燒室內(nèi)燃燒，升壓后的工質(zhì)通過燃燒室內(nèi)或其煙道中布置的加熱器吸熱成為動(dòng)力氣源；
(5)工質(zhì)升壓后先通過燃燒室的保溫系統(tǒng)吸熱或吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱或者兩種吸熱過程都有；
(6)方式(5)與前四種之一的組合。
[0082]綜合以上各實(shí)施方式中各種噴射抽氣器使用方式，熱力系統(tǒng)可以采用單級噴射單循環(huán)或單級噴射多循環(huán)或多級噴射多循環(huán)等各種噴射抽氣系統(tǒng)，動(dòng)力氣源來自最初的動(dòng)力氣源也可以來自膨脹做功過程中的動(dòng)力氣源，用于膨脹做功過程為膨脹機(jī)或噴管或熱泵提供動(dòng)力或在開式循環(huán)中為噴射抽氣式鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)或壓氣設(shè)備(將膨脹機(jī)或噴管換為噴射抽氣器即可)提供動(dòng)力氣源，或者用于為熱泵過程的壓縮冷卻或液化過程提供壓縮氣源(如附圖19中的403及404)或抽氣動(dòng)力，或者用于加熱過程抽取空氣為吸收空氣熱量的換熱器提供壓縮熱空氣(如在附圖16中可以采用循環(huán)噴射器替代壓縮機(jī)341，在附圖18中采用循環(huán)噴射器代替壓縮機(jī)372)，或者以上使用方式中兩種或多種組合。
[0083]實(shí)施方式5，采用熱力升壓的自冷式熱力循環(huán):
[0084]附圖21是采用了間斷工作式熱力升壓的自冷式熱力循環(huán)，利用封閉容器采用加熱方式可使壓力顯著升高的特點(diǎn)，由回?zé)釗Q熱器提供熱量兩組升壓容器508交替互補(bǔ)工作為系統(tǒng)提供相對穩(wěn)定的壓力。升壓容器508接收系統(tǒng)排熱過程或液化系統(tǒng)冷凝器產(chǎn)生的液態(tài)工質(zhì)，二者通過單向閥與管路連通，其單向?qū)ㄐ阅芸刹捎脵C(jī)械自動(dòng)方式或電動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)，但這樣的工作方式只能依賴重力流動(dòng)，為方便控制可以采用循環(huán)泵加單向閥的方式。增加噴射抽氣式余氣動(dòng)力回收裝置504，噴射抽氣結(jié)構(gòu)可以是單級也可以多級復(fù)合噴射抽氣，增加閥502、閥503、閥506及閥507，與兩個(gè)升壓容器下面的單向閥，共同組成切換閥組，通過控制系統(tǒng)控制切換閥組使升壓容器與升壓管路及余氣動(dòng)力回收裝置504之間的導(dǎo)通或隔離，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)升壓容器在交替補(bǔ)充液位的過程中熱力系統(tǒng)可維持穩(wěn)定的工作壓力，并在每次補(bǔ)充液位前先回收余氣動(dòng)力。在升壓容器508的加熱通道上增加氣液分離器509及泵501，可實(shí)現(xiàn)熱力升壓與泵力升壓結(jié)合的升壓方式，在泵501前出口增加單向閥可實(shí)現(xiàn)熱力升壓獨(dú)立工作以及與泵組合工作的自由切換。自冷式熱力做功系統(tǒng)用于空氣能發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，因?yàn)闇囟葏?shù)低動(dòng)力強(qiáng)度稍弱些但是可以減少泵功消耗提升系統(tǒng)動(dòng)力輸出?？諝饽軇?dòng)力的噴氣動(dòng)力系統(tǒng)因噴射溫度低，可以單個(gè)噴管噴射也可采用多噴嘴噴射縮短射程，系統(tǒng)簡單低成本無論空中還是地面移動(dòng)設(shè)備都可采用。熱力升壓系統(tǒng)與泵501組合可以優(yōu)勢互補(bǔ)，可避免泵在超低溫的液氮或液空環(huán)境工作。另外，熱力升壓方式也可以采用單個(gè)升壓容器階段式工作，省掉閥組交替控制及余氣動(dòng)力回收裝置504，其簡單特點(diǎn)可用于小微型熱力發(fā)電系統(tǒng)，可采用蓄電池補(bǔ)充或者直接采用兩個(gè)或多個(gè)發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)工作補(bǔ)充間斷性。
[0085]總結(jié)自冷式熱力循環(huán)中升壓方式，熱力系統(tǒng)排熱過程產(chǎn)生的液態(tài)工質(zhì)采用熱力升壓，所謂的熱力升壓是指增加升壓容器接收液體工質(zhì)，并且在接收液體工質(zhì)的通道上增加了單向閥或者增加了單向閥與循環(huán)泵，通過加熱使升壓容器內(nèi)液體工質(zhì)升壓，通過控制單個(gè)或多個(gè)升壓容器實(shí)現(xiàn)間斷式或互補(bǔ)升壓；或者采用液力泵或容積泵升壓；或者在熱力升壓容器的加熱通道上增加氣液分離器509，其液體通道上增加泵501實(shí)現(xiàn)熱力與泵力組合升壓。
[0086]實(shí)施方式6，自冷式熱泵制熱或制冷:
[0087]如附圖22所示的噴射旋流換熱式熱泵循環(huán)，循環(huán)噴射抽氣系統(tǒng)的末級與膨脹機(jī)之間增加了換熱器603制熱輸出熱力，在液化系統(tǒng)出口與噴射抽氣器的抽氣口之間布置了換熱器605制冷輸出冷源，熱力系統(tǒng)在完成自冷式熱力做功循環(huán)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了制冷或制熱，不用壓縮機(jī)成本低簡單可靠。因此，自冷式熱力系統(tǒng)的熱源可以是空氣能，也可以是燃料等，可以增加對外輸出熱力的換熱器與膨脹做功系統(tǒng)中的膨脹機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)或取代膨脹機(jī)；可以在在吸熱過程增加換熱器輸出冷源或在熱泵過程增加吸熱換熱器輸出冷源，或者兩種輸出冷源方式都采用，可以通過膨脹機(jī)604發(fā)電直接為泵601提供電力(如圖中二者之間虛線連接所示)，這樣就可以通過加熱器602提供熱力成為熱力制冷制熱機(jī)組，不但可以不消耗電力，還可以熱電冷聯(lián)產(chǎn)。當(dāng)熱力系統(tǒng)采用自供電力獨(dú)立工作方式時(shí)運(yùn)行中容易發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，可以增加蓄電池儲(chǔ)能或液化氣儲(chǔ)能系統(tǒng)提供啟動(dòng)或穩(wěn)定動(dòng)力。另外，由于制冷或制熱因熱慣性特點(diǎn)一般允許熱泵系統(tǒng)存在波動(dòng)性，例如空調(diào)經(jīng)常是間斷性工作的，因此自冷式熱泵采用單個(gè)熱力升壓器的熱力升壓方式，甚至可以不用泵壓，可大幅度簡化系統(tǒng)具有最大的低成本優(yōu)勢。
[0088]實(shí)施方式7，旋流器的改進(jìn)
[0089]噴射旋流的工作方式對氣體工質(zhì)液化及噴射抽氣器簡化與提高效率都有重要意義，但高速旋流因?yàn)榇嬖陔x心壓力存在流動(dòng)損失大的問題，除采用附圖4所示的內(nèi)置轉(zhuǎn)筒的方式改善外，這里提出膨脹做功過程或熱泵過程采用噴射旋流工作方式的設(shè)備其旋流器壁采用波紋狀，例如采用正弦波狀表面波紋，射流氣體主要在波峰很小比例的面積有流動(dòng)阻力，波谷雖然有渦流因?yàn)楦咚偕淞鞯某槲饔脡毫苄∩踔潦钦婵諣顟B(tài)流動(dòng)損失很小，只要合理設(shè)計(jì)波形及波長與器壁直徑的比例，噴射旋流設(shè)備的流動(dòng)損失會(huì)大幅度下降。另夕卜，也可以旋流器采用筒壁為波紋狀并且分布了微孔或縫隙的內(nèi)筒，工質(zhì)噴射到內(nèi)筒產(chǎn)生旋流，微孔或縫隙分流出液體工質(zhì)從內(nèi)筒外側(cè)收集，這樣可減小因?yàn)橐夯谄鞅谝耗ぴ龊駥?dǎo)致的流動(dòng)損失與氣液反復(fù)混流導(dǎo)致的氣液分離效率下降。
[0090]實(shí)施方式8，高沸點(diǎn)工質(zhì)熱力循環(huán)
[0091]在沸點(diǎn)較高的水蒸氣循環(huán)熱力系統(tǒng)中，為盡可能降低排放溫度總是使凝汽器內(nèi)部達(dá)到很高的真空度，這使得自冷式液化過程氣液分離難度增大潛熱增加設(shè)備體積也增大許多，為克服這些問題提出采用兩種或多種混合氣體工質(zhì)工作，熱泵系統(tǒng)使混合工質(zhì)降溫液化過程中首先使高沸點(diǎn)工質(zhì)液化，液化后的高沸點(diǎn)工質(zhì)被升壓加熱成為動(dòng)力氣源，低沸點(diǎn)工質(zhì)參與抽氣循環(huán)過程，最典型的就是水蒸氣加氮?dú)饣蚨趸蓟蚩諝?。另外一種采用高沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)改進(jìn)的方法是采用高沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)與低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)結(jié)合的雙循環(huán)或多循環(huán)方式，例如水蒸氣熱力循環(huán)的排熱過程為氮?dú)鉄崃ρh(huán)的熱源，高沸點(diǎn)工質(zhì)熱力循環(huán)吸收熱源做功，低沸點(diǎn)工質(zhì)熱力循環(huán)吸收高沸點(diǎn)工質(zhì)熱力循環(huán)的排熱并布置了滿足自冷式熱力做功循環(huán)的熱泵過程與回?zé)徇^程，可克服采用高沸點(diǎn)工質(zhì)熱力循環(huán)適應(yīng)溫度范圍有限的不足，以及克服T1低于T4的問題。
[0092]本發(fā)明為基礎(chǔ)創(chuàng)新，適用范圍廣泛，不局限于實(shí)施方式所述范圍。
【權(quán)利要求】
1.自冷式熱力做功方法，屬于熱能動(dòng)力領(lǐng)域，熱力系統(tǒng)的工質(zhì)從熱源吸熱做功，包括了工質(zhì)從低溫狀態(tài)升壓吸熱后成為動(dòng)力氣源的升溫過程、動(dòng)力氣源進(jìn)入膨脹做功系統(tǒng)后的膨脹做功過程，以及完成膨脹做功的低溫氣體工質(zhì)進(jìn)一步釋放熱量的排熱過程，熱力系統(tǒng)從升溫過程、膨脹做功過程到排熱過程后再到升溫過程后實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)過程，其特征是:工質(zhì)從高于環(huán)境溫度的熱源吸收了熱量，或從等于或低于環(huán)境溫度的熱源吸收了熱量；熱力系統(tǒng)采用了熱泵過程吸收排熱過程中低溫氣體工質(zhì)釋放的部分或全部熱量，由膨脹做功過程或者由膨脹做功過程與升溫過程吸收熱泵過程釋放的部分或全部熱量；熱力系統(tǒng)采用了回?zé)徇^程，回?zé)岣邷囟擞信蛎涀龉^程或排熱過程或者二者都有，回?zé)岬蜏囟擞猩郎剡^程或熱泵過程吸熱工質(zhì)或者二者都有。
2.—種噴射旋流換熱式熱泵方法，工質(zhì)通過膨脹做功從低溫環(huán)境或低溫工質(zhì)吸取熱量，其特征是:向低溫環(huán)境或低溫工質(zhì)吸熱的換熱單元采用旋流器結(jié)構(gòu)，吸熱工質(zhì)通過噴嘴噴射切向或斜向進(jìn)入旋流器，高速噴射降溫后通過旋流器壁與外部工質(zhì)或環(huán)境吸熱，然后進(jìn)入排氣管排出，在排氣管內(nèi)采用直通方式或采用增加回收旋流動(dòng)力的導(dǎo)流器方式，換熱過程采用單個(gè)換熱單元構(gòu)成的換熱器或采用兩個(gè)或多個(gè)換熱單元組成換熱器。
3.如權(quán)利要求1所述的自冷式熱力做功方法，其特征是:熱泵過程采用了噴射旋流換熱式熱泵或者采用了噴射制冷過程或抽汽制冷過程或壓縮冷卻過程使氣體工質(zhì)降溫或液化，或者采用了噴射旋流換熱式熱泵與后三種使工質(zhì)降溫或液化過程之一組合的方式；所謂的噴射制冷過程是指熱泵動(dòng)力系統(tǒng)使氣體工質(zhì)與冷凝器之間產(chǎn)生壓力差，冷凝器采用了噴射旋流器分離方式，噴射旋流器采用了固定的殼體結(jié)構(gòu)或采用殼體加內(nèi)置轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)，冷氣體工質(zhì)通過噴嘴沿切線方向噴射進(jìn)入噴射旋流器實(shí)現(xiàn)噴射制冷液化并氣液分離，未冷凝氣從出口排出，未冷凝氣出口通道中采用直通方式或采用增加回收旋流動(dòng)力的導(dǎo)流器方式；所謂的抽汽制冷過程是指熱泵動(dòng)力系統(tǒng)抽取蒸發(fā)室內(nèi)蒸汽使蒸發(fā)室維持過冷狀態(tài)，過冷液體工質(zhì)與液化前冷氣體工質(zhì)通過換熱器換熱或通過循環(huán)泵直接泵入冷凝器混合使冷氣體工質(zhì)降溫液化，冷凝器內(nèi)部分液態(tài)工質(zhì)通過節(jié)流通道或噴嘴進(jìn)入蒸發(fā)室實(shí)現(xiàn)循環(huán)液化過程；所謂的壓縮冷卻過程是指氣體工質(zhì)經(jīng)過壓縮升溫后被換熱器吸熱降溫或液化的過程。
4.一種單級多循環(huán)噴射抽氣方法，動(dòng)力氣源通過噴嘴噴射抽取低壓氣源，其特征是:噴射抽氣過程采用了單級噴射多循環(huán)方式，循環(huán)管路通過一端在噴射器內(nèi)部的勺管接收部分高速氣流產(chǎn)生沖壓或者采用切向開口接收部分高速氣流產(chǎn)生沖壓而另一端受射流或旋流抽吸實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，噴射方式采用了直流或旋流或者介于二者之間的斜向旋流，結(jié)構(gòu)方式采用了循環(huán)管路內(nèi)置或外置或內(nèi)外結(jié)合布置，噴嘴分布方式采用了單噴嘴分布或多噴嘴分布。
5.如權(quán)利要求1所述的自冷式熱力做功方法，其特征是:熱力系統(tǒng)采用了噴射抽氣系統(tǒng)，動(dòng)力氣源來自熱力系統(tǒng)最初的動(dòng)力氣源或來自膨脹做功過程中的動(dòng)力氣源，用于膨脹做功過程為膨脹機(jī)或噴管或熱泵提供動(dòng)力或在開式循環(huán)中為噴射抽氣式鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)提供動(dòng)力氣源；或者用于為熱泵過程的壓縮冷卻或液化過程提供壓縮氣源或抽氣動(dòng)力，或者用于加熱過程抽取空氣為吸收空氣熱量的換熱器提供壓縮熱空氣，或者以上使用方式中兩種或多種組合。
6.如權(quán)利要求3或5所述 的自冷式熱力做功方法，其特征是:在熱泵過程中的工質(zhì)液化系統(tǒng)前增加了輔助噴射抽氣器，冷氣體工質(zhì)先進(jìn)入輔助噴射抽氣器抽取工質(zhì)液化系統(tǒng)內(nèi)氣體工質(zhì)后再進(jìn)入工質(zhì)液化系統(tǒng)。
7.權(quán)利要求5的自冷式熱力做功方法，其特征是:熱力系統(tǒng)通過燃料燃燒提供熱源并采用以下方式之一，(I)燃燒室布置在工質(zhì)升壓后進(jìn)入噴射抽氣系統(tǒng)之前，工質(zhì)進(jìn)入燃燒室吸收燃料燃燒熱升溫成為燃?xì)鈩?dòng)力氣源；(2)燃燒室布置在噴射抽氣系統(tǒng)中的兩級噴射器之間，從前級噴射器出來的工質(zhì)進(jìn)入燃燒室燃燒升溫成為燃?xì)鈩?dòng)力氣源后進(jìn)入下一級噴射器；(3)有壓燃料直接噴入噴射抽氣系統(tǒng)的初級或次級或任意級噴射管內(nèi)或擴(kuò)壓管內(nèi)或循環(huán)管內(nèi)與工質(zhì)燃燒成為燃?xì)鈩?dòng)力氣源；(4)燃燒室采用鍋爐方式，升壓后的工質(zhì)通過燃燒室內(nèi)或其煙道中布置的加熱器吸熱成為動(dòng)力氣源；(5)工質(zhì)升壓后先通過燃燒室的保溫系統(tǒng)吸熱或吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱或者兩種吸熱過程都有；(6)方式(5)與前四種方式之一的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的自冷式熱力做功方法，其特征是:排熱過程產(chǎn)生的液態(tài)工質(zhì)采用熱力升壓，所謂的熱力升壓是指增加升壓容器接收液體工質(zhì)，并且在接收液體工質(zhì)的通道上增加了單向閥或者增加了單向閥與循環(huán)泵，通過加熱使升壓容器內(nèi)液體工質(zhì)升壓，通過控制單個(gè)或多個(gè)升壓容器實(shí)現(xiàn)間斷式或互補(bǔ)升壓；或者采用液力泵或容積泵升壓；或者在熱力升壓容器的加熱通道上增加氣液分離器，其液體通道上增加泵實(shí)現(xiàn)熱力與泵力組合升壓。
9.如權(quán)利要求1所述的自冷式熱力做功方法，用于制熱或制冷，其特征是:增加對外輸出熱力的換熱器與膨脹做功系統(tǒng)中的膨脹機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)或取代膨脹機(jī)；在吸熱過程增加換熱器輸出冷源或在熱泵過程增加吸熱換熱器輸出冷源，或者兩種輸出冷源方式都采用。
10.如權(quán)利要求1所述的自冷式熱力做功方法，其特征是:膨脹做功過程或熱泵過程采用噴射旋流方式的設(shè)備其旋流器壁采用了波紋狀，或者旋流器采用筒壁為波紋狀并且分布了微孔或縫隙的內(nèi)筒， 工質(zhì)噴射到內(nèi)筒產(chǎn)生旋流，微孔或縫隙分流出液體工質(zhì)從內(nèi)筒外側(cè)收集。
11.如權(quán)利要求1所述的自冷式熱力做功方法，其特征是:采用了混合氣體工質(zhì)；或者采用了高沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)與低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)結(jié)合的雙循環(huán)或多循環(huán)方式，前者吸收熱源做功，后者以前者的排熱為熱源，后者布置了滿足自冷式熱力做功循環(huán)的熱泵過程與回?zé)徇^程。
【文檔編號】F01K27/00GK103775148SQ201310497436
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月22日
【發(fā)明者】張玉良 申請人:張玉良