联动耦合变易回热循环方法

专利名称：联动耦合变易回热循环方法
技术领域：
本发明属热电技术领域与热工机械领域，具体来说涉及一种联动耦合 变易回热循环方法。
背景技术：
18世纪下半叶瓦特发明的蒸汽机成为工业文明诞生的标志。初期的蒸 汽机效率低下，有效热利用率仅为3-8%。 19世纪20年代，探索热机最大 效率的卡诺循环定理应运而生。卡诺通过建立一个理想的循环摸型指出 所有工作在同温热源与同温冷源之间的热^L,以可逆热^L的效率为最大。 卡诺循环在一个较长的时期为提高热机的效率指出了方向，为经典热力学 奠定了基础，因而成为工业文明成熟的标志。卡诺循环虽然具有重要的理 论价值，但这种用理想气体经过两个等温过程和两个绝热过程按理想的方 式、即在准静态条件下进行循环的方式显然是不能实现的。个体只能存在 于整体之中，理想的孤立循环系统，虽然有利于定量化分析、有利于批量 化生产，但这种采用单一介质在一个封闭的单环中进行孤立循环的模式， 并不是人类认识自然整体存在方式的合适工具。现有热动力机械及热电厂，系统的工质循环， 一般采用朗肯循环方式。 与工业文明初期的大气机、瓦特的蒸汽机比较，朗肯循环系统具有较高的 机械效率，成为了热机和热电生产领域影响深远的技术模式。朗肯循环和 热力学领域具有重要影响的卡诺循环方式的共同之处是采用单一介质两 极对抗、在一个封闭的单环中进行孤立循环。其技术上的不足之处在于 (1)不能揭示物体与物体之间、物体的不同部分之间状态交流方式的多样 性即能量耦合传递方式的多样性。由于历史的原因和思维惯性，这种单一 介质两极对抗、在一个封闭的单环中进行孤立循环的模式，被当作了一般 模式，并发展成了宇宙的能量平衡模式。因而使人们忽视了物质存在方 式的多样性、物体之间、物体不同部分之间多样化的状态耦合，是宇宙能 量整体守恒的实现条件，是宇宙整体生生不息永恒运动的基本方式这一重 要研究方向。(2)这种把单一介质两极对抗、在一个封闭的单环中进行孤 立循环的模式当作一般能量平衡模式，用特殊代替一般、用模型代替整体、 用等一化代替多样化，用一种^J支术方式代替整体哲学的认识方法，既是以 批量化生产为目的的工业文明成熟的标志，也是工业文明按个体方式、无 序耦合方式、两极对抗方式发展的标志。这种认识方法，阻碍了对真实整 体的运行机制、能量反馈方式、能量整体守恒方式的研究，成了人类认识发展的桎梏。(3)在这种单一介质两极对抗、封闭的孤立循环系统中，热 源就是热源、冷源就是冷源，只有热量从一极到另一极的直线传递而无热 量的反馈。这种单一介质两极对抗、 一次性用热的孤立循环系统，实际上 是热无序耦合量最大、即热发散损失最大的用热系统，因而是能耗最高的 系统。(4)纯凝气式朗肯循环的热电转变效率约为23%左右、冷源损失(按 现有方法计算)约60%左右，膨胀做功后的大量热能成为无效热进入冷却系 统，需耗用大量的冷却水对乏气进行冷却，大量热能以无序耦合的方式进 入大气，因而造成了极大的环境污染、能源和水资源的巨大浪费。(5)现 有热电生产工艺，采用多级抽气反馈回热方式对纯凝气式朗肯循环方式进 行改造，通过多级抽气回热可使系统效率提18%左右。其技术上的不足之处 在于①采用了短路式的抽气方式，其系统效率的提高是以降低部分工质 的膨胀做功能力为代价实现的；②这种在单一介质两极对抗、封闭的孤立 循环系统中釆用的短路式的抽气方式，具有结构性的效率极限和回热极限， 当超过这个极限时，系统的效率迅速下降，抽气率为100%时系统的效率为 零。③采用了工质水从气相到液相一次性的凝结放热方式。由于汽化潜热 在工质水中占热量的主要构成部分，工质水的相变温度与抽气压力成正比， 因而采用一次性的凝结放热方式提高给水温度，只能通过逐级提高抽气压 力的方式实现。这种逐级提高抽气压力加热给水的短路回热方式a、必然 导致工质损失部分做功能力，从而使系统内耗增加；b、使系统的流程结构 变得十分复杂，既增加了系统的一次性投资又不便于运行过程中的管理和 维护。c、仍有40%~45%的热量(按现有方法计算)需通过冷却系统排放。 (6)工质由输入膨胀做功装置，至膨胀做功后输出的过程，是近似的绝热 过程。除装置壳体散热损失外，其余95%以上的热量(多级抽气反馈回热系 统75°/。左右的热量)全部进入冷源。采用单一介质两极对抗、在一个封闭的 单环中进行孤立循环的方式，只能将这部分进入冷源的热能以无序耦合的 方式排入大气，从而造成了能源的极大浪费、成为环境巨大的污染源。是 至今为止工业文明以孤立系统、无序耗散、对抗方式发展重要的技术原因。发明内容本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种解决了系统的有序耦合、 联动循环、回热反馈、多级做功问题，具有整体运行机制的联动耦合变易 循环回热方法。本发明的变易联动耦合回热循环方法，由热源、膨胀做功装置、增压 循环装置、与热耦合中间体经管件连接组成循环系统，增压循环装置的输 出端至膨胀做功装置输入端连通的部分为系统的高压区域、由膨月长做功装 置输出端至增压循环装置输入端连通的部分为系统的低压区域，用热耦合 中间体对系统的高压区域和低压区域进行耦合连结，使系统成为由增压循 环装置依次经热耦合中间体、热源、膨胀做功装置、热耦合中间体、至增压循环装置连通的变易循环结构。上述的变易联动耦合回热循环方法，其中热耦合中间体结构为 用按高温、中温、低温分段方式设置换热面的换热装置作耦合器，耦 合器高温段壳体上端设有与壳层连通的低压工质输入管座、低温段壳体下端设有与壳层连通的低压工质输出管座，耦合器高温段顶端设有与管层连 通的高压工质输出管座、低温段底端设有与管层连通的高压工质输入管座，用顶端、底端、和中部设有管座的罐体作工质分流器，上部设有一次 凝结液管座、二次凝结液管座、补给液管座、下部设有输出管座、排污管 座的罐体作工质平衡集合罐，用与冷却系统连接的凝汽器作冷源、流量调 节阀、疏液器、及接管作结构要素；将耦合器的低压工质输出管座与工质 分流器中部管座连接，工质分流器底端的管座与疏液器输入端连接，疏液 器输出端与工质平衡集合罐上部的一次凝结液管座连接，工质平衡集合罐 上部的二次凝结液管座与冷源连接，工质分流器顶部管座与冷源之间设有 流量调节阀，组成具有由耦合器低压工质输入管座4禹合器壳层"^禹合器低 压工质输出管座经工质分流器、疏液器、至工质平衡集^下部输出管座 连通的低压工质流程结构，由耦合器高压工质输入管座"^合器管层-耦合 器高压工质输出管座连通的高压工质流程结构，具有由工质分流器经流量 调节阀、冷源、至工质平衡集*连通的乏气冷却流程结构的联动耦合装 置；联动耦合装置的高压工质输出管座与热源的输入端连接、联动耦合装 置的低压工质输入管座与膨胀做功装置输出端连接、联动耦合装置的低压工质输出管座与增压循环装置的输入端连接、联动耦合装置的高压工质输 入管座与增压循环装置的输出端连接、热源的输出端与膨胀做功装置输入 端连接，组成由增压循环装置输出端依次经联动耦合装置、热源、膨胀做 功装置、联动耦合装置、至增压循环装置输入端连通的变易循环结构，系 统的高压区域和低压区域进行耦合连结只使用联动耦合装置一套联动耦合 装置作热耦合中间体；工质在变易循环结构中经五个耦合过程进行循环，五个耦合过程是① 增压耦合过程a、用增压循环装置作耦合中间体，将外部输入增压 循环装置的能量转变为工质的压力能；b、确定工质的循环方向；c、使工 质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同的热耦合提供不同的初始条 件的过程；② 增温耦合过程增压后的低温高压工质经管道由高压工质输入管座 进入联动耦合装置，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的高温低压 工质进行热耦合，吸收高温低压工质的热量，逐段增温后由高压输出管座 输出的过程；③ 加热耦合过程工质增压、增温后经管道进入热源主锅，以主锅为 中间体对发热物质和增温后工质进行热耦合，使工质蒸发为高压饱和蒸汽，并以热源中的过热器为中间体对发热物质和饱和蒸汽进行热耦合，使饱和蒸汽成为过热蒸汽输出的过程；④卸压耦合过程a、用膨胀做功装置作耦合中间体、将工质由高温、 高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使工质释放的耦合能转变为机械 能输出；b、与增压循环装置结合，将变易循环结构中的工质区分为高压区 域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程； 降温耦合过程由膨胀做功装置输出的高温低压工质经管道由低压 工质输入管座进入联动耦合装置，经高温段、中温段、低温段壳层与管层 中的低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为液相，部分乏气经 联动耦合装置中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的过程。上述的变易联动耦合回热循环方法，其中热耦合中间体结构为用联动耦合装置及结构与其相同的次级联动耦合装置、末级联动耦合 装置与次级膨胀做功装置、末级膨胀做功装置、次级增压循环装置、末级 增压循环装置及管件作结构要素，联动耦合装置的高压工质输出管座与次 级膨胀做功装置的输入端连接、次级膨胀做功装置的输出端与次级联动耦 合装置的低压工质输入管座连接、次级^:动耦合装置的低压工质输出管座 与次级增压循环装置的输入端连接、次级增压循环装置的输出端与联动耦合装置的高压工质输入管座连接，次级联动耦合装置的高压工质输出管座 与末级膨胀做功装置的输入端连接、末级膨胀做功装置的输出端与末级联 动耦合装置的低压工质输入管座连接、末级联动耦合装置的低压工质输出 管座与末级增压循环装置的输入端连接、末级增压循环装置的输出端与次 级联动耦合装置的高压工质输入管座连接，组成由联动耦合装置经次级膨 胀做功装置、次级联动耦合装置、次级增压循环装置至联动耦合装置连通 的次级联动循环结构，由次级联动耦合装置经末级膨胀做功装置、末级联 动耦合装置、末级增压循环装置至次级联动耦合装置连通的末级联动循环 结构和由次级联动循环结构、末级联动循环结构耦合连结组成的联动循环 结构；将联动循环结构中的末级联动耦合装置的高压工质输出管座与热源的 输入端连接、联动耦合装置的低压工质输入管座与膨胀做功装置输出端连 接、联动耦合装置的低压工质输出管座与增压循环装置的输入端连接、增 压循环装置的输出端与末级联动耦合装置的高压工质输入管座连接、热源 的输出端与膨胀做功装置输入端连接，组成具有由增压循环装置依次经末 级联动耦合装置、热源、膨胀做功装置、联动耦合装置、至增压循环装置 连通的变易循环结构，系统的高压区域和低压区域进行耦合连结，使用了 具有联动耦合装置、次级联动耦合装置、末级联动耦合装置三套联动耦合装置的联动循环结构作热耦合中间体。其中工质的联动耦合变易回热循环方式为在变易循环结构中经五个耦合过程进行循环，五个耦合过程是① 增压耦合过程a、用增压循环装置作耦合中间体，将外部输入增压 循环装置的能量转变为工质的压力能；b、确定工质的循环方向；c、使工 质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同的热耦合提供不同的初始条 件的过程；② 增温耦合过程增压后的低温高压工质经管道由高压工质输入管座 进入末级联动耦合装置，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的末级 高温低压工质进行热耦合，吸收末级工质的热量，逐段增温后由高压输出 管座输出的过程；③ 加热耦合过程工质增压、增温后经管道进入热源主锅，以主锅为 中间体对发热物质和工质进行热耦合，使工质蒸发为高压饱和蒸汽，并以 热源中的过热器为中间体对发热物质和饱和蒸汽进行热耦合，使饱和蒸汽 成为过热蒸汽输出的过程即为所述，④ 卸压耦合过程a、用膨胀做功装置作耦合中间体、将工质由高温、 高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使工质释放的耦合能转变为机械 能输出；b、与增压循环装置结合，将变易循环结构中的工质区分为高压区 域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程； 降温耦合过程由膨胀做功装置输出的高温低压工质经管道由低压 工质输入管座进入联动耦合装置，经高温段、中温段、低温段壳层与管层 中的次级低温高压工质进行热耦合，逐^:降温由气相凝结为液相，部分乏 气经联动耦合装置中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的过程；次级工质在次级联动循环结构中经过四个耦合过程进行循环，四个耦 合过程是① 增压耦合过程a、用次级增压循环装置作耦合中间体，将外部输 入次级增压循环装置的能量转变为次级工质的压力能；b、确定次级工质 的循环方向；c、使次级工质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同 的热耦合提供不同的初始条件的过程；② 加热耦合过程增压后的次级低温高压工质经管道由高压工质输入 管座进入联动耦合装置，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的高温 低压工质进行热耦合，在低温段被预热、中温段蒸发为饱和蒸汽、高温段 过热成为过热蒸汽由高压输出管座输出的过程；③ 卸压耦合过程a、用次级膨胀做功装置作耦合中间体、将次级工 质由高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使次级工质释放的耦 合能转变为机械能输出；b、与次级增压循环装置结合，将次级联动循环 结构中的次级工质区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合"^供不同 的初始条件的过程；④ 降温耦合过程由次级膨胀做功装置输出的次级高温低压工质经管 道由低压工质输入管座进入次级联动耦合装置，经高温段、中温段、低温 段壳层与管层中的末级低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为液相，部分乏气经次级联动耦合装置中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的过程；末级工质在末级联动循环结构中经过四个耦合过程进行循环，四个耦 合过程是① 增压耦合过程a、用末级增压循环装置作耦合中间体，将外部输 入末级增压循环装置的能量转变为末级工质的压力能；b、确定末级工质 的循环方向；c、使末级工质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同 的热耦合提供不同的初始条件的过程；② 加热耦合过程增压后的末级低温高压工质经管道由高压工质输入 管座进入次级联动耦合装置，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的 次级高温低压工质进行热耦合，在低温段被预热、中温段蒸发为饱和蒸汽、 高温段过热成为过热蒸汽、由高压输出管座输出的过程；③ 卸压耦合过程a、用末级膨胀^f故功装置作耦合中间体、将末级工 质由高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使末级工质释放的耦 合能转变为机械能输出；b、与末级增压循环装置结合，将末级联动循环 结构中的末级工质区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提供不同 的初始条件的过程；④ 降温耦合过程由末级膨胀做功装置输出的末级高温低压工质经管 道由低压工质输入管座进入末级联动耦合装置，经高温段、中温段、低温段壳层与管层中的低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为液 相，部分乏气经末级联动耦合装置中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的 过程。本发明与现有技术相比，较好地解决了系统的有序耦合、联动循环、 回热反馈、多级做功问题。克服了现有孤立循环系统75%以上热能通过冷 源以无序耦合的方式进入大气、造成能源极大浪费的技术不足之处，极大 地提高了系统的机械效率。通过使用单级联动耦合装置、多级联动耦合装 置组成的联动循环结构作热耦合中间体，对一个循环系统的输出、输入进 行耦合，组成具有整体运行机制的联动耦合变易循环结构、使工质进行联 动耦合变易回热循环的途径，突破了现有循环系统存在的结构性的回热极 限，通过增压耦合与卸压耦合结合将循环系统区分为压力初始条件不同的 两个区域、在高压条件下进行加热耦合和在低压条件下进行降温耦合以改 变工质耦合状态的途径，较好地解决了高温低压工质的反馈回热问题。提 供了 一种具有整体运行机制的联动耦合变易回热循环方式以代替现有使用 单一介质两极对抗、在一个封闭的单环中进行孤立循环的朗肯循环方式。 并由此证明了朗肯循环和能够实际运行的卡诺循环方式，只是具有整体 运行才几制的耦合系统中的一个环节，只是物体与物体之间、物体的不同部 分之间进行状态交流(即物体与物体之间进行能量传递)的一种特殊的形 式。2、用联动耦合变易回热循环的各行其道、多级做功、回热反馈方式代替了现有单环式、对抗式、 一次性的做功方式，使系统效率与在一个封 闭的单环中进行孤立循环的朗肯循环和可实际运行的卡诺循环系统相比有极大的提高。并由此证明在能量输入相同的条件下，联动耦合变易循环 系统的效率大于能够实际运行的 一切单一介质两极对抗、孤立循环系统的 效率。3、用具有非对称耦合过程的变易循环方式代替短路式的、 一次性相 变放热式的抽气回热方式，减少内耗、突破了现有孤立循环系统按对称耦 合过程进行循环造成的结构性的回热极限、增加了回热量，提高了系统的 机械效率。4、提供了一种新的功能原理以代替朗肯循环原理，用实例证明 联动耦合变易回热循环系统的机械效率-系统中各级循环结构机械效率之 和+回热效率。每级循环结构的才几械效率可按朗肯循环方式进行计算。5、 用实例证明了热机输出的能量，实质上是工质的耦合状态变化量；热机 的工作过程，是工质从增压耦合、加热耦合后的高温高压耦合状态转变为 卸压耦合、降温耦合后的低温低压耦合状态释放耦合能的过程，热机输出 的机械能，是工质耦合状态变化过程中释放的耦合能。因而，提高系统效 率的正确途径是正确认识热机做功必需的耦合条件，用有序耦合方式代 替无序耦合方式，用具有整体运行机制的耦合方式代替单一介质两极对抗 的孤立循环方式。除系统对环境的散热损失和保持一定耦合端差、使系统正常运行的冷 源损失为不可避免热损失外，充分利用了热能。可广泛运用于以热为动力的一切领域。为研究能量整体的守恒方式开 劈了新的方向和道路。为热动力技术领域、能源领域的技术革命提供了新 的基础。为人类文明的和谐发展提供了 一种具有整体运行机制的技术方式 和认识工具。


图l为本发明的单级联动耦合型式结构示意图； 图2为本发明的三级联动耦合型式结构示意图。图中标记1、末级增压循环装置，2、工质平衡集合罐，3、疏液器，4、工质分 流器，5、流量调节阀，6、冷源，7、耦合器，8、末级联动耦合装置，9、 末级膨胀做功装置，10、次级联动耦合装置，11、次级膨胀做功装置，12、 联动耦合装置，13、膨胀^L功装置，14、热源，15、次级增压循环装置， 16、增压循环装置。
具体实施方式
实施例1:单级联动耦合型式参见图1，变易联动耦合回热循环方法，由热源"、膨胀做功装置13、 增压循环装置16、与热耦合中间体经管件连接组成循环系统，增压循环装置16的输出端至膨月长估文功装置13输入端连通的部分为系统的高压区域、 由膨胀做功装置13输出端至增压循环装置16输入端连通的部分为系统的 低压区域，用热耦合中间体对系统的高压区域和低压区域进行耦合连结， 使系统成为由增压循环装置16依次经热耦合中间体、热源14、膨胀做功 装置13、热耦合中间体、至增压循环装置16连通的变易循环结构。按热 耦合中间体的结构方式，具有单级联动耦合、多级联动耦合结构型式和工 质的联动耦合变易回热循环方式； 其中热耦合中间体结构为用按高温、中温、低温分段方式设置换热面的换热装置作耦合器7，耦 合器7高温段壳体上端设有与壳层连通的低压工质输入管座、低温段壳体 下端设有与壳层连通的低压工质输出管座，耦合器7高温段顶端设有与管 层连通的高压工质输出管座、低温段底端设有与管层连通的高压工质输入 管座，用顶端、底端、和中部设有管座的罐体作工质分流器4 ,上部设有 一次凝结液管座、二次凝结液管座、补给液管座、下部设有输出管座、排 污管座的罐体作工质平衡集合罐2，用与冷却系统连接的凝汽器作冷源6、 流量调节阀5、疏液器3 、及接管作结构要素；将耦合器7的低压工质输 出管座与工质分流器4中部管座连接，工质分流器4底端的管座与疏液器3 输入端连接，疏液器3输出端与工质平衡集^ 2上部的一次凝结液管座 连接，工质平衡集M 2上部的二次凝结液管座与冷源6连接，工质分流 器4顶部管座与冷源6之间设有流量调节阀5， 组成具有由耦合器7低压 工质输入管座-耦合器7壳层"^合器7低压工质输出管座经工质分流器4、 疏液器3、至工质平衡集^ 2下部输出管座连通的低压工质流程结构， 由耦合器7高压工质输入管座~^合器7管层,合器7高压工质输出管座 连通的高压工质流程结构，具有由工质分流器4经流量调节阀5、冷源6、 至工质平衡集^ 2连通的乏气冷却流程结构的联动耦合装置12;联动耦 合装置12的高压工质输出管座与热源14的输入端连接、联动耦合装置12 的低压工质输入管座与膨胀做功装置13输出端连"l妄、联动耦合装置12的 低压工质输出管座与增压循环装置16的输入端连接、联动耦合装置12的 高压工质输入管座与增压循环装置16的输出端连接、热源14的输出端与 膨胀做功装置13输入端连接，组成由增压循环装置16输出端依次经联动 耦合装置12、热源14、膨胀做功装置13、联动耦合装置12、至增压循环 装置16输入端连通的变易循环结构，系统的高压区域和低压区域进行耦合 连结只使用联动耦合装置12 —套联动耦合装置作热耦合中间体。单级联动耦合型式中的工质在变易循环结构中经五个耦合过程进行循 环，五个耦合过程是①增压耦合过程a、用增压循环装置16作耦合中间体，将外部输入 增压循环装置16的能量转变为工质的压力能；b、确定工质的循环方向；c、 使工质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程即为所述；② 增温耦合过程增压后的低温高压工质经管道由高压工质输入管座 进入联动耦合装置12，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的高温低 压工质进行热耦合，吸收高温低压工质的热量，逐段增温后由高压输出管 座输出的过程即为所述；③ 加热耦合过程工质增压、增温后经管道进入热源14主锅，以主锅 为中间体对发热物质和增温后工质进行热耦合，使工质蒸发为高压饱和蒸 汽，并以热源14中的过热器为中间体对发热物质和饱和蒸汽进行热耦合， 使饱和蒸汽成为过热蒸汽输出的过程即为所述；④ 卸压耦合过程a、用膨胀做功装置13作耦合中间体、将工质由高 温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使工质释放的耦合能转变为 机械能输出；b、与增压循环装置16结合，将变易循环结构中的工质区分 为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程即为 所述；⑤ 降温耦合过程由膨胀做功装置13输出的高温低压工质经管道由低 压工质输入管座i^X联动耦合装置12，经高温段、中温段、低温段壳层与 管层中的低温高压工质进^f亍热耦合，逐段降温由气相凝结为液相，部分乏 气经联动耦合装置12中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的过程即为所 述。实施例2:三级联动耦合型式参见图2,以三级联动耦合型式为例来说明多级联动耦合结构型式变易 联动耦合回热循环方法，由热源14、膨力长1故功装置13、增压循环装置16、 与热耦合中间体经管件连接组成循环系统，增压循环装置16的输出端至膨 胀做功装置13输入端连通的部分为系统的高压区域、由膨胀4故功装置13 输出端至增压循环装置16输入端连通的部分为系统的低压区域，用热耦合 中间体对系统的高压区域和低压区域进行耦合连结，使系统成为由增压循 环装置16依次经热耦合中间体、热源14、膨胀^f故功装置13、热耦合中间 体、至增压循环装置16连通的变易循环结构。其中热耦合中间体(图中用虚线框出部分)结构为用联动耦合装置12及结构与其相同的次级联动耦合装置10、末级联 动耦合装置8与次级膨胀做功装置11、末级膨胀做功装置9、次级增压循 环装置15、末级增压循环装置1及管件作结构要素，联动耦合装置12的高 压工质输出管座与次级膨胀做功装置11的输入端连接、次级膨胀做功装置 11的输出端与次级联动耦合装置10的低压工质输入管座连接、次级联动耦 合装置10的低压工质输出管座与次级增压循环装置15的输入端连接、次 级增压循环装置15的输出端与联动耦合装置12的高压工质输入管座连接， 次级联动耦合装置10的高压工质输出管座与末级膨胀做功装置9的输入端连接、末级膨胀做功装置9的输出端与末级联动耦合装置8的低压工质输 入管座连接、末级联动耦合装置8的低压工质输出管座与末级增压循环装 置1的输入端连接、末级增压循环装置1的输出端与次级联动耦合装置10 的高压工质输入管座连接，组成由联动耦合装置12经次级膨胀做功装置11 、 次级联动耦合装置10、次级增压循环装置15至联动耦合装置12连通的次 级联动循环结构，由次级联动耦合装置10经末级膨胀做功装置9、末级联 动耦合装置8、末级增压循环装置1至次级联动耦合装置10连通的末级联 动循环结构和由次级联动循环结构、末级联动循环结构耦合连结组成的联 动循环结构；将联动循环结构中的末级联动耦合装置8的高压工质输出管座与热源 14的输入端连接、联动耦合装置12的低压工质输入管座与膨胀做功装置13 输出端连接、联动耦合装置12的低压工质输出管座与增压循环装置16的 输入端连接、增压循环装置16的输出端与末级联动耦合装置8的高压工质 输入管座连接、热源14的输出端与膨胀啦文功装置13输入端连接，组成具 有由增压循环装置16依次经末级联动耦合装置8、热源14、膨胀做功装置 13、联动耦合装置12、至增压循环装置16连通的变易循环结构，系统的 高压区域和低压区域进行耦合连结，使用了具有联动耦合装置12、次级联 动耦合装置10、末级联动耦合装置8三套联动耦合装置的联动循环结构作 热耦合中间体；其中三级联动耦合型式中的工质的联动耦合变易回热循环方式为 在变易循环结构中经五个耦合过程进行循环，五个耦合过程是① 增压耦合过程a、用增压循环装置16作耦合中间体，将外部输入 增压循环装置16的能量转变为工质的压力能；b、确定工质的循环方向；c、 4吏工质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同的热耦合提供不同的初 始条件的过程即为所述；② 增溫耦合过程增压后的低温高压工质经管道由高压工质输入管座 进入末级联动耦合装置8,经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的末级 高温^f氐压工质进行热耦合，吸收末级工质的热量，逐段增温后由高压输出 管座输出的过程即为所述；③ 加热耦合过程工质增压、增温后经管道进入热源14主锅，以主锅 为中间体对发热物质和工质进行热耦合，使工质蒸发为高压饱和蒸汽，并 以热源14中的过热器为中间体对发热物质和饱和蒸汽进行热耦合，使饱和蒸汽成为过热蒸汽输出的过程即为所迷，④ 卸压耦合过程a、用膨胀做功装置13作耦合中间体、将工质由高 温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使工质释放的耦合能转变为 机械能输出；b、与增压循环装置16结合，将变易循环结构中的工质区分 为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程即为 所述；⑤降温耦合过程由膨力长做功装置13输出的高温低压工质经管道由低 压工质输入管座进入联动耦合装置12,经高温段、中温段、低温段壳层与 管层中的次级低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为液相，部 分乏气经联动耦合装置12中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的过程即为 所述；次级工质在次级联动循环结构中经过四个耦合过程进行循环，四个耦合过程是① 增压耦合过程a、用次级增压循环装置15作耦合中间体，将外部 输入次级增压循环装置15的能量转变为次级工质的压力能；b、确定次级 工质的循环方向；c、使次级工质的输入和输出具有一定的压力参数、为 不同的热耦合提供不同的初始条件的过程即为所述；② 加热耦合过程增压后的次级低温高压工质经管道由高压工质输入 管座进入联动耦合装置12，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的高 温低压工质进行热耦合，在低温段被预热、中温段蒸发为饱和蒸汽、高温 段过热成为过热蒸汽由高压输出管座输出的过程即为所述；③ 卸压耦合过程a、用次级膨胀^i:功装置11作耦合中间体、将次 级工质由高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使次级工质释放 的耦合能转变为机械能输出；b、与次级增压循环装置15结合，将次级联 动循环结构中的次级工质区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提 供不同的初始条件的过程即为所述；④ 降温耦合过程由次级膨胀做功装置11输出的次级高温低压工质 经管道由低压工质输入管座进入次级联动耦合装置10，经高温段、中温段、 低温段壳层与管层中的末级低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝 结为液相，部分乏气经次级联动耦合装置10中的乏气冷却流程由气相凝 结为液相的过程即为所述；末级工质在末级联动循环结构中经过四个耦合过程进行循环，四个耦 合过程是(D增压耦合过程a、用末级增压循环装置1作耦合中间体，将外部 输入末级增压循环装置1的能量转变为末级工质的压力能；b、确定末级 工质的循环方向；c、 4吏末级工质的输入和输出具有一定的压力参数、为 不同的热耦合提供不同的初始条件的过程即为所述；② 加热耦合过程增压后的末级低温高压工质经管道由高压工质输入 管座进入次级联动耦合装置10,经低温段、中温段、高温段管层与壳层中 的次级高温低压工质进行热耦合，在低温段被预热、中温段蒸发为饱和蒸 汽、高温段过热成为过热蒸汽、由高压输出管座输出的过程即为所述；③ 卸压耦合过程a、用末级膨胀做功装置9作耦合中间体、将末级 工质由高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使末级工质释放的 耦合能转变为机械能输出；b、与末级增压循环装置1结合，将末级联动循环结构中的末级工质区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程即为所述；④降温耦合过程由末级膨胀做功装置9输出的末级高温低压工质经 管道由低压工质输入管座进入末级联动耦合装置8,经高温段、中温段、 低温段壳层与管层中的低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为 液相，部分乏气经末级联动耦合装置8中的乏气冷却流程由气相凝结为液 相的过程即为所述；综上所述工质按各行其道的耦合方式进行循环、按联动耦合方式传 递热量、经联动耦合变易循环实现状态变易、具有膨胀做功和释放耦合能 后回复初始状态进行循环所必需的耦合条件，即是工质在由热耦合中间体 耦合连结组成的联动耦合变易循环结构中进行的变易联动耦合回热循环。
权利要求
1、一种变易联动耦合回热循环方法，其特征在于由热源(14)、膨胀做功装置(13)、增压循环装置(16)、与热耦合中间体经管件连接组成循环系统，增压循环装置(16)的输出端至膨胀做功装置(13)输入端连通的部分为系统的高压区域、膨胀做功装置(13)输出端至增压循环装置(16)输入端连通的部分为系统的低压区域，用热耦合中间体对系统的高压区域和低压区域进行耦合连结，使系统成为由增压循环装置(16)依次经热耦合中间体、热源(14)、膨胀做功装置(13)、热耦合中间体、至增压循环装置(16)连通的变易循环结构。
2、 如权利要求1所述的变易联动耦合回热循环方法，其特征在于热耦 合中间体结构为用按高温、中温、低温分段方式设置换热面的换热装置作耦合器(7), 耦合器(7)高温段壳体上端设有与壳层连通的低压工质输入管座、低温段 壳体下端设有与壳层连通的低压工质输出管座，耦合器(7)高温段顶端设 有与管层连通的高压工质输出管座、低温段底端设有与管层连通的高压工 质输入管座，用顶端、底端、和中部设有管座的罐体作工质分流器(4), 上部设有一次凝结液管座、二次凝结液管座、补给液管座、下部设有输出 管座、排污管座的罐体作工质平衡集合罐(2),用与冷却系统连接的凝汽 器作冷源(6)、流量调节阀(5)、疏液器(3)、及接管作结构要素；将耦 合器(7)的低压工质输出管座与工质分流器(4)中部管座连接，工质分 流器(4)底端的管座与疏液器(3)输入端连接，疏液器(3)输出端与工 质平衡集^！ (2)上部的一次凝结液管座连接，工质平衡集^ (2)上 部的二次凝结液管座与冷源(6)连接，工质分流器(4)顶部管座与冷源(6)之间设有流量调节阀(5),组成具有由耦合器(7)低压工质输入管 座-耦合器(7)壳层-耦合器(7)低压工质输出管座经工质分流器(4)、 疏液器(3)、至工质平衡集* (2)下部输出管座连通的低压工质流程结 构，由耦合器(7)高压工质输入管座—禺合器(7)管层-耦合器(7)高压 工质输出管座连通的高压工质流程结构，具有由工质分流器(4)经流量调 节阀(5)、冷源(6)、至工质平衡集M (2)连通的乏气冷却流程结构的 联动耦合装置(12 );联动耦合装置(12 )的高压工质输出管座与热源(14 ) 的输入端连接、联动耦合装置(12)的低压工质输入管座与膨胀做功装置(13)输出端连接、联动耦合装置(12)的低压工质输出管座与增压循环 装置(16)的输入端连接、联动耦合装置(12)的高压工质输入管座与增 压循环装置(16 )的输出端连接、热源(14 )的输出端与膨胀做功装置(13 ) 输入端连接，组成由增压循环装置(16 )输出端依次经联动耦合装置(12 )、 热源(14 )、膨胀估支功装置(13 )、联动耦合装置(12 )、至增压循环装置(16 ) 输入端连通的变易循环结构，系统的高压区域和低压区域进行耦合连结只 使用联动耦合装置(12) —套联动耦合装置作热耦合中间体。
3、 如权利要求2所述的变易联动耦合回热循环方法，其特征在于工质 在变易循环结构中经五个耦合过程进行循环，五个耦合过程是① 增压耦合过程a、用增压循环装置(16)作耦合中间体，将外部输 入增压循环装置(16)的能量转变为工质的压力能；b、确定工质的循环方 向；c、使工质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同的热耦合提供不 同的初始条件的过程；② 增温耦合过程增压后的低温高压工质经管道由高压工质输入管座 进入联动耦合装置(l2 ),经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的高温 低压工质进行热耦合，吸收高温低压工质的热量，逐段增温后由高压输出 管座输出的过程；③ 加热耦合过程工质增压、增温后经管道进入热源(14)主锅，以 主锅为中间体对发热物质和增温后工质进行热耦合，使工质蒸发为高压饱 和蒸汽，并以热源(14)中的过热器为中间体对发热物质和饱和蒸汽进行 热耦合，使饱和蒸汽成为过热蒸汽输出的过程；④ 卸压耦合过程a、用膨胀做功装置(13)作耦合中间体、将工质由 高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使工质释放的耦合能转变 为机械能输出；b、与增压循环装置(16)结合，将变易循环结构中的工质 区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程；⑤ 降温耦合过程由膨胀做功装置(13)输出的高温低压工质经管道 由低压工质输入管座进入联动耦合装置(12 ),经高温段、中温段、低温段 壳层与管层中的低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为液相， 部分乏气经联动耦合装置(12)中的乏气冷却流程由气相凝结为液相的过 程。
4、 如权利要求l所述的变易联动耦合回热循环方法，其特征在于热耦 合中间体结构为用联动耦合装置(12)及结构与其相同的次级联动耦合装置(10)、末 级联动耦合装置(8)与次级膨胀做功装置(11)、末级膨胀做功装置(9)、 次级增压循环装置(15)、末级增压循环装置(1)及管件作结构要素，联 动耦合装置(12)的高压工质输出管座与次级膨胀做功装置(11)的输入 端连接、次级膨胀啦文功装置(11)的输出端与次级联动耦合装置(10)的 低压工质输入管座连接、次级联动耦合装置(10)的低压工质输出管座与 次级增压循环装置(15)的输入端连接、次级增压循环装置(15)的输出 端与联动耦合装置(12 )的高压工质输入管座连接，次级^:动耦合装置(10 ) 的高压工质输出管座与末级膨胀做功装置(9)的输入端连接、末级膨胀做 功装置(9)的输出端与末级联动耦合装置(8)的低压工质输入管座连接、 末级联动耦合装置(8)的低压工质输出管座与末级增压循环装置(1)的 输入端连接、末级增压循环装置(1)的输出端与次级联动耦合装置(10) 的高压工质输入管座连接，组成由联动耦合装置(12)经次级膨胀做功装 置(11)、次级联动耦合'装置(10)、次级增压循环装置(15)至联动耦合 装置(12)连通的次级诚动循环结构，由次级联动耦合装置(10)经末级膨胀做功装置(9 )、末级联动耦合装置(8 )、末级增压循环装置(1)至次 级联动耦合装置(10)连通的末级联动循环结构和由次级联动循环结构、 末级联动循环结构耦合连结组成的联动循环结构；将联动循环结构中的末级联动耦合装置(8)的高压工质输出管座与热 源(14)的输入端连接、联动耦合装置(12)的低压工质输入管座与膨胀 做功装置(13)输出端连接、联动耦合装置(12)的低压工质输出管座与 增压循环装置(16)的输入端连接、增压循环装置(16)的输出端与末级 联动耦合装置(8)的高压工质输入管座连接、热源(14)的输出端与膨胀 做功装置(13)输入端连接，组成具有由增压循环装置(16)依次经末级 联动耦合装置(8 )、热源(14 )、膨胀做功装置(13 )、联动耦合装置(12 )、 至增压循环装置(16)连通的变易循环结构，系统的高压区域和低压区域 进行耦合连结，使用了具有联动耦合装置(12)、次级联动耦合装置(10)、 末级联动耦合装置(8 )三套联动耦合装置的联动循环结构作热耦合中间体。
5、如权利要求4所述的变易联动耦合回热循环方法，其特征在于其中 工质的联动耦合变易回热循环方式为在变易循环结构中经五个耦合过程进行循环，五个耦合过程是① 增压耦合过程a、用增压循环装置(16)作耦合中间体，将外部输 入增压循环装置(16)的能量转变为工质的压力能；b、确定工质的循环方 向；c、使工质的输入和输出具有一定的压力参数、为不同的热耦合提供不 同的初始条件的过程；② 增温耦合过程增压后的低温高压工质经管道由高压工质输入管座 进入末级联动耦合装置8，经低温段、中温段、高温段管层与壳层中的末级 高温低压工质进行热耦合，吸收末级工质的热量，逐段增温后由高压输出 管座输出的过程；③ 加热耦合过程工质增压、增温后经管道进入热源(14)主锅，以 主锅为中间体对发热物质和工质进行热耦合，使工质蒸发为高压饱和蒸汽， 并以热源(14)中的过热器为中间体对发热物质和饱和蒸汽进行热耦合， 使饱和蒸汽成为过热蒸汽输出的过程即为所述，④ 卸压耦合过程a、用膨胀做功装置(13)作耦合中间体、将工质由 高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使工质释放的耦合能转变 为机械能输出；b、与增压循环装置(16)结合，将变易循环结构中的工质 区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程；⑤ 降温耦合过程由膨胀做功装置(13)输出的高温低压工质经管道 由低压工质输入管座进入联动耦合装置(12),经高温段、中温段、低温段 壳层与管层中的次级低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相凝结为液 相，部分乏气经联动耦合装置(12)中的乏气冷却流程由气相凝结为液相 的过程；次级工质在次级联动循环结构中经过四个耦合过程进行循环，四个耦 合过程是', ①增压耦合过程a、用次级增压循环裂置(15)作耦合中间体，将外部输入次级增压循环装置(15)的能量转变为次级工质的压力能；b、 确定次级工质的循环方向；c、使次级工质的输入和输出具有一定的压力 参数、为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程；② 加热耦合过程增压后的次级低温高压工质经管道由高压工质输入 管座进入联动耦合装置(12),经低温段、中温段、高温段管层与壳层中 的高温低压工质进行热耦合，在低温段#:预热、中温段蒸发为饱和蒸汽、 高温段过热成为过热蒸汽由高压输出管座输出的过程；③ 卸压耦合过程a、用次级膨月长估支功装置(11)作耦合中间体、将 次级工质由高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使次级工质释 放的耦合能转变为机械能输出；b、与次级增压循环装置(15)结合，将 次级联动循环结构中的次级工质区分为高压区域和低压区域，为不同的热 耦合提供不同的初始条件的过程；④ 降温耦合过程由次级膨胀做功装置(11)输出的次级高温低压工 质经管道由低压工质输入管座进入次级联动耦合装置(10)，经高温段、 中温段、低温段壳层与管层中的末级低温高压工质进行热耦合，逐段降温 由气相凝结为液相，部分乏气经次级联动耦合装置(10)中的乏气冷却 流程由气相凝结为液相的过程；末级工质在末级联动循环结构中经过四个耦合过程进行循环，四个耦 合过程是① 增压耦合过程a、用末级增压循环装置(1)作耦合中间体，将外 部输入末级增压循环装置(1)的能量转变为末级工质的压力能；b、确定 末级工质的循环方向；c、使末级工质的输入和输出具有一定的压力l^t、 为不同的热耦合提供不同的初始条件的过程；② 加热耦合过程增压后的末级低温高压工质经管道由高压工质输入 管座进入次级联动耦合装置(10),经低温段、中温段、高温段管层与壳 层中的次级高温低压工质进行热耦合，在低温段被预热、中温段蒸发为饱 和蒸汽、高温段过热成为过热蒸汽、由高压输出管座输出的过程；③ 卸压耦合过程a、用末级膨胀做功装置(9)作耦合中间体、将末 级工质由高温、高压耦合状态转变为高温低压耦合状态，使末级i质释放 的耦合能转变为机械能输出；b、与末级增压循环装置(1)结合，将末级 联动循环结构中的末级工质区分为高压区域和低压区域，为不同的热耦合 提供不同的初始条件的过程； 降温耦合过程由末级膨胀^L功装置(9 )输出的末级高温低压工 质经管道由低压工质输入管座进入末级耳关动耦合装置(8),经高温段、中 温段、低温段壳层与管层中的低温高压工质进行热耦合，逐段降温由气相 凝结为液相，部分乏气经末级联动耦合装置(8)中的乏气冷却流程由气 相凝结为液相的过程。
全文摘要
本发明公开了一种变易联动耦合回热循环方法，由热源(14)、膨胀做功装置(13)、增压循环装置(16)、与热耦合中间体经管件连接组成循环系统，增压循环装置(16)的输出端至膨胀做功装置(13)输入端连通的部分为系统的高压区域、由膨胀做功装置(13)输出端至增压循环装置(16)输入端连通的部分为系统的低压区域，用热耦合中间体对系统的高压区域和低压区域进行耦合连结，使系统成为由增压循环装置(16)依次经热耦合中间体、热源(14)、膨胀做功装置(13)、热耦合中间体、至增压循环装置(16)连通的变易循环结构。本发明解决了系统的有序耦合、联动循环、回热反馈、多级做功问题，具有整体运行机制。
文档编号F25B30/00GK101240954SQ20081006865
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月11日 优先权日2008年3月11日
发明者保廷荣 申请人:保廷荣