能量转换系统的制作方法

本发明涉及一种能量转换系统。

背景技术

热功能量转换是我们获取自然能量的一种重要途径，制冷制热设备（如空调、冷库等）是热功（或功转热、功转冷）能量转换系统的一种类型，也是社会能源消耗大户，提高制冷制热设备的能源利用效率，能减少能源消耗，保护环境。

现有的制冷制热设备（如家用空调），在制冷过程中，制冷剂被压缩机压缩后释放大量热量，这部分热量在散热器处被户外风扇直接吹散到户外空气中，造成能源的浪费。造成这种能源浪费的原因是我们的热机、热泵、制冷等设备能量转换效率过低。

因为任何物质都有温度传导性，高温物体向低温物体传热和低温物体从高温物体吸热是同时发生的，同一物质在不同的温度和压力条件下温度传导性能不同。气体在一定的温度和压力条件下会发生相变，物理性质发生变化，比如超临界气体的温度传导性接近液体而粘度接近气体。因此不存在完全绝热的封闭循环环境，能量转换系统必然会与周围环境发生温度传导，包括热传导（热辐射）和冷传导（冷交换）。燃料燃烧时会产生膨胀能和辐射热。提高能量转换系统的能量转换效率要充分利用燃料燃烧时产生的膨胀能和辐射热，提高循环工质的传热速率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，能够有效提高能量转换效率的能量转换系统。

本发明的采用的技术方案是：一种能量转换系统，其特征是：包括压缩机、换热器、膨胀机、蒸发器、蒸汽发生器、汽轮机、冷凝器、工质泵、电动机、电源；所述的换热器位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管与汽轮机的蒸汽进口连接，汽轮机的蒸汽出口通过管道与冷凝器的蒸汽进口连接，冷凝器的出液口通过工质泵与蒸汽发生器的回液口连通；所述的换热器的进口通过管道与压缩机的出口连接，换热器的出口通过管道与膨胀机的进口连接，膨胀机的出口与蒸发器的进口连接，蒸发器的出口与压缩机的进口连接，蒸发器处设有风扇；膨胀机的转子、压缩机的转子及汽轮机的转子连接后通过离合器与电动机的转子连接，电动机与电池连接；压缩机内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；汽轮机内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比汽轮机内的工质的临界点高。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、膨胀机、蒸发器、蒸汽发生器、汽轮机、冷凝器、工质泵、发电机、蓄电池；所述的换热器位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管与汽轮机的蒸汽进口连接，汽轮机的蒸汽出口通过管道与冷凝器的蒸汽进口连接，冷凝器的出液口通过工质泵与蒸汽发生器的回液口连通；所述的换热器的进口通过管道与压缩机的出口连接，该管道上设有加热装置；换热器的出口通过管道与膨胀机的进口连接，膨胀机的出口与蒸发器的进口连接，蒸发器的出口与压缩机的进口连接；膨胀机的转子、压缩机的转子及汽轮机的转子连接后通过离合器与发电机的转子连接，发电机与蓄电池连接；压缩机内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；汽轮机内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比汽轮机内的工质的临界点高。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、膨胀机、蒸发器、蒸汽发生器、降温器、电动机、电源；所述的换热器位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管与膨胀机ⅱ的蒸汽进口连接；膨胀机ⅱ的蒸汽出口通过管道与压缩机ⅱ的进口连接，该管道上设有降温器；压缩机ⅱ的出液口通过管道与蒸汽发生器的回液口连通；所述的换热器的进口通过管道与压缩机的出口连接，换热器的出口通过管道与膨胀机的进口连接，膨胀机的出口与蒸发器的进口连接，蒸发器的出口与压缩机的进口连接，蒸发器处设有风扇；膨胀机的转子、压缩机的转子、膨胀机ⅱ的转子、压缩机ⅱ的转子连接后通过离合器与电动机的转子连接，电动机与电源连接；压缩机内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机ⅱ内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比压缩机ⅱ内的工质的临界点高。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、膨胀机、蒸汽发生器、降温器、发电机、蓄电池；所述的换热器位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管与膨胀机ⅱ的蒸汽进口连接；膨胀机ⅱ的蒸汽出口通过管道与压缩机ⅱ的进口连接，该管道上设有降温器ⅱ；压缩机ⅱ的出液口通过管道与蒸汽发生器的回液口连通；所述的换热器的进口通过管道与压缩机的出口连接，该管道上设有加热装置，换热器的出口通过管道与膨胀机的进口连接；膨胀机的出口与降温器的进口连接，降温器的出口与压缩机的进口连接；膨胀机的转子、压缩机的转子、膨胀机ⅱ的转子、压缩机ⅱ的转子连接后通过离合器与发电机的转子连接，发电机与蓄电池连接；压缩机内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机ⅱ内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比压缩机ⅱ内的工质的临界点高。

上述的的能量转换系统中，所述的加热装置采用的是核反应堆加热设备、燃油燃烧设备、燃气燃烧设备、燃煤燃烧设备、太阳能设备、地热能设备或余热加热设备；核反应堆加热设备包括加热器、工质泵、换热器ⅱ及蒸汽发生器ⅱ；蒸汽发生器ⅱ的进口和出口分别与压缩机的出口和蒸汽发生器的进口连接；所述的换热器ⅱ的出口与工质泵的进口连接，工质泵的出口与加热器的进口连接，加热器的出口与换热器ⅱ的进口连接；工质泵内的工质采用液态金属或超临界氦气。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、膨胀机、蒸发器、降温器、电动机、电源；所述的蒸发器位于降温器内，降温器上设有工质进口和工质出口，工质出口通过工质输送管与压缩机ⅱ的进口连接；压缩机ⅱ的出口通过管道与换热器ⅱ的进口连接，换热器ⅱ的出口与膨胀机ⅱ连接，换热器ⅱ置于降温器ⅱ内；膨胀机ⅱ的出口通过管道与降温器的工质进口连通；所述的蒸发器的进口通过管道与膨胀机的出口连接，蒸发器的出口通过管道与压缩机的进口连接，压缩机的出口与换热器的进口连接，换热器的出口与膨胀机的进口连接，换热器处设有风扇；膨胀机的转子、压缩机的转子、膨胀机ⅱ的转子、压缩机ⅱ的转子连接后通过离合器与电动机的转子连接，电动机与电源连接；压缩机内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机ⅱ内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比压缩机ⅱ内的工质的临界点高。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、膨胀机、蒸发器、降温器、工质泵、电动机、电源；所述的蒸发器位于降温器内，降温器上设有工质进口和工质出口，工质出口通过工质输送管与工质泵的进口连接；工质泵的出口通过管道与降温器ⅱ的进口连接，降温器ⅱ的出口与膨胀机ⅱ连接；膨胀机ⅱ的出口通过管道与降温器的工质进口连通；所述的蒸发器的进口通过管道与膨胀机的出口连接，蒸发器的出口通过管道与压缩机的进口连接，压缩机的出口与换热器的进口连接，换热器的出口与膨胀机的进口连接，换热器处设有风扇；膨胀机的转子、压缩机的转子、膨胀机ⅱ的转子连接后通过离合器与电动机的转子连接，电动机与电源连接；压缩机内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；工质泵内的工质采用水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比工质泵内的工质的临界点高。

一种能量转换系统，包括压缩机、膨胀机、冷交换器、吸热器、过冷器、发电机、蓄电池；所述的冷交换器位于过冷器内，过冷器上设有工质进口和工质出口，工质出口通过工质输送管与压缩机ⅱ的进口连接；压缩机ⅱ的出口通过管道与冷交换器ⅱ的进口连接，冷交换器ⅱ的出口与冷膨胀机连接，冷交换器ⅱ置于过冷器ⅱ内；冷膨胀机的出口通过管道与过冷器的工质进口连通；所述的冷交换器的出口通过管道与压缩机的进口连接，冷交换器的进口通过管道与膨胀机的出口连接，膨胀机的进口与吸热器的出口连接，吸热器的进口与压缩机的出口连接，吸热器置于加热装置内；膨胀机的转子、压缩机的转子、冷膨胀机的转子、压缩机ⅱ的转子连接后通过离合器与发电机的转子连接，发电机与蓄电池连接；压缩机内的工质采用冷氦气、冷氮气、冷氢气或冷二氧化碳；压缩机ⅱ内的工质采用冷氮气、冷氢气或冷二氧化碳；压缩机内的工质的临界温度比压缩机ⅱ内的工质的临界温度低；吸热器内工质的温度比加热装置内的工质温度低；冷交换器内工质的温度比过冷器内的工质温度高；冷交换器ⅱ内工质的温度比过冷器ⅱ内的工质温度高；加热装置的能量来源于太阳能、核能、地热或海水；过冷器ⅱ冷能来源于液氮、液氧、液氢、lng冷能、南极北极冷能或太空冷能。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、蒸汽发生器、汽轮机、冷凝器、工质泵、节流阀、电动机；所述的换热器位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管与汽轮机的蒸汽进口连接，该管道上设有加热器；汽轮机的蒸汽出口通过管道与冷凝器的蒸汽进口连接，冷凝器的出液口通过工质泵与蒸汽发生器的回液口连通；所述的换热器的进口通过管道与压缩机的出口连接，换热器的出口通过管道与节流阀的进口连接，节流阀的出口与冷却室的进口连接，冷却室的出口与气液分离器的进口连接，气液分离器的出口与储液罐连接；压缩机的转子及汽轮机的转子连接后通过离合器与电动机的转子连接；蒸汽发生器内的工质采用水、氟利昂、r417a或有机工质；加热器能量来源于太阳能、地热能。

一种能量转换系统，包括压缩机、换热器、蒸汽发生器、降温器电动机、电源；所述的换热器位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管与膨胀机的蒸汽进口连接，该管道上设有加热器；膨胀机的蒸汽出口通过管道与压缩机ⅱ的进口连接，该管道上设有降温器；压缩机ⅱ的出液口通过管道与蒸汽发生器的回液口连通，该管道通过降温器；所述的换热器的进口通过管道与压缩机的出口连接，换热器的出口通过管道与节流阀的进口连接，节流阀的出口与冷却室的进口连接，冷却室的出口与气液分离器的进口连接，气液分离器的出口与储液罐连接；压缩机的转子、压缩机ⅱ的转子及膨胀机的转子连接后通过离合器与电动机的转子连接，电动机与电源连接；蒸汽发生器内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；加热器能量来源于太阳能、地热能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结构简单，通过在换热器外设置蒸汽发生器，蒸汽发生器能够将换热器散发的辐射热转化为蒸汽，进而通过汽轮机带动压缩机做功，将散发的热能利用，提高了制冷制热系统的热效率；本发明还具有膨胀机，可以将循环工质内的热能转化为机械能加以利用。本发明还具有压缩机，压缩机能压缩工质产生温升，能增加循环工质的压力，提高工质的热（或冷）传导性，还是推动工质循环工作的动力。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构图。

图2是本发明实施例2的结构图。

图3是本发明实施例3的结构图。

图4是本发明实施例4的结构图。

图5是本发明实施例5的结构图。

图6是本发明实施例6的结构图。

图7是本发明实施例7的结构图。

图8是本发明实施例8的结构图。

图9是本发明实施例9的结构图。

图10是本发明实施例10的结构图。

图中：1.电动机（或发电机），2.离合器，3.汽轮机，4.膨胀机，5.压缩机，6.蒸发器，7.加热器（能量来源如核反应堆、燃油燃烧设备、燃煤燃烧设备、太阳能、地热能、环境空气温度、余热、低温余热等），8.换热器，9.蒸汽发生器，10.工质泵，11.冷凝器，12.储液罐，13.工质输送管，14.气液分离器，15.冷却室（如液氮室、lng等），16.转轴，17.进气口，18.电池，19.输电线缆，20.动力输出端，21.风扇，22.节流阀，23.降温器，24.冷却器25.升温器26.吸热器，27.过冷器，28.冷交换器，29.低温膨胀机,30.过热器。s1.气体工质，s2.液体工质，s3.超临界工质，s4.加压冷工质，s5.液态金属a.主循环，b.次循环，c.简单循环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

图1为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6、蒸汽发生器9、汽轮机3、冷凝器11、工质泵10、电动机1、电源18；所述的换热器8位于蒸汽发生器9内，蒸汽发生器9顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管13与汽轮机3的蒸汽进口连接，汽轮机3的蒸汽出口通过管道与冷凝器11的蒸汽进口连接，冷凝器11的出液口通过工质泵10与蒸汽发生器9的回液口连通。所述的换热器8的进口通过管道与压缩机5的出口连接，换热器8的出口通过管道与膨胀机4的进口连接，膨胀机4的出口与蒸发器6的进口连接，蒸发器6的出口与压缩机5的进口连接，蒸发器6处设有风扇21。膨胀机4的转子、压缩机5的转子及汽轮机3的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接，电动机1与电源18连接。压缩机内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；汽轮机内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比汽轮机内的工质的临界点高。

该实施例用于制冷，其运行方法如下：

其采用闭式布雷顿循环+闭式朗肯循环运行方法：由压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6构成工质循环回路为主循环（a）；由蒸汽发生器9、汽轮机3、冷凝器11、工质泵10构成工质循环回路为次循环（b）。主循环的工质采用有机工质，次循环的工质采用氟利昂。主循环采用闭式布雷顿循环。次循环的工质循环采用闭式朗肯循环。

离合器2接合，电源18向电动机输电，以电动机1带动压缩机5压缩工质，启动系统。有机工质被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的有机工质到达换热器8处，与蒸汽发生器9内的次循环工质进行热交换，换热器8内的有机工质温度降低，温度降低并具有膨胀势能的有机工质在膨胀机4处释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4和电动机1同时做功，带动压缩机5工作。在膨胀机4释放膨胀能的有机工质在蒸发器6处进一步膨胀并降温，然后到达压缩机5处被压缩机5压缩开始下一个循环。

蒸汽发生器9内的液态氟利昂从换热器吸收热量，工质温度升高、膨胀并转变为气态氟利昂，气态氟利昂到达汽轮机3后释放膨胀能，推动汽轮机3转动，汽轮机3和膨胀机4、电动机1同时做功带动压缩机5工作。在汽轮机3处释放膨胀能温度降低的工质在冷凝器处被进一步降温，冷凝成液态氟利昂，然后由工质泵10泵入蒸汽发生器9开始下一个循环。

实施例2

图2为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6、蒸汽发生器9、降温器23、电动机1、电源18；所述的换热器8位于蒸汽发生器9内，蒸汽发生器9顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管13与膨胀机ⅱ41的蒸汽进口连接；膨胀机ⅱ41的蒸汽出口通过管道与压缩机ⅱ51的进口连接，该管道上设有降温器23；压缩机ⅱ51的出液口通过管道与蒸汽发生器9的回液口连通。所述的换热器8的进口通过管道与压缩机5的出口连接，换热器8的出口通过管道与膨胀机4的进口连接，膨胀机4的出口与蒸发器6的进口连接，蒸发器6的出口与压缩机5的进口连接，蒸发器6处设有风扇21；膨胀机4的转子、压缩机5的转子、膨胀机ⅱ41的转子、压缩机ⅱ51的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接，电动机1与电源18连接。压缩机5内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机ⅱ51内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机5内的工质的临界点比压缩机ⅱ51内的工质的临界点高。

该实施例用于制冷，其运行方法如下：

闭式布雷顿循环+闭式布雷顿循环运行方法：由压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6构成工质循环回路的主循环（a）；由蒸汽发生器9、膨胀机ⅱ41、降温器23、压缩机ⅱ51构成工质循环回路的次循环（b）。主循环的工质采用超临界二氧化碳，次循环的工质采用超临界有机工质。主循环采用闭式布雷顿循环。次循环的工质循环采用闭式布雷顿循环。

离合器2接合，电源18向电动机输电，以电动机1带动压缩机5压缩工质，启动系统。超临界二氧化碳被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的超临界二氧化碳到达换热器8处，与蒸汽发生器9内的次循环工质进行热交换，换热器8内的超临界二氧化碳温度降低，温度降低并具有膨胀势能的超临界二氧化碳在膨胀机4处释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4和电动机1同时做功，带动压缩机5工作。在膨胀机4释放膨胀能的超临界二氧化碳在蒸发器6处进一步膨胀并降温，然后到达压缩机5处被压缩机5压缩开始下一个循环。

蒸汽发生器9内的超临界有机工质从换热器8吸收热量，工质温度升高、膨胀，工质到达膨胀机ⅱ41后释放膨胀能，推动膨胀机ⅱ41转动，膨胀机ⅱ41、膨胀机4、电动机1同时做功带动压缩机5和压缩机ⅱ51工作。在膨胀机ⅱ41处释放膨胀能温度降低的工质在降温器23处被进一步降温，然后到达压缩机ⅱ51处被压缩后流入蒸汽发生器9开始下一个循环。

实施例3

图3为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6、降温器23、电动机1、电源18；所述的蒸发器6位于降温器23内，降温器23上设有工质进口和工质出口，工质出口通过工质输送管与压缩机ⅱ51的进口连接；压缩机ⅱ51的出口通过管道与换热器ⅱ81的进口连接，换热器ⅱ81的出口与膨胀机ⅱ41连接，换热器ⅱ81置于降温器ⅱ231内；膨胀机ⅱ41的出口通过管道与降温器23的工质进口连通；所述的蒸发器6的进口通过管道与膨胀机4的出口连接，蒸发器6的出口通过管道与压缩机5的进口连接，压缩机5的出口与换热器8的进口连接，换热器8的出口与膨胀机4的进口连接，换热器8处设有风扇21；膨胀机4的转子、压缩机5的转子、膨胀机ⅱ41的转子、压缩机ⅱ51的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接，电动机1与电源18连接；压缩机5内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机ⅱ51内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机5内的工质的临界点比压缩机ⅱ51内的工质的临界点高。

该实施例用于制热，其运行方法如下：由压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6构成工质循环回路的主循环（a）；由压缩机ⅱ51、换热器ⅱ81、膨胀机ⅱ41、降温器23构成工质循环回路的次循环（b）。主循环的工质采用超临界二氧化碳，次循环的工质采用超临界有机工质。主循环采用闭式布雷顿循环。次循环的工质循环采用闭式布雷顿循环。

离合器2接合，电源18向电动机1输电，以电动机1带动压缩机5压缩工质，启动系统。超临界二氧化碳被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的超临界二氧化碳到达换热器8处，风扇吹动周围环境空气与换热器8进行热交换，换热器8内工质温度降低，工质流动到达膨胀机4后释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4、电动机1同时做功带动压缩机5工作。在膨胀机4处释放膨胀能温度降低的工质在蒸发器6处被进一步降温，然后流入压缩机5开始下一个循环。

降温器23内的超临界有机工质与蒸发器6温度交换，工质温度升高，工质到达压缩机ⅱ51后超临界有机工质被压缩机ⅱ51压缩，产生温升并具有膨胀能，工质到达降温器ⅱ231后被降温，温度降低并具有膨胀能的工质到达膨胀机ⅱ41处，推动膨胀机ⅱ41转动，膨胀机ⅱ41、膨胀机4、电动机1同时做功带动压缩机ⅱ51、压缩机5工作。在膨胀机ⅱ41处释放膨胀能温度降低的超临界有机工质到达降温器23处，与蒸发器6发生温度交换开始下一个循环。

实施例4

图4为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、蒸汽发生器9、汽轮机3、冷凝器11、工质泵10、节流阀22、电动机1；所述的换热器8位于蒸汽发生器9内，蒸汽发生器9顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管13与汽轮机3的蒸汽进口连接，该管道设有加热器7，汽轮机3的蒸汽出口通过管道与冷凝器11的蒸汽进口连接，冷凝器11的出液口通过工质泵10与蒸汽发生器9的回液口连通。所述的换热器8的进口通过管道与压缩机5的出口连接，换热器8的出口通过管道与节流阀22的进口连接，节流阀22的出口与冷却室15的进口连接，冷却室15的出口与气液分离器14的进口连接，气液分离器14的出口与储液罐12连接。压缩机5的转子及汽轮机3的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接。压缩机5的转子及汽轮机3的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接；蒸汽发生器9内的工质采用水、氟利昂、r417a或有机工质；加热器能量来源于太阳能、地热能。

该实施例用于气体液化，其运行方法如下：

离合器2接合，电源向电动机1输电，以电动机1带动压缩机5压缩工质，启动系统。需被液化的气体从进气口17吸入，被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的压缩气体到达换热器8处，与蒸汽发生器9内的循环工质进行热交换，换热器8内的压缩气体温度降低，温度降低并具有膨胀势能的压缩气体在节流阀22处释放膨胀能并降温，降温后的气体在冷却室15被进一步冷却产生气体和液体的混合物，气体和液体的混合物到达气液分离器14后气体被分离，剩下的液体流入储液罐12储存。

蒸汽发生器9内的工质（如水）从换热器8吸收热量，工质温度升高，膨胀能增加并转变为水蒸气，增加膨胀能的工质（水蒸汽）到达加热器7处被进一步加热，温度进一步升高，膨胀能进一步增加转变成过热蒸汽，工质（过热蒸汽）到达汽轮机3后在汽轮机3处释放膨胀能推动汽轮机3转动，汽轮机3、电动机1同时做功带动压缩机5工作，提高压缩机5压力。在汽轮机3释放膨胀能温度降低的工质到达冷凝器11处被冷却，冷凝成水，水到达工质泵10处，被工质泵10泵入蒸汽发生器9，开始下一个循环。

实施例5

图5为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、蒸汽发生器9、降温器23、电动机1、电源18；所述的换热器8位于蒸汽发生器9内，蒸汽发生器9顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管13与膨胀机4的蒸汽进口连接，该管道上设有加热装置7。膨胀机4的蒸汽出口通过管道与压缩机ⅱ51的进口连接，该管道上设有降温器23；压缩机ⅱ51的出液口通过管道与蒸汽发生器9的回液口连通，该管道通过降温器23。所述的换热器8的进口通过管道与压缩机5的出口连接，换热器8的出口通过管道节流阀22的进口连接，节流阀22的出口与冷却室15的进口连接，冷却室15的出口与气液分离器14的进口连接，气液分离器14的出口与储液罐12连接。压缩机5的转子、压缩机ⅱ51的转子及膨胀机4的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接，电动机1与电源18连接。蒸汽发生器内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；加热器能量来源于太阳能。

该实施例用于气体液化，其运行方法如下：

离合器2接合，电源18向电动机1输电，以电动机1带动压缩机5压缩工质，启动系统。需被液化的气体从进气口17吸入，被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的压缩气体到达换热器8处，与蒸汽发生器内的循环工质（如超临界二氧化碳）进行热交换，换热器8内的压缩气体温度降低，温度降低并具有膨胀势能的压缩气体在节流阀处释放膨胀能并降温，降温后的气体在冷却室15被进一步冷却产生气体和液体的混合物，气体和液体的混合物到达气液分离器14后气体被分离，剩下的液态流入储液罐12储存。

蒸汽发生器9内的工质（如超临界二氧化碳）从换热器8吸收热量，超临界二氧化碳温度升高，超临界二氧化碳到达加热装置7后进一步加热，温度进一步升高，膨胀能增加，超临界二氧化碳流动到达膨胀机4处释放膨胀能推动膨胀机4转动。在膨胀机4处释放膨胀能温度降低的超临界二氧化碳到达降温器23（如lng）降温，降温后的超临界二氧化碳由压缩机ⅱ51，再经过降温器降温后进入蒸汽发生器开始下一个循环。

实施例6

图6为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6、蒸汽发生器9、汽轮机3、冷凝器11工质泵10、发电机1-1、蓄电池18-1；所述的换热器8位于蒸汽发生器内，蒸汽发生器9顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管13与汽轮机3的蒸汽进口连接，汽轮机3的蒸汽出口通过管道与冷凝器11的蒸汽进口连接，冷凝器11的出液口通过工质泵与蒸汽发生器的回液口连通。所述的换热器8的进口通过管道与压缩机5的出口连接，该管道上设有加热装置7；换热器8的出口通过管道与膨胀机的进口连接，膨胀机4的出口与蒸发器6的进口连接，蒸发器6的出口与压缩机5的进口连接；膨胀机4的转子、压缩机5的转子及汽轮机3的转子连接后通过离合器2与发电机1-1的转子连接，发电机1-1与蓄电池18-1连接。压缩机内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；汽轮机内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比汽轮机内的工质的临界点高。

加热装置7采用的是核反应堆设备、燃油燃烧设备、燃气燃烧设备、燃煤燃烧设备、太阳能设备、地热能设备、余热加热设备等。

该实施例用制冷原理发电，其采用闭式布雷顿循环+闭式朗肯循环运行方法运行：由压缩机5、加热器7、换热器8、膨胀机4、蒸发器6构成工质循环回路的主循环（a）；由蒸汽发生器9、汽轮机3、冷凝器11、工质泵10构成工质循环回路的次循环（b）。主循环的工质采用有机工质，次循环的工质采用氟利昂。主循环采用闭式布雷顿循环。次循环的工质循环采用闭式朗肯循环。

离合器2接合，发电机1-1作为电动机使用，蓄电池18-1向发电机1-1输电，发电机1-1带动压缩机5压缩工质，启动系统。有机工质被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。工质流动到加热装置7处被加热，温度进一步升高，膨胀势能增加。温度升高的有机工质到达换热器8处，与蒸汽发生器9内的次循环工质（氟利昂）进行热交换，换热器8内的有机工质温度降低，温度降低并具有膨胀势能的有机工质在膨胀机4处释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4和发电机1-1同时做功，带动压缩机5工作。在膨胀机4释放膨胀能的有机工质在蒸发器6处进一步降温，然后到达压缩机5处被压缩机5压缩开始下一个循环。

蒸汽发生器9内的氟利昂从换热器8吸收热量，工质温度升高、膨胀，工质到达汽轮机3后释放膨胀能，推动汽轮3机转动，汽轮机3、膨胀机4、发电机1同时做功带动压缩机5工作。在汽轮机3处释放膨胀能温度降低的工质在冷凝器11处被进一步降温，冷凝成液态工质，然后被工质泵10泵入蒸汽发生器9开始下一个循环。

当系统启动并运行一段时间，膨胀机4和汽轮机3高速运转，压缩机5压力过大时，由膨胀机4和汽轮机3联合做功带动压缩机5压缩工质的同时将部分过剩能量通过发电机1-1发电，存储于蓄电池18-1。

实施例7

图7为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸汽发生器9、降温器23、发电机1-1、蓄电池18-1；所述的换热器8位于蒸汽发生器9内，蒸汽发生器9顶部设有蒸汽出口，蒸汽出口通过工质输送管13与膨胀机ⅱ41的蒸汽进口连接；膨胀机ⅱ41的蒸汽出口通过管道与压缩机ⅱ51的进口连接，该管道上设有降温器ⅱ231；压缩机ⅱ51的出液口通过管道与蒸汽发生器9的回液口连通。所述的换热器8的进口通过管道与压缩机5的出口连接，该管道上设有加热装置7，换热器8的出口通过管道与膨胀机4的进口连接；膨胀机4的出口与降温器23的进口连接，降温器23的出口与压缩机5的进口连接；膨胀机4的转子、压缩机5的转子、膨胀机ⅱ41的转子、压缩机ⅱ51的转子连接后通过离合器2与发电机1-1的转子连接，发电机1-1与蓄电池18-1连接。压缩机5内的工质采用超临界氦气、超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机ⅱ51内的工质采用超临界氮气、超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机5内的工质的临界点比压缩机ⅱ51内的工质的临界点高。

该实施例用制冷原理发电，其采用闭式布雷顿循环+闭式布雷顿循环运行方法运行：由压缩机5、加热装置7、换热器8、膨胀机4、降温器23构成工质循环回路的主循环（a）；由蒸汽发生器9、膨胀机ⅱ41、降温器ⅱ231、压缩机ⅱ51构成工质循环回路的次循环（b）。主循环的工质采用超临界氦气，次循环的工质采用超临界二氧化碳。主循环的工质循环采用闭式布雷顿循环。次循环的工质循环采用闭式布雷顿循环。

离合器2接合，蓄电池18-1（或外接电源）向发电机1-1输电，发电机1-1此时作为电动机使用，发电机1-1带动压缩机5压缩工质，启动系统。超临界氦气被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。工质流动到加热装置7处被加热，温度进一步升高，膨胀势能增加。温度升高的超临界氦气到达换热器8处，与蒸汽发生器9内的次循环工质（如超临界二氧化碳）进行热交换，换热器8内的超临界氦气温度降低，温度降低并具有膨胀势能的超临界氦气在膨胀机4处释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4和发电机1-1同时做功，带动压缩机5工作。在膨胀机4释放膨胀能的超临界氦气在降温器23处进一步降温，然后到达压缩机5处被压缩机5压缩开始下一个循环。

蒸汽发生器9内的超临界二氧化碳从换热器8吸收热量，工质温度升高、膨胀能增加，超临界二氧化碳到达膨胀机ⅱ41后释放膨胀能，推动膨胀机ⅱ41转动，膨胀机ⅱ41和膨胀机4、发电机1-1同时做功带动压缩机5、压缩机ⅱ51工作。在膨胀机ⅱ41处释放膨胀能温度降低的工质在降温器ⅱ231处被进一步降温，然后由压缩机ⅱ51送入蒸汽发生器9开始下一个循环。

当系统启动并运行一段时间，膨胀机4和膨胀机ⅱ41高速运转，压缩机5压力过大时，由膨胀机4和膨胀机ⅱ41联合做功带动压缩机5压缩工质的同时将部分过剩能量通过发电机1发电，存储于蓄电池18-1。

实施例8

如图8所示，本实施例与实施例7结构相似，不同的是加热装置7采用的是核反应堆设备，包括加热器71、工质泵10、换热器ⅱ81及蒸汽发生器ⅱ91；蒸汽发生器ⅱ91的进口和出口分别与压缩机5的出口和蒸汽发生器9的进口连接。所述的换热器ⅱ81的出口与工质泵10的进口连接，工质泵10的出口与加热器71的进口连接，加热器71的出口与换热器ⅱ81的进口连接。设由加热器71、工质泵10、换热器ⅱ81及蒸汽发生器ⅱ91组成的工质循环回路为简单循环（c），简单循环（c）的循环工质采用加压液态金属。

简单循环（c）的运行方法：换热器ⅱ81内的工质（如加压液态金属）与蒸汽发生器ⅱ91内的工质发生热交换，换热器ⅱ81内的工质（如加压液态金属）温度降低，加压液态金属被工质泵10送人加热器（核反应堆）加热，然后流入换热器ⅱ81与蒸汽发生器ⅱ91内工质发生热交换开始下一个循环。

实施例9

图9为本发明的一个实施例，包括压缩机5、膨胀机4、冷膨胀机29、冷交换器28、吸热器26、过冷器27、发电机1-1、蓄电池18-1；所述的冷交换器28位于过冷器27内，过冷器27上设有工质进口和工质出口，工质出口通过工质输送管13与压缩机ⅱ51的进口连接；压缩机ⅱ52的出口通过管道与冷交换器ⅱ281的进口连接，冷交换器ⅱ281的出口与冷膨胀机29连接，冷交换器ⅱ281置于过冷器ⅱ271内；冷膨胀机29的出口通过管道与过冷器27的工质进口连通。所述的冷交换器28的出口通过管道与压缩机5的进口连接，冷交换器28的进口通过管道与膨胀机4的出口连接，膨胀机4的进口与吸热器26的出口连接，吸热器26的进口与压缩机5的出口连接，吸热器26置于加热装置7内。膨胀机4的转子、压缩机5的转子、冷膨胀机29的转子、压缩机ⅱ51的转子连接后通过离合器2与发电机1-1的转子连接，发电机101与蓄电池18-1连接。压缩机内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；工质泵内的工质采用水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比工质泵内的工质的临界点高。

该实施例用于冷能发电，其运行方法：由压缩机5、膨胀机4、冷交换器28、吸热器26构成工质循环回路的主循环（a）；由压缩机ⅱ51、冷膨胀机29、冷交换器ⅱ281、过冷器27、构成工质循环回路的次循环（b）。主循环工质为加压冷氦气，次循环工质为加压冷氮气。

离合器2接合，蓄电池18-1（或外接电源）向发电机1-1输电，发电机1-1作为电动机使用。发电机1-1带动压缩机5压缩工质，启动系统。加压冷氦气被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的加压冷氦气到达加热装置7处，从加热装置7吸收热量，工质温度升高、膨胀，工质流动到达膨胀机4后释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4、发电机1-1同时做功带动压缩机5工作。在膨胀机4处释放膨胀能温度降低的工质在冷交换器28处被进一步降温，然后流入压缩机5开始下一个循环。

过冷器27内的加压冷氮气与冷交换器28冷交换，加压冷氮气温度升高、膨胀，加压冷氮气到达压缩机ⅱ51后加压冷氮气被压缩机ⅱ51压缩后产生温升，并增加膨胀势能。温度升高的加压冷氮气到达冷交换器ⅱ281处，被过冷器271降温，加压冷氮气流动到达低温膨胀机后释放膨胀能，推动低温膨胀机29转动，低温膨胀机29、膨胀机4、发电机1-1同时做功带动压缩机5、压缩机ⅱ51工作。在低温膨胀机29处释放膨胀能温度降低的加压冷氮气流入过冷器27进一步膨胀、降温，开始下一个循环。

当系统已启动并运行一段时间，膨胀机4和低温膨胀机29高速运转，压缩机5压力过大时（压缩机5压力过大可能使循环工质产生相变），由膨胀机4和低温膨胀机29联合做功带动压缩机5、压缩机ⅱ51工作的同时，将部分过剩能量通过发电机1-1发电，存储于蓄电池18-1中。

实施例10

图10为本发明的一个实施例，包括压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6、降温器23、工质泵、电动机1、电源18；所述的蒸发器6位于降温器23内，降温器23上设有工质进口和工质出口，工质出口通过工质输送管13与工质泵10的进口连接；工质泵10的出口通过管道与降温器ⅱ231的进口连接，降温器ⅱ231的出口与膨胀机ⅱ41连接，膨胀机ⅱ41出口与降温器进口连接；所述的换热器8的出口通过管道与膨胀机4的进口连接，膨胀机4的出口通过管道与蒸发器6的进口连接，压缩机5的出口与换热器8的进口连接，换热器8的出口与膨胀机4的进口连接，换热器8处设有风扇21。膨胀机4的转子、压缩机5的转子、膨胀机ⅱ41的转子、压缩机ⅱ51的转子连接后通过离合器2与电动机1的转子连接，电动机1与电源18连接。压缩机内的工质采用超临界二氧化碳、水、氟利昂、r417a或有机工质；工质泵内的工质采用水、氟利昂、r417a或有机工质；压缩机内的工质的临界点比工质泵内的工质的临界点高。

该实施例用于制热，其运行方法如下：由压缩机5、换热器8、膨胀机4、蒸发器6构成工质循环回路的主循环（a）；由工质泵、降温器ⅱ231、膨胀机ⅱ41、降温器23构成工质循环回路的次循环（b）。主循环的工质采用有机工质，次循环的工质采用氟利昂。主循环采用闭式布雷顿循环。次循环的工质循环采用闭式朗肯循环。

离合器2接合，电源18向电动机输电，以电动机1带动压缩机5压缩工作，启动系统。有机工质被压缩机5压缩后产生温升，并具有膨胀势能。温度升高的有机工质到达换热器8处，风扇吹动周围环境空气与换热器8进行热交换，换热器8内工质温度降低，工质流动到达膨胀机4后释放膨胀能，推动膨胀机4转动，膨胀机4、电动机1同时做功带动压缩机5工作。在膨胀机4处释放膨胀能温度降低的工质在蒸发器6处被进一步膨胀、降温，然后流入压缩机5开始下一个循环。

降温器23内的氟利昂与蒸发器6温度交换，工质温度升高，工质到达工质泵10后氟利昂被工质泵压缩，产生温升具有膨胀能并转变成气态氟利昂，气态氟利昂到达降温器ⅱ231后被降温，温度降低并具有膨胀能的工质到达膨胀机ⅱ41处释放膨胀能，推动膨胀机ⅱ41转动，膨胀机ⅱ41、膨胀机4、电动机1同时做功带动压缩机5工作。在膨胀机ⅱ41处释放膨胀能温度降低的氟利昂到达降温器23处，进一步膨胀降温转变成液体氟利昂，并与蒸发器6发生温度交换开始下一个循环。