CN103743140B - 单工质热制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单工质热制冷系统，包括压缩机构、热膨胀机构和冷膨胀机构，所述压缩机构的工质出口经加热器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经排热器与所述压缩机构的工质入口连通，在所述压缩机构的工质出口和所述加热器之间的连通通道上设工质旁通出口，在所述排热器与所述压缩机构的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口，所述工质旁通出口经附属排热器与所述冷膨胀机构的工质入口连通，所述冷膨胀机构的工质出口经吸热器与所述工质旁通入口连通。本发明结构简单、效率高、可有效利用低品质热源进行制冷。
Description
技术领域
本发明涉及能源与动力及制冷领域，特别是一种单工质热制冷系统。
背景技术
以制冷为目的的热力学循环和以输出动力为目的的热力学循环为人类的文明作出了很大的贡献，但是，至今为止的工业中，两者均是相互独立的，即以热量产生动力，绝大多数的动力是以电的形式对外输出，然后再以动力，绝大数情况下是电力，推动制冷循环进行制冷，这样不仅系统复杂，而且综合效率低，特别是近年来不断兴起的余热制冷和太阳能利用，因此急需发明一种结构简单、制冷效率高的制冷系统。
发明内容
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：
方案1：一种单工质热制冷系统，包括压缩机构、热膨胀机构和冷膨胀机构，所述压缩机构的工质出口经加热器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经排热器与所述压缩机构的工质入口连通，在所述压缩机构的工质出口和所述加热器之间的连通通道上设工质旁通出口，在所述排热器与所述压缩机构的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口，所述工质旁通出口经附属排热器与所述冷膨胀机构的工质入口连通，所述冷膨胀机构的工质出口经吸热器与所述工质旁通入口连通。
方案2：在方案1的基础上，所述热膨胀机构对所述压缩机构输出动力。
方案3：在方案1至方案2的基础上，所述压缩机构设为速度型压缩机构，或所述压缩机构设为容积型压缩机构。
方案4：在方案1至方案3中任一方案的基础上，所述热膨胀机构设为速度型膨胀做功机构，或所述热膨胀机构设为容积型膨胀做功机构。
方案5：在方案1至方案4中任一方案的基础上，所述冷膨胀机构设为速度型膨胀做功机构，或所述冷膨胀机构设为容积型膨胀做功机构。
方案6：在方案5的基础上，在设有所述速度型膨胀做功机构的结构中，所述速度型膨胀做功机构与所述压缩机构和所述热膨胀机构联动设置；在设有所述容积型膨胀做功机构的结构中，所述容积型膨胀做功机构与所述压缩机构和所述热膨胀机构联动设置。
方案7：在方案5的基础上，在设有所述速度型膨胀做功机构的结构中，所述速度型膨胀做功机构对外输出动力；在设有所述容积型膨胀做功机构的结构中，所述容积型膨胀做功机构对外输出动力。
方案8：在方案6的基础上，在所述速度型膨胀做功机构与所述压缩机构和所述热膨胀机构联动设置的结构中，所述速度型膨胀做功机构、所述压缩机构和所述热膨胀机构构成的联动系统对外输出动力；在所述容积型膨胀做功机构与所述压缩机构和所述热膨胀机构联动设置的结构中，所述容积型膨胀做功机构、所述压缩机构和所述热膨胀机构构成的联动系统对外输出动力。
方案9：在方案1至方案4中任一方案的基础上，所述冷膨胀机构设为节流膨胀器；或所述冷膨胀机构设为蒸发器，所述附属排热器设为冷凝冷却器；或所述冷膨胀机构设为蒸发器，所述附属排热器设为冷凝冷却器，所述吸热器与所述蒸发器一体化设置。
方案10：在方案1的基础上，选择性地将所述压缩机构设为叶轮压气机，所述热膨胀机构设为热透平，所述冷膨胀机构设为冷透平，所述叶轮压气机、所述热透平和所述冷透平共轴设置。
方案11：在方案10的基础上，所述叶轮压气机的外壳、所述热透平的外壳和所述冷透平的外壳一体化设置为壳体，所述叶轮压气机、所述热透平和所述冷透平中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体转动密封设置。
方案12：在方案11的基础上，所述叶轮压气机、所述热透平和所述冷透平构成两个相邻区，在至少一个所述相邻区上设轴承。
方案13：在方案11的基础上，在所述旋转轴的至少一端上设轴承。
方案14：在以上任一方案的基础上，所述加热器设为太阳能加热器。
方案15：一种单工质热制冷系统，包括液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，在所述液体泵的工质出口和所述汽化器之间的连通通道上设工质旁通出口，所述工质旁通出口与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述制冷压缩机的工质入口连通；所述制冷压缩机的工质出口直接与所述冷凝冷却器和所述热膨胀机构的工质出口之间的连通通道连通和/或经附属冷凝冷却器与所述冷凝冷却器和所述热膨胀机构的工质出口之间的连通通道连通，或所述制冷压缩机的工质出口经附属冷凝冷却器与所述冷凝冷却器和所述液体泵的工质入口之间的连通通道连通。
方案16：在方案15的基础上，所述工质旁通出口经液体动力做功机构与所述蒸发器连通。
方案17：在方案15至方案16的基础上，所述热膨胀机构设为速度型膨胀做功机构，或所述热膨胀机构设为容积型膨胀做功机构。
方案18：在方案15至方案17中任一方案的基础上，所述制冷压缩机设为速度型制冷压缩机，或所述制冷压缩机设为容积型制冷压缩机。
方案19：在方案16的基础上，所述液体动力做功机构设为速度型液体动力做功机构，或所述液体动力做功机构设为容积型液体动力做功机构。
方案20：在方案15至方案19中任一方案的基础上，所述热膨胀机构对所述液体泵输出动力。
方案21：在方案15至方案20中任一方案的基础上，所述热膨胀机构对所述制冷压缩机输出动力。
方案22：在方案15或方案21的基础上，所述热膨胀机构的外壳和所述制冷压缩机的外壳一体化设置为壳体，所述热膨胀机构和所述制冷压缩机之间的旋转轴与所述壳体转动密封设置。
方案23：在方案15、方案20和方案21中任一方案的基础上，所述液体泵的外壳、所述热膨胀机构的外壳和所述制冷压缩机的外壳一体化设置为壳体，所述液体泵、所述热膨胀机构和所述制冷压缩机中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体转动密封设置。
方案24：在方案16的基础上，所述液体泵的外壳、所述热膨胀机构的外壳、所述制冷压缩机的外壳和所述液体动力做功机构的外壳一体化设置为壳体，所述液体泵、所述热膨胀机构、所述制冷压缩机和所述液体动力做功机构中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体转动密封设置。
方案25：在方案15至方案24中任一方案的基础上，所述汽化器设为太阳能汽化器。
方案26：一种单工质热制冷系统，包括液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷却器与附属压缩机的工质入口连通，所述附属压缩机的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，在所述液体泵的工质出口和所述汽化器之间的连通通道上设工质旁通出口，所述工质旁通出口与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述制冷压缩机的工质入口连通；所述制冷压缩机的工质出口直接与所述冷凝冷却器和所述附属压缩机的工质出口之间的连通通道连通和/或经附属冷凝冷却器与所述冷凝冷却器和所述附属压缩机的工质出口之间的连通通道连通，或所述制冷压缩机的工质出口经附属冷凝冷却器与所述冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口之间的连通通道连通。
方案27：一种单工质热制冷系统，包括液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷却器与所述制冷压缩机的工质入口连通，所述制冷压缩机的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，在所述液体泵的工质出口和所述汽化器之间的连通通道上设工质旁通出口，所述工质旁通出口与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述冷却器和所述制冷压缩机之间的连通通道连通。
方案28：一种单工质热制冷系统包括液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷却器与所述制冷压缩机的工质入口连通，所述制冷压缩机的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，在所述冷却器和所述制冷压缩机的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口，在所述冷凝冷却器和所述液体泵之间的连通通道上设液体工质导出口，所述液体工质导出口与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述工质旁通入口连通。
方案29：一种单工质热制冷系统，包括叶轮压气机、液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷却器与所述叶轮压气机的工质入口连通，所述叶轮压气机的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，所述制冷压缩机的工质出口经制冷冷凝冷却器与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述制冷压缩机的工质入口连通，所述叶轮压气机、所述热膨胀机构和所述制冷压缩机设置在同一壳体内且设置在同一旋转轴上，在所述叶轮压气机、所述热膨胀机构和所述制冷压缩机中的相邻两者之间所述壳体与所述旋转轴密封转动配合设置。
方案30：一种单工质热制冷系统，包括叶轮压气机、液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷却器与所述叶轮压气机的工质入口连通，所述叶轮压气机的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，在所述冷凝冷却器和所述叶轮压气机的工质出口之间的连通通道上设工质旁通入口，所述制冷压缩机的工质出口与所述工质旁通入口连通，在所述冷凝冷却器和所述液体泵之间的连通通道上设液体工质导出口，所述液体工质导出口与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述制冷压缩机的工质入口连通，所述叶轮压气机、所述热膨胀机构和所述制冷压缩机设置在同一壳体内且设置在同一旋转轴上，在所述叶轮压气机、所述热膨胀机构和所述制冷压缩机中的相邻两者之间所述壳体与所述旋转轴密封转动配合设置，所述叶轮压气机与所述制冷压缩机中的循环工质为同一工质。
方案31：一种单工质热制冷系统，包括液体泵、热膨胀机构和制冷压缩机，所述液体泵的工质出口经汽化器与所述热膨胀机构的工质入口连通，所述热膨胀机构的工质出口经冷凝冷却器与所述液体泵的工质入口连通，所述制冷压缩机的工质出口经制冷冷凝冷却器与蒸发器连通，所述蒸发器的气体出口与所述制冷压缩机的工质入口连通，所述热膨胀机构和所述制冷压缩机设置在同一壳体内且设置在同一旋转轴上，在所述热膨胀机构和所述制冷压缩机之间所述壳体与所述旋转轴密封转动配合设置，所述热膨胀机构与所述制冷压缩机中的循环工质为同一工质。
本发明中，所谓的“压缩机构”是指一切可以对气体进行压缩的机构，包括速度型压缩机构和容积型压缩机构，例如，轴流式气体压缩机、径流式气体压缩机、罗茨式气体压缩机、螺杆式气体压缩机、活塞式气体压缩机等，可以是单级或多级，并可在级间进行冷却。
本发明中，所述压缩机构、所述附属压缩机和所述制冷压缩机都是压缩机构，名称不同只是为了区分而加以定义的。
本发明中，所谓的“热膨胀机构”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，可以是单级或多级。
本发明中，所谓的“冷膨胀机构”是指以制冷为目的的膨胀机构，例如以制冷为目的的轴流透平、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、节流膨胀器、蒸发器等，可以是单级或多级，并可在必要时进行级间冷却。
本发明中，所谓的“排热器”是指将气体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，还可以是冷却器或冷凝冷却器等。
本发明中，所述附属排热器和所述排热器两者均为排热器，名称不同只是为了对两者进行区分而定义的。
本发明中，所谓的“热透平”是指以产生动力为目的的透平，可以是单级或多级；所谓的“冷透平”是指以制冷为目的同时也产生动力的透平，可以是单级或多级，并可在必要时进行级间冷却。
本发明中，所谓的“联动设置”是指直接或间接使两者或多者相互联动的设置，例如共轴设置、经变速器传动设置、经齿轮传动设置等。
本发明中，所谓的“吸热器”是指从外部吸热使工质温度升高的热交换器，例如蒸发器、以降温为目的的热交换器(如冷库内的热交换器)等。
本发明中，所谓的“蒸发器”是指在外部抽真空的作用下使其内部液体蒸发降温的装置，可以将其内部温度较低的液体作为循环介质对外进行制冷，也可以利用所述蒸发器的壁对外吸热进行制冷。
本发明中，所述蒸发器、所述吸热器都是提供冷源的装置。
本发明中，所述冷凝冷却器、所述制冷冷凝冷却器和所述附属冷凝冷却器都是冷凝冷却器，名称不同只是为了区分而定义的。
本发明中，所谓的“液体动力做功机构”可以设为液体马达。
本发明中，在设有所述液体泵的结构中，要么将所述液体泵设为高转速液体泵与所述热膨胀机构共轴设置；要么将所述液体泵经变速机构与所述热膨胀结构共轴设置；要么所述液体泵由独立动力源对其输出动力。
本发明中的两个、多个或所有的旋转运动件可以选择性地共轴设置在同一所述壳体内，在两个相邻的所述旋转运动件之间的所述壳体与转轴密封转动配合设置。
本发明中，所谓的“旋转运动件”是指所述压缩机构、所述热膨胀机构、所述冷膨胀机构、所述液体泵、所述液体动力做功机构等旋转运动的部件以及它们的下位部件。
本发明中，所述旋转运动件中，有的是输出动力的，有的是消耗动力的，在有些情况下，动力可能有盈余，在这种情况下，可以对外输出动力，例如对发动机输出动力，可以选择性地将发电机设置在所述旋转运动件所在的同一壳体内，仅将发电机的供电导线与所述壳体绝缘密封导出，这样可使工质不易发生泄漏。
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压缩机构时，应当注重工质选择，可选择性地选择(γ/γ-1)-Rg的值小于80公斤力·米/公斤·K的工质。
本发明中γ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。
本发明中Rg是气体常数，不同于人们更为熟知的摩尔气体常数R，R值为8.3145J/(mol-K)，且不仅与气体状态无关，也与气体的种类无关，而Rg则不同，Rg的值与气体状态无关，但与气体的种类有关，Rg的计算方式为：其中Mm为气体的分子量，过热水蒸气的Rg值为47公斤力·米/公斤·K。
本发明中，K是开尔文温度。
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(γ/γ-1)-Rg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(γ/γ-1)-Rg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(γ/γ-1)-Rg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。
本发明中，应根据能源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。
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。
本发明中，采用单一工质同时进行制冷循环和动力循环。
本发明中，应根据公知技术决定工质入口和工质出口在所述壳体上的位置。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、效率高、可有效利用低品质热源进行制冷。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例4的结构示意图；
图5是本发明实施例5的结构示意图；
图6是本发明实施例6的结构示意图；
图7是本发明实施例7的结构示意图；
图8是本发明实施例8的结构示意图；
图9是本发明实施例9的结构示意图；
图10是本发明实施例10的结构示意图；
图11是本发明实施例11的结构示意图；
图12是本发明实施例12的结构示意图；
图13是本发明实施例13的结构示意图；
图14是本发明实施例14的结构示意图；
图15是本发明实施例15的结构示意图；
图16是本发明实施例16的结构示意图；
图17是本发明实施例17的结构示意图；
图18是本发明实施例18的结构示意图，
图中：
1、压缩机构、1111叶轮压气机、111液体工质导出口、1112旋转轴、2热膨胀机构、211热透平、3冷膨胀机构、31节流膨胀器、311冷透平、4加热器、5排热器、51附属排热器、52冷凝冷却器、522制冷冷凝冷却器、61工质旁通出口、62工质旁通入口、63冷却器、7吸热器、8蒸发器、101壳体、11液体泵、41汽化器、333制冷压缩机、511附属冷凝冷却器、68液体动力做功机构、9变速装置、444附属压缩机。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的单工质热制冷系统，包括压缩机构1、热膨胀机构2和冷膨胀机构3，所述压缩机构1的工质出口经加热器4与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经排热器5与所述压缩机构1的工质入口连通，在所述压缩机构1的工质出口和所述加热器4之间的连通通道上设工质旁通出口61，在所述排热器5与所述压缩机构1的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口62，所述工质旁通出口61经附属排热器51与所述冷膨胀机构3的工质入口连通，所述冷膨胀机构3的工质出口经吸热器7与所述工质旁通入口62连通。
实施例2
如图2所示的单工质热制冷系统，其在实施例1的基础上：所述压缩机构1设为速度型压缩机构，所述热膨胀机构2设为速度型膨胀做功机构，所述冷膨胀机构3设为速度型膨胀做功机构；图中，具体地，所述压缩机构1设为叶轮压气机1111，所述热膨胀机构2设为热透平211，所述冷膨胀机构3设为冷透平311，所述叶轮压气机1111、所述热透平211和所述冷透平311共轴设置。
本实施例可以看做通过共轴的方式实现作为所述冷膨胀机构3的所述速度型膨胀做功机构与所述压缩机构1和所述热膨胀机构2的联动设置，本实施例中，可选择性地使所述速度型膨胀做功机构、所述压缩机构1和所述热膨胀机构2构成的联动系统对外输出动力。
可变换地，所述冷膨胀机构3可以不局限于所述冷透平311而改设为其它速度型膨胀做功机构，所述冷膨胀机构3也可以改设为容积型膨胀做功机构；并且，可选择地使所述速度型膨胀做功机构与所述压缩机构1和所述热膨胀机构2联动设置，或使所述容积型膨胀做功机构与所述压缩机构1和所述热膨胀机构2联动设置，并进一步可选择地，使所述速度型膨胀做功机构、所述压缩机构1和所述热膨胀机构2构成的联动系统对外输出动力，或使所述容积型膨胀做功机构、所述压缩机构1和所述热膨胀机构2构成的联动系统对外输出动力；或者，选择性地使所述速度型膨胀做功机构或所述容积型膨胀做功机构不与其他旋转运动件联动，而使所述速度型膨胀做功机构或所述容积型膨胀做功机构对外输出动力。
实施例3
如图3所示的单工质热制冷系统，其与实施例2的区别在于：所述冷膨胀机构3设为节流膨胀器31。
实施例4
如图4所示的单工质热制冷系统，其在实施例2的基础上：所述叶轮压气机1111的外壳、所述热透平211的外壳和所述冷透平311的外壳一体化设置为壳体101，所述叶轮压气机1111、所述热透平211和所述冷透平311中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体101转动密封设置。
可选择地，将所述叶轮压气机1111、所述热透平211和所述冷透平311构成两个相邻区，在至少一个所述相邻区上设轴承。
可选择地，在所述旋转轴的至少一端上设轴承。
实施例5
如图5所示的单工质热制冷系统，其与实施例2的区别在于：所述冷膨胀机构3改设为蒸发器8，所述附属排热器51设为冷凝冷却器52。
实施例6
如图6所示的单工质制冷系统，其与实施例5的区别在于：所述吸热器7与所述蒸发器8一体化设置。
实施例2至实施例6中，均将所述压缩机构1设为了叶轮压气机1111，可变换地，所述压缩机构1可以不局限于叶轮压气机1111而改设为其它速度型压缩机构，当然，所述压缩机构1还可以改设为容积型压缩机构。
以上任一实施方式在具体实施时，都可以选择性地将所述加热器4设为太阳能加热器。
实施例7
如图7所示的单工质热制冷系统，包括液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，在所述液体泵11的工质出口和所述汽化器41之间的连通通道上设工质旁通出口61，所述工质旁通出口61与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述制冷压缩机333的工质入口连通；所述制冷压缩机333的工质出口经附属冷凝冷却器511与所述冷凝冷却器52和所述液体泵11的工质入口之间的连通通道连通。
实施例8
如图8所示的单工质热制冷系统，其与实施例7的区别在于：所述制冷压缩机333的工质出口直接与所述冷凝冷却器52和所述热膨胀机构2的工质出口之间的连通通道连通，在所述液体泵11的轴与所述热膨胀机构2的轴之间设置变速装置9。
可变换地，所述制冷压缩机333的工质出口改为经附属冷凝冷却器511与所述冷凝冷却器52和所述热膨胀机构2的工质出口之间的连通通道连通，或者，可以改为将所述制冷压缩机333的工质出口直接与所述冷凝冷却器52和所述热膨胀机构2的工质出口之间的连通通道连通的同时，使所述制冷压缩机333的工质出口经附属冷凝冷却器511与所述冷凝冷却器52和所述热膨胀机构2的工质出口之间的连通通道连通。
实施例9
如图9所示的单工质热制冷系统，其与实施例8的区别在于：取消所述液体泵11的轴与所述热膨胀机构2的轴之间的联动以及所述变速装置9，并使所述工质旁通出口61经液体动力做功机构68与所述蒸发器8连通，所述液体动力做功机构68设为容积型液体做功机构，具体地，在本实施例中，设为了液体马达。
本发明中，所有设置有所述工质旁通出口61和所述蒸发器8的实施方式中，都可以参考本实施例设置所述液体动力做功机构68，并可选择性地将所述液体动力做功机构68设为速度型液体动力做功机构或设为容积型液体做功机构。
实施例10
如图10所示的单工质热制冷系统，其在实施例9的基础上：所述热膨胀机构2的外壳和所述制冷压缩机333的外壳一体化设置为壳体101，所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333之间的旋转轴与所述壳体101转动密封设置。
实施例11
如图11所示的单工质热制冷系统，其在实施例10的基础上：所述液体泵11、所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333共轴设置，所述液体泵11的外壳、所述热膨胀机构2的外壳和所述制冷压缩机333的外壳一体化设置为壳体101，所述液体泵11、所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体101转动密封设置。
可选择地，所述液体泵11、所述热膨胀机构2、所述制冷压缩机333和所述液体动力做功机构68共轴设置，所述液体泵11的外壳、所述热膨胀机构2的外壳、所述制冷压缩机333的外壳和所述液体动力做功机构68的外壳一体化设置为壳体101，所述液体泵11、所述热膨胀机构2、所述制冷压缩机333和所述液体动力做功机构68中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体101转动密封设置。
具体实施时，可选择地参照本实施例9至实施例11中任一实施例相对于实施例8的变换方式，在实施例7的基础上，设相应的结构和变换。
可变换地，实施例9至实施例11中的所述液体动力做功机构68可改设为速度型液体动力做功机构。
实施例12
如图12所示的单工质热制冷系统，包括液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷却器63与附属压缩机444的工质入口连通，所述附属压缩机444的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，在所述液体泵11的工质出口和所述汽化器41之间的连通通道上设工质旁通出口61，所述工质旁通出口61与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述制冷压缩机333的工质入口连通；所述制冷压缩机333的工质出口直接与所述冷凝冷却器52和所述附属压缩机444的工质出口之间的连通通道连通。
可变换地，所述制冷压缩机333的工质出口改为经附属冷凝冷却器511与所述冷凝冷却器52与所述附属压缩机444的工质出口之间的连通通道连通，或者，可以改为将所述制冷压缩机333的工质出口经附属冷凝冷却器511与所述冷凝冷却器52与所述附属压缩机444的工质出口之间的连通通道连通的同时，使所述制冷压缩机333的工质出口直接与所述冷凝冷却器52和所述附属压缩机444的工质出口之间的连通通道连通。
实施例13
如图13所示的单工质热制冷系统，其与实施例12的区别在于：所述制冷压缩机333的工质出口经附属冷凝冷却器511与所述冷凝冷却器52和所述液体泵11的工质入口之间的连通通道连通。
为了方便表示，本发明中的所有包括所述附属压缩机444的实施例对应的附图中，均将所述附属压缩机444表示成了叶轮式压气机，具体实施时，所述附属压缩机444可以设为任何具有压缩功能的压缩机构，不影响本发明的目的的实现。
实施例14
如图14所示的单工质热制冷系统，包括液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷却器63与所述制冷压缩机333的工质入口连通，所述制冷压缩机333的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，在所述液体泵11的工质出口和所述汽化器41之间的连通通道上设工质旁通出口61，所述工质旁通出口61与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述冷却器63和所述制冷压缩机333之间的连通通道连通。
实施例15
如图15所示的单工质热制冷系统，包括液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷却器63与所述制冷压缩机333的工质入口连通，所述制冷压缩机333的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，在所述冷却器63和所述制冷压缩机333的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口62，在所述冷凝冷却器52和所述液体泵11之间的连通通道上设液体工质导出口111，所述液体工质导出口111与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述工质旁通入口62连通。
实施例16
如图16所示的单工质热制冷系统，包括叶轮压气机1111、液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷却器63与所述叶轮压气机1111的工质入口连通，所述叶轮压气机1111的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，所述制冷压缩机333的工质出口经制冷冷凝冷却器522与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述制冷压缩机333的工质入口连通，所述叶轮压气机1111、所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333设置在同一壳体101内且设置在同一旋转轴1112上，在所述叶轮压气机1111、所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333中的相邻两者之间所述壳体101与所述旋转轴1112密封转动配合设置。
本实施例中，所述热膨胀机构2与所述制冷压缩机333中的循环工质可以为同一工质。
实施例17
如图17所示的单工质热制冷系统，包括叶轮压气机1111、液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷却器63与所述叶轮压气机1111的工质入口连通，所述叶轮压气机1111的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，在所述冷凝冷却器52和所述叶轮压气机1111的工质出口之间的连通通道上设工质旁通入口62，所述制冷压缩机333的工质出口与所述工质旁通入口62连通，在所述冷凝冷却器52和所述液体泵11之间的连通通道上设液体工质导出口111，所述液体工质导出口111与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述制冷压缩机333的工质入口连通，所述叶轮压气机1111、所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333设置在同一壳体101内且设置在同一旋转轴1112上，在所述叶轮压气机1111、所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333中的相邻两者之间所述壳体101与所述旋转轴1112密封转动配合设置，所述叶轮压气机1111与所述制冷压缩机333中的循环工质为同一工质。
实施例18
如图18所示的单工质热制冷系统，包括液体泵11、热膨胀机构2和制冷压缩机333，所述液体泵11的工质出口经汽化器41与所述热膨胀机构2的工质入口连通，所述热膨胀机构2的工质出口经冷凝冷却器52与所述液体泵11的工质入口连通，所述制冷压缩机333的工质出口经制冷冷凝冷却器522与蒸发器8连通，所述蒸发器8的气体出口与所述制冷压缩机333的工质入口连通，所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333设置在同一壳体101内且设置在同一旋转轴1112上，在所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333之间所述壳体101与所述旋转轴1112密封转动配合设置，所述热膨胀机构2与所述制冷压缩机333中的循环工质为同一工质。
本发明中的所有实施方式，除实施例1之外，均将所述热膨胀机构2具体的设为了所述热透平211，可变换地，所述热膨胀机构2可以不局限于热透平211而改设为其它速度型膨胀做功机构，当然，所述热膨胀机构2还可以改设为容积型膨胀做功机构。
为了方便表示，本发明中的所有包括所述制冷压缩机333的实施例对应的附图中，均将所述制冷压缩机333表示成了叶轮式压气机，具体实施时，所述制冷压缩机333可以设为任何具有压缩功能的压缩机构，包括速度型制冷压缩机、容积型制冷压缩机，不影响本发明的目的的实现。
本发明中，所有包括所述汽化器41的实施方式中，均可选择地将所述汽化器41设为太阳能汽化器。
本发明中的各实施方式中，各组件可以独立选择具体结构，例如，实施例1中，当所述压缩机构1选择设为容积型压缩机构时，所述热膨胀机构1可以选择设为容积型膨胀做功机构，也可以选择设为速度型膨胀做功机构，不影响本发明的目的的实现。
本发明中的几乎所有实施方式(实施例1除外)中，除所述液体泵11外的各旋转运动件均共轴设置，例如，实施例2中，所述叶轮压气机1111、所述热透平211和所述冷透平311共轴设置，实施例7中，所述热膨胀机构2和所述制冷压缩机333共轴设置，等等，从而实现，所述热膨胀机构2对所述压缩机构1、所述制冷压缩机333等的动力输出，作为可以变换的实施方式，可以取消所有旋转部件的共轴设置，也可以取消部分旋转部件之间的共轴设置；对于包括所述液体泵11的实施方式，可以参考实施例8在所述液体泵11的轴与所述热膨胀机构2的轴之间设置变速装置9，也可以参照实施例11使所述液体泵11与所述热膨胀机构2直接共轴，都可以实现所述热膨胀机构2对所述液体泵11的动力输出。
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。
Claims (32)
1.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括压缩机构(1)、热膨胀机构(2)和冷膨胀机构(3)，所述压缩机构(1)的工质出口经加热器(4)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经排热器(5)与所述压缩机构(1)的工质入口连通，在所述压缩机构(1)的工质出口和所述加热器(4)之间的连通通道上设工质旁通出口(61)，在所述排热器(5)与所述压缩机构(1)的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口(62)，所述工质旁通出口(61)经附属排热器(51)与所述冷膨胀机构(3)的工质入口连通，所述冷膨胀机构(3)的工质出口经吸热器(7)与所述工质旁通入口(62)连通。
2.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述热膨胀机构(2)对所述压缩机构(1)输出动力。
3.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述压缩机构(1)设为速度型压缩机构，或所述压缩机构(1)设为容积型压缩机构。
4.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述热膨胀机构(2)设为速度型膨胀做功机构，或所述热膨胀机构(2)设为容积型膨胀做功机构。
5.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述冷膨胀机构(3)设为速度型膨胀做功机构，或所述冷膨胀机构(3)设为容积型膨胀做功机构。
6.如权利要求5所述单工质热制冷系统，其特征在于：在设有所述速度型膨胀做功机构的结构中，所述速度型膨胀做功机构与所述压缩机构(1)和所述热膨胀机构(2)联动设置；在设有所述容积型膨胀做功机构的结构中，所述容积型膨胀做功机构与所述压缩机构(1)和所述热膨胀机构(2)联动设置。
7.如权利要求5所述单工质热制冷系统，其特征在于：在设有所述速度型膨胀做功机构的结构中，所述速度型膨胀做功机构对外输出动力；在设有所述容积型膨胀做功机构的结构中，所述容积型膨胀做功机构对外输出动力。
8.如权利要求6所述单工质热制冷系统，其特征在于：在所述速度型膨胀做功机构与所述压缩机构(1)和所述热膨胀机构(2)联动设置的结构中，所述速度型膨胀做功机构、所述压缩机构(1)和所述热膨胀机构(2)构成的联动系统对外输出动力；在所述容积型膨胀做功机构与所述压缩机构(1)和所述热膨胀机构(2)联动设置的结构中，所述容积型膨胀做功机构、所述压缩机构(1)和所述热膨胀机构(2)构成的联动系统对外输出动力。
9.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述冷膨胀机构(3)设为节流膨胀器(31)。
10.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述冷膨胀机构(3)设为蒸发器(8)，所述附属排热器(51)设为冷凝冷却器(52)；或所述冷膨胀机构(3)设为蒸发器(8)，所述附属排热器(51)设为冷凝冷却器(52)，所述吸热器(7)与所述蒸发器(8)一体化设置。
11.如权利要求1所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述压缩机构(1)设为叶轮压气机(1111)，所述热膨胀机构(2)设为热透平(211)，所述冷膨胀机构(3)设为冷透平(311)，所述叶轮压气机(1111)、所述热透平(211)和所述冷透平(311)共轴设置。
12.如权利要求11所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述叶轮压气机(1111)的外壳、所述热透平(211)的外壳与所述冷透平(311)的外壳一体化设置为壳体(101)，所述叶轮压气机(1111)、所述热透平(211)和所述冷透平(311)中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体(101)转动密封设置。
13.如权利要求12所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述叶轮压气机(1111)、所述热透平(211)和所述冷透平(311)构成两个相邻区，在至少一个所述相邻区上设轴承。
14.如权利要求12所述单工质热制冷系统，其特征在于：在所述旋转轴的至少一端上设轴承。
15.如权利要求1-14中任一项所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述加热器(4)设为太阳能加热器。
16.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，在所述液体泵(11)的工质出口和所述汽化器(41)之间的连通通道上设工质旁通出口(61)，所述工质旁通出口(61)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通；所述制冷压缩机(333)的工质出口直接与所述冷凝冷却器(52)和所述热膨胀机构(2)的工质出口之间的连通通道连通和/或经附属冷凝冷却器(511)与所述冷凝冷却器(52)和所述热膨胀机构(2)的工质出口之间的连通通道连通，或所述制冷压缩机(333)的工质出口经附属冷凝冷却器(511)与所述冷凝冷却器(52)和所述液体泵(11)的工质入口之间的连通通道连通。
17.如权利要求16所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述工质旁通出口(61)经液体动力做功机构(68)与所述蒸发器(8)连通。
18.如权利要求16所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述热膨胀机构(2)设为速度型膨胀做功机构，或所述热膨胀机构(2)设为容积型膨胀做功机构。
19.如权利要求16所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述制冷压缩机(333)设为速度型制冷压缩机，或所述制冷压缩机(333)设为容积型制冷压缩机。
20.如权利要求17所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述液体动力做功机构(68)设为速度型液体动力做功机构，或所述液体动力做功机构(68)设为容积型液体动力做功机构。
21.如权利要求16所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述热膨胀机构(2)对所述液体泵(11)输出动力。
22.如权利要求16所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述热膨胀机构(2)对所述制冷压缩机(333)输出动力。
23.如权利要求16或22所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述热膨胀机构(2)的外壳和所述制冷压缩机(333)的外壳一体化设置为壳体(101)，所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)之间的旋转轴与所述壳体(101)转动密封设置。
24.如权利要求16或22所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述液体泵(11)的外壳、所述热膨胀机构(2)的外壳和所述制冷压缩机(333)的外壳一体化设置为壳体(101)，所述液体泵(11)、所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体(101)转动密封设置。
25.如权利要求17所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述液体泵(11)的外壳、所述热膨胀机构(2)的外壳、所述制冷压缩机(333)的外壳和所述液体动力做功机构(68)的外壳一体化设置为壳体(101)，所述液体泵(11)、所述热膨胀机构(2)、所述制冷压缩机(333)和所述液体动力做功机构(68)中的相邻两者之间的旋转轴与所述壳体(101)转动密封设置。
26.如权利要求16至22和25中任一项所述单工质热制冷系统，其特征在于：所述汽化器(41)设为太阳能汽化器。
27.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷却器(63)与附属压缩机(444)的工质入口连通，所述附属压缩机(444)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，在所述液体泵(11)的工质出口和所述汽化器(41)之间的连通通道上设工质旁通出口(61)，所述工质旁通出口(61)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通；所述制冷压缩机(333)的工质出口直接与所述冷凝冷却器(52)和所述附属压缩机(444)的工质出口之间的连通通道连通和/或经附属冷凝冷却器(511)与所述冷凝冷却器(52)和所述附属压缩机(444)的工质出口之间的连通通道连通，或所述制冷压缩机(333)的工质出口经附属冷凝冷却器(511)与所述冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口之间的连通通道连通。
28.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷却器(63)与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通，所述制冷压缩机(333)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，在所述液体泵(11)的工质出口和所述汽化器(41)之间的连通通道上设工质旁通出口(61)，所述工质旁通出口(61)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述冷却器(63)和所述制冷压缩机(333)之间的连通通道连通。
29.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷却器(63)与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通，所述制冷压缩机(333)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，在所述冷却器(63)和所述制冷压缩机(333)的工质入口之间的连通通道上设工质旁通入口(62)，在所述冷凝冷却器(52)和所述液体泵(11)之间的连通通道上设液体工质导出口(111)，所述液体工质导出口(111)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述工质旁通入口(62)连通。
30.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括叶轮压气机(1111)、液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷却器(63)与所述叶轮压气机(1111)的工质入口连通，所述叶轮压气机(1111)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，所述制冷压缩机(333)的工质出口经制冷冷凝冷却器(522)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通，所述叶轮压气机(1111)、所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)设置在同一壳体(101)内且设置在同一旋转轴(1112)上，在所述叶轮压气机(1111)、所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)中的相邻两者之间所述壳体(101)与所述旋转轴(1112)密封转动配合设置。
31.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括叶轮压气机(1111)、液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷却器(63)与所述叶轮压气机(1111)的工质入口连通，所述叶轮压气机(1111)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，在所述冷凝冷却器(52)和所述叶轮压气机(1111)的工质出口之间的连通通道上设工质旁通入口(62)，所述制冷压缩机(333)的工质出口与所述工质旁通入口(62)连通，在所述冷凝冷却器(52)和所述液体泵(11)之间的连通通道上设液体工质导出口(111)，所述液体工质导出口(111)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通，所述叶轮压气机(1111)、所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)设置在同一壳体(101)内且设置在同一旋转轴(1112)上，在所述叶轮压气机(1111)、所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)中的相邻两者之间所述壳体(101)与所述旋转轴(1112)密封转动配合设置，所述叶轮压气机(1111)与所述制冷压缩机(333)中的循环工质为同一工质。
32.一种单工质热制冷系统，其特征在于：包括液体泵(11)、热膨胀机构(2)和制冷压缩机(333)，所述液体泵(11)的工质出口经汽化器(41)与所述热膨胀机构(2)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)的工质出口经冷凝冷却器(52)与所述液体泵(11)的工质入口连通，所述制冷压缩机(333)的工质出口经制冷冷凝冷却器(522)与蒸发器(8)连通，所述蒸发器(8)的气体出口与所述制冷压缩机(333)的工质入口连通，所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)设置在同一壳体(101)内且设置在同一旋转轴(1112)上，在所述热膨胀机构(2)和所述制冷压缩机(333)之间所述壳体(101)与所述旋转轴(1112)密封转动配合设置，所述热膨胀机构(2)与所述制冷压缩机(333)中的循环工质为同一工质。
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