CN103775148A - 自冷式热力做功方法 - Google Patents

Abstract

一种自冷式热力做功方法，属于热能动力领域，热力系统的工质从热源吸热做功，包括了工质从低温状态升压吸热后成为动力气源的升温过程、动力气源进入膨胀做功系统后的膨胀做功过程，以及完成膨胀做功的低温气体工质进一步释放热量的排热过程，热力系统从升温过程、膨胀做功过程到排热过程后再到升温过程后实现热力循环过程，采用热泵过程使完成膨胀做功的气体工质降温或液化，热泵过程释放热量时工质的温度或压力参数小于动力气源最大参数，由膨胀做功过程吸收热泵过程释放的部分或全部热量共同做功，采用了回热过程使系统排热最终由系统吸热过程吸收，可实现各种高效率热力循环及有实用性的空气能发动机，同时提出了新的喷射抽气器及新的热泵优化系统降低成本。

Description

自冷式热力做功方法

技术领域

本发明属于热能动力领域。

背景技术

热力学第二定律是热力学基础结论从来没有被动摇，但是遵守其规律热力做功系统必须向低温热源排热而总是造成巨大的能源浪费，例如单循环做功过程热效率最高只接近50％，如燃气轮机热效率不足40％，虽然目前主流热力学领域没有质疑的报道，这并没有阻止人们对其探索与思考，尤其能源危机与环境破环严重的今天，任何可能的突破都是非常重要的。为实现单一热源做功有一些解决方案，遗憾的是还没有切实可行的案例，归纳起来有以下几种方案，(1)用热泵产热使热量在膨胀机做功，这早已被否定，现实中理想的逆卡诺循环不可能存在；(2)认为定温过程膨胀做功比定熵过程多，采用逆卡诺循环制冷源或制液体工质，然后定温膨胀做功，这同样是被卡诺定律否定的，因为任何可逆循环的热效率都和卡诺循环相等。(3)利用热泵使气体工质液化，再将热泵排热通过回热换热器加热已经液化的工质，再通过液体工质吸收空气能升温进入膨胀机做功，这同样是现实中无法存在的，错误的原因与(1)类似，而且换热器不可能没有温差而交换热量，即使开始能工作也会因为制冷量逐步衰减而最终停止工作。

尽管如此，有以下几种情况使单一热源做功存在可能，一、上述方案没有把热泵过程与膨胀做功过程分开来考虑，热泵过程温差越小制热系数越大而做功过程温差越大做功越多，热泵主要任务应该是将气体工质液化或降温而没必要高参数排热，没有充分灵活利用热泵优势。二、喷射制冷技术可获得过冷液，可以产生比液化前饱和气体温度更低的液化气，有利于持续实现回热换热。三、传统的喷射抽气器因为存在喉管缩放结构导致流动损失大效率低，其结构与性能有很大的改进空间，加上简单无转动件而且工质在液态泵力升压受热产生动力消耗压缩功最小，即喷射抽气制冷技术性能存在很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的：大幅度提高热力做功效率，乃至实现单一热源做功。

本发明的技术方案：热力系统通过热泵尽可能低参数回收完成做功后的排放热Q₂，热泵排放热通过膨胀做功过程吸收后回收压缩功，通过回热循环最终使工质吸热升温过程吸收了Q₂，使热力系统在满足同样热力循环的前提下向热源吸热量减少Q₂，实现部分或全部Q₂只在系统内部循环而不向外排放，最大程度提高热效率。

具体方案为，热力系统的工质从热源吸收热量做功，包括了工质从低温状态升压吸热后成为动力气源的升温过程、动力气源进入膨胀做功系统后的膨胀做功过程，以及完成膨胀做功的低温气体工质(对于以空气为工质的开式循环这里的低温气体工质是从环境吸入的空气)进一步释放热量的排热过程，热力系统从升温过程、膨胀做功过程到排热过程后再到升温过程后实现热力循环过程，其特征是：工质从高于环境温度的热源(例如燃料燃烧或余热或地热及太阳能热力等)吸收了热量，或从等于或低于环境温度的热源(例如自然环境中的空气或湖水海水等热源)吸收了热量；热力系统采用了热泵过程吸收排热过程中低温气体工质释放的部分或全部热量，由膨胀做功过程或者由膨胀做功过程与升温过程吸收热泵过程释放的部分或全部热量，可以尽可能降低热泵排热温度或压力以减小热泵能耗；热力系统采用了回热过程，回热高温端有膨胀做功过程或排热过程或者二者都有，回热低温端有升温过程或热泵过程吸热工质或者二者都有，回热过程通过从高温端向低温端传热满足Q₂回收与循环。整体方案的实质是热力系统内部工质依然是在高低温度之间循环工作，而对外可以做到回收部分或全部排热实现大幅度提高热效率，理想循环工作过程可以理解为：热泵耗功W_p吸收热力过程排放热量Q₂后产生Q₂+W_p的热量进入膨胀做功系统做功W_p，将剩余的热量Q₂通过回热换热器被升温过程吸收，这样本应该从热源吸热Q₁的工质升温过程只需从热源吸热Q＝Q₁-Q₂，因为做功也是Q₁-Q₂，因此W＝Q热效率为1而不需要向冷源排热实现单一热源做功。这说明，只要解决好回热循环，至少在理论上自冷式热力循环可以利用热泵自动创造低于环境温度的冷源，可以从空气中吸热做功而成为纯空气能发动机。

一般情况膨胀做功系统吸收热泵过程释放热量的方式采用换热器换热或直接吸收其排放工质，热泵过程可以由膨胀做功过程直接提供动力或由专门的动力装置提供动力。

自冷式热力做功系统采用闭式循环做功时，热泵过程属于内循环不从外吸热也不对外排热，系统从热源吸收的热量全部对外做功，属于单一热源做功。当采用开式循环对外做功时，自冷式热力做功系统可以做到排放热量不大于从环境吸收热量而等效于未向环境排热，也属于单一热源做功，其中一种特殊情况是用于制冷或制热系统，只在内部有压缩与膨胀的做功过程，其对外输出热量等于从热源吸收热量。在实际运行中不严格遵守单一热源做功的自冷式热力做功方式，尤其开始循环，可使系统工作更具灵活性。

提出一种喷射旋流换热式热泵方法，工质通过膨胀做功从低温环境或低温工质吸取热量，其特征是：向低温环境或低温工质吸热的换热单元采用旋流器结构，吸热工质通过喷嘴喷射切向或斜向进入旋流器，高速喷射降温后通过旋流器壁与外部工质或环境吸热，然后进入排气管排出，在排气管内采用直通方式或采用增加回收旋流动力的导流器方式，换热过程采用单个换热单元构成的换热器或采用两个或多个换热单元组成换热器，如串并联组合。

自冷式热力做功系统的热泵过程可以采用喷射旋流换热式热泵，或者采用了喷射制冷过程或抽汽制冷过程或压缩冷却过程使气体工质降温或液化，或者采用了喷射旋流换热式热泵与后三种使工质降温或液化过程之一组合的方式，采用了喷射制冷或抽气制冷过程使一部分工质液化同时必然会使另一部分气体工质焓值增加，通过导流扩压后温度上升形成热泵效应。所谓的喷射制冷过程是指热泵动力系统使气体工质与冷凝器之间产生压力差，冷凝器采用了喷射旋流器分离方式，喷射旋流器采用了固定的壳体结构或采用壳体加内置转筒结构，冷气体工质(这里指经过降温成为饱和或接近饱和温度的可以实现喷射液化的气体工质)通过喷嘴沿切线方向喷射进入喷射旋流器实现喷射制冷液化并气液分离，未冷凝气从出口排出，冷凝器采用单个或多个串连或串并联结合的方式，未冷凝气出口通道中采用直通方式或采用增加回收旋流动力的导流器方式；所谓的抽汽制冷过程是指热泵动力系统抽取蒸发室内蒸汽使蒸发室维持过冷状态，过冷液体工质与液化前冷气体工质通过换热器换热或通过循环泵直接泵入冷凝器混合使冷气体工质降温液化，冷凝器内部分液态工质通过节流通道或喷嘴进入蒸发室实现循环液化过程；所谓的压缩冷却液化过程是指气体工质经过压缩升温后被换热器吸热降温或液化的过程，即其热泵效应产生的热量被换热器吸收。热泵过程可以产生比制冷前更低的液体或气体工质，为闭式循环单一热源做功创造了最关键的条件，其中采用喷射制冷过程或抽汽制冷过程在循环工质之间需要增加回热换热器确保低温气源达到需要的参数。

膨胀做功系统或热泵系统可以采用喷射抽气过程为膨胀机或喷管或热泵系统提供动力气源或抽气动力，可降低成本简化系统。这里提出新的喷射抽气系统，喷射抽气系统采用了单级喷射抽气，或者采用了单级或多级循环喷射抽气，或者采用了循环与串联或并联结合或者循环与串联及并联结合的复合喷射抽气；喷射抽气系统的同级喷嘴采用了单喷嘴分布或多喷嘴分布，喷射方式采用了直流或旋流或者介于二者之间的斜向旋流式，射流与扩压管采用了直通管结构或者单级或多级循环喷射器的射流与扩压管采用喉管式缩放结构。所谓的循环喷射抽气是指喷射抽气过程中每级抽气抽取的是下级抽气压缩做功后的气源，末级抽气抽取的是热功转换装置经膨胀做功后的尾气或其它气源，实现逐步循环抽气逐步增大循环流量到末级集中膨胀做功，单级循环喷射抽气直接抽取热功转换装置膨胀做功后的尾气。循环喷射抽气动力系统原理的实质是，无论是循环抽取本系统排气还是抽取其它气源，都是动力气源抽入被抽气源并对被抽入气源压缩做功的过程，高参数动力气源在做功过程中参数降低换来质量流量增加而做功能力不下降，即动力不减，通过串联与并联及循环喷射抽气的灵活组合实现高参数高效率运行。

本发明同时提出一种单级多循环喷射抽气方法，动力气源通过喷嘴喷射抽取低压气源，其特征是：喷射抽气过程采用了单级喷射多循环方式，循环管路通过一端在喷射器内部的勺管接收部分高速气流产生冲压或者通过一端在喷射器内部采用切向开口接收部分高速气流产生冲压而另一端受射流抽吸实现循环流动，喷射方式采用了直流或旋流或者介于二者之间的斜向旋流，结构方式采用了循环管路内置或外置或内外结合布置，喷嘴分布方式采用了单喷嘴分布或多喷嘴分布。单级喷射多循环方式避免了工质反复压缩与喷射，可简化结构并提高内部流通效率。

一种典型的自冷式热力系统开式循环是燃气动力系统，燃料在燃烧室与氧化剂燃烧为系统工质提供热源，可以由循环喷射抽气系统与膨胀机或喷管组成膨胀做功系统，动力气源先进入循环喷射抽气系统再进入膨胀机或喷管，由循环喷射抽气系统为热泵系统提供抽气动力或压气动力，或者利用系统余热为工质自冷式液化或降温过程提供热动力。

液体工质升压吸热成为动力气源的过程可采用热力升压方式，所谓的热力升压是指热力升压容器在排出流量受限制或密闭的条件下受热其压力会显著上升实现加热升压，可减少自冷热力系统内部功耗增加做功能力，可以采用液力泵或容积泵升压与热力升压相结合的方式。

自冷式热力做功方法可以做到单一热源做功，客观上证明了热力学第二定律存在错误，至少是片面的，将对热力学产生重要影响，可总结为以下几个方面：(1)系统内部热力做功过程“冷源”是必须的，但可以通过热泵自冷创造“冷源”，外部冷源不是必须的，整体的热力循环系统可以不受热力学第二定律约束而实现单一热源做功。(2)系统做功能力由热源温度与系统压力及工质物理性质决定，环境空气或水资源具有的近似恒温热量是可利用的能源，空气能发动机完全可以实现，纯空气能发动机热量取之于环境最终也必然释放于环境而对环境不产生影响。(3)无论利用空气能还是传统能源做功，最大热效率为1，理论上随所选工质沸点降低可以无限接近1。(4)燃气既包括了燃料化学能产生的热量也包括了空气热量，如果空气热量不计入热源则燃气发动机的燃料热效率可大于1。(5)热泵过程耗功(或耗能)是单一热源做功系统必须的，即使系统与外部环境绝热至少内部工质流动损失也会增加内部热泵耗功，热力系统可以从单一热源吸热使之完全转化为功但不可能同时对外部环境及内部热泵耗功不产生影响。(6)同等热力系统条件下，单一热源做功是将Q₂在系统内循环而不向外排放，因减少了Q₁中从热源吸热量而提高了热效率，但不能增加系统动力输出。

这里涉及的工质气或气体的概念是包括空气、烟气、蒸汽、湿空气及氟利昂等各种单一的或混合的气态工质的广义概念，膨胀机是指包括气轮机及螺杆式膨胀机等各种使工质膨胀对外做功的设备，以下同。本发明是在专利申请CN201210165823.0(或PCT/CN2012/000724，内容相同)基础上完成的，涉及范围广将结合具体实施方式进一步说明。

本发明的优点：

1.提出自冷式热力做功新方法，不仅可以大幅度提高热效率而且可以实现单一热源做功，有很好的实用性，几乎可以用于任何能源动力系统中，空气能发动机将得到普遍利用。

2.提出多种低参数热泵循环的气体工质液化方案，获得的液态工质温度总是比液化前温度更低，为增加低温回热换热器创造了条件，说明热力系统完全可以“自创低温热源”而不需要外部环境提供，解决了单一热源做功最关键的难题。

3.采用循环喷射抽气动力系统为热力膨胀做功及喷射或抽汽制冷的气体工质液化过程创造了高效率低成本的优势，既可以适应任何系统提供的高参数又可以解决小机组热力系统的严重的容积损失难题，具有无转动件做功优势，而且在吸收空气热量膨胀做功的过程中容易实现等温膨胀或再热膨胀，使自冷式热力系统包括空气能发动机具有很好实用性。对传统的燃气热力循环在满足高参数高效率同时可很好的改善涡轮转子的温度环境。

4.采用热力升压方法使热力系统转动机械更少甚至无转动机械工作，实现无功耗升压，在空调等小薇型机组具有更好的实用性。

5.采用压缩空气强制通风换热，不仅避免了低温工质带来的换热器结霜问题，而且可以提高初参数减小热力系统体积，增大功率输出，使空气能做功系统尤其空气能发动机的实用性能大幅度提高。

6.本发明同时提出一种喷射旋流换热式热泵与压缩制冷式降温液化方式组合，可实现较高压力与温度下的工质液化使系统避免除湿结霜等问题而更加优化实用，对于工业其它热交换领域也有重要意义。

7.提出采用柱塞泵及螺杆泵或其它高压容积泵为液化工质升压，在燃机系统中提出将燃烧室布置在复合喷射抽气膨胀做功系统的过程中避免直接承受工质最高压力，为发动机追求高参数高效率大功率之极限扫清了障碍。

8.为气体液化提供了新方法，自冷热力做功系统的工质采用空气时，减少动力输出增加工质液化比例就可以输出液化空气或液氮。

9.本发明将对工业及民用领域节能降耗，对能源开发将产生普遍积极意义。

附图说明

图1是闭式自冷式热力做功循环原理图。

图2是喷射制冷液化系统中的喷射旋流器示意图。

图3是增加了转筒的喷射旋流器结构简图。

图4是自冷式热力做功过程的六种温熵图。

图5做功过程与液化过程并联的自冷式热力做功循环原理图。

图6是抽汽制冷液化过程与做功过程并联的自冷式热力做功循环的原理图。

图7是单级或多级直通管喷射抽气器原理图。

图8A是分体式多级串联循环喷射抽气系统采用了再热方式与气轮机组合示意图。

图8B是旋流式喷射抽气器分体布置方式示意图。

图9是串并联及循环结合的复合喷射抽气器结构示意图。

图10是循环管路内置的单级喷射多循环喷射抽气器原理示意图。

图11是循环管路内外布置结合的单级多循环喷射抽气器原理示意图。

图12是循环管路外置的单级多循环喷射抽气器原理示意图。

图13是单级多循环喷射器的两种内部冲压示意图。

图14是单级多循环喷射器的侧向抽气方式示意图。

图15是喷射旋流换热器结构简图。

图16是采用单级多循环喷射器与压缩冷却制冷的自冷式发动机示意图。

图17是采用多级多循环喷射器与压缩冷却制冷的自冷式发动机示意图。

图18是采用压缩机与压缩冷却制冷的自冷式发动机示意图。

图19是燃烧室布置在喷射抽气系统喷射管内的燃气轮机系统示意图。

图20是燃烧室布置在喷射抽气系统循环管内示意图。

图21是采用热力升压的自冷式热力循环示意图。

图22是制冷或制热的自冷式热力循环示意图。

具体实施方式

实施方式1，闭式自冷热力循环：

如附图1所示的闭式自冷热力循环，采用了喷射制冷液化系统101实现气体工质排热液化，采用循环喷射抽气器109与气轮机组110(或其它类型膨胀机)组成膨胀做功系统同时为制冷液化系统提供抽气与喷射动力，工质一般可以是沸点低于常温的空气、氮气、CO₂或者氟里昂等气体，也可以是水蒸气等高沸点气体。沿箭头所示工质流动方向，制冷液化系统101产生的液态工质经泵103升压后，经过回热换热器104、105及106吸收热量后再经过加热器108吸收热源热量，实现蒸发或气化(低于临界温度称为蒸发超临界称为气化)温度进一步上升成为动力气源。动力气源进入膨胀做功系统即循环喷射抽气器109及气轮机110做功后排放低温气体工质，低温气体工质经过回热换热器降温后成为冷气体工质(冷气体工质这里专指经过降温成为饱和或接近饱和温度的可以实现喷射液化的气体工质，以下同)，冷气体工质经过喷嘴114喷射进入喷射旋流器101(同时也是喷射制冷液化器或冷凝器)内部分冷凝液化并气液分离，液体工质进入下面的储存箱102，从储存箱下面的管道进入泵103升压开始新的热力循环，未冷凝过冷气体从上部出口管通过回热换热器105吸收系统排放的低温气体热量后经过导流扩压器113扩压升温后被循环喷射抽气器109抽走(回热换热器采用左右两侧回路上虚线框连接表示换热关系及传热方向，与换热器结构无关，以下各附图类似虚线方式除专门说明外与此同意)。回热换热应确保气体工质温度下降足以成为制冷液化需要的冷气源，同时减少热源消耗提高热效率，换热量可根据需要选择，应该尽可能达到排放热全部回热循环工作，回热换热器按低温气体工质的流动方向可以采用串联或并联布置，或者采用了互相间隔串联布置，增加回热换热是满足尽可能使Q₂全部回热同时满足工质液化需要，根据具体需要可以不局限图示布置方式。阀111与阀112用于调节气轮机做功与制冷液化系统负荷比例，热力系统整体做功容量一般由泵103调节，也可以配合加热器108的热负荷调节。

需要说明的是，喷射抽气器109为所有喷射抽气器种类一般性表示，不局限于图示单喷嘴三级循环结构，类似的加热器108表示任何加热方式，例如锅炉加热，余热加热、高温设备冷却吸热、太阳能辐射、利用大气或海水加热等，采用大气为热源时成为空气能发动机。另外，附图1所示为闭式循环，可以在排放气体工质通道增加对外散热器或对外散热的热泵成为部分向系统外排放的自冷式热力循环，也可以根据需要在图中抽气管路或排放管路上的K₁或K₂或K₃点分开成为开式循环。

附图2是喷射制冷液化系统中的喷射旋流器，其中A为喷射旋流器主体结构示意图，B为喷嘴切向喷射示意图，虚线表示喷射流动方向，C为导流装置121结构示意图，导流装置主要是为了将旋流改为直线流回收旋流动力并减速扩压，导流叶片可以是多片也可以是蜗壳扩压式“单片”结构。由于喷射抽气器109的抽气与气轮机排气使气体工质在凝汽器内外产生压力差，低温气体工质通过喷嘴114沿切线方向喷射进入旋流分离器实现喷射降温液化并气液分离，未冷凝气从出口管123排出，旋流分离器可以采用单个或多个串联或并联的方式，出口通道中采用直通结构或采用导流扩压装置121回收和利用气旋动力减小制冷液化系统阻力。冷凝的液态工质下降收集到储存箱102内，也可以增加导流扩压装置122后旋流增加压力。

附图3所示的内部增加了转筒的喷射旋流器，主要由外壳131与转筒132组成，转筒上下端向外延伸有短轴分别由外壳上下栅板式支架支撑(采用栅板式支架是为方便气流通过)，低温液体工质从外壳两侧的喷嘴喷射后经过转筒侧栅板的间隙沿切向进入转筒内部产生旋流并带动转筒转动，旋流逐渐下移然后从中间出口通道螺旋上升，并从转筒上侧栅板间隙以及外壳出口通道内转筒支架栅板133间隙流出喷射旋流器，支架栅板133可以设计为与导流叶片合二为一的结构。分离出的液体工质顺转子内壁旋流向下从转简下侧栅板间隙以及下侧支架栅板间隙流出。增加转筒可以大幅度减小喷射旋流器的阻力，可充分发挥喷射制冷低成本高效率简单可靠的优势，如果采用磁悬浮轴承可更好适应射流与高转速。

为进一步说明自冷式热力做功方法的原理，采用如附图4中A所示的温熵图近似表示其循环过程，外环表示卡诺循环(即做功循环)，内环表示逆卡诺循环(即热泵循环)，三个虚线小方框表示热泵循环与做功循环之间的三个热交换过程，T₁对应系统动力气源初温或热源温度，T₂对应冷凝温度，图示的内外循环没有完全封闭是为清楚表示Q₂在整个循环中传递过程。热泵耗功W_p吸收热力过程排放热量Q₂后产生Q₂+W_p的热量进入膨胀做功系统做功W_p，将剩余的热量Q₂通过回热换热器被吸热过程吸收，这样本应该从热源吸热Q₁的工质升温过程只需从热源吸热Q＝Q₁-Q₂，因为做功也是Q₁-Q₂，因此W＝Q热效率为1而不需要向冷源排热，实现单一热源做功。这说明，只要解决好回热，至少在理论上自冷式热力循环可以利用热泵自动创造低于环境温度的冷源，加热器(包括再热器)可以吸收各种专门的热源如燃气、各种余热及太阳能辐射等，只吸收空气能时即为纯空气能发动机。回热换热器采用附图1所示分布时，对应附图4中B，将Q₂全部回收需要提高初温T₁进而提高排放气体工质温度T3，设定满足单一热源做功需要的最低回热温度为T₄，工质冷凝温度T₂，潜热R，升压后液态工质比热C，排放气体工质定压比热C_P，则有

Q₂＝C_P(T₄-T₂)+R＝C(T₄-T₂)

T₄＝R/(C-C_P)+T₂    (1)

Q₂只有气化潜热，则有

T₄＝R/C+T₂    (2)

低温冷凝压力为一个大气压强，工质采用氮气以(1)式计算的T₄约为263K(-10℃)，对于空气能发动机因为环境空气温度T₁有限，可采用附图5增加再热器221对应附图4中C所示的再热膨胀(或等温膨胀)尽可能使T₃大于T₄。对于采用附图4中D所示的朗肯循环因为存在蒸发吸热可将T₄控制到或接近蒸发温度，与B所示采用了定熵膨胀的空气能发动机，都可以采用附图6所示的回热换热方式，即为了满足T₄须从吸收了热泵排热的膨胀做功过程回热到吸热过程。对于附图4中E的水蒸气再热循环在低温冷凝压力为一个大气压以(2)式计算T₄约为910K(637℃)，超出了T₁(一般火电机组为550℃)，只能采用减少再热级数的方案，等效于减小了R。附图4中F表示热力循环排放工质通过压缩冷却降温为低温压缩气体而不液化的循环方式，可以采用定温或定熵膨胀过程，可以采用膨胀做功过程向吸热过程回热。

如附图4中C所示用虚线表示了热泵过程，经过喷射旋流液化过程分离出的热泵排热气体工质可直接经导流扩压可达到T₅的温度，如果先经过回热预热到T₄对应温度再导流扩压则可以达到T₅’的温度，进入膨胀做功系统后使膨胀过的工质热量增加温度升高，而且多级循环喷射式膨胀做功的一个特点是会把末级吸收热泵的热量自动随循环喷射逐级上传，特别有利于自冷式做功循环的逐级回热，可确保单一热源做功的回热要求。事实上，循环喷射抽气系统是在末级为热泵系统提供抽气动力的，热泵过程显然只消耗了动力气源的一部分动力，当热泵排热气体工质达到T₅时，可以直接向吸热过程回热而不用经过先被膨胀做功过程吸收，至少部分热泵排热可以这样完成。为尽可能满足单一热源做功回热要求，热泵排热气体工质还可以先吸收部分膨胀做功过程的热量提高回热温度。只是，热泵排热回热到吸热过程会降低系统输出动力，一般轴功下降幅度为W_P。综上所述，任何采用传统的热力做功循环总是可以通过合适的膨胀做功过程、热泵过程及回热过程回收Q₂，进而实现单一热源做功。

另外，与附图1膨胀机与工质冷却液化系统采用串联的方式不同，附图5与附图6采用了并联，有利于强化制冷动力。附图6采用了抽汽制冷液化系统，由循环喷射抽汽系统抽取蒸发室216内蒸汽使其维持过冷状态，过冷液体工质通过循环泵215泵入冷凝器218喷淋混合使来自气轮机排出的低温气体工质经过两组并联的回热换热器降温后的冷气体工质降温液化，冷凝器内部分液态工质通过节流通道或喷嘴217进入蒸发器实现循环液化过程，节流通道改为喷嘴可产生旋流有利于增加循环泵入口静压而节能。通过在热泵过程中分离出的将要进入膨胀做功系统的在扩压升温之前的冷气体工质增加回热换热使喷射抽气动力系统与制冷液化系统很好实现高低温隔离，有利于喷射动力系统采用定温或再热膨胀过程。采用抽汽制冷同样使获得的液态工质温度总是比液化前气体温度更低，可确保制冷液化与回冷换热的持续稳定工作，虽然存在节流损失但是相比喷射制冷没有喷射旋流产生的高速流动损失。

为优化工质液化前的温度、压力及流量参数，在热泵过程中的工质液化系统前增加了辅助喷射抽气器219，冷气体工质先进入辅助喷射抽气器抽取工质液化系统内气体工质后再进入工质液化系统，也适用于其它热泵式工质液化方案。另外，工质液化系统也可以采用两个或多个串并联组合，在实际应用中可根据具体情况选择。

在附图5所示的自冷式热力系统中在循环喷射抽气系统的循环管路上增加了加热器221起到再热作用。再热过程或等温过程可以布置为以下方式之一，(1)在分段膨胀机之间；(2)在复合喷射抽气过程的旋流外壳上；(3)在喷射抽气过程中的两级喷射之间；(4)在循环喷射抽气过程的循环通道上；(5)以上任意两种或多种方式组合。提高自冷式热力做功系统热效率或输出容量只需提高初参数压力与温度即可，而纯空气能发动机属于恒温热源做功可通过提高压力增加定温或再热过程提高容量，大型热力系统可以采用多级液力泵升压，小型热力系统采用柱塞泵或其它容积泵提高压力，选择低沸点气体工质有利于利用空气能，如空气或氮气。回热换热器按低温气体工质的流动方向可以采用串联或并联布置，或者采用了互相间隔串联布置，一般应该采用逆流换热尽量降低T₄，增加回热换热是满足尽可能使Q₂全部回热同时满足工质液化需要，根据具体需要可以不局限图示回热布置方式。

综上所述，热力系统可以采用热泵过程吸收排热过程中低温气体工质释放的部分或全部热量或者吸收部分膨胀做功过程的热量，热力系统可以由膨胀做功过程或者由膨胀做功过程与升温过程吸收热泵过程释放的部分或全部热量，吸收热泵排热的热力系统工质的温度或压力不高于动力气源最高参数；热力系统可以采用回热过程，回热高温放热端有膨胀做功过程或排热过程或者二者都有，回热低温吸热端有升温过程或热泵过程吸热工质或者二者都有。

实施方式2，新的喷射抽气器：

与附图1、附图5及附图6中用到的多级循环喷射抽气器不同，如附图7所示为直通管旋流式喷射抽气器，喷射与扩压过程放弃传统的喉管缩放结构而采用直通管(不局限等直径直管，可以渐扩或渐缩)旋流喷射的方式，其中A表示单级喷射结构简图，B表示多孔喷射示意图，C与D表示斜向旋流喷射示意图，末尾有导流装置，E为直通管旋流式多级循环喷射抽气器。

附图8A是分体式多级串联循环喷射抽气系统采用了再热方式与气轮机组合；附图8B所示的喷射抽气器分体布置的是旋流喷射特点，可以在最低温度的高速旋流状态与外界热交换，其旋流器结构有利于采用高效换热结构与材料，如波纹状或肋片结构及高强度铝合金外壳等，整体过程有利于实现与等温膨胀接近等效的再热热力过程。附图9是串联并联及循环结合的复合喷射抽气器结构示意图，可用于高真空抽气并压缩。

附图10是循环管路内置的单喷嘴多循环喷射抽气器原理图，动力气源从喷嘴231进入喷射器，循环管路232通过勺管接收高速气流产生冲压而另一端受射流抽吸实现循环流动，同样其它每个循环管路也通过一端在喷射器内部的勺管接收高速冲压而另一端受射流抽吸实现循环流动(虚线箭头表示气流流动过程)，最终通过抽气管233从外抽入低压气体工质混合并减速扩压后从出口管234排出，图中为简明只显示了单侧循环，也可以采用上下双侧循环，或者在同一圆周上布置多个勺管循环的方式，喷嘴喷气方式可以采用单喷嘴或多喷嘴喷射，可以是直线喷射也可以采用切向旋流喷射或采用介于二者之间的斜向旋流喷射，采用旋流方式时出口管234应增加导流扩压措施，其旋流与导流如附图2中的B与C所示的结构或采用蜗壳结构，这样有利于通过外壳换热也有利于减小与内循环管路的阻力，这种循环管路内置单喷嘴结构减少了反复喷射的喷嘴损失，因结构简单可通过增加长度、直径或循环次数减小射流或旋流流速损失，有利于用于直接从外壳吸热的实现等温膨胀过程。附图11是循环管路内置与外置结合的单级多循环复合喷射抽气器原理图，附图12是循环管路外置的单级多循环喷射抽气器原理图，方便任一级循环与外部连接，增加应用灵活性实用性。附图13中A与B分别表示每个循环管路通过一端在喷射器内部的勺管接收部分高速气流产生冲压或者通过一端在喷射器内部采用切向开口接收部分高速气流产生冲压而另一端受射流抽吸实现循环流动。附图14是单级多循环喷射器的侧向抽气方式示意图，表示单级多循环喷射抽气器也可以在末端增加弯管抽气与增加导流器315直接向后喷射气流，这样可以与传统喷射抽气器侧向抽气使用方式一样。

归纳喷射抽气系统各种实施方式可分为以下几种，喷射抽气系统采用了单级喷射抽气，或者采用了单级或多级循环喷射抽气，或者从动力气源供气方式又可以分为采用了循环与串联或并联结合或者循环与串联及并联结合的复合喷射抽气(如附图9)；喷射抽气系统的同级喷嘴采用了单喷嘴分布或多喷嘴分布，喷射方式采用了直流(沿直线喷射，普通喷射器的普遍喷射方式)或旋流或者介于二者之间的斜向旋流式，射流与扩压管采用了直通管结构或者多级循环喷射器的射流与扩压管采用喉管式缩放结构，循环方式可分为采用了单级喷射单循环(如附图1中循环喷射器只采用末级喷射抽气时)或多级喷射多循环(如附图1的复合喷射器)或单级喷射多循环(如附图10或11)，结构方式采用了循环管路内置(如附图10)或外置(如传统喷射方式或附图14)或内外结合布置(如附图11)。

实施方式3，采用压缩与冷却液化方式的自冷热力循环：

附图15是喷射旋流换热式热泵的两种喷射旋流换热方式，工质通过膨胀做功从低温环境或低温工质吸取热量，其特征是：换热单元采用旋流器结构，吸热工质通过喷嘴喷射切向或斜向进入旋流器，喷射过程与附图2所示喷射旋流类似，高速喷射降温后通过旋流器壁与外部工质或环境吸热，然后进入排气管排出，在排气管内采用直通方式或采用增加回收旋流动力的导流器方式。其中A排气管路内置可以减小体积，B排气管路可大直径设计减小阻力，换热过程可以采用单个换热单元构成的换热器或采用两个或多个换热单元组成换热器，可以串并联结合。低温工质或环境空气按照虚线箭头方向流动经过旋流器外围通道与内部工质换热，旋流器外围也可以采用换热膜片等方式增大换热面积的方式取代通道，可以通过风扇直接与工质或环境空气换热，也可以通过压缩热气加热或直接的热源加热。

附图16是一种自冷式空气能喷气动力循环系统，压缩机341及342与气轮机351同轴工作，其中一级压缩机341及二级压缩机342与喷射旋流式换热器353及单级多循环复合喷射器347的表面换热器组成双级压缩式热泵系统。空气从压缩机341开始被抽入系统并且被压缩进入喷射器表面换热器347降温后进入二级压缩机342再次压缩，然后进入换热器353再次降温实现液化。液化空气经泵354升压经加热器346加热气化升温为动力气源进入单级多循环喷射器347膨胀做功，将从抽气管路348抽取的空气混合升压后从出口管349排出，一部分为气轮机351提供动力满足压缩机工作，其余经喷管350产生喷气动力。单级多循环喷射器347外层采用夹层换热结构，由加热压缩机341提供压缩热空气使喷射器内部形成近似定温膨胀过程，同时，加热器346也可以由加热压缩机341提供压缩热空气。也可以由其它热源如通过燃气加热加热器346或347则成为燃气动力发动机。

如附图17所示是在附图16的基础上采用了喷射抽气器361压缩工质取代二级压缩机，喷射抽气器361的动力气源来自膨胀做功系统最初的动力气源，也可以来自膨胀做功过程中的动力气源。制冷液化动力气源与气轮机并联并且一分为二，其一通过管路363为两个喷射旋流换热式热泵的喷嘴提供动力，其二通过管路364进入喷射旋流换热式热泵365被降温，然后降温后的工质被喷射抽气器361抽走二次压缩，增加了换热器362为二次压缩后工质降温，然后工质进入热泵换热器继续降温实现液化。与附图16比，最大的优势是利用制冷动力气源取代一级压缩机与利用喷射抽气器取代二级压缩机实现压缩冷却液化工质。

这说明，增加喷射抽气系统既可以象附图16那样抽取空气为吸收空气热量的换热器提供压缩热空气，也可以抽取工质为压缩冷却或液化过程提供压缩气源，也说明自冷式喷射抽气热力系统可以专门对外提供压缩气体成为一种气泵系统，而且压缩气体产生的热量可以被系统回收，而传统的气泵压缩产生的热量无法被系统回收利用。

如附图18所示的是一种空气能发动机系统，加热压缩机372、工质压缩机371、高压膨胀机378、低压膨胀机377以及余热膨胀机376同轴工作，按工质流动方向工质压缩机371的前后布置了两个喷射旋流式热泵379，由低压膨胀机377提供喷射制冷动力，热泵过程排出的气流进入余热膨胀机回收。高低压膨胀机之间增加了再热器，由加热压缩机372通过加热器375同时为动力气源加热器及再热器提供热气流，从再热器出来的加热气流尾气进入余热膨胀机回收膨胀功，加热压缩机可以确保T1大于T4有利于即使寒冷的冬天也能正常工作。增加阀374可以通过控制对外排气量调节压缩热空气的压力进而实现对系统工作及输出动力的调节。无论轴流式、离心式还是容积式，压缩机与膨胀机在工业领域都非常成熟，或同轴或独立安装，容易实现简单可靠的发动机，但与采用循环喷射抽气系统相比其成本较高。这种发动机系统可以采用与前述各实施例一样添加液态工质后加热就可以启动。另外，本实施方式中各例都采用了二级冷却压缩液化方式，实际应用中也可以采用多级冷却压缩优化方案。再有，各例都采用液化后泵力升压，事实上可以采用再冷压缩或等温压缩，循环过程如附图4中F所示，液化不是必须的。

在空气能发动机系统或其它自冷式热力系统中，吸收空气热量的换热器采用压缩热空气或通风强制换热方式，压缩热风或强制通风可由压缩机或风机提供，或者由复合喷射抽气系统提供。压缩热风强制换热可以避免液化气体工质吸热过程换热器表面结霜的难题。事实上，喷射抽气系统采用空气为工质时，也可以抽取低温工质为压缩冷却或液化过程提供压缩气源，或者专门生产压缩空气。

实施方式4，自冷式燃气发动机：

附图19所示是采用了自冷式液化过程的喷气发动机(或燃气轮机)，燃烧室布置在复合喷射抽气器406内部，空气及有压燃料(由管路405提供)在燃烧室内燃烧吸收燃烧释放的热能并且在复合喷射器内循环喷射膨胀后成为燃气轮机或喷管的动力气源。喷射制冷液化系统采用了二级串连的喷射旋流液化器，由循环喷射抽气器404及403分别提供一级压缩空气及二级压缩空气，由循环喷射抽气器406为液化系统提供抽气动力完成热泵过程，加热器402可吸收燃烧室保温散热热量，也可以吸收发动机余热。

因为燃气动力产生的热源温度远高于环境温度，空气液化不必低于环境温度，因此可以采用传统的压缩冷却方式，例如将冷却工质不是引自压缩气源而是通过管路408直接通入空气，喷射旋流换热器409也可以换成普通的气--气换热器，但是这样结果是空气液化系统体积比较大。也可以采用传统的水冷方式通过管路408通入冷却水，喷射抽气器406可采用复合喷射抽气方式通过抽取冷却水容器内蒸汽回收冷却水热量。

热力系统通过燃料燃烧为系统工质提供热源可以采用以下方式之一，(1)燃烧室布置在工质升压后进入喷射抽气系统之前，工质进入燃烧室吸收燃料燃烧热成为燃气动力气源；(2)喷射抽气膨胀做功系统分体布置时，如附图8A或8B所示的分体布置或只有布置燃烧室的级间分体，燃烧布置在喷射抽气系统中的两级喷射器之间，从前级喷射器出来的工质进入燃烧室燃烧升温成为燃气动力气源后进入下一级喷射器；(3)有压燃料直接喷入喷射抽气系统的初级或次级或任意级喷射管内或扩压管内(如附图19中406，包括采用附图7中E所示喷射器结构)或直接喷入循环管内(如附图20中410)与工质燃烧成为燃气动力气源，使喷射抽气系统兼备燃烧室功能；(4)采用锅炉方式，燃料与空气或氧气在燃烧燃烧室内燃烧，升压后的工质通过燃烧室内或其烟道中布置的加热器吸热成为动力气源；(5)工质升压后先通过燃烧室的保温系统吸热或吸收发动机余热或者两种吸热过程都有；(6)方式(5)与前四种之一的组合。

综合以上各实施方式中各种喷射抽气器使用方式，热力系统可以采用单级喷射单循环或单级喷射多循环或多级喷射多循环等各种喷射抽气系统，动力气源来自最初的动力气源也可以来自膨胀做功过程中的动力气源，用于膨胀做功过程为膨胀机或喷管或热泵提供动力或在开式循环中为喷射抽气式鼓风机或引风机或压气设备(将膨胀机或喷管换为喷射抽气器即可)提供动力气源，或者用于为热泵过程的压缩冷却或液化过程提供压缩气源(如附图19中的403及404)或抽气动力，或者用于加热过程抽取空气为吸收空气热量的换热器提供压缩热空气(如在附图16中可以采用循环喷射器替代压缩机341，在附图18中采用循环喷射器代替压缩机372)，或者以上使用方式中两种或多种组合。

实施方式5，采用热力升压的自冷式热力循环：

附图21是采用了间断工作式热力升压的自冷式热力循环，利用封闭容器采用加热方式可使压力显著升高的特点，由回热换热器提供热量两组升压容器508交替互补工作为系统提供相对稳定的压力。升压容器508接收系统排热过程或液化系统冷凝器产生的液态工质，二者通过单向阀与管路连通，其单向导通性能可采用机械自动方式或电动控制方式实现，但这样的工作方式只能依赖重力流动，为方便控制可以采用循环泵加单向阀的方式。增加喷射抽气式余气动力回收装置504，喷射抽气结构可以是单级也可以多级复合喷射抽气，增加阀502、阀503、阀506及阀507，与两个升压容器下面的单向阀，共同组成切换阀组，通过控制系统控制切换阀组使升压容器与升压管路及余气动力回收装置504之间的导通或隔离，实现两个升压容器在交替补充液位的过程中热力系统可维持稳定的工作压力，并在每次补充液位前先回收余气动力。在升压容器508的加热通道上增加气液分离器509及泵501，可实现热力升压与泵力升压结合的升压方式，在泵501前出口增加单向阀可实现热力升压独立工作以及与泵组合工作的自由切换。自冷式热力做功系统用于空气能发动机时，因为温度参数低动力强度稍弱些但是可以减少泵功消耗提升系统动力输出。空气能动力的喷气动力系统因喷射温度低，可以单个喷管喷射也可采用多喷嘴喷射缩短射程，系统简单低成本无论空中还是地面移动设备都可采用。热力升压系统与泵501组合可以优势互补，可避免泵在超低温的液氮或液空环境工作。另外，热力升压方式也可以采用单个升压容器阶段式工作，省掉阀组交替控制及余气动力回收装置504，其简单特点可用于小微型热力发电系统，可采用蓄电池补充或者直接采用两个或多个发电系统同时工作补充间断性。

总结自冷式热力循环中升压方式，热力系统排热过程产生的液态工质采用热力升压，所谓的热力升压是指增加升压容器接收液体工质，并且在接收液体工质的通道上增加了单向阀或者增加了单向阀与循环泵，通过加热使升压容器内液体工质升压，通过控制单个或多个升压容器实现间断式或互补升压；或者采用液力泵或容积泵升压；或者在热力升压容器的加热通道上增加气液分离器509，其液体通道上增加泵501实现热力与泵力组合升压。

实施方式6，自冷式热泵制热或制冷：

如附图22所示的喷射旋流换热式热泵循环，循环喷射抽气系统的末级与膨胀机之间增加了换热器603制热输出热力，在液化系统出口与喷射抽气器的抽气口之间布置了换热器605制冷输出冷源，热力系统在完成自冷式热力做功循环的同时实现了制冷或制热，不用压缩机成本低简单可靠。因此，自冷式热力系统的热源可以是空气能，也可以是燃料等，可以增加对外输出热力的换热器与膨胀做功系统中的膨胀机串联或并联或取代膨胀机；可以在在吸热过程增加换热器输出冷源或在热泵过程增加吸热换热器输出冷源，或者两种输出冷源方式都采用，可以通过膨胀机604发电直接为泵601提供电力(如图中二者之间虚线连接所示)，这样就可以通过加热器602提供热力成为热力制冷制热机组，不但可以不消耗电力，还可以热电冷联产。当热力系统采用自供电力独立工作方式时运行中容易发生不稳定现象，可以增加蓄电池储能或液化气储能系统提供启动或稳定动力。另外，由于制冷或制热因热惯性特点一般允许热泵系统存在波动性，例如空调经常是间断性工作的，因此自冷式热泵采用单个热力升压器的热力升压方式，甚至可以不用泵压，可大幅度简化系统具有最大的低成本优势。

实施方式7，旋流器的改进

喷射旋流的工作方式对气体工质液化及喷射抽气器简化与提高效率都有重要意义，但高速旋流因为存在离心压力存在流动损失大的问题，除采用附图4所示的内置转筒的方式改善外，这里提出膨胀做功过程或热泵过程采用喷射旋流工作方式的设备其旋流器壁采用波纹状，例如采用正弦波状表面波纹，射流气体主要在波峰很小比例的面积有流动阻力，波谷虽然有涡流因为高速射流的抽吸作用压力很小甚至是真空状态流动损失很小，只要合理设计波形及波长与器壁直径的比例，喷射旋流设备的流动损失会大幅度下降。另外，也可以旋流器采用筒壁为波纹状并且分布了微孔或缝隙的内筒，工质喷射到内筒产生旋流，微孔或缝隙分流出液体工质从内筒外侧收集，这样可减小因为液化在器壁液膜增厚导致的流动损失与气液反复混流导致的气液分离效率下降。

实施方式8，高沸点工质热力循环

在沸点较高的水蒸气循环热力系统中，为尽可能降低排放温度总是使凝汽器内部达到很高的真空度，这使得自冷式液化过程气液分离难度增大潜热增加设备体积也增大许多，为克服这些问题提出采用两种或多种混合气体工质工作，热泵系统使混合工质降温液化过程中首先使高沸点工质液化，液化后的高沸点工质被升压加热成为动力气源，低沸点工质参与抽气循环过程，最典型的就是水蒸气加氮气或二氧化碳或空气。另外一种采用高沸点工质循环改进的方法是采用高沸点工质循环与低沸点工质循环结合的双循环或多循环方式，例如水蒸气热力循环的排热过程为氮气热力循环的热源，高沸点工质热力循环吸收热源做功，低沸点工质热力循环吸收高沸点工质热力循环的排热并布置了满足自冷式热力做功循环的热泵过程与回热过程，可克服采用高沸点工质热力循环适应温度范围有限的不足，以及克服T₁低于T₄的问题。

本发明为基础创新，适用范围广泛，不局限于实施方式所述范围。

Claims (11)

1.自冷式热力做功方法，属于热能动力领域，热力系统的工质从热源吸热做功，包括了工质从低温状态升压吸热后成为动力气源的升温过程、动力气源进入膨胀做功系统后的膨胀做功过程，以及完成膨胀做功的低温气体工质进一步释放热量的排热过程，热力系统从升温过程、膨胀做功过程到排热过程后再到升温过程后实现热力循环过程，其特征是：工质从高于环境温度的热源吸收了热量，或从等于或低于环境温度的热源吸收了热量；热力系统采用了热泵过程吸收排热过程中低温气体工质释放的部分或全部热量，由膨胀做功过程或者由膨胀做功过程与升温过程吸收热泵过程释放的部分或全部热量；热力系统采用了回热过程，回热高温端有膨胀做功过程或排热过程或者二者都有，回热低温端有升温过程或热泵过程吸热工质或者二者都有。

2.一种喷射旋流换热式热泵方法，工质通过膨胀做功从低温环境或低温工质吸取热量，其特征是：向低温环境或低温工质吸热的换热单元采用旋流器结构，吸热工质通过喷嘴喷射切向或斜向进入旋流器，高速喷射降温后通过旋流器壁与外部工质或环境吸热，然后进入排气管排出，在排气管内采用直通方式或采用增加回收旋流动力的导流器方式，换热过程采用单个换热单元构成的换热器或采用两个或多个换热单元组成换热器。

3.如权利要求1所述的自冷式热力做功方法，其特征是：热泵过程采用了喷射旋流换热式热泵或者采用了喷射制冷过程或抽汽制冷过程或压缩冷却过程使气体工质降温或液化，或者采用了喷射旋流换热式热泵与后三种使工质降温或液化过程之一组合的方式；所谓的喷射制冷过程是指热泵动力系统使气体工质与冷凝器之间产生压力差，冷凝器采用了喷射旋流器分离方式，喷射旋流器采用了固定的壳体结构或采用壳体加内置转筒结构，冷气体工质通过喷嘴沿切线方向喷射进入喷射旋流器实现喷射制冷液化并气液分离，未冷凝气从出口排出，未冷凝气出口通道中采用直通方式或采用增加回收旋流动力的导流器方式；所谓的抽汽制冷过程是指热泵动力系统抽取蒸发室内蒸汽使蒸发室维持过冷状态，过冷液体工质与液化前冷气体工质通过换热器换热或通过循环泵直接泵入冷凝器混合使冷气体工质降温液化，冷凝器内部分液态工质通过节流通道或喷嘴进入蒸发室实现循环液化过程；所谓的压缩冷却过程是指气体工质经过压缩升温后被换热器吸热降温或液化的过程。

4.一种单级多循环喷射抽气方法，动力气源通过喷嘴喷射抽取低压气源，其特征是：喷射抽气过程采用了单级喷射多循环方式，循环管路通过一端在喷射器内部的勺管接收部分高速气流产生冲压或者采用切向开口接收部分高速气流产生冲压而另一端受射流或旋流抽吸实现循环流动，喷射方式采用了直流或旋流或者介于二者之间的斜向旋流，结构方式采用了循环管路内置或外置或内外结合布置，喷嘴分布方式采用了单喷嘴分布或多喷嘴分布。

5.如权利要求1所述的自冷式热力做功方法，其特征是：热力系统采用了喷射抽气系统，动力气源来自热力系统最初的动力气源或来自膨胀做功过程中的动力气源，用于膨胀做功过程为膨胀机或喷管或热泵提供动力或在开式循环中为喷射抽气式鼓风机或引风机或压缩机提供动力气源；或者用于为热泵过程的压缩冷却或液化过程提供压缩气源或抽气动力，或者用于加热过程抽取空气为吸收空气热量的换热器提供压缩热空气，或者以上使用方式中两种或多种组合。

6.如权利要求3或5所述的自冷式热力做功方法，其特征是：在热泵过程中的工质液化系统前增加了辅助喷射抽气器，冷气体工质先进入辅助喷射抽气器抽取工质液化系统内气体工质后再进入工质液化系统。

7.权利要求5的自冷式热力做功方法，其特征是：热力系统通过燃料燃烧提供热源并采用以下方式之一，(1)燃烧室布置在工质升压后进入喷射抽气系统之前，工质进入燃烧室吸收燃料燃烧热升温成为燃气动力气源；(2)燃烧室布置在喷射抽气系统中的两级喷射器之间，从前级喷射器出来的工质进入燃烧室燃烧升温成为燃气动力气源后进入下一级喷射器；(3)有压燃料直接喷入喷射抽气系统的初级或次级或任意级喷射管内或扩压管内或循环管内与工质燃烧成为燃气动力气源；(4)燃烧室采用锅炉方式，升压后的工质通过燃烧室内或其烟道中布置的加热器吸热成为动力气源；(5)工质升压后先通过燃烧室的保温系统吸热或吸收发动机余热或者两种吸热过程都有；(6)方式(5)与前四种方式之一的组合。

8.如权利要求1所述的自冷式热力做功方法，其特征是：排热过程产生的液态工质采用热力升压，所谓的热力升压是指增加升压容器接收液体工质，并且在接收液体工质的通道上增加了单向阀或者增加了单向阀与循环泵，通过加热使升压容器内液体工质升压，通过控制单个或多个升压容器实现间断式或互补升压；或者采用液力泵或容积泵升压；或者在热力升压容器的加热通道上增加气液分离器，其液体通道上增加泵实现热力与泵力组合升压。

9.如权利要求1所述的自冷式热力做功方法，用于制热或制冷，其特征是：增加对外输出热力的换热器与膨胀做功系统中的膨胀机串联或并联或取代膨胀机；在吸热过程增加换热器输出冷源或在热泵过程增加吸热换热器输出冷源，或者两种输出冷源方式都采用。

10.如权利要求1所述的自冷式热力做功方法，其特征是：膨胀做功过程或热泵过程采用喷射旋流方式的设备其旋流器壁采用了波纹状，或者旋流器采用筒壁为波纹状并且分布了微孔或缝隙的内筒，工质喷射到内筒产生旋流，微孔或缝隙分流出液体工质从内筒外侧收集。

11.如权利要求1所述的自冷式热力做功方法，其特征是：采用了混合气体工质；或者采用了高沸点工质循环与低沸点工质循环结合的双循环或多循环方式，前者吸收热源做功，后者以前者的排热为热源，后者布置了满足自冷式热力做功循环的热泵过程与回热过程。

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