CN105545369B - 一种冷凝式动能动力转换装置及其热动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷凝式动能动力转换装置，包括旋转轴、透平叶片、喷管和壳体，所述旋转轴设置在所述壳体内，所述透平叶片设置在所述旋转轴上，在所述透平叶片内设置冷凝冷却区，在所述壳体上、和/或在所述旋转轴上、和/或在所述透平叶片上设置液体导出口，在所述壳体上、和/或在所述旋转轴上、和/或在所述透平叶片上设置可凝气体工质导入口，所述喷管的工质出口与所述可凝气体工质入口连通。本发明的冷凝式动能动力转换装置能大幅度减少或消除余速损失，体积小、效率高、功率密度高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种冷凝式动能动力转换装置，本发明还涉及应用该冷凝式动能动力转换装置的热动力系统。
背景技术
蒸汽透平(无论是水蒸气还是其他蒸汽)均需要许多级，因而体积大、笨重、造价高。因此，需要发明一种新型可回收可凝气体压力能的结构简单的系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
方案1，一种冷凝式动能动力转换装置，包括旋转轴、透平叶片、喷管和壳体，所述旋转轴设置在所述壳体内，所述透平叶片设置在所述旋转轴上，在所述透平叶片内设置冷凝冷却区，在所述壳体上、和/或在所述旋转轴上、和/或在所述透平叶片上设置液体导出口，在所述壳体上、和/或在所述旋转轴上、和/或在所述透平叶片上设置可凝气体工质导入口，所述喷管的工质出口与所述可凝气体工质导入口连通。
方案2，在方案1的基础上，进一步使经所述喷管导入的可凝气体工质在所述透平叶片上冷凝并以液态形式离开所述透平叶片进入所述液体导出口。
方案3，在方案1或2的基础上，进一步将所述透平叶片设为径流叶片或设为轴流叶片。
方案4，在方案1至3中任一方案的基础上，进一步在所述透平叶片上设置打击捕捉传动结构。
方案5，在方案1至4中任一方案的基础上，进一步使所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片上的冷凝冷却流体通道。
方案6，在方案5的基础上，进一步将所述冷凝冷却流体通道内的冷凝冷却介质设为液体。
方案7，在方案5的基础上，进一步将所述冷凝冷却流体通道内的冷凝冷却介质设为水。
方案8，在方案5至7中任一方案的基础上，进一步设置所述冷凝冷却流体通道内的冷凝冷却介质与所述喷管导入的可凝气体工质设为同一种物质。
方案9，在方案5的基础上，进一步将所述冷凝冷却流体通道内的冷凝冷却介质设为气体。
方案10，在方案9的基础上，进一步将所述冷凝冷却流体通道内的冷凝冷却介质设为氢气或设为氦气。
方案11，在方案1至10中任一方案的基础上，进一步将所述喷管设为拉瓦尔喷管。
方案12，在方案1至11中任一方案的基础上，进一步将所述喷管出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
方案13，在方案1至11中任一方案的基础上，进一步将所述喷管出口处的静压低于0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
方案14，在方案1至11中任一方案的基础上，进一步将所述喷管出口处的静压低于0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
方案15，在方案1至14中任一方案的基础上，进一步使所述旋转轴对外输出动力。
方案16，应用方案1至15中任一方案所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管的工质入口与汽化器的蒸汽出口连通。
方案17，在方案16的基础上，进一步将所述液体导出口经液体泵与所述汽化器连通。
方案18，在方案16或17的基础上，进一步将所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质出口与排热器的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质入口连通。
方案19，在上述所有所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片上的冷凝冷却流体通道的方案中任一方案的基础上，进一步将所述冷凝冷却流体通道的冷凝冷却介质出口与排热器的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却流体通道的冷凝冷却介质入口连通。
方案20，在方案18或19的基础上，进一步将所述排热器设为供暖散热器。
方案21，一种冷凝式动能动力转换装置，包括喷管、汽非气流体传动单元和动力单元，所述汽非气流体传动单元包括可凝气体工质导入口、非气流体入口和工质出口，所述动力单元包括工质入口和工质出口，所述喷管的工质出口与所述汽非气流体传动单元的所述可凝气体工质导入口连通，所述汽非气流体传动单元的所述工质出口与所述动力单元的所述工质入口连通。
方案22，在方案21的基础上，进一步将所述喷管设为拉瓦尔喷管。
方案23，在方案21或22的基础上，进一步将所述汽非气流体传动单元设为射流泵，所述可凝气体工质导入口设为所述射流泵的动力流体入口，所述汽非气流体传动单元的所述非气流体入口设为所述射流泵的低压流体入口，所述汽非气流体传动单元的所述工质出口设为所述射流泵的流体出口。
方案24，在方案21至23中任一方案的基础上，进一步将所述非气流体入口内的流体设为固体流化物。
方案25，在方案21至24中任一方案的基础上，进一步将所述动力单元设为容积型动力单元。
方案26，在方案21至24中任一方案的基础上，进一步将所述动力单元设为速度型动力单元。
方案27，在方案26的基础上，进一步将所述速度型动力单元设为叶轮机构。
方案28，在方案21至27中任一方案的基础上，进一步使所述动力单元对外输出动力。
方案29，在方案21至28中任一方案的基础上，进一步设置所述喷管出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
方案30，在方案21至28中任一方案的基础上，进一步设置所述喷管出口处的静压低于0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
方案31，在方案21至28中任一方案的基础上，进一步设置所述喷管出口处的静压低于0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
方案32，应用方案21至31中任一方案所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管的工质入口与汽化器的蒸汽出口连通。
方案33，在方案32的基础上，进一步使所述动力单元的工质出口经回送泵与所述汽化器连通。
方案34，在方案32或33的基础上，进一步使所述动力单元的工质出口经排热器与所述汽非气流体传动单元的非气流体入口连通。
方案35，在方案32或33的基础上，进一步使所述动力单元的工质出口与所述汽非气流体传动单元的非气流体入口连通。
方案36，在方案32或33的基础上，进一步使所述动力单元的工质出口经排热器和加压泵与所述汽非气流体传动单元的非气流体入口连通。
方案37，在方案32或33的基础上，进一步使所述动力单元的工质出口经加压泵与所述汽非气流体传动单元的非气流体入口连通。
方案38，一种冷凝式动能动力转换装置，包括喷管、汽液传动单元和液体动力单元，所述汽液传动单元包括可凝气体工质入口、液体入口和液体出口，所述液体动力单元包括液体入口和液体出口，所述喷管的工质出口与所述汽液传动单元的所述可凝气体工质入口连通，所述汽液传动单元的所述液体出口与所述液体动力单元的所述液体入口连通。
方案39，在方案38的基础上，进一步将所述喷管设为拉瓦尔喷管。
方案40，在方案38或39的基础上，进一步将所述汽液传动单元设为射流泵，所述可凝气体工质入口设为所述射流泵的动力流体入口，所述汽液传动单元的所述液体入口设为所述射流泵的低压流体入口，所述汽液传动单元的所述液体出口设为所述射流泵的流体出口。
方案41，在方案38至40中任一方案的基础上，进一步将所述液体动力单元设为叶轮机构。
方案42，在方案40至41中任一方案的基础上，进一步将所述液体动力单元设为液轮机或设为液体马达。
方案43，在方案40至42中任一方案的基础上，进一步使所述液体动力单元对外输出动力。
方案44，应用方案40至43中任一方案所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管的工质入口与汽化器的蒸汽出口连通。
方案45，在方案44的基础上，进一步使所述液体动力单元的液体出口经液体泵与所述汽化器连通。
方案46，在方案44或45的基础上，所述液体动力单元的液体出口经排热器与所述汽液传动单元的液体入口连通。
方案47，在方案44或45的基础上，所述液体动力单元的液体出口与所述汽液传动单元的液体入口连通。
方案48，在方案44或45的基础上，所述液体动力单元的液体出口经加压泵与所述汽液传动单元的液体入口连通。
方案49，在上述所有设有所述汽化器的方案中任一方案的基础上，进一步将所述汽化器内的工质设为水。
方案50，在上述所有设有所述汽化器的方案中任一方案的基础上，进一步设置所述汽化器的承压能力大于10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或大于30MPa。
容积型发动机，例如：汽油机、柴油机，均为间歇燃烧，所以造成大量颗粒物等污染物的生成，而蒸汽轮机和燃气轮机为了更多地将工质的动能和压力能转换成动力，需要设置很多工作级，这样就造成体积庞大、造价高。本发明人认为，如果我们能够找到一种方法，在工质作用在透平后能够类似于附着在透平上，这样，就可以用一级收回高速工质的能量，大幅度减少或消除余速损失，从而可以制造出体积小、效率高、功率密度高、成本低、污染排放少的发动机。
本发明中，所谓的“冷凝冷却区”是指一切可以使所述可凝气体工质发生冷凝的所述透平叶片上的区域，包括由所述透平叶片内部冷却作用形成的所述冷凝冷却区和由所述透平叶片外部冷却作用形成的所述冷凝冷却区。
本发明中，所谓的“非气流体”是指气体以外的一切其他流体，包括液体和固体混合所形成的可以流动的混合物、气体和固体混合所形成的可以流动的混合物、可以流动的固体颗粒以及可以流动的固体粉末。
本发明中，所谓的“可凝气体工质”是指在本发明中的冷却条件下能够冷凝的气体工质，例如，水蒸气等。
本发明中，所谓的“汽液传动单元”是指一切可以将运动的可凝气体工质的动能传递给液体的单元，例如，射流泵。
本发明中，所谓的“汽非气流体传动单元”是指一切可以将运动的可凝气体工质的动能传递给非气流体的单元，例如，射流泵。
本发明中，所谓的“液体动力单元”是指一切能够将液体的压力能和/或液体的动能转换成动力的单元，例如，液体马达、液轮机(例如，水轮机)等。
本发明中，所谓的“打击捕捉传动结构”是指能够接收运动的气体的动能并能将运动的气体捕获的结构，例如，多孔结构、网状结构等。
本发明中，所谓的“排热器”是指一切对外排热的热交换器，例如，散热器、冷却器等。
本发明中，所谓的“射流泵”是指通过动力流体引射非动力流体，两流体相互作用从一个出口排出的装置；所谓的射流泵可以是传统射流泵，也可以是非传统射流泵。
本发明中，所谓的“传统射流泵”是指由两个套装设置的管构成的，向内管提供高压动力流体，内管高压动力流体在外管内喷射，在内管高压动力流体喷射和外管的共同作用下使内外管之间的其他流体(从外管进入的流体)沿内管高压动力流体的喷射方向产生运动的装置；所谓射流泵的外管可以有缩扩区，外管可以设为文丘里管，内管喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指外管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即射流泵动力流体入口、射流泵低压流体入口和射流泵流体出口。
本发明中，所谓的“非传统射流泵”是指由两个或两个以上相互套装设置或相互并列设置的管构成的，其中至少一个管与动力流体源连通，并且动力流体源中的动力流体的流动能够引起其他管中的流体产生定向流动的装置；所谓射流泵的管可以有缩扩区，可以设为文丘里管，管的喷管可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即射流泵动力流体入口、射流泵低压流体入口和射流泵流体出口，所谓的射流泵低压流体入口是指所述射流泵外管的入口，所谓的射流泵流体出口是指所述射流泵外管的出口；所述射流泵可以包括多个射流泵动力流体入口，在包括多个射流泵动力流体入口的结构中，所述射流泵动力流体入口可以布置在所述射流泵低压流体入口的管道中心区，也可以布置在所述射流泵低压流体入口的管道壁附近，所述射流泵动力流体入口也可以是环绕所述射流泵低压流体入口管道壁的环形喷管。
本发明中，所谓的“套装设置”是指直径不同的管共轴线设置，所谓的“内套装管”是指设置在内部的套装管，所谓的“外套装管”是指设置在外部的套装管，并列设置是指直径不同或相同的管非共轴线设置。
本发明中，某个数值A以上和某个数值A以下均包括本数A。
本发明中涉及到的压力，例如静压，均为表压压强。
本发明的原理如下：1)在设有所述透平叶片的结构中，所述可凝气体工质经喷管后以运动状态打击所述透平叶片并在所述透平叶片上发生冷凝，进而将全部动能传递给所述透平叶片推动所述旋转轴旋转，对外输出动力，进而减少透平的级数，降低透平造价和重量；2)在设有所述汽液传动单元的结构中，经所述喷管导入的处于运动状态的可凝气体工质在所述气液传动单元内将动能传递给液体并发生冷凝，形成液体压力，进而实现将可凝气体工质的动能转换成有压液体源，由于有压液体转换成动力的过程简单高效，最终实现比蒸汽透平结构大幅度简化的透平机构；3)在设有所述汽非气流体传动单元的结构中，经所述喷管导入的处于运动状态的可凝气体工质在所述汽非气流体传动单元内将动能传递给非气流体并发生冷凝，形成流体压力，进而实现将可凝气体工质的动能转换成有压流体源，由于有压流体转换成动力的过程简单高效，最终实现比蒸汽透平结构大幅度简化的透平机构。
本发明中，所谓的“汽化器”是指能够通过热能使液体工质发生汽化、临界化、超临界化、超超临界化或过热化的装置，它可以是外燃汽化器、热交换器、太阳能汽化器、锅炉或内燃汽化器。所述内燃汽化器包括氧化剂和还原剂燃烧产物能够液化的内燃汽化器和氧化剂和还原剂燃烧产物不能液化的内燃汽化器。
本发明中，可选择性地选择，所述汽化器内的工质压力与其承压能力相匹配，即所述汽化器内工质的最高工质压力达到其承压能力。
本发明人认为：当具有一定压力和一定温度的气体工质(包括蒸汽)膨胀(例如，通过喷管，所谓的“喷管”包括喷射通道、拉瓦尔喷管等)到极限状态(所谓的极限状态是指在这一过程或在整个循环中所能达到的最低的压力状态)或接近极限状态并加速到相应速度时，这个时候尽管高速运动的工质具有高于低温热源的温度，但是这时对此高速运动的工质进行冷却并不影响这些高速运动工质的做功能力。在至今为止的所有热功转换循环中，例如卡诺循环及其他一切循环中，所谓的“冷却过程”即低温热源接受热量的过程，均是发生在工质做功后，但是本发明人认为，只要工质膨胀加速到极限状态或接近极限状态，就可对工质进行冷却，因此，我们可以将冷却过程设置在做功机构上或做功过程前，这样，可以为人们提供更多的对于做功机构的选择和做功方式的选择，并将大幅度降低对做功机构尤其是透平机构的耐热性的要求，这将为热功转换系统的设计和制造开启另一个方向。本发明人将工质膨胀到极限或接近极限状态并加速到相应速度，即使冷却也不影响做功能力的性质，形象地称之为“动能不冷”。
本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下:
本发明的所述冷凝式动能动力转换装置能大幅度减少或消除余速损失，体积小、效率高、功率密度高、成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图；
图5为本发明实施例5的结构示意图；
图6为本发明实施例6的结构示意图；
图7为本发明实施例7的结构示意图；
图8为本发明实施例8的结构示意图；
图9为本发明实施例9的结构示意图；
图10为本发明实施例10的结构示意图；
图11为本发明实施例11的结构示意图；
图12为本发明实施例12的结构示意图；
图13为本发明实施例13的结构示意图；
图14为本发明实施例14的结构示意图；
图15为本发明实施例15的结构示意图；
图16为本发明实施例16的结构示意图；
图17为本发明实施例17的结构示意图；
图18为本发明实施例18的结构示意图；
图19为本发明实施例19的结构示意图；
图20为本发明实施例20的结构示意图；
图21为本发明实施例21的结构示意图；
图22为本发明实施例22的结构示意图；
图23为本发明实施例23的结构示意图；
图24为本发明实施例24的结构示意图；
图25为本发明实施例25的结构示意图；
图26为本发明实施例26的结构示意图；
图27为本发明实施例27的结构示意图；
图28为本发明实施例28的结构示意图；
图29为本发明实施例29的结构示意图；
图30为本发明实施例30的结构示意图；
图31为本发明实施例31的结构示意图；
图32为本发明实施例32的结构示意图；
图33为本发明实施例33的结构示意图；
图中：
1旋转轴、2透平叶片、21径流叶片、22轴流叶片、3喷管、31拉瓦尔喷管、4壳体、5液体导出口、6可凝气体工质导入口、7冷凝冷却流体通道、8汽化器、9液体泵、10排热器、11汽非气流体传动单元、12动力单元、122液轮机构、123液体马达、13非气流体入口、15汽液传动单元、151射流泵、152液体入口、16液体动力单元、17加压泵、18打击捕捉传动结构。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的冷凝式动能动力转换装置，包括旋转轴1、透平叶片2、喷管3和壳体4，所述旋转轴1设置在所述壳体4内，所述透平叶片2设置在所述旋转轴1上，在所述透平叶片2内设置冷凝冷却区，在所述壳体4上、在所述旋转轴1上设置液体导出口5，在所述壳体4上设置可凝气体工质导入口6，所述喷管3的工质出口与所述可凝气体工质导入口6连通。
为了最大限度的消除余速损失，本实施例以及下述所有包括所述透平叶片2的实施方式中，均可以使经所述喷管3导入的可凝气体工质在所述透平叶片2上冷凝并以液态形式离开所述透平叶片2进入所述液体导出口5。
实施例2
如图2所示的冷凝式动能动力转换装置，在实施例1的基础上，进一步将所述透平叶片2设为轴流叶片22，并在所述透平叶片2上增加设置液体导出口5。
实施例3
如图3所示的冷凝式动能动力转换装置，在实施例2的基础上，进一步在所述旋转轴1上增设可凝气体工质导入口6，并使喷管3的工质出口与增设的该所述可凝气体工质导入口6连通，同时，取消了设置在所述透平叶片2上和所述旋转轴1上的液体导出口5。
本实施例中，将和设置在所述旋转轴1上的所述可凝气体工质导入口6连通的喷管3设为了拉瓦尔喷管31。
作为可以变换地实施方式，还可以在所述透平叶片2上也设置所述可凝气体工质导入口6，并使其和所述喷管3连通，具体设置方式可以参考本实施例旋转轴上的所述可凝气体工质导入口6与所述喷管3的连通方式。
作为可以变换地实施方式，本发明所有实施方式中，均可参照本实施例将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。
实施例4
如图4所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例2的基础上，进一步将所述透平叶片2改设为径流叶片21。
实施例5
一种冷凝式动能动力转换装置，如图5所示，其在实施例2的基础上，进一步在所述轴流叶片22上设置打击捕捉传动结构18。
作为可以变换的实施方式，本发明所有实施例中均可以参照本实施例在所述透平叶片2上设置所述打击捕捉传动结构18。
实施例6
如图6所示的冷凝式动能动力转换装置，在实施例2的基础上，进一步使所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片2上的冷凝冷却流体通道7，同时，取消了设置在所述透平叶片2上和所述旋转轴1上的所述液体导出口5。
实施例7
如图7所示的冷凝式动能动力转换装置，在实施例6的基础上，进一步在所述旋转轴1上增设所述液体导出口5。
本实施例中，所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质与所述喷管3导入的可凝气体工质设为同一种物质，流经所述冷凝冷却流体通道7和所述液体导出口5的流体经同一通道导出所述冷凝式动能动力转换装置。
作为可以变换的实施方式，所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质与所述喷管3导入的可凝气体工质设为不同，此时，为所述冷凝冷却流体通道7和所述液体导出口5的导出流体设置不同的通道，当然，在同一种物质的情况下也可以采用不同的通道导出流体。
本实施例中，所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质设为液体，进一步可选地，所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质设为水。
作为可以变换的实施方式，本发明上述实施方式中，均可选择性地参照实施例6、实施例7设置所述冷凝冷却流体通道7，并可进一步选择性性的将所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质设为液体，进一步可选地，所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质设为水，当设为液体时，均可进一步选择性设置所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质与所述喷管3导入的可凝气体工质设为同一种物质；或均进一步可选择性地将所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质设为气体，并可进一步选择性地将所述冷凝冷却流体通道7内的冷凝冷却介质设为氢气或设为氦气。
作为可以变换的实施方式，本发明上述实施方式中，均可选择性地设置所述喷管3出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa；或均可选择性地设置所述喷管3出口处的静压低于0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa；或均可选择性地设置所述喷管3出口处的静压低于0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
作为可以变换的实施方式，本发明上述实施方式中，均可选择性地使所述旋转轴1对外输出动力。
实施例8
如图8所示的应用实施例6所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。
实施例9
如图9所示的热动力系统，其在实施例8的基础上，进一步将所述液体导出口5经液体泵9与所述汽化器8连通。
实施例10
如图10所示的热动力系统，其在实施例9的基础上，进一步将所述冷凝冷却流体通道7的冷凝冷却介质出口与排热器10的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器10的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却流体通道7的冷凝冷却介质入口连通。
作为可以变换的实施方式，当所述冷凝冷却区设置成其它形式时，也可以参考本实施例使所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质出口与排热器10的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器10的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质入口连通。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述设有所述排热器10的结构中，均可以选择性地将所述排热器10设为供暖散热器。
作为可以变换的实施方式，本发明上述所有实施方式中的所述冷凝式动能动力转换装置都可以代替实施6中的所述冷凝式动能动力转换装置应用到实施例8至10中。
实施例11
如图11所示的冷凝式动能动力转换装置，包括喷管3、汽非气流体传动单元11和动力单元12，所述汽非气流体传动单元11包括可凝气体工质导入口6、非气流体入口13和工质出口，所述动力单元12包括工质入口和工质出口，所述喷管3的工质出口与所述汽非气流体传动单元11的所述可凝气体工质导入口6连通，所述汽非气流体传动单元11的所述工质出口与所述动力单元12的所述工质入口连通。
实施例12
如图12所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例11的基础上，进一步将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。
实施例13
如图13所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例11的基础上，进一步所述汽非气流体传动单元11设为射流泵151，所述可凝气体工质导入口6设为所述射流泵151的动力流体入口，所述汽非气流体传动单元11的所述非气流体入口13设为所述射流泵151的低压流体入口，所述汽非气流体传动单元11的所述工质出口设为所述射流泵151的流体出口。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述汽非气流体传动单元11的实施方式中，均可以选择性地将所述非气流体入口13内的流体设为固体流化物；同时，可以选择性地将所述动力单元12设为容积型动力单元，或选择性第将所述动力单元12设为速度型动力单元。
实施例14
如图14所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例13的基础上，进一步将所述动力单元2设为叶轮机构124，所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述所述动力单元12的实施方式中，均可以选择性地使所述动力单元12对外输出动力。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述汽非气流体传动单元11的实施方式中，均可以选择性地设置所述喷管3出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa，或均可选择性地设置所述喷管3出口处的静压低于0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa，或均可选择性地设置所述喷管3出口处的静压低于0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
实施例15
如图15所示的应用实施例11所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。
实施例16
如图16所示的应用实施例14所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。
实施例17
如图17所示的热动力系统,其在实施例16的基础上，进一步将所述动力单元12，即叶轮机构124，的工质出口经回送泵121与所述汽化器8连通。
实施例18
如图18所示的热动力系统,其在实施例17的基础，进一步将所述动力单元12，即叶轮机构124，的工质出口经排热器10与所述汽非气流体传动单元11的非气流体入口13连通。
实施例19
如图19所示的热动力系统,其在实施例17的基础，进一步将所述动力单元12，即叶轮机构124，的工质出口与所述汽非气流体传动单元11的非气流体入口13连通。
实施例20
如图20所示的热动力系统,其在实施例17的基础，进一步将所述动力单元12，即叶轮机构124，的工质出口经排热器10和加压泵17与所述汽非气流体传动单元11的非气流体入口13连通。
实施例21
如图21所示的热动力系统,其在实施例17的基础，进一步将所述动力单元12，即叶轮机构124，的工质出口经加压泵17与所述汽非气流体传动单元11的非气流体入口13连通。
作为可以变换的实施方式，本发明上述所有设有所述汽非气流体传动单元11实施方式中的所述冷凝式动能动力转换装置都可以代替实施11、14中的所述冷凝式动能动力转换装置应用到实施例16至22中。
实施例22
如图22所示的冷凝式动能动力转换装置，包括喷管3、汽液传动单元15和液体动力单元16，所述汽液传动单元15包括可凝气体工质导入口6、液体入口152和液体出口，所述液体动力单元16包括液体入口和液体出口，所述喷管3的工质出口与所述汽液传动单元15的所述可凝气体工质导入口6连通，所述汽液传动单元15的所述液体出口与所述液体动力单元16的所述液体入口连通。
实施例23
如图23所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例22的基础上，进一步将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。
实施例24
如图24所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例22的基础上，进一步将所述汽液传动单元15设为射流泵151，所述可凝气体工质导入口6设为所述射流泵151的动力流体入口，所述汽液传动单元15的所述液体入口152设为所述射流泵151的低压流体入口，所述汽液传动单元15的所述液体出口设为所述射流泵151的流体出口。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述汽液传动单元15的实施方式中，均可以选择性地将所述液体动力单元16设为叶轮机构124。
实施例25
如图25所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例24的基础上，进一步将所述液体动力单元16设为液轮机构122，所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。
实施例26
如图26所示的冷凝式动能动力转换装置，其在实施例24的基础上，进一步将所述液体动力单元16设为设为液体马达123，所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述所述液体动力单元16的实施方式中，均可以选择性地使所述液体动力单元16对外输出动力。
实施例27
如图27所示的应用实施例22所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。
实施例28
如图28所示的应用实施例26所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。
实施例29
如图29所示的热动力系统，其在实施例28的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即液体马达123，的液体出口经液体泵9与所述汽化器8连通。
实施例30
如图30所示的热动力系统，其在实施例29的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即液体马达123，的液体出口经排热器10与所述汽液传动单元15的液体入口152连通。
实施例31
如图31所示的热动力系统，其在实施例29的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即液体马达123，的液体出口与所述汽液传动单元15的液体入口152连通。
实施例32
如图32所示的热动力系统,其在实施例29的基础，进一步将所述液体动力单元16，即液体马达123，的工质出口经排热器10和加压泵17与所述汽液传动单元15的液体入口152连通。
实施例33
如图33所示的热动力系统，其在实施例29的基础上，进一步将所述液体动力单元16的液体出口经加压泵17与所述汽液传动单元15的液体入口152连通。
作为可以变换的实施方式，本发明上述所有设有所述汽液传动单元15实施方式中的所述冷凝式动能动力转换装置都可以代替实施22、26中的所述冷凝式动能动力转换装置应用到实施例27至33中。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述汽化器8的实施方式中，均可选择性地将所述汽化器8内的工质设为水。
作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述汽化器8的实施方式中，均可选择性地将设置所述汽化器8的承压能力大于10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或大于30MPa。
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 (55)
1.一种冷凝式动能动力转换装置，包括旋转轴(1)、透平叶片(2)、喷管(3)和壳体(4)，其特征在于：所述旋转轴(1)设置在所述壳体(4)内，所述透平叶片(2)设置在所述旋转轴(1)上，在所述透平叶片(2)内设置冷凝冷却区，在所述壳体(4)上、和/或在所述旋转轴(1)上、和/或在所述透平叶片(2)上设置可导出冷凝的可凝气体工质的液体导出口(5)，在所述壳体(4)上、和/或在所述旋转轴(1)上、和/或在所述透平叶片(2)上设置可凝气体工质导入口(6)，所述喷管(3)的工质出口与所述可凝气体工质导入口(6)连通。
2.如权利要求1所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：经所述喷管(3)导入的可凝气体工质在所述透平叶片(2)上冷凝并以液态形式离开所述透平叶片(2)进入所述液体导出口(5)。
3.如权利要求1所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述透平叶片(2)设为径流叶片(21)或设为轴流叶片(22)。
4.如权利要求2所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述透平叶片(2)设为径流叶片(21)或设为轴流叶片(22)。
5.如权利要求1所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：在所述透平叶片(2)上设置打击捕捉传动结构(18)。
6.如权利要求2所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：在所述透平叶片(2)上设置打击捕捉传动结构(18)。
7.如权利要求3所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：在所述透平叶片(2)上设置打击捕捉传动结构(18)。
8.如权利要求4所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：在所述透平叶片(2)上设置打击捕捉传动结构(18)。
9.如权利要求1所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
10.如权利要求2所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
11.如权利要求3所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
12.如权利要求4所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
13.如权利要求5所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
14.如权利要求6所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
15.如权利要求7所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
16.如权利要求8所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却区包括设置在所述透平叶片(2)上的冷凝冷却流体通道(7)。
17.如权利要求9至16中任一项所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质设为液体。
18.如权利要求9至16中任一项所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质设为水。
19.如权利要求9至16中任一项所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质与所述喷管(3)导入的可凝气体工质设为同一种物质。
20.如权利要求17所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质与所述喷管(3)导入的可凝气体工质设为同一种物质。
21.如权利要求18所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质与所述喷管(3)导入的可凝气体工质设为同一种物质。
22.如权利要求9至16中任一项所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质设为气体。
23.如权利要求22所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)内的冷凝冷却介质设为氢气或设为氦气。
24.如权利要求1至16中任一项、20、21或23所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)设为拉瓦尔喷管(31)。
25.如权利要求17所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)设为拉瓦尔喷管(31)。
26.如权利要求18所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)设为拉瓦尔喷管(31)。
27.如权利要求19所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)设为拉瓦尔喷管(31)。
28.如权利要求22所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)设为拉瓦尔喷管(31)。
29.如权利要求1至16中任一项、20、21、23、25、26、27或28所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
30.如权利要求17所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
31.如权利要求18所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
32.如权利要求19所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
33.如权利要求22所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
34.如权利要求24所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述喷管(3)出口处的静压低于1MPa、0.9MPa、0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.09MPa、0.08MPa、0.07MPa、0.06MPa、0.05MPa、0.04MPa、0.03MPa、0.02MPa、0.01MPa、0.009MPa、0.008MPa或低于0.007MPa。
35.如权利要求1至16和20和21和23和25至28和30至34中任一项所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
36.如权利要求17所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
37.如权利要求18所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
38.如权利要求19所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
39.如权利要求22所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
40.如权利要求24所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
41.如权利要求29所述冷凝式动能动力转换装置，其特征在于：所述旋转轴(1)对外输出动力。
42.应用如权利要求1至41中任一项所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，其特征在于：所述喷管(3)的工质入口与汽化器(8)的蒸汽出口连通。
43.如权利要求42所述热动力系统，其特征在于：所述液体导出口(5)经液体泵(9)与所述汽化器(8)连通。
44.如权利要求42所述热动力系统，其特征在于：所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质出口与排热器(10)的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器(10)的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质入口连通。
45.如权利要求43所述热动力系统，其特征在于：所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质出口与排热器(10)的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器(10)的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却区的冷凝冷却介质入口连通。
46.如权利要求44或45所述热动力系统，其特征在于：所述排热器(10)设为供暖散热器。
47.如权利要求42至45中任一项所述热动力系统，其特征在于：所述汽化器(8)内的工质设为水。
48.如权利要求46所述热动力系统，其特征在于：所述汽化器(8)内的工质设为水。
49.应用如权利要求9至23中任一项所述冷凝式动能动力转换装置的热动力系统，其特征在于：所述冷凝冷却流体通道(7)的冷凝冷却介质出口与排热器(10)的冷凝冷却介质入口连通，所述排热器(10)的冷凝冷却介质出口与所述冷凝冷却流体通道(7)的冷凝冷却介质入口连通。
50.如权利要求49所述热动力系统，其特征在于：所述排热器(10)设为供暖散热器。
51.如权利要求49所述热动力系统，其特征在于：所述热动力系统还包括汽化器(8)，所述汽化器(8)内的工质设为水。
52.如权利要求50所述热动力系统，其特征在于：所述热动力系统还包括汽化器(8)，所述汽化器(8)内的工质设为水。
53.如权利要求42至45和48和51和52中任一项所述热动力系统，其特征在于：所述汽化器(8)的承压能力大于10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或大于30MPa。
54.如权利要求46所述热动力系统，其特征在于：所述汽化器(8)的承压能力大于10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或大于30MPa。
55.如权利要求47所述热动力系统，其特征在于：所述汽化器(8)的承压能力大于10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或大于30MPa。
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