CN105545523A - 有压气体能量回收方法、装置及其热动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有压气体能量回收方法，将有压气体工质深度转换成工质气流，使所述工质气流对被动流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。本发明还公开了利用该有压气体能量回收方法的装置以及应用该装置的热动力系统。本发明的有压气体能量回收方法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

有压气体能量回收方法、装置及其热动力系统

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种有压气体能量回收方法，本发明还涉及利用该有压气体能量回收方法的装置以及应用该装置的热动力系统。

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将有压气体能量转换成易回收能量的方法、装置及其热动力系统。

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1，一种有压气体能量回收方法，将有压气体工质深度转换成工质气流，使所述工质气流对被动流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。

方案2，在方案1的基础上，进一步设置在即将被所述工质气流打击传动时，所述被动流体的总压大于0.05MPa。

方案3，在方案1或方案2的基础上，利用射流泵使所述工质气流对被动流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质。

方案4，在方案1至3中任一方案的基础上，所述被动流体设为水。

方案5，在方案1至3中任一方案的基础上，所述被动流体设为空气。

方案6，在方案1至3中任一方案的基础上，所述被动流体设为非气流体。

方案7，在方案1至3中任一方案的基础上，所述有压气体工质设为水蒸汽，所述被动流体设为水。

方案8，一种有压气体能量回收方法，将有压气体工质深度转换成工质气流，使所述工质气流对非气流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。

方案9，在方案8的基础上，进一步设置在即将被所述工质气流打击传动时，所述非气流体的总压大于0.05MPa。

方案10，在方案8或方案9的基础上，利用射流泵使所述工质气流对非气流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质。

方案11，在方案8至10中任一方案的基础上，所述非气流体设为水。

方案12，在方案8至10中任一方案的基础上，所述有压气体工质设为水蒸汽，所述非气流体设为水。

方案13，在方案1至12中任一方案的基础上，进一步将所述速度型机构设为叶轮动力机构或设为有矩设置在旋转轴上的喷管。

方案14，在方案1至12中任一方案的基础上，进一步将所述速度型机构设为喷管。

方案15，在方案13或方案14的基础上，进一步将所述喷管设为拉瓦尔喷管。

方案16，在方案1至15中任一方案的基础上，进一步将所述容积型机构设为液体马达。

方案17，在方案1至16中任一方案的基础上，进一步设置所述工质气流的静压低于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18，在方案1至16中任一方案的基础上，进一步设置所述工质气流的静压低于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19，在方案1至16中任一方案的基础上，进一步设置所述工质气流的静压低于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20，在方案1至19中任一方案的基础上，进一步将所述有压气体工质设为由汽化器产生。

方案21，在方案1至19中任一方案的基础上，进一步将所述有压气体工质设为压缩空气、由内燃燃烧室产生的气体、或设为蒸汽。

方案22，在方案1至20中任一方案的基础上，所述有压气体工质设为水蒸汽。

方案23，一种利用方案1至22中任一方案所述有压气体能量回收方法的装置，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24，在方案23的基础上，进一步将所述喷管设为拉瓦尔喷管。

方案25，在方案23或24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26，在方案23至25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液体。

方案27，在方案23至25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28，在方案23至27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29，在方案23至27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30，在方案29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31，在方案29的基础上，进一步将所述速度型动力单元设为液轮机构或设为液体马达。

方案32，在方案23至31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33，在方案23至31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34，在方案23至31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35，在方案23至34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36，应用方案23至35中任一方案所述装置的热动力系统，所述喷管的工质入口与汽化器的蒸汽出口连通。

方案37，在方案36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38，在方案36或37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39，在方案36或37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40，在方案36或37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41，在方案36或37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42，一种利用方案1至22中任一方案所述有压气体能量回收方法的装置，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43，在方案42的基础上，进一步将所述喷管设为拉瓦尔喷管。

方案44，在方案42或43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45，在方案42至44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46，在方案42至44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47，在方案42至46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48，在方案42至46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49，在方案42至46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50，在方案42至49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51，应用方案42至50中任一方案所述装置的热动力系统，进一步使所述喷管的工质入口与汽化器的蒸汽出口连通。

方案52，在方案51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53，在方案51或52的基础上，进一步使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54，在方案51或52的基础上，进一步使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55，在方案51或52的基础上，进一步使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56，在方案36至41、51至55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57，在方案36至41、51至56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。

方案58，一种利用方案1至22中任一方案所述有压气体能量回收方法的喷射推进旋转动力系统，包括有压气态工质源、喷管、射流泵和旋转轴，所述射流泵有矩设置在所述旋转轴上，所述有压气态工质源与所述喷管的工质入口连通，所述喷管的工质出口设为所述射流泵的动力流体入口或所述喷管的工质出口与所述射流泵的动力流体入口连通，所述射流泵的流体入口与被动流体源连通。

方案59，在方案58的基础上，进一步将所述有压气态工质源设为汽化器。

方案60，一种利用方案1至22中任一方案所述有压气体能量回收方法的喷气推进航空发动机，包括压气机、燃烧室、喷管、射流泵和透平，所述压气机的工质出口与所述燃烧室连通，所述燃烧室与所述喷管的工质入口连通，所述喷管的工质出口设为所述射流泵的动力流体入口或所述喷管的工质出口与所述射流泵的动力流体入口连通，所述透平设置在所述射流泵的流体出口内，所述射流泵的流体入口与大气连通，大气设为所述被动流体。

方案61，一种利用方案1至22中任一方案所述有压气体能量回收方法的喷气推进发动机，包括燃烧室、喷管和射流泵，所述燃烧室与所述喷管的工质入口连通，所述喷管的工质出口设为所述射流泵的动力流体入口或所述喷管的工质出口与所述射流泵的动力流体入口连通。

方案62，在方案58至61中任一方案的基础上，进一步将所述射流泵的流体出口设为拉瓦尔喷管或所述射流泵的流体出口设为与拉瓦尔喷管连通。

本发明中，可选择性地，在即将被所述工质气流打击传动时，所述被动流体的总压大于0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa、0.09MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa或大于1MPa。

本发明中，可选择性地，在即将被所述工质气流打击传动时，所述非气流体的总压大于0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa、0.09MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa或大于1MPa。

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“深度转换”是指利用膨胀过程形成静压低于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0.007MP的气流的过程。

本发明中，所谓的“蒸汽”是指在本发明所公开的条件下由液体汽化而成的气态物质，包括水蒸汽或其他单质或化合物的蒸汽。

本发明中，所谓的“被动流体”是指接受打击传动作用的流体(即接受动能的流体)。

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、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“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，所谓的“有矩设置在旋转轴上的喷管”是指采用使所述喷管喷射所受到的反作用力的方向线与所述旋转轴的旋转轴线不相交的设置方式设置在所述旋转轴上的喷管，换句话说所谓“有矩设置”就是所述喷管由喷射所得反作用力对于所述旋转轴的旋转轴线形成扭矩设置方式。

本发明中，所谓的“所述射流泵有矩设置在所述旋转轴上”是指所述射流泵采用能够使所述射流泵的流体出口喷射受到的反作用力的方向线与所述旋转轴的旋转轴线不相交的设置方式设置在所述旋转轴上，换句话说所谓“有矩设置”就是所述射流泵由喷射所得反作用力对于所述旋转轴的旋转轴线形成扭矩设置方式。

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:

本发明的所述有压气体能量回收方法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；

图中：

1有压气态工质源、2旋转轴、3喷管、31拉瓦尔喷管、4压气机、5燃烧室、6可凝气体工质导入口、7透平、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。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。

本发明的有压气体能量回收方法，是将有压气体工质深度转换成工质气流，即使有压气体工质经过膨胀过程形成静压低于1MPa工质气流，使所述工质气流对被动流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。

类似的，本发明的另一方案的有压气体能量回收方法中，是将有压气体工质深度转换成工质气流后，使所述工质气流对非气流体打击传动，并形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。

本发明中，可选择性地设置即将被所述工质气流打击传动时，所述被动流体、所述非气流体的总压大于0.05MPa，从而提高传动效率。

上述有压气体能量回收方法中的所述速度型机构可以是叶轮动力机构，也可以有矩设置在旋转轴上的喷管，还可以直接设为喷管。并可进一步选择性地设置所述喷管设为拉瓦尔喷管。

上述有压气体能量回收方法中的所述容积型机构可以是液体马达。

具体实施时，可以使有压气体工质经过膨胀过程形成静压低于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的所述工质气流。

打击传动的方式有很多中，可以选择利用射流泵使所述工质气流对被动流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质。

同样的，可以选择利用射流泵使所述工质气流对非气流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质。

上述有压气体能量回收方法中的所述有压气体工质设为由汽化器产生，也可以将所述有压气体工质设为压缩空气、由内燃燃烧室产生的气体、或设为蒸汽。所述有压气体工质还可以设为水蒸汽。

上述有压气体能量回收方法中的所述被动流体可以设为水，也可以设为空气，还可以设为非气流体。

上述有压气体能量回收方法中的所述非气流体设为水。

上述有压气体能量回收方法中，可以将所述有压气体工质设为水蒸汽，同时所述被动流体设为水。

同样的，上述有压气体能量回收方法中，可以将所述有压气体工质设为水蒸汽，所述非气流体设为水。

下面结合附图和具体实施例对本发明利用上述方法的装置及热力学系统进一步进行说明。

实施例1

如图1所示的利用所述有压气体能量回收方法的装置，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。

在上述装置中，所述喷管3将有压气体工质深度转换成工质气流，该有压气体工质为可凝气体工质，工质气流在所述汽非气流体传动单元11中作为可凝气体工质导入所述可凝气体工质导入口6对来自所述非气流体入口13的非气流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质经所述汽非气流体传动单元11的所述工质出口进入所述动力单元12推动所述动力单元12对外输出动力，本实施例中是将非气流体作为被动流体。

实施例2

如图2所示的装置，其在实施例1的基础上，进一步将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。

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3

如图3所示的装置，其在实施例1的基础上，进一步将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。

本发明的上述实施方式中，均可进一步选择性地将所述动力单元12设为容积型动力单元，或进一步选择性地将所述动力单元12设为速度型动力单元。

实施例4

如图4所示的装置，其在实施例3的基础上，进一步将所述动力单元12设为速度型动力单元——叶轮机构124，同时将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。

作为可以变换地实施方式，还可以将所述动力单元12设为其它的速度型机构，例如将所述速度型动力单元设为液轮机构或设为液体马达，具体可参见实施例15、16。

作为可以变换地实施方式，均可以选择性地设置所述动力单元12对外输出动力。

作为可以变换地实施方式，均可以选择性地将所述非气流体入口内的流体设为液体，或选择性地将所述非气流体入口内的流体设为固体流化物。

实施例5

如图5所示的应用如实施例1所述装置的热动力系统，进一步将所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。

实施例6

如图6所示的应用如实施例4所述装置的热动力系统，进一步将所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。

实施例7

如图7所示的热动力系统，其在实施例6的基础上进一步将所述动力单元12的工质出口经回送泵121与所述汽化器8连通。

实施例8

如图8所示的热动力系统，其在实施例7的基础上进一步将所述动力单元12的工质出口经排热器10与所述汽非气流体传动单元11(即射流泵151)的非气流体入口13连通。

实施例9

如图9所示的热动力系统，其在实施例7的基础上进一步将所述动力单元12的工质出口与所述汽非气流体传动单元11(即射流泵151)的非气流体入口13连通。

实施例10

如图10所示的热动力系统，其在实施例7的基础上进一步将所述动力单元12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(即射流泵151)的非气流体入口13连通。

实施例11

如图11所示的热动力系统，其在实施例7的基础上进一步将所述动力单元12的工质出口经加压泵17与所述汽非气流体传动单元11(即射流泵151)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实施方式中的所述装置都可以代替实施1、4中的所述冷凝式动能动力转换装置应用到实施例5至11中。

实施例12

如图12所示的利用所述有压气体能量回收方法的装置，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。

在上述装置中，所述喷管3将有压气体工质深度转换成工质气流，该有压气体工质为可凝气体工质，工质气流在所述汽液传动单元15中作为可凝气体工质导入所述可凝气体工质导入口6对来自液体入口152的液体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质经所述汽液传动单元15的所述工质出口进入所述液体动力单元16推动所述液体动力单元16对外输出动力。

实施例13

如图13所示的装置，其在实施例12的基础上，进一步将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。

实施例14

如图14所示的装置，其在实施例12的基础上，进一步所述汽液传动单元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。

实施例15

如图15所示的装置，其在实施例14的基础上，进一步将所述液体动力单元16设为液轮机构122，并将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。

实施例16

如图16所示的装置，其在实施例14的基础上，进一步将所述液体动力单元16或设为液体马达123，并将所述喷管3设为拉瓦尔喷管31。

作为可以变换的实施方式，可以参考实施例4将所述液体动力单元16设为叶轮机构124。

作为可以变换的实施方式，本发明上述所示设置有所述喷管3的实施方式中，包括装置和热力学系统，均可选择性地将所述喷管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。

作为可以变换的实施方式，本发明上述所示设置有所述液体动力单元16的实施方式中，均可选择性地使所述液体动力单元16对外输出动力。

实施例17

如图17所示的应用实施例14所述装置的热动力系统，进一步将所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。

实施例18

如图18所示的应用实施例16所述装置的热动力系统，进一步将所述喷管3的工质入口与汽化器8的蒸汽出口连通。

实施例19

如图19所示的热动力系统，其在实施例18的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即所述液体马达123，的液体出口经液体泵9与所述汽化器8连通。

实施例20

如图20所示的热动力系统，其在实施例19的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即所述液体马达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21

如图21所示的热动力系统，其在实施例19的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即所述液体马达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22

如图22所示的热动力系统，其在实施例19的基础上，进一步将所述液体动力单元16，即所述液体马达123，的液体出口经排热器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23

如图23所示的热动力系统，其在实施例19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14、16中的所述冷凝式动能动力转换装置应用到实施例17至23中。

实施例24

如图24所示的利用所述有压气体能量回收方法的喷射推进旋转动力系统，包括有压气态工质源1、喷管3、射流泵151和旋转轴2，所述射流泵151有矩设置在所述旋转轴2上，所述有压气态工质源1与所述喷管3的工质入口连通，所述喷管3的工质出口设为所述射流泵151的动力流体入口或所述喷管3的工质出口与所述射流泵151的动力流体入口连通，所述射流泵151的流体入口与被动流体源连通。

具体实施例时，可以选择性地将所述有压气态工质源1设为汽化器8。

实施例25

如图25所示的利用所述有压气体能量回收方法的喷气推进航空发动机，包括压气机4、燃烧室5、喷管3、射流泵151和透平7，所述压气机4的工质出口与所述燃烧室5连通，所述燃烧室5与所述喷管3的工质入口连通，所述喷管3的工质出口设为所述射流泵151的动力流体入口或所述喷管3的工质出口与所述射流泵151的动力流体入口连通，所述透平7设置在所述射流泵151的流体出口内，所述射流泵151的流体入口与大气连通，大气设为所述被动流体。

实施例26

如图26所示的利用所述有压气体能量回收方法的喷气推进发动机，包括燃烧室5、喷管3和射流泵151，所述燃烧室5与所述喷管3的工质入口连通，所述喷管3的工质出口设为所述射流泵151的动力流体入口或所述喷管3的工质出口与所述射流泵151的动力流体入口连通。

作为可以变换地实施方式，在实施例24至26中任一实施例的基础上，均可选择性地将所述射流泵151的流体出口设为拉瓦尔喷管或所述射流泵151的流体出口设为与拉瓦尔喷管连通。

为了简化表示，本发明的涉及到喷管3附图中仅对喷管3作了示意性表示，实际使用时，应使喷管3的结构能实现将有压气体工质深度转换成工质气流的功能。

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。

本发明的以上所有涉及所述被动流体的实施方式中，均可选择性地，在即将被所述工质气流打击传动时，所述被动流体的总压大于0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa、0.09MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa或大于1MPa。

本发明的以上所有涉及所述非气流体的实施方式中，在即将被所述工质气流打击传动时，所述非气流体的总压大于0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa、0.09MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa或大于1MPa。

本发明上述各实施方式中的技术要素在不冲突的情况下可以相互组合。

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 (10)

1.一种有压气体能量回收方法，其特征在于：将有压气体工质深度转换成工质气流，使所述工质气流对被动流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。

2.一种有压气体能量回收方法，其特征在于：将有压气体工质深度转换成工质气流，使所述工质气流对非气流体打击传动形成质量流大于所述工质气流的质量流的且运动速度低于所述工质气流的运动速度的动力工质，所述动力工质推动速度型机构和/或容积型机构对外输出动力。

3.一种利用权利要求1或2所述有压气体能量回收方法的装置，包括喷管(3)、汽非气流体传动单元(11)和动力单元(12)，其特征在于：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。

4.应用如权利要求4所述装置的热动力系统，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。

5.一种利用权利要求1或2所述有压气体能量回收方法的装置，包括喷管(3)、汽液传动单元(15)和液体动力单元(16)，其特征在于：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。

6.如权利要求3或5所述装置，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。

7.应用如权利要求5所述装置的热动力系统，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。

8.一种利用权利要求1或2所述有压气体能量回收方法的喷射推进旋转动力系统，包括有压气态工质源(1)、喷管(3)、射流泵(151)和旋转轴(2)，其特征在于：所述射流泵(151)有矩设置在所述旋转轴(2)上，所述有压气态工质源(1)与所述喷管(3)的工质入口连通，所述喷管(3)的工质出口设为所述射流泵(151)的动力流体入口或所述喷管(3)的工质出口与所述射流泵(151)的动力流体入口连通，所述射流泵(151)的流体入口与被动流体源连通。

9.一种利用权利要求1或2所述有压气体能量回收方法的喷气推进航空发动机，包括压气机(4)、燃烧室(5)、喷管(3)、射流泵(151)和透平(7)，其特征在于：所述压气机(4)的工质出口与所述燃烧室(5)连通，所述燃烧室(5)与所述喷管(3)的工质入口连通，所述喷管(3)的工质出口设为所述射流泵(151)的动力流体入口或所述喷管(3)的工质出口与所述射流泵(151)的动力流体入口连通，所述透平(7)设置在所述射流泵(151)的流体出口内，所述射流泵(151)的流体入口与大气连通，大气设为所述被动流体。

10.一种利用权利要求1或2所述有压气体能量回收方法的喷气推进发动机，包括燃烧室(5)、喷管(3)和射流泵(151)，其特征在于：所述燃烧室(5)与所述喷管(3)的工质入口连通，所述喷管(3)的工质出口设为所述射流泵(151)的动力流体入口或所述喷管(3)的工质出口与所述射流泵(151)的动力流体入口连通。