CN110631277A - 第二类多向热力循环 - Google Patents

Abstract

本发明提供第二类多向热力循环，属于热力学及动力、供热与热泵技术领域。工作介质依序进行以下过程——自第一低温开始的升压过程12，自中温热源吸热过程23，自中温开始的降压过程34，向第二低温热源放热过程45，自第二低温开始的升压过程56，向高温热源放热过程67，自高温开始的降压过程78，向第一低温热源放热过程81——组成闭合过程123456781，形成第二类多向热力循环。

Description

第二类多向热力循环

技术领域：

本发明属于热力学及动力、供热与热泵技术领域。

背景技术：

冷需求、热需求和动力需求，为人类生活与生产当中所常见。现实中，人们需要简单、主动、高效地利用燃料生成或其它的高温热能来实现制冷、供热或转化为动力，这需要热科学基础理论的支撑；同时，人们也需要将中温热资源转化成高温热资源以满足高温热需求，这需要简单、主动、高效地利用好中温热资源与低温冷源之间的温差。在热科学基础理论体系中，热力循环是热能利用装置的理论基础和能源利用系统的核心；热力循环的创建和发展应用将对能源利用的飞跃起到重大作用，将积极推动社会进步和生产力发展。

从简单、主动和高效地实现温差利用的原则出发，针对中温热源与低温冷源之间存在温差和存在不同品位低温冷源的情况，并考虑兼顾动力资源利用，以及为了能够满足多种用能需求——热与动力的单供或联供，本发明提出了相应的第二类多向热力循环。

发明内容：

本发明主要目的是要提供第二类多向热力循环，具体发明内容分项阐述如下：

1.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的八个过程——工作介质自第一低温开始的升压过程12，自中温热源吸热过程23，自中温开始的降压过程34，向第二低温冷源放热过程45，自第二低温开始的升压过程56，向高温热源放热过程67，自高温开始的降压过程78，向第一低温冷源放热过程81——组成的闭合过程123456781。

2.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——冷源介质自第一低温开始的升压过程12，自中温热源吸热过程23，自中温开始的降压过程34，向第二低温冷源放热过程45，自第二低温开始的升压过程56，向高温热源放热过程67，自高温开始的降压过程78——组成的非闭合过程12345678。

3.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——冷源介质自第二低温开始的升压过程12，向高温热源放热过程23，自高温开始的降压过程34，向第一低温冷源放热过程45，自第一低温开始的升压过程56，自中温热源的吸热过程67，自中温开始的降压过程78——组成的非闭合过程12345678。

4.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——中温介质自中温至第二低温的降压过程12，向第二低温冷源放热过程23，自第二低温开始的升压过程34，向高温热源放热过程45，自高温开始的降压过程56，向第一低温冷源放热过程67，自第一低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678；其中，①取消78过程，形成非闭合第二类多向热力循环；②取消67过程和78过程，形成非闭合第二类多向热力循环。

5.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——被加热介质自高温开始的降压过程12，向第一低温冷源放热过程23，自第一低温开始的升压过程34，自中温热源的吸热过程45，自中温开始的降压过程56，向第二低温冷源的放热过程67，自第二低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678；其中，①取消78过程，形成非闭合第二类多向热力循环；②取消67过程和78过程，形成非闭合第二类多向热力循环。

附图说明：

图1是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第1组示例原则性流程图。

图2是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第2组示例原则性流程图。

图3是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第3组示例原则性流程图。

图4是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第4组示例原则性流程图。

图5是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第5组示例原则性流程图。

图6是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第6组示例原则性流程图。

图7是依据本发明所提供的第二类多向热力循环第7组示例原则性流程图。

为便于理解，给出如下说明：

(1)高温热源——获取热负荷的物质，温度最高；如被加热介质。

(2)中温热源——提供低温热负荷的物质，温度低于高温热源，又称余热介质；中温热源提供的热负荷中，一部分作为热力循环的驱动热负荷，另一部分作为热力循环的升温热负荷。

(3)低温冷源——带走低温热负荷的物质，温度最低；又称冷源，如环境空气。本发明申请中，低温冷源有两个，即第一低温冷源和第二低温冷源；它们可以是分别独立的两个低温冷源，也可以是变温型低温冷源介质温度不同的两部分。

(4)热源物质直接作为工作介质参与到循环流程时，热源物质自身即代表上述相应热源。

(5)高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源所对应的温度，一般相应称高温、中温、第一低温和第二低温；其中要指出的是，第一低温和第二低温低之间只是表明品位不同，并非按温度高低排列。

具体实施方式：

下面结合附图和实例来详细描述本发明；其中，各示例工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间。

图1所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，工作介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定温吸热过程23，可逆绝热降压过程34，定温放热过程45，可逆绝热升压过程56，定温放热过程67，可逆绝热降压过程78，定温放热过程81——共8个过程，形成第二类多向热力循环123456781。

示例(2)，工作介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定温吸热过程23，不可逆绝热降压过程34，定温放热过程45，不可逆绝热升压过程56，定温放热过程67，不可逆绝热降压过程78，定温放热过程81——共8个过程，形成第二类多向热力循环123456781。

上述两示例中，工作介质进行23过程获取中温热源热负荷，工作介质进行81过程向第一低温冷源释放热负荷，工作介质进行45过程向第二低温冷源释放热负荷，工作介质进行67过程向高温热源释放热负荷；当循环净功等于零时，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放热负荷之和；当循环净功大于零时，循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放的热负荷与对外输出功之和；当循环净功小于零时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放的热负荷之和。

图2所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，工作介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，可逆绝热降压过程34，定压放热过程45，可逆绝热升压过程56，定压放热过程67，可逆绝热降压过程78，定压放热过程81——共8个过程，形成第二类多向热力循环123456781。

示例(2)，工作介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，不可逆绝热降压过程34，定压放热过程45，不可逆绝热升压过程56，定压放热过程67，不可逆绝热降压过程78，定压放热过程81——共8个过程，形成第二类多向热力循环123456781。

上述两示例中，工作介质进行23过程获取中温热源热负荷，工作介质进行81过程向第一低温冷源释放热负荷，工作介质进行45过程向第二低温冷源释放热负荷，工作介质进行67过程向高温热源释放热负荷；当循环净功等于零时，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放热负荷之和；当循环净功大于零时，循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放的热负荷与对外输出功之和；当循环净功小于零时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放的热负荷之和。

图3所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，工作介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，可逆绝热降压过程34，定压(定温)放热过程45，可逆绝热升压过程56，定压(定温)放热过程67，可逆绝热降压过程78，定压(定温)放热过程81——共8个过程，形成第二类多向热力循环123456781。

示例(2)，工作介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，不可逆绝热降压过程34，定压(定温)放热过程45，不可逆绝热升压过程56，定压(定温)放热过程67，不可逆绝热降压过程78，定压(定温)放热过程81——共8个过程，形成第二类多向热力循环123456781。

上述两示例中，工作介质进行23过程获取中温热源热负荷，工作介质进行81过程向第一低温冷源释放热负荷，工作介质进行45过程向第二低温冷源释放热负荷，工作介质进行67过程向高温热源释放热负荷；当循环净功等于零时，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放热负荷之和；当循环净功大于零时，循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放的热负荷与对外输出功之和；当循环净功小于零时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于向高温热源、第一低温冷源和第二低温冷源释放的热负荷之和。

图4所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，冷源介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定温吸热过程23，可逆绝热降压过程34，定温放热过程45，可逆绝热升压过程56，定温放热过程67，可逆绝热降压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

示例(2)，冷源介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定温吸热过程23，不可逆绝热降压过程34，定温放热过程45，不可逆绝热升压过程56，定温放热过程67，不可逆绝热降压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

上述两示例中，冷源介质进行23过程获取中温热源热负荷，冷源介质完成非闭合热力循环12345678向第一低温冷源释放热负荷，冷源介质进行45过程向第二低温冷源释放热负荷，冷源介质进行67过程向高温热源释放热负荷；当循环净功等于零时，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、冷源介质和第二低温冷源释放的热负荷之和；当循环净功大于零时，循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、冷源介质、第二低温冷源释放的热负荷与对外输出功之和；当循环净功小于零时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于向高温热源、冷源介质和第二低温冷源释放的热负荷之和。

图5所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，冷源介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压放热过程23，可逆绝热降压过程34，定压放热过程45，可逆绝热升压过程56，定压吸热过程67，可逆绝热降压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

示例(2)，冷源介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定压放热过程23，不可逆绝热降压过程34，定压放热过程45，不可逆绝热升压过程56，定压吸热过程67，不可逆绝热降压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

上述两示例中，冷源介质进行67过程获取中温热源热负荷，冷源介质完成非闭合热力循环12345678向第二低温冷源释放热负荷，冷源介质进行45过程向第一低温冷源释放热负荷，冷源介质进行23过程向高温热源释放热负荷；当冷源介质进行34、78过程时通过设备输出的功等于进行12、56过程需要设备提供的功时，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、冷源介质和第二低温冷源释放的热负荷之和；当冷源介质进行34、78过程时通过设备输出的功大于进行12、56过程需要设备提供的功时，有循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、冷源介质、第二低温冷源释放的热负荷与对外输出功之和；当冷源介质进行34、78过程时通过设备输出的功小于进行12、56过程需要设备提供的功时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于向高温热源、冷源介质和第二低温冷源释放的热负荷之和。

图6所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，中温热源介质依序进行——可逆绝热降压过程12，定压放热过程23，可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，可逆绝热降压过程56，定压放热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

示例(2)，中温热源介质依序进行——不可逆绝热降压过程12，定压放热过程23，不可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，不可逆绝热降压过程56，定压放热过程67，不可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

上述两示例中，中温热源介质完成非闭合热力循环12345678获取中温热源热负荷，中温热源介质进行67过程向第一低温冷源释放热负荷，中温热源介质进行23过程向第二低温冷源释放热负荷，中温热源介质进行45过程向高温热源释放热负荷；当中温热源介质进行12、56过程时通过设备输出的功等于进行34、78过程需要设备提供的功时，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、冷源介质和第二低温冷源释放的热负荷之和；当中温热源介质进行12、56过程时通过设备输出的功大于进行34、78过程需要设备提供的功时，有循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于向高温热源、冷源介质、第二低温冷源释放的热负荷与对外输出功之和；当中温热源介质进行12、56过程时通过设备输出的功小于进行34、78过程需要设备提供的功时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于向高温热源、冷源介质和第二低温冷源释放的热负荷之和。

图7所示T-s图中的两个第二类多向热力循环示例是这样进行的：

示例(1)，被加热介质依序进行——可逆绝热降压过程12，定压放热过程23，可逆绝热升压过程34，定压吸热过程45，可逆绝热降压过程56，定压放热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

示例(2)，被加热介质依序进行——不可逆绝热降压过程12，定压放热过程23，不可逆绝热升压过程34，定压吸热过程45，不可逆绝热降压过程56，定压放热过程67，不可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成非闭合第二类多向热力循环12345678。

上述两示例中，被加热介质完成非闭合热力循环12345678获取高温热负荷，被加热介质进行45过程获取中温热负荷，被加热介质进行23过程向第一低温冷源释放热负荷，被加热介质进行67过程向第二低温冷源释放热负荷；当被加热介质进行12、56过程时通过设备输出的功等于进行34、78过程需要设备提供的功时，中温热源提供的热负荷等于第一低温冷源和第二低温冷源获得的热负荷与被加热介质获取的热负荷之和；当被加热介质进行12、56过程时通过设备输出的功大于进行34、78过程需要设备提供的功时，有循环净功对外输出，中温热源提供的热负荷等于第一低温冷源和第二低温冷源获得的热负荷、被加热介质获取的热负荷与对外输出功之和；当被加热介质进行12、56过程时通过设备输出的功小于进行34、78过程需要设备提供的功时，外部输入循环净功，外部输入功与中温热源提供的热负荷之和等于第一低温冷源和第二低温冷源获得的热负荷与被加热介质获取的热负荷之和。

本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的第二类多向热力循环，具有如下效果和优势：

(1)创建热能(温差)利用基础理论。

(2)应对不同冷源和多种需求，实现温差有效利用。

(3)方法简单，流程合理，是实现温差有效利用的共性技术，适用性好。

(4)热能(温差)驱动，实现热能温度提升，或可选择同时对外提供动力。

(5)流程合理，能够实现温差的充分和高效利用。

(6)必要时，借助外部动力实现低温热能温度提升，方式灵活，适应性好。

(7)工质适用范围广，能够很好地适应供能需求，工质与工作参数之间匹配灵活。

(8)扩展了实现温差利用的热力循环的类型，有利于更好地实现热能的高效利用。

Claims (5)

1.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的八个过程——工作介质自第一低温开始的升压过程12，自中温热源吸热过程23，自中温开始的降压过程34，向第二低温冷源放热过程45，自第二低温开始的升压过程56，向高温热源放热过程67，自高温开始的降压过程78，向第一低温冷源放热过程81——组成的闭合过程123456781。

2.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——冷源介质自第一低温开始的升压过程12，自中温热源吸热过程23，自中温开始的降压过程34，向第二低温冷源放热过程45，自第二低温开始的升压过程56，向高温热源放热过程67，自高温开始的降压过程78——组成的非闭合过程12345678。

3.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——冷源介质自第二低温开始的升压过程12，向高温热源放热过程23，自高温开始的降压过程34，向第一低温冷源放热过程45，自第一低温开始的升压过程56，自中温热源的吸热过程67，自中温开始的降压过程78——组成的非闭合过程12345678。

4.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——中温介质自中温至第二低温的降压过程12，向第二低温冷源放热过程23，自第二低温开始的升压过程34，向高温热源放热过程45，自高温开始的降压过程56，向第一低温冷源放热过程67，自第一低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678；其中，①取消78过程，形成非闭合第二类多向热力循环；②取消67过程和78过程，形成非闭合第二类多向热力循环。

5.第二类多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、第一低温冷源和第二低温冷源之间，由依序进行的七个过程——被加热介质自高温开始的降压过程12，向第一低温冷源放热过程23，自第一低温开始的升压过程34，自中温热源的吸热过程45，自中温开始的降压过程56，向第二低温冷源的放热过程67，自第二低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678；其中，①取消78过程，形成非闭合第二类多向热力循环；②取消67过程和78过程，形成非闭合第二类多向热力循环。

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