CN111380254A - 多向热力循环 - Google Patents

Abstract

本发明提供多向热力循环，本发明属于热力学及动力、制冷与热泵技术领域。在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，工作介质依序进行八个过程——工作介质自次低温热源吸热过程12，自次低温开始的升压过程23，向低温热源放热过程34，自低温开始的升压过程45，自中温热源吸热过程56，自中温开始的升压过程67，向高温热源放热过程78，自高温开始的降压过程81——组成闭合过程123456781，形成多向热力循环。

Description

多向热力循环

技术领域：

本发明属于热力学及动力、制冷与热泵技术领域。

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；为获得冷、热和动力需求，人们需要付出设备的代价。为了降低相应的代价，人们需要简单、直接的根本性理论支撑；特别是在多温差利用或多能利用情况下，或是同时满足不同的供能需求情况下，根本性的理论支撑将大幅度降低相关装置的制造难度和制造成本。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；热力循环的创建及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。

针对利用中温热资源同时满足高温热需求和制冷需求的情况，并考虑兼顾动力资源利用或满足外部动力需求，并遵循简单、主动和高效实现温差和能差利用的原则，本发明提出了相应的多向热力循环。

发明内容：

本发明主要目的是要提供利用中温热资源同时满足高温热需求和制冷需求为主、兼顾动力资源利用或满足外部动力需求的多向热力循环，具体发明内容分项阐述如下：

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

2.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的七个过程——被制冷介质自次低温开始的升压过程12，向低温热源放热过程23，自低温开始的升压过程34，自中温热源吸热过程45，自中温开始的升压过程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.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的七个过程——低温热源介质自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，自次低温热源吸热过程67，自次低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678。

4.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的六个过程——低温热源介质自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，自次低温热源吸热过程67——组成的非闭合过程1234567。

5.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的七个过程——中温热源介质自中温开始的升压过程12，向高温热源放热过程23，自高温开始的降压过程34，自次低温热源吸热过程45，自次低温开始的升压过程56，向低温热源放热过程67，自低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678。

6.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的六个过程——中温热源介质自中温开始的升压过程12，向高温热源放热过程23，自高温开始的降压过程34，自次低温热源吸热过程45，自次低温开始的升压过程56，向低温热源放热过程67——组成的非闭合过程1234567。

7.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，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，自次低温热源吸热过程23，自次低温开始的升压过程34，向低温热源放热过程45，自低温开始的升压过程56，自中温热源吸热过程67，自中温开始的升压过程78，——组成的非闭合过程12345678。

附图说明：

图1是依据本发明所提供的多向热力循环第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多向热力循环第5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——获得高温热负荷的物质，温度最高，又可称被加热介质。

(2)中温热源——提供中温热负荷(驱动热负荷和升温热负荷)的物质，温度仅低于高温热源。

(3)低温热源——带走低温热负荷的物质，温度低于中温热源，又称低温热介质，如环境空气；也可以是低温热需求用户。

(4)次低温热源——被制冷对象，放出次低温热负荷(或称制冷负荷)。

(5)热源物质直接作为工作介质参与到循环流程时，热源物质自身即对应相应热源。

(6)高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源所对应的温度，相应称高温、中温、低温和次低温。

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、低温热源和次低温热源之间。

图1所示T-s图中的多向热力循环流程示例分别是这样的：

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

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

示例(3)，工作介质依序进行——定压吸热过程12，可逆绝热升压过程23，定压放热过程34，可逆绝热升压过程45，定压吸热过程56，可逆绝热升压过程67，定压放热过程78，可逆绝热降压过程81——共8个过程，形成多向热力循环123456781。

示例(4)，工作介质依序进行——定压吸热过程12，不可逆绝热升压过程23，定压放热过程34，不可逆绝热升压过程45，定压吸热过程56，不可逆绝热升压过程67，定压放热过程78，不可逆绝热降压过程81——共8个过程，形成多向热力循环123456781。

上述四示例中，工作介质进行56过程自中温热源获取中温热负荷，工作介质进行12过程自次低温热源获取制冷负荷，工作介质进行78过程向高温热源释放高温热负荷，工作介质进行34过程向低温冷源释放低温热负荷；当循环净功等于零时，中温热负荷和制冷负荷之和等于高温热负荷和低温热负荷之和；当循环净功大于零时，循环净功对外输出，中温热负荷和制冷负荷之和等于高温热负荷、低温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、中温热负荷和制冷负荷之后等于高温热负荷和低温热负荷之和。

图2所示T-s图中的多向热力循环流程示例分别是这样的：

示例(1)，被制冷介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压(定温)放热过程23，可逆绝热升压过程34，定压(定温)吸热过程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——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(2)，被制冷介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压放热过程23，可逆绝热升压过程34，定压吸热过程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——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(3)，被制冷介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压放热过程23，可逆绝热升压过程34，定压吸热过程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——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(4)，被制冷介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定压放热过程23，不可逆绝热升压过程34，定压吸热过程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——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

上述四示例中，被制冷介质进行45过程自中温热源获取中温热负荷，被制冷介质进行非闭合热力循环12345678提供制冷负荷，被制冷介质进行67过程向高温热源释放高温热负荷，被制冷介质进行23过程向低温冷源释放低温热负荷；当中温热负荷和制冷负荷之和等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678与外界无机械能交换；当中温热负荷和制冷负荷之大于等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678有机械能对外输出；当中温热负荷和制冷负荷之后小于高温热负荷和低温热负荷之和时，外部向非闭合热力循环12345678输入机械能。

图3所示T-s图中的多向热力循环流程示例分别是这样的：

示例(1)，低温热源介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压(定温)吸热过程23，可逆绝热升压过程34，定压(定温)放热过程45，可逆绝热降压过程56，定压(定温)吸热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(2)，低温热源介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，可逆绝热降压过程56，定压(定温)吸热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(3)，低温热源介质依序进行——可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，可逆绝热降压过程56，定压吸热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(4)，低温热源介质依序进行——不可逆绝热升压过程12，定压吸热过程23，不可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，不可逆绝热降压过程56，定压吸热过程67，不可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

上述四示例中，低温热源介质进行23过程自中温热源获取中温热负荷，低温热源介质进行67过程自次低温热源获取制冷负荷，低温热源介质进行45过程向高温热源释放高温热负荷，低温热源介质完成非闭合热力循环12345678获取低温热负荷；当中温热负荷和制冷负荷之和等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678与外界无机械能交换；当中温热负荷和制冷负荷之大于等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678有机械能对外输出；当中温热负荷和制冷负荷之后小于高温热负荷和低温热负荷之和时，外部向非闭合热力循环12345678输入机械能。

图4所示T-s图中的多向热力循环流程示例分别是这样的：

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

示例(2)，中温热源介质依序进行——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(定温)吸热过程45，可逆绝热升压过程56，定压放热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(3)，中温热源介质依序进行——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，定压吸热过程45，可逆绝热升压过程56，定压放热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(4)，中温热源介质依序进行——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，定压吸热过程45，不可逆绝热升压过程56，定压放热过程67，不可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

上述四示例中，中温热源介质完成非闭合热力循环12345678提供中温热负荷，中温热源介质进行45过程自次低温热源获取制冷负荷，中温热源介质进行23过程向高温热源释放高温热负荷，中温热源介质进行67过程向低温热源释放低温热负荷；当中温热负荷和制冷负荷之和等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678与外界无机械能交换；当中温热负荷和制冷负荷之大于等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678有机械能对外输出；当中温热负荷和制冷负荷之后小于高温热负荷和低温热负荷之和时，外部向非闭合热力循环12345678输入机械能。

图5所示T-s图中的多向热力循环流程示例分别是这样的：

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

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

示例(3)，被加热介质依序进行——可逆绝热降压过程12，定压吸热过程23，可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，可逆绝热升压过程56，定压吸热过程67，可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

示例(4)，被加热介质依序进行——不可逆绝热降压过程12，定压吸热过程23，不可逆绝热升压过程34，定压放热过程45，不可逆绝热升压过程56，定压吸热过程67，不可逆绝热升压过程78——共7个过程，形成多向热力循环12345678。

上述四示例中，被加热介质进行67过程自中温热源获取中温热负荷，被加热介质进行23过程自次低温热源获取制冷负荷，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过程向低温热源释放低温热负荷；当中温热负荷和制冷负荷之和等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678与外界无机械能交换；当中温热负荷和制冷负荷之大于等于高温热负荷和低温热负荷之和时，非闭合热力循环12345678有机械能对外输出；当中温热负荷和制冷负荷之后小于高温热负荷和低温热负荷之和时，外部向非闭合热力循环12345678输入机械能。

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

(1)新建热能(温差)利用基础理论。

(2)通过单一循环和单一工质，利用中温热资源，同时实现高温供热和次低温制冷，或同时实现高温供热、低温供热和次低温制冷。

(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)中温热驱动，同时实现高温供热和低温制冷或同时实现高温供热、低温供热和次低温制冷，性能指数高。

(5)支持热动联供，为构建简单有效的冷热动联供装置提供理论基础。

(6)支持热动联用，为构建简单有效的多能有效利用装置提供理论基础。

(7)工质适用范围广，工质与工作参数之间匹配灵活，能够在较大范围内适应供能需求。

(8)扩展了实现温差利用和机械能有效利用的热力循环的类型，有利于更好地实现热能和机械能的高效利用。

Claims (7)

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

2.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的七个过程——被制冷介质自次低温开始的升压过程12，向低温热源放热过程23，自低温开始的升压过程34，自中温热源吸热过程45，自中温开始的升压过程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.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的七个过程——低温热源介质自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，自次低温热源吸热过程67，自次低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678。

4.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的六个过程——低温热源介质自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，自次低温热源吸热过程67——组成的非闭合过程1234567。

5.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的七个过程——中温热源介质自中温开始的升压过程12，向高温热源放热过程23，自高温开始的降压过程34，自次低温热源吸热过程45，自次低温开始的升压过程56，向低温热源放热过程67，自低温开始的升压过程78——组成的非闭合过程12345678。

6.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，由依序进行的六个过程——中温热源介质自中温开始的升压过程12，向高温热源放热过程23，自高温开始的降压过程34，自次低温热源吸热过程45，自次低温开始的升压过程56，向低温热源放热过程67——组成的非闭合过程1234567。

7.多向热力循环，是工作在高温热源、中温热源、低温热源和次低温热源之间，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，自次低温热源吸热过程23，自次低温开始的升压过程34，向低温热源放热过程45，自低温开始的升压过程56，自中温热源吸热过程67，自中温开始的升压过程78，——组成的非闭合过程12345678。

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