CN113623037A - 第二类单工质联合循环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供第二类单工质联合循环，属于热力学与热泵技术领域。第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十二个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g8，M2千克工质升压过程83，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，M3千克工质降压过程67，M3千克工质与H千克工质混和放热过程78，(M1+H)千克工质降压过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。

Description

第二类单工质联合循环
技术领域：
本发明属于热力学与制热技术领域。
背景技术：
冷、热和动力需求，为人类生活与生产当中所常见；人们经常需要利用热能来实现制冷、供热或转化为动力。在实现上述目的之过程中，将面临多方面的条件限制，包括能源的类型、品位和数量，用户需求的类型、品位和数量，环境温度，工作介质的类型，设备的流程、结构和制造成本等。
在热科学基础理论体系中，热力循环的创建及发展应用将对能源的科学生产和科学利用起到重大作用，将积极推动社会进步和生产力发展。本发明针对变温型中温热资源和高温热需求，也考虑到同时利用动力驱动或兼顾动力需求，提出了采用相变过程或相变过程为主实现低温放热，采用变温过程或变温过程为主实现中温吸热，采用变温过程实现高温供热，并采取混合换热技术措施的第二类单工质联合循环。
发明内容：
本发明主要目的是要提供第二类单工质联合循环，具体发明内容分项阐述如下：
1.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十二个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g8，M2千克工质升压过程83，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，M3千克工质降压过程67，M3千克工质与H千克工质混和放热过程78，(M1+H)千克工质降压过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
2.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十三个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程25，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程93，M2千克工质吸热过程34，M2千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
3.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十三个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程24，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程93，M2千克工质吸热过程35，M1千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
4.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十五个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程gc，M2千克工质升压过程c3，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，X千克工质降压过程67，(M3-X)千克工质放热过程68，(M3-X)千克工质降压过程89，X千克工质放热过程79，M3千克工质与H千克工质混和放热过程9c，(M1+H)千克工质降压过程cd，(M1+H)千克工质放热冷凝过程d1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
5.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十六个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，M1千克工质升压过程34，M1千克工质放热过程45，M1千克工质降压过56，M1千克工质放热过程6d，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程ge，M2千克工质升压过程e7，M2千克工质吸热过程78，M2千克工质升压过程89，M2千克工质放热过程9c，M2千克工质降压过程cd，M3千克工质与H千克工质混和放热过程de，(M1+H)千克工质降压过程ef，(M1+H)千克工质放热冷凝过程f1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
6.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十五个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b3，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g8，M2千克工质升压过程8a，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，M3千克工质降压过程67，M3千克工质与H千克工质混和放热过程78，(M1+H)千克工质降压过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
7.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十六个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程9a，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，(M2-M)千克工质吸热过程34，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b5，(M2-M)千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
8.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十六个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程9a，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b4，(M2-M)千克工质吸热过程35，(M1+M)千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
9.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十八个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b3，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程gc，M2千克工质升压过程ca，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，X千克工质降压过程67，(M3-X)千克工质放热过程68，(M3-X)千克工质降压过程89，X千克工质放热过程79，M3千克工质与H千克工质混和放热过程9c，(M1+H)千克工质降压过程cd，(M1+H)千克工质放热冷凝过程d1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
10.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十九个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b3，(M1+M)千克工质升压过程34，(M1+M)千克工质放热过程45，(M1+M)千克工质降压过56，(M1+M)千克工质放热过程6d，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程ge，M2千克工质升压过程ea，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a7，(M2-M)千克工质吸热过程78，(M2-M)千克工质升压过程89，(M2-M)千克工质放热过程9c，(M2-M)千克工质降压过程cd，M3千克工质与H千克工质混和放热过程de，(M1+H)千克工质降压过程ef，(M1+H)千克工质放热冷凝过程f1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
附图说明：
图1是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第1种原则性流程示例图。
图2是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第2种原则性流程示例图。
图3是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第3种原则性流程示例图。
图4是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第4种原则性流程示例图。
图5是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第5种原则性流程示例图。
图6是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第6种原则性流程示例图。
图7是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第7种原则性流程示例图。
图8是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第8种原则性流程示例图。
图9是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第9种原则性流程示例图。
图10是依据本发明所提供的第二类单工质联合循环第10种原则性流程示例图。
具体实施方式：
首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行；对显而易见的流程不作表述；下述示例中，M3为M1与M2之和；下面结合附图和实例来详细描述本发明。
图1所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程g8，M2千克工质升压升温过程83，M3千克工质吸热升温过程34，M3千克工质升压升温过程45，M3千克工质放热降温过程56，M3千克工质降压膨胀过67，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程78，(M1+H)千克工质降压膨胀过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——共12个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行g8过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行23过程和M3千克工质进行34过程，其吸热一般由外部热源来提供；其中，M3千克工质进行34过程高温段的吸热，还可由其放热56过程的低温段来提供。
②放热过程——M3千克工质进行56过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于34过程高温段吸热(回热)；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至8点，(M1+H)千克工质进行91过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程83，以及M3千克工质的升压过程45，一般由压缩机来完成；M3千克工质的降压膨胀过程67，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程89，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图2所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质吸热升温、汽化和过热过程25，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程g9，M2千克工质升压升温过程93，M2千克工质吸热升温过程34，M2千克工质升压升温过程45，M3千克工质升压升温过程56，M3千克工质放热降温过程67，M3千克工质降压膨胀过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程89，(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——共13个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行g9过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行25过程，其吸热一般由外部热源来提供；M2千克工质进行34过程，其吸热一般由外部热源来提供；其中，M1千克工质进行25过程和M2千克工质进行34过程的高温段吸热，还可由M3千克工质放热67过程的低温段来提供。
②放热过程——M3千克工质进行67过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于M1千克工质进行25过程和M2千克工质进行34过程的高温段吸热；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至9点，(M1+H)千克工质进行c1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程93和45，以及M3千克工质的升压过程56，一般由压缩机来完成；M3千克工质的降压膨胀过程78，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图3所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质吸热升温、汽化和过热过程24，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程g9，M2千克工质升压升温过程93，M2千克工质吸热升温过程35，M1千克工质升压升温过程45，M3千克工质升压升温过程56，M3千克工质放热降温过程67，M3千克工质降压膨胀过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程89，(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——共13个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行g9过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行24过程，其吸热一般由外部热源来提供；M2千克工质进行35过程，其吸热一般由外部热源来提供；其中，M1千克工质进行24过程和M2千克工质进行35过程的高温段吸热，还可由M3千克工质放热67过程的低温段来提供。
②放热过程——M3千克工质进行67过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于M1千克工质进行24过程和M2千克工质进行35过程的高温段吸热；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至9点，(M1+H)千克工质进行c1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M1千克工质的升压过程45，M2千克工质的升压过程93，以及M3千克工质的升压过程56，一般由压缩机来完成；M3千克工质的降压膨胀过程78，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图4所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程gc，M2千克工质升压升温过程c3，M3千克工质吸热升温过程34，M3千克工质升压升温过程45，M3千克工质放热降温过程56，X千克工质降压膨胀过程67，(M3-X)千克工质放热降温过程68，(M3-X)千克工质降压膨胀过程89，X千克工质放热降温过程79，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程9c，(M1+H)千克工质降压膨胀过程cd，(M1+H)千克工质放热冷凝过程d1——共15个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行gc过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行23过程和M3千克工质进行34过程，其吸热一般由外部热源来提供，其中低温段的吸热或由X千克工质进行79过程的放热来提供；其中，M3千克工质进行34过程高温段的吸热，还可由(M3-X)千克工质放热68过程来提供。
②放热过程——M3千克工质进行56过程的放热和(M3-X)千克工质进行68过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于34过程高温段吸热(回热)；X千克工质进行79过程的放热，可用于M1千克工质进行23过程低温段吸热需求；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至c点，(M1+H)千克工质进行d1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程c3，以及M3千克工质升压过程45，一般由压缩机来完成；X千克工质的降压过程67，(M3-X)千克工质的降压过程89，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程cd，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图5所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质吸热升温、汽化和过热过程23，M1千克工质升压升温过程34，M1千克工质放热降温过程45，M1千克工质降压膨胀过程56，M1千克工质放热降温过程6d，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程ge，M2千克工质升压升温过程e7，M2千克工质吸热升温过程78，M2千克工质升压升温过程89，M2千克工质放热降温过程9c，M2千克工质降压膨胀过程cd，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程de，(M1+H)千克工质降压膨胀过程ef，(M1+H)千克工质放热冷凝过程f1——共16个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行ge过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行23过程和M2千克工质进行78过程，其吸热一般由外部热源来提供，其中低温段的吸热由外部热源或由M1千克工质进6d过程的放热(回热)来提供；其中：M1千克工质进行23过程高温段的吸热，还可由其放热45过程的低温段来提供；M2千克工质进行78过程高温段的吸热，还可由其放热9c过程的低温段来提供。
②放热过程——M1千克工质进行45过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于23过程高温段吸热(回热)；M2千克工质放热降温过程9c，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于78过程高温段吸热(回热)；M1千克工质进行6d过程的放热，可用于M1千克工质进行23过程低温段吸热需求；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至e点，(M1+H)千克工质进行f1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程e7和89，以及M1千克工质的升压过程34，一般由压缩机来完成；M1千克工质的降压过程56，M2千克工质的降压过程cd，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程ef，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图6所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质与M千克过热蒸汽混合吸热升温过程2b，(M1+M)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程g8，M2千克工质升压升温过程8a，M千克工质与M1千克工质混合放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压升温过程a3，M3千克工质吸热升温过程34，M3千克工质升压升温过程45，M3千克工质放热降温过程56，M3千克工质降压膨胀过程67，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程78，(M1+H)千克工质降压膨胀过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——共15个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行g8过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行2b过程的吸热来自M千克过热蒸汽的混合放热，(M1+M)千克工质进行b3过程和M3千克工质进行34过程，其吸热一般由外部热源来提供；其中，M3千克工质进行34过程高温段的吸热，还可由其放热56过程的低温段来提供。
②放热过程——M3千克工质进行56过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于34过程高温段吸热(回热)；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至8点，(M1+H)千克工质进行91过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程8a和(M2-M)千克工质的升压过程a3，以及M3千克工质的升压过程45，一般由压缩机来完成；M3千克工质的降压膨胀过程67，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程89，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图7所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质与M千克工质的混合吸热升温过程2b，(M1+M)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b5，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程g9，M2千克工质升压升温过程9a，M千克工质与M1千克工质的混合放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压升温过程a3，(M2-M)千克工质吸热升温过程34，(M2-M)千克工质升压升温过程45，M3千克工质升压升温过程56，M3千克工质放热降温过程67，M3千克工质降压膨胀过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程89，(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——共16个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行g9过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行2b过程的吸热来自M千克过热蒸汽的混合放热，(M1+M)千克工质进行b5过程，其吸热一般由外部热源来提供；(M2-M)千克工质进行34过程，其吸热一般由外部热源来提供；其中，(M1+M)千克工质进行b5过程和(M2-M)千克工质进行34过程的高温段吸热，还可由M3千克工质放热67过程的低温段来提供。
②放热过程——M3千克工质进行67过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于(M1+M)千克工质进行b5过程和(M2-M)千克工质进行34过程的高温段吸热；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至9点，(M1+H)千克工质进行c1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程9a，(M2-M)千克工质的升压过程a3和45，以及M3千克工质的升压过程56，一般由压缩机来完成；M3千克工质的降压膨胀过程78，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图8所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质与M千克工质的混合吸热升温过程2b，(M1+M)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b4，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程g9，M2千克工质升压升温过程9a，M千克工质与M1千克工质的混合放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压升温过程a3，(M2-M)千克工质吸热升温过程35，(M1+M)千克工质升压升温过程45，M3千克工质升压升温过程56，M3千克工质放热降温过程67，M3千克工质降压膨胀过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程89，(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——共16个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行g9过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行2b过程的吸热来自M千克过热蒸汽的混合放热，(M1+M)千克工质进行b4过程，其吸热一般由外部热源来提供；(M2-M)千克工质进行35过程，其吸热一般由外部热源来提供；其中，(M1+M)千克工质进行b4过程和(M2-M)千克工质进行35过程的高温段吸热，还可由M3千克工质放热67过程的低温段来提供。
②放热过程——M3千克工质进行67过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于(M1+M)千克工质进行b4过程和(M2-M)千克工质进行35过程的高温段吸热；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至9点，(M1+H)千克工质进行c1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程9a，(M2-M)千克工质的升压过程a3，(M1+M)千克工质的升压过程45，以及M3千克工质的升压过程56，一般由压缩机来完成；M3千克工质的降压膨胀过程78，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程9c，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图9所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质与M千克工质的混合吸热升温过程2b，(M1+M)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程gc，M2千克工质升压升温过程ca，M千克工质与M1千克工质的混合放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压升温过程a3，M3千克工质吸热升温过程34，M3千克工质升压升温过程45，M3千克工质放热降温过程56，X千克工质降压膨胀过程67，(M3-X)千克工质放热降温过程68，(M3-X)千克工质降压膨胀过程89，X千克工质放热降温过程79，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程9c，(M1+H)千克工质降压膨胀过程cd，(M1+H)千克工质放热冷凝过程d1——共18个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行gc过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行2b过程的吸热来自M千克过热蒸汽的混合放热，(M1+M)千克工质进行b3过程和M3千克工质进行34过程，其吸热一般由外部热源来提供，其低温段的吸热或可由X千克工质进行79过程的放热来提供；其中，M3千克工质进行34过程高温段的吸热，还可由(M3-X)千克工质放热68过程来提供。
②放热过程——M3千克工质进行56过程的放热和(M3-X)千克工质进行68过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于34过程高温段吸热(回热)；X千克工质进行79过程的放热，可用于(M1+M)千克工质进行b3过程低温段吸热需求；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至c点，(M1+H)千克工质进行d1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程ca和(M2-M)千克工质的升压过程a3，以及M3千克工质升压过程45，一般由压缩机来完成；X千克工质的降压过程67，(M3-X)千克工质的降压过程89，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程cd，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
图10所示T-s图中的第二类单工质联合循环示例是这样进行的：
(1)从循环过程上看：
工作介质进行——M1千克工质冷凝液升压过程12，M1千克工质与M千克工质的混合吸热升温过程2b，(M1+M)千克工质吸热升温、汽化和过热过程b3，(M1+M)千克工质升压升温过程34，(M1+M)千克工质放热降温过程45，(M1+M)千克工质降压膨胀过程56，(M1+M)千克工质放热降温过程6d，H千克工质冷凝液升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热升温、汽化和过热过程ge，M2千克工质升压升温过程ea，M千克工质与M1千克工质的混合放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压升温过程a7，(M2-M)千克工质吸热升温过程78，(M2-M)千克工质升压升温过程89，(M2-M)千克工质放热降温过程9c，(M2-M)千克工质降压膨胀过程cd，M3千克工质与H千克工质混和放热降温过程de，(M1+H)千克工质降压膨胀过程ef，(M1+H)千克工质放热冷凝过程f1——共19个过程。
(2)从能量转换上看：
①吸热过程——H千克工质进行ge过程的吸热，由M3千克工质与H千克工质混合过程中的放热完成；M1千克工质进行2b过程的吸热来自M千克过热蒸汽的混合放热，(M1+M)千克工质进行b3过程和(M2-M)千克工质进行78过程，其吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热或由(M1+M)千克工质进6d过程来提供。其中：(M1+M)千克工质进行b3过程高温段的吸热，还可由其放热45过程的低温段来提供；(M2-M)千克工质进行78过程高温段的吸热，还可由其放热9c过程的低温段来提供。
②放热过程——(M1+M)千克工质进行45过程的放热，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于b3过程高温段吸热(回热)；(M2-M)千克工质放热降温过程9c，对外提供满足相应热需求，其中的低温段放热或可用于78过程高温段吸热(回热)；(M1+M)工质进行6d过程的放热，可用于(M1+M)千克工质进行b3过程低温段吸热需求；M3千克工质以混合方式放热于H千克工质降温至e点，(M1+H)千克工质进行f1过程的放热一般向低温热源(环境)释放。
③能量转换过程——M1千克工质的升压过程12，以及H千克工质的升压过程1g，一般由循环泵来完成，循环泵的耗功可由膨胀作功提供或由外部提供；M2千克工质的升压过程ea，(M2-M)千克工质的升压过程a7，(M1+M)千克工质的升压过程34，(M2-M)千克工质的升压过程89，一般由压缩机来完成；(M1+M)千克工质的降压过程56，(M2-M)千克工质的降压过程cd，以及(M1+H)千克工质降压膨胀过程ef，一般由膨胀机来完成；降压膨胀作功用于升压耗功，或降压膨胀作功大于升压耗功时同时对外输出机械能，或降压膨胀作功小于升压耗功时同时由外部投入机械能，形成第二类单工质联合循环。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的第二类单工质联合循环，具有如下效果和优势：
(1)提出了温差利用的新思路和新技术。
(2)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。
(3)方法简单，流程合理，适用性好，是实现温差有效利用的共性技术。
(4)必要时，借助部分外部动力实现热能温度提升，方式灵活，适应性好。
(5)相变过程或相变过程为主实现低温放热，有利于减小低温热负荷释放环节的传热温差，提高循环性能指数。
(6)变温过程或变温过程为主实现中温吸热，有利于减小中温热负荷获取环节的传热温差，提高循环性能指数。
(7)变温放热，有利于减小供热环节传热温差，实现循环性能指数合理化。
(8)单一工质，有利于生产和储存；降低运行成本，提高循环调节的灵活性
(9)过程共用，减少过程数量，为减少设备投资提供理论基础。
(10)工质参数范围宽，实现高效高温供热；能够很好地适应供能需求，工质与工作参数之间匹配灵活。
(11)有较低的压力与循环压缩比，为核心设备的选取和制造提供方便；为降低温差利用型热泵系统的工作压力和提高装置安全性提供理论基础。
(12)扩展了实现温差利用的热力循环范围，有利于更好地实现中温热源和变中温热源的高效热利用。

Claims (10)

1.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十二个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g8，M2千克工质升压过程83，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，M3千克工质降压过程67，M3千克工质与H千克工质混和放热过程78，(M1+H)千克工质降压过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
2.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十三个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程25，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程93，M2千克工质吸热过程34，M2千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
3.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十三个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程24，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程93，M2千克工质吸热过程35，M1千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
4.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十五个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程gc，M2千克工质升压过程c3，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，X千克工质降压过程67，(M3-X)千克工质放热过程68，(M3-X)千克工质降压过程89，X千克工质放热过程79，M3千克工质与H千克工质混和放热过程9c，(M1+H)千克工质降压过程cd，(M1+H)千克工质放热冷凝过程d1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
5.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十六个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热汽化过程23，M1千克工质升压过程34，M1千克工质放热过程45，M1千克工质降压过56，M1千克工质放热过程6d，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程ge，M2千克工质升压过程e7，M2千克工质吸热过程78，M2千克工质升压过程89，M2千克工质放热过程9c，M2千克工质降压过程cd，M3千克工质与H千克工质混和放热过程de，(M1+H)千克工质降压过程ef，(M1+H)千克工质放热冷凝过程f1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
6.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十五个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b3，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g8，M2千克工质升压过程8a，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，M3千克工质降压过程67，M3千克工质与H千克工质混和放热过程78，(M1+H)千克工质降压过程89，(M1+H)千克工质放热冷凝过程91——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
7.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十六个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程9a，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，(M2-M)千克工质吸热过程34，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b5，(M2-M)千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
8.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十六个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程g9，M2千克工质升压过程9a，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b4，(M2-M)千克工质吸热过程35，(M1+M)千克工质升压过程45，M3千克工质升压过程56，M3千克工质放热过程67，M3千克工质降压过程78，M3千克工质与H千克工质混和放热过程89，(M1+H)千克工质降压过程9c，(M1+H)千克工质放热冷凝过程c1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
9.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十八个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b3，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程gc，M2千克工质升压过程ca，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a3，M3千克工质吸热过程34，M3千克工质升压过程45，M3千克工质放热过程56，X千克工质降压过程67，(M3-X)千克工质放热过程68，(M3-X)千克工质降压过程89，X千克工质放热过程79，M3千克工质与H千克工质混和放热过程9c，(M1+H)千克工质降压过程cd，(M1+H)千克工质放热冷凝过程d1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
10.第二类单工质联合循环，是指由M1千克、M2千克和H千克工质，分别或共同进行的十九个过程——M1千克工质升压过程12，M1千克工质吸热过程2b，(M1+M)千克工质吸热汽化过程b3，(M1+M)千克工质升压过程34，(M1+M)千克工质放热过程45，(M1+M)千克工质降压过56，(M1+M)千克工质放热过程6d，H千克工质升压过程1g，H千克工质与M3千克工质混合吸热过程ge，M2千克工质升压过程ea，M千克工质放热冷凝过程ab，(M2-M)千克工质升压过程a7，(M2-M)千克工质吸热过程78，(M2-M)千克工质升压过程89，(M2-M)千克工质放热过程9c，(M2-M)千克工质降压过程cd，M3千克工质与H千克工质混和放热过程de，(M1+H)千克工质降压过程ef，(M1+H)千克工质放热冷凝过程f1——组成的闭合过程；其中，M3为M1与M2之和。
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