CN113587479A - 第二类单工质联合循环 - Google Patents

Abstract

本发明提供第二类单工质联合循环，属于热力学/热泵技术领域。第二类单工质联合循环，是指由M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程78，M₁千克工质降压过程89，M₁千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；人们经常需要利用高温热能来实现制冷、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，工质选择和回热措施适应性强，灵活适应高温热源，以及采用变温过程实现高温供热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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程78，M₁千克工质降压过程89，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g5，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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g4，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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程9c，M₁千克工质降压过程cd，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，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，M₃千克工质放热过程de，M₁千克工质降压过程ef，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程78，M₁千克工质降压过程89，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g5，(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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g4，(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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程9c，M₁千克工质降压过程cd，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g3，(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，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，M₃千克工质放热过程de，M₁千克工质降压过程ef，M₁千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；下述各示例中，M₃为M₁与M₂之和；下面结合附图和实例详细描述本发明。

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2f，M₁千克工质降压膨胀fg，M₁千克工质吸热升温过程g3，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程67，M₃千克工质放热降温过程78，M₁千克工质降压膨胀过程89，M₁千克工质放热冷凝过91——共12个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——M₁千克工质进行2f、g3两个过程和M₃千克工质进行34过程，高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行78过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；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)；M₃千克工质进行78过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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，M₁千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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2f，M₁千克工质降压膨胀fg，M₁千克工质吸热升温过程g5，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，M₃千克工质放热降温过程89，M₁千克工质降压膨胀过程9c，M₁千克工质放热冷凝过c1——共13个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——M₁千克工质进行2f、g5两个过程，其高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行89过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；M₂千克工质进行34过程高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行89过程的高温段放热(回热)来提供，或者共同来提供；其中，M₁千克工质进行g5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g5过程和M₂千克工质进行34过程的高温段吸热；M₃千克工质进行89过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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，M₁千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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2f，M₁千克工质降压膨胀fg，M₁千克工质吸热升温过程g4，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，M₃千克工质放热降温过程89，M₁千克工质降压膨胀过程9c，M₁千克工质放热冷凝过c1——共13个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——M₁千克工质进行2f、g4两个过程，其高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行89过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；M₂千克工质进行35过程的吸热一般由外部热源来提供，部分低温段吸热或由M₃千克工质进行89过程的放热(回热)来提供；其中，M₁千克工质进行g4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g4过程和M₂千克工质进行35过程的高温段吸热；M₃千克工质进行89过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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，M₁千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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2f，M₁千克工质降压膨胀fg，M₁千克工质吸热升温过程g3，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，M₃千克工质放热降温过程9c，M₁千克工质降压膨胀过程cd，M₁千克工质放热冷凝过d1——共15个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——M₁千克工质进行2f、g3两个过程和M₃千克工质进行34过程，高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由X千克工质进行79过程的放热、(M₃-X)千克工质进行9c过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；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、M₃千克工质进行9c过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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千克工质的降压膨胀过程67，(M₃-X)千克工质的降压膨胀过程89，M₁千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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2f，M₁千克工质降压膨胀fg，M₁千克工质吸热升温过程g3，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，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，M₃千克工质放热降温过程de，M₁千克工质降压膨胀过程ef，M₁千克工质放热冷凝过f1——共16个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——M₁千克工质进行2f、g3两个过程和M₂千克工质进行78过程，其高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₁千克工质进6d过程与M₃千克工质进行de过程的联合放热(回热)来提供，或者共同来提供；其中——M₁千克工质进行g3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g3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过程的放热和M₃千克工质进行de过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行e1过程的放热，一般向低温热源释放。

③能量转换过程——M₁千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成，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；M₁千克工质的降压膨胀过程56，M₂千克工质的降压膨胀过程cd，M₁千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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bf，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，(M₁+M)千克工质吸热升温过程g3，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，M₃千克工质放热降温过程78，M₁千克工质降压膨胀过程89，M₁千克工质放热冷凝过91——共15个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——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bf、g3两个过程和M₃千克工质进行34过程，高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行78过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；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)；M₃千克工质进行78过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行81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，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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bf，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，(M₁+M)千克工质吸热升温过程g5，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，M₃千克工质放热降温过程89，M₁千克工质降压膨胀过程9c，M₁千克工质放热冷凝过c1——共16个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——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bf、g5两个过程，其高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行89过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；(M₂-M)千克工质进行34过程高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行89过程的高温段放热(回热)来提供，或者共同来提供；其中，(M₁+M)千克工质进行g5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g5过程和(M₂-M)千克工质进行34过程的高温段吸热；M₃千克工质进行89过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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bf，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，(M₁+M)千克工质吸热升温过程g4，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，M₃千克工质放热降温过程89，M₁千克工质降压膨胀过程9c，M₁千克工质放热冷凝过c1——共16个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——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bf、g4两个过程，其高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由M₃千克工质进行89过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；(M₂-M)千克工质进行35过程的吸热一般由外部热源来提供，部分低温段吸热或由M₃千克工质进行89过程的放热(回热)来提供；其中，(M₁+M)千克工质进行g4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g4过程和(M₂-M)千克工质进行35过程的高温段吸热；M₃千克工质进行89过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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bf，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，(M₁+M)千克工质吸热升温过程g3，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，M₃千克工质放热降温过程9c，M₁千克工质降压膨胀过程cd，M₁千克工质放热冷凝过d1——共18个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——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bf、g3两个过程和M₃千克工质进行34过程，高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由X千克工质进行79过程的放热、M₃千克工质进行9c过程的放热(回热)来提供，或者共同来提供；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、M₃千克工质进行9c过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行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，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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bf，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，(M₁+M)千克工质吸热升温过程g3，(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，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，M₃千克工质放热降温过程de，M₁千克工质降压膨胀过程ef，M₁千克工质放热冷凝过f1——共19个过程。

(2)从能量转换上看：

①吸热过程——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bf、g3两个过程和(M₂-M)千克工质进行78过程，其高温段的吸热一般由外部热源来提供，低温段的吸热由外部热源或由(M₁+M)千克工质进6d过程与M₃千克工质进行de过程的联合放热(回热)来提供，或者共同来提供。其中——(M₁+M)千克工质进行g3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g3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)千克进行工质6d过程的放热和M₃千克工质进行de过程的放热，一般用于联合循环其它过程低温段的吸热需求；M₁千克工质进行e1过程的放热，一般向低温热源释放。

③能量转换过程——M₁千克工质的升压过程12一般由循环泵来完成，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，(M₁+M)千克工质降压膨胀过程fg，以及M₁千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。

这里还要指出的是：在前述图6-图10所示的技术方案中，M₁千克工质自2点开始的吸热过程，其低温段吸热也可由cd过程中的某一位置抽出部分蒸汽进行混合加热来满足。

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)设置低压膨胀过程，增加回热的适应性和工作介质选择的灵活性。

(12)设置高压膨胀过程，增加对高温热源的适应性和工作介质选择的灵活性。

(13)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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程78，M₁千克工质降压过程89，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g5，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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g4，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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程9c，M₁千克工质降压过程cd，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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2f，M₁千克工质降压过程fg，M₁千克工质吸热过程g3，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，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，M₃千克工质放热过程de，M₁千克工质降压过程ef，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程78，M₁千克工质降压过程89，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g5，(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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g4，(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，M₃千克工质放热过程89，M₁千克工质降压过程9c，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g3，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，M₃千克工质放热过程9c，M₁千克工质降压过程cd，M₁千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M₁千克和M₂千克组成的工质，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bf，(M₁+M)千克工质降压过程fg，(M₁+M)千克工质吸热过程g3，(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，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，M₃千克工质放热过程de，M₁千克工质降压过程ef，M₁千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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