氢燃料联合循环热泵装置

文档序号:65214 发布日期:2021-10-01 浏览:46次 >En<

阅读说明:本技术 氢燃料联合循环热泵装置 (Hydrogen fuel combined cycle heat pump device ) 是由 李鸿瑞 李华玉 于 2021-05-29 设计创作,主要内容包括:本发明提供氢燃料联合循环热泵装置,属于制冷与热泵技术领域。双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路经第二膨胀增速机与回热器连通,第二路直接与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。(The invention provides a hydrogen fuel combined cycle heat pump device, and belongs to the technical field of refrigeration and heat pumps. The dual-energy compressor is provided with a steam channel communicated with a combustion chamber, the outside of the dual-energy compressor is respectively provided with a hydrogen channel and an oxygen channel communicated with the combustion chamber or an oxygen-hydrogen mixed gas channel communicated with the combustion chamber, the combustion chamber is also provided with a steam channel communicated with an expansion speed increaser, the expansion speed increaser is also provided with a steam channel communicated with a heat supply device and then divided into two paths, wherein the first path is communicated with a heat regenerator through a second expansion speed increaser, the second path is directly communicated with the heat regenerator, then the heat regenerator is provided with a condensed water pipeline which is respectively communicated with the outside and an evaporator through a spray pipe, the evaporator is also provided with a steam channel communicated with the heat regenerator, and the heat regenerator is also provided with a steam channel communicated with the dual-energy compressor; the heat supplier is also provided with a heated medium channel communicated with the outside, the evaporator is also provided with a low-temperature heat medium channel communicated with the outside, and the expansion speed increaser and the second expansion speed increaser are connected with the dual-energy compressor and transmit power to form the hydrogen fuel combined cycle heat pump device.)

氢燃料联合循环热泵装置

技术领域

本发明属于制冷与热泵

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;其中,利用热能直接进行制冷/制热是实现能源合理利用的技术手段。在燃料中,氢气属于高品质能源;对于利用氢气为燃料来实现热制冷或热制热,空气助燃是人们最容易采用的手段——但这导致燃烧产物中含有氮氧化物这一污染环境的物质;为此,人们寻求采用纯氧助燃以避免任何污染物的产生和排放。

以氢燃料为源头能源进行纯氧燃烧进行制冷/制热时,人们需要简单、主动、安全、高效地实现对氢燃料的利用;本发明针对利用氢燃料进行供热/供冷,也考虑到同时利用动力驱动,以及考虑兼顾动力输出需求,提出相变定温过程获取低温热负荷、工作压力较低、对冷凝显热加以有效利用和变温供热为主,并力求部件简单化的氢燃料联合循环热泵装置。

发明内容

本发明主要目的是要提供氢燃料联合循环热泵装置,具体发明内容分项阐述如下:

1.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器和回热器所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路经第二膨胀增速机与回热器连通,第二路直接与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

2.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和第二供热器所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路经第二膨胀增速机与回热器连通,第二路经第二供热器与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器和第二供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

3.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器、第二喷管和第二回热器所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路与第二膨胀增速机连通,第二路经第二回热器与回热器连通之后再分成两路——第一路自回热器中间或末端引出并经第二喷管和第二回热器之后再通过中间进气端口与第二膨胀增速机连通,第二路自回热器末端引出之后分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,第二膨胀增速机还有蒸汽通道与回热器连通;蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

4.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和再热器所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路与第二膨胀增速机连通、第二膨胀增速机还有再热蒸汽通道经再热器与第二膨胀增速机连通和第二膨胀增速机还有蒸汽通道与回热器连通,第二路经再热器与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

5.氢燃料联合循环热泵装置,是在第1-4项所述的任一一款氢燃料联合循环热泵装置中,增加高温回热器,将回热器有蒸汽通道与双能压缩机连通调整为回热器有蒸汽通道经高温回热器与双能压缩机连通,将膨胀增速机有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路调整为膨胀增速机有蒸汽通道经供热器与高温回热器连通之后分成两路,形成氢燃料联合循环热泵装置。

6.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和第二供热器所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有第一蒸汽通道与供热器连通,膨胀增速机还有第二蒸汽通道与第二供热器连通,供热器还有蒸汽通道与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,第二供热器还有蒸汽通道经第二膨胀增速机与回热器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器和第二供热器还分别有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

7.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和第二供热器所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有第一蒸汽通道与第二供热器连通,膨胀增速机还有第二蒸汽通道与供热器连通,供热器还有蒸汽通道与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,第二供热器还有蒸汽通道经第二膨胀增速机与回热器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与双能压缩机连通;供热器和第二供热器还分别有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

8.氢燃料联合循环热泵装置,主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器、第二供热器和新增双能压缩机所组成;双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀增速机连通,膨胀增速机还有蒸汽通道与供热器连通,供热器还有蒸汽通道与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道分别与双能压缩机和新增双能压缩机连通,新增双能压缩机还有蒸汽通道与第二供热器连通,第二供热器还有蒸汽通道经第二膨胀增速机与回热器连通;供热器和第二供热器还分别有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机和第二膨胀增速机连接双能压缩机和新增双能压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

9.氢燃料联合循环热泵装置,是在第6-8项所述的任一一款氢燃料联合循环热泵装置中,增加新增供热器,将供热器有蒸汽通道与回热器连通调整为供热器有蒸汽通道经新增供热器与回热器连通,新增供热器还有被加热介质通道与外部连通,形成氢燃料联合循环热泵装置。

10.氢燃料联合循环热泵装置,是在第6-8项所述的任一一款氢燃料联合循环热泵装置中,增加第二喷管和第二回热器,将供热器有蒸汽通道与回热器连通调整为供热器有蒸汽通道经第二回热器与回热器连通,回热器增设冷凝水管路或汽水管路经第二喷管和第二回热器之后通过中间进气端口与第二膨胀增速机连通,形成氢燃料联合循环热泵装置。

11.氢燃料联合循环热泵装置,是在第6-8项所述的任一一款氢燃料联合循环热泵装置中,增加再热器,将供热器有蒸汽通道与回热器连通调整为供热器有蒸汽通道经再热器与回热器连通,将第二供热器有蒸汽通道经第二膨胀增速机与回热器连通调整为第二供热器有蒸汽通道与第二膨胀增速机连通、第二膨胀增速机还有蒸汽再热通道经再热器与第二膨胀增速机连通和第二膨胀增速机还有蒸汽通道与回热器连通,形成氢燃料联合循环热泵装置。

12.氢燃料联合循环热泵装置,主要由压缩机、膨胀机、第二膨胀机、节流阀、燃烧室、供热器、蒸发器和回热器所组成;压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀机连通,膨胀机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路经第二膨胀机与回热器连通,第二路直接与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经节流阀与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与压缩机连通;供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

13.氢燃料联合循环热泵装置,主要由压缩机、膨胀机、第二膨胀机、涡轮机、燃烧室、供热器、蒸发器和回热器所组成;压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室连通,燃烧室还有蒸汽通道与膨胀机连通,膨胀机还有蒸汽通道与供热器连通之后分成两路——第一路经第二膨胀机与回热器连通,第二路直接与回热器连通之后回热器再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经涡轮机与蒸发器连通,蒸发器还有蒸汽通道与回热器连通,回热器还有蒸汽通道与压缩机连通;供热器还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器还有低温热介质通道与外部连通,膨胀机、第二膨胀机和涡轮机连接压缩机并传输动力,形成氢燃料联合循环热泵装置。

14.氢燃料联合循环热泵装置,是在第1-5、8项所述的任一一款氢燃料联合循环热泵装置中,增加新增回热器,将双能压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通调整为双能压缩机有蒸汽通道经新增回热器与燃烧室连通,将膨胀增速机有蒸汽通道与供热器连通调整为膨胀增速机还有蒸汽通道经新增回热器与供热器连通,形成氢燃料联合循环热泵装置。

15.氢燃料联合循环热泵装置,是在第13-14项所述的任一一款氢燃料联合循环热泵装置中,增加新增回热器,将压缩机有蒸汽通道与燃烧室连通调整为压缩机有蒸汽通道经新增回热器与燃烧室连通,将膨胀机有蒸汽通道与供热器连通调整为膨胀机还有蒸汽通道经新增回热器与供热器连通,形成氢燃料联合循环热泵装置。

附图说明

图1是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第1种原则性热力系统图。

图2是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第2种原则性热力系统图。

图3是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第3种原则性热力系统图。

图4是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第4种原则性热力系统图。

图5是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第5种原则性热力系统图。

图6是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第6种原则性热力系统图。

图7是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第7种原则性热力系统图。

图8是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第8种原则性热力系统图。

图9是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第9种原则性热力系统图。

图10是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第10种原则性热力系统图。

图11是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第11种原则性热力系统图。

图12是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第12种原则性热力系统图。

图13是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第13种原则性热力系统图。

图14是依据本发明所提供的氢燃料联合循环热泵装置第14种原则性热力系统图。

图中,1-双能压缩机,2-膨胀增速机,3-第二膨胀增速机,4-喷管,5-燃烧室,6-供热器,7-蒸发器,8-回热器,9-第二供热器,10-第二喷管,11-第二回热器,12-再热器,13-高温回热器,14-压缩机,15-膨胀机,16-第二膨胀机,17-节流阀,18-涡轮机;A-新增双能压缩机,B-新增供热器,C-新增回热器。

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。下面结合附图和实例来详细描述本发明。

图1所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器和回热器所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路——第一路经第二膨胀增速机3与回热器8连通,第二路直接与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与双能压缩机1连通;供热器6还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;双能压缩机1排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽流经膨胀增速机2降压作功并增速,膨胀增速机2排放的低压蒸汽流经流供热器6并放热,之后分成两路——第一路流经第二膨胀增速机3降压作功并增速之后进入回热器8,第二路流经回热器8放热冷凝之后又分成两路——第一路对外排放,第二路流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图2所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和第二供热器所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路——第一路经第二膨胀增速机3与回热器8连通,第二路经第二供热器9与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与双能压缩机1连通;供热器6和第二供热器9还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;双能压缩机1排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽流经膨胀增速机2降压作功并增速,膨胀增速机2排放的低压蒸汽流经流供热器6并放热,之后分成两路——第一路流经第二膨胀增速机3降压作功并增速之后进入回热器8,第二路流经第二供热器9和回热器8放热冷凝之后又分成两路——第一路对外排放,第二路流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6和第二供热器9获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图3所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器、第二喷管和第二回热器所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路——第一路与第二膨胀增速机3连通,第二路经第二回热器11与回热器8连通之后再分成两路——第一路自回热器8中间或末端引出并经第二喷管10和第二回热器11之后再通过中间进气端口与第二膨胀增速机3连通,第二路自回热器8末端引出之后分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,第二膨胀增速机3还有蒸汽通道与回热器8连通;蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与双能压缩机1连通;供热器6还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;双能压缩机1排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽流经膨胀增速机2降压作功并增速,膨胀增速机2排放的低压蒸汽流经流供热器6并放热,之后分成两路——第一路流经第二膨胀增速机3降压作功并增速之后进入回热器8,第二路流经第二回热器11并放热之后进入回热器8放热并部分冷凝或全部冷凝之后再分成两路——第一路流经第二喷管10降压增速、流经第二回热器11吸热、通过中间进气端口进入第二膨胀增速机3降压作功并增速、之后进入回热器8,第二路冷凝液或第二路继续放热之后的冷凝液分别对外排放和流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图4所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和再热器所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路——第一路与第二膨胀增速机3连通、第二膨胀增速机3还有再热蒸汽通道经再热器12与第二膨胀增速机3连通和第二膨胀增速机3还有蒸汽通道与回热器8连通,第二路经再热器12与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与双能压缩机1连通;供热器6还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;双能压缩机1排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽流经膨胀增速机2降压作功并增速,膨胀增速机2排放的低压蒸汽流经流供热器6并放热,之后分成两路——第一路进入第二膨胀增速机3降压作功至一定程度之后流经再热器12吸热、进入第二膨胀增速机3继续降压作功并增速、之后进入回热器8,第二路流经再热器12和回热器8放热冷凝之后又分成两路——第一路对外排放,第二路流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图5所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,在图1所示的氢燃料联合循环热泵装置中,增加高温回热器,将回热器8有蒸汽通道与双能压缩机1连通调整为回热器8有蒸汽通道经高温回热器13与双能压缩机1连通,将膨胀增速机2有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路调整为膨胀增速机2有蒸汽通道经供热器6与高温回热器13连通之后分成两路。

(2)流程上,与图1所示的氢燃料联合循环热泵装置流程相比较,增加或有变化的流程是这样进行的:第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,流经高温回热器13并吸热,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;膨胀增速机2排放的蒸汽流经供热器6和高温回热器13逐步放热,之后分成两路——第一路流经第二膨胀增速机3降压作功并增速之后进入回热器8,第二路流经回热器8放热冷凝之后又分成两路——第一路对外排放,第二路流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图6所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和第二供热器所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有第一蒸汽通道与供热器6连通,膨胀增速机2还有第二蒸汽通道与第二供热器9连通,供热器6还有蒸汽通道与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,第二供热器9还有蒸汽通道经第二膨胀增速机3与回热器8连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与双能压缩机1连通;供热器6和第二供热器9还分别有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;双能压缩机1排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽进入膨胀增速机2降压作功至一定程度之后分成两路——第一路流经供热器6放热、流经回热器8放热冷凝、分别对外排放和流经喷管4降压增速再进入蒸发器7,第二路继续降压作功并增速、流经第二供热器9放热、流经第二膨胀增速机3降压作功并增速和进入回热器8;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6和第二供热器9获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图7所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器和第二供热器所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有第一蒸汽通道与第二供热器9连通,膨胀增速机2还有第二蒸汽通道与供热器6连通,供热器6还有蒸汽通道与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,第二供热器9还有蒸汽通道经第二膨胀增速机3与回热器8连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与双能压缩机1连通;供热器6和第二供热器9还分别有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入双能压缩机1升压升温并降速;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;双能压缩机1排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽进入膨胀增速机2降压作功至一定程度之后分成两路——第一路流经第二供热器9放热、流经第二膨胀增速机3降压作功并增速和进入回热器8,第二路继续降压作功并增速、流经供热器6放热、流经回热器8放热冷凝、分别对外排放和流经喷管4降压增速再进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6和第二供热器9获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图8所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由双能压缩机、膨胀增速机、第二膨胀增速机、喷管、燃烧室、供热器、蒸发器、回热器、第二供热器和新增双能压缩机所组成;双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀增速机2连通,膨胀增速机2还有蒸汽通道与供热器6连通,供热器6还有蒸汽通道与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经喷管4与蒸发器7连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道分别与双能压缩机1和新增双能压缩机A连通,新增双能压缩机A还有蒸汽通道与第二供热器9连通,第二供热器9还有蒸汽通道经第二膨胀增速机3与回热器8连通;供热器6和第二供热器9还分别有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀增速机2和第二膨胀增速机3连接双能压缩机1和新增双能压缩机A并传输动力。

(2)流程上,外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;第二膨胀增速机3和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后分成两路——第一路流经新增双能压缩机A升压升温并降速、流经第二供热器9放热、流经第二膨胀增速机3降压作功并增速和进入回热器8,第二路流经双能压缩机1升压升温并降速、流经燃烧室5并吸热、流经膨胀增速机2降压作功并增速、流经供热器6并放热、流经回热器8放热冷凝、分别对外排放和流经喷管4降压增速再进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功提供给双能压缩机1和新增双能压缩机A作动力,或膨胀增速机2和第二膨胀增速机3输出的功同时向双能压缩机1、新增双能压缩机A和外部提供动力,或膨胀增速机2、第二膨胀增速机3和外部共同向双能压缩机1和新增双能压缩机A提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6和第二供热器9获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图9所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,在图6所示的氢燃料联合循环热泵装置中,增加新增供热器,将供热器6有蒸汽通道与回热器8连通调整为供热器6有蒸汽通道经新增供热器B与回热器8连通,新增供热器B还有被加热介质通道与外部连通。

(2)流程上,与图6所示氢燃料联合循环热泵装置相比较,不同之处在于:供热器6排放的蒸汽流经新增供热器B和回热器8逐步放热冷凝之后分成两路——第一路直接对外排放。第二路流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图10所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,在图7所示的氢燃料联合循环热泵装置中,增加第二喷管和第二回热器,将供热器6有蒸汽通道与回热器8连通调整为供热器6有蒸汽通道经第二回热器11与回热器8连通,回热器8增设冷凝水管路或汽水管路经第二喷管10和第二回热器11之后通过中间进气端口与第二膨胀增速机3连通。

(2)流程上,与图7所示氢燃料联合循环热泵装置相比较,不同之处在于:供热器6排放的蒸汽流经第二回热器11并放热,之后进入回热器8放热并部分冷凝或全部冷凝之后再分成两路——第一路流经第二喷管10降压增速、流经第二回热器11吸热、通过中间进气端口进入第二膨胀增速机3降压作功并增速、之后进入回热器8,第二路冷凝液或第二路继续放热之后的冷凝液再分成两路——第一路直接对外排放,第二路经喷管4降压增速之后进入蒸发器7,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图11所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,在图6所示的氢燃料联合循环热泵装置中,增加再热器,将供热器6有蒸汽通道与回热器8连通调整为供热器6有蒸汽通道经再热器12与回热器8连通,将第二供热器9有蒸汽通道经第二膨胀增速机3与回热器8连通调整为第二供热器9有蒸汽通道与第二膨胀增速机3连通、第二膨胀增速机3还有蒸汽再热通道经再热器12与第二膨胀增速机3连通和第二膨胀增速机3还有蒸汽通道与回热器8连通。

(2)流程上,与图6所示氢燃料联合循环热泵装置相比较,不同之处在于:供热器6排放的蒸汽流经再热器12放热,流经回热器8放热冷凝之后分成两路——第一路直接对外排放,第二路流经喷管4降压增速之后进入蒸发器7;第二供热器9排放的蒸汽进入第二膨胀增速机3降压作功至一定程度之后流经再热器12吸热,流经第二膨胀增速机3继续降压作功并增速,之后进入回热器8,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图12所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由压缩机、膨胀机、第二膨胀机、节流阀、燃烧室、供热器、蒸发器和回热器所组成;压缩机14有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀机15连通,膨胀机15还有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路——第一路经第二膨胀机16与回热器8连通,第二路直接与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经节流阀17与蒸发器7连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与压缩机14连通;供热器6还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀机15和第二膨胀机16连接压缩机14并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀机16和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入压缩机14升压升温;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;压缩机14排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽流经膨胀机15降压作功,膨胀机15排放的低压蒸汽流经流供热器6并放热,之后分成两路——第一路流经第二膨胀机16降压作功之后进入回热器8,第二路流经回热器8放热冷凝之后又分成两路——第一路对外排放,第二路流经节流阀17节流降压之后进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀机15和第二膨胀机16输出的功提供给压缩机14作动力,或膨胀机15和第二膨胀机16输出的功同时向压缩机14和外部提供动力,或膨胀机15、第二膨胀机16和外部共同向压缩机14提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图13所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,它主要由压缩机、膨胀机、第二膨胀机、涡轮机、燃烧室、供热器、蒸发器和回热器所组成;压缩机14有蒸汽通道与燃烧室5连通,外部分别有氢气通道和氧气通道与燃烧室5连通或外部有氢氧混合气体通道与燃烧室5连通,燃烧室5还有蒸汽通道与膨胀机15连通,膨胀机15还有蒸汽通道与供热器6连通之后分成两路——第一路经第二膨胀机16与回热器8连通,第二路直接与回热器8连通之后回热器8再有冷凝水管路分别直接与外部连通和经涡轮机18与蒸发器7连通,蒸发器7还有蒸汽通道与回热器8连通,回热器8还有蒸汽通道与压缩机14连通;供热器6还有被加热介质通道与外部连通,蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通,膨胀机15、第二膨胀机16和涡轮机18连接压缩机14并传输动力。

(2)流程上,第二膨胀机16和蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8吸热升温,之后进入压缩机14升压升温;外部较高压力的氢气和氧气进入燃烧室5燃烧,生成水蒸气;压缩机14排放的蒸汽进入燃烧室5吸热升温,燃烧室5排放的高温蒸汽流经膨胀机15降压作功,膨胀机15排放的低压蒸汽流经流供热器6并放热,之后分成两路——第一路流经第二膨胀机16降压作功之后进入回热器8,第二路流经回热器8放热冷凝之后又分成两路——第一路对外排放,第二路流经涡轮机18降压作功之后进入蒸发器7;进入蒸发器7的冷凝水吸热汽化,蒸发器7排放的蒸汽进入回热器8;膨胀机15、第二膨胀机16和涡轮机18输出的功提供给压缩机14作动力,或膨胀机15、第二膨胀机16和涡轮机18输出的功同时向压缩机14和外部提供动力,或膨胀机15、第二膨胀机16、涡轮机18和外部共同向压缩机14提供动力;氢气和氧气通过燃烧提供驱动热负荷,被加热介质通过供热器6获取中温热负荷,低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷,形成氢燃料联合循环热泵装置。

图14所示的氢燃料联合循环热泵装置是这样实现的:

(1)结构上,在图1所示的氢燃料联合循环热泵装置中,增加新增回热器,将双能压缩机1有蒸汽通道与燃烧室5连通调整为双能压缩机1有蒸汽通道经新增回热器C与燃烧室5连通,将膨胀增速机2有蒸汽通道与供热器6连通调整为膨胀增速机2还有蒸汽通道经新增回热器C与供热器6连通。

(2)流程上,与图1所示氢燃料联合循环热泵装置相比较,不同之处在于:双能压缩机1排放的蒸汽流经新增回热器C吸热之后进入燃烧室5,膨胀增速机2排放的蒸汽流经新增回热器C放热之后进入供热器6,形成氢燃料联合循环热泵装置。

本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的氢燃料联合循环热泵装置,具有如下效果和优势:

(1)水蒸气为循环工质,氢气为燃料,氢氧燃烧生产高温蒸汽而成为循环工质的组成部分;燃料燃烧产物与循环工质性质一致,燃烧产物分离过程简单。

(2)利用水蒸气冷凝相变过程实现低温吸热,温差损失可控,有利于提升性能指数。

(3)供热时循环介质与被加热介质之间的温差损失小,有利于提升性能指数。

(4)在高温区采取低压高温运行方式,解决性能指数、循环介质参数与管材耐压耐温性能之间难以调和的矛盾,有利于大幅度提高性能指数。

(5)单一工质联合循环,性能指数高。

(6)循环介质与燃料之间比例组成可根据工况灵活确定,有效协调和解决燃烧温度、材料、投资与性能指数之间的关系和矛盾,有很好的适应性。

(7)采用单一工质,降低运行成本,提高热动装置调节的灵活性。

(8)共用核心设备,有利于降低系统投资和提高性能指数。

(9)以性能指数合理化为前提,可选择低压运行,装置运行的安全性得到较大幅度提高。

(10)双能压缩机与膨胀增速机相结合,能够灵活和有效降低氢燃料联合循环热泵装置制造难度和成本。

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