等温压缩和膨胀开放空气循环发动机和发电系统的制作方法

1.本发明属于发动机技术领域，特别涉及到太阳能光热发电用发动机技术。


背景技术：

2.目前太阳能塔式光热发电系统中所应用的发电设备采用传统的蒸汽动力循环的发电方式。
3.光热发电系统的太阳能光热装置目前一般只能提供560℃左右的介质温度，经过热交换之后，发电侧所能得到的蒸汽温度约为290℃左右，因此，发电设备的蒸汽动力循环只能工作在温度、压力较低的过热蒸汽发电循环工况，整个系统的热效率相对偏低。


技术实现要素：

4.为改进目前光热发电系统使用传统的蒸汽动力循环的效率偏低的状态，本发明提供一种工质近似等温压缩和等温膨胀的开放空气循环发动机设备，相比现有技术，可使效率显著提升，并且有其它多方面有益效果，具体描述如下：一种发动机设备，包括发动机转子、散热器、加热器、回热器、热源设备和控制装置等；所述发动机转子包括压缩机、膨胀机和转子轴，所述压缩机、膨胀机用所述转子轴同轴串接在一起；发动机设备的工质采用空气；热源设备为太阳能光热蓄热系统或与太阳能光热蓄热系统的蓄热温度相近的高温蓄热系统；发动机设备工作过程的动力来源于所述热源设备储存的热能；发动机工质热力循环由依次完成的近似等温压缩过程、等压升温过程、近似等温膨胀过程、等压降温过程组成；散热器、加热器、回热器均采用逆流式换热器设备或叉流式换热器设备。
5.进一步地，压缩机采用离心式空气压缩机或轴流式空气压缩机，整套压缩机采用多级压缩机构串接组成；每两级压缩机构之间设置压缩工质管路；压缩工质管路的两端分别连接前一级压缩机构的工质出口和后一级压缩机构的工质进口。
6.进一步地，散热器采用发动机工质与大气的热交换器，散热器安装于每两级压缩机构之间的压缩工质管路上，其热侧进/出口分别连接到上一级压缩机构的出口/下一级压缩机构的工质进口；其冷侧的进/出口均连通到大气。
7.可选地，散热器采用发动机工质与水热交换器，安装于每两级压缩机构之间的压缩工质管路上，其热侧进/出口分别连接到上一级压缩机构的出口/下一级压缩机构的工质进口；其冷侧的进/出口连通到冷水源的出/进口。
8.进一步地，膨胀机采用透平式类型，并且，整套膨胀机采用多级膨胀机构串接组成；每两级膨胀机构之间设置膨胀工质管路；所述膨胀工质管路的两端分别连接前一级膨
胀机构的工质出口和后一级膨胀机构的工质进口。
9.进一步地，加热器采用发动机工质与热源热传输介质热交换器，加热器安装于每两级膨胀机构之间的膨胀工质管路上和/或末级压缩机与首级膨胀机构之间的工质管路上；加热器热侧的进/出口分别与权利要求1所述热源设备的热输出管路的出/进口相连接；加热器的冷侧进/出口分别与前一级膨胀机出口(和/或末级压缩机出口)/后一级膨胀机构(和/或首级膨胀机构)的进口相连接。
10.进一步地，压缩机的每级压缩机构将工质压缩之后，工质的温升为20℃到60℃之间。
11.进一步地，膨胀机的每级膨胀机构将工质膨胀之后，工质的温降控制在20℃到60℃之间。
12.进一步地，整套发动机设备还包括一套回热换热器，简称为回热器，其冷侧进口连接到末级压缩机构的工质出口，冷侧出口连接到首级加热器的工质进口；其热侧进口连接到末级膨胀机构的工质出口，热侧出口直接连通大气。
13.10 优先地，散热器、加热器、回热器之一、部份或全部为热管换热器。
14.进一步地，整套发电机设备还包括一套发动机控制装置，该控制装置采用dcs控制系统，控制装置采集发电机设备各部件的工作参数，包括但不限于温度、压力、流量、应力、位移、振动、位置、电流、电压、电阻、频率、功率并根据相关参数及控制目标对各部件的运行进行控制和保护。
15.如上所述发动机设备，由于将压缩机分为多级，且每级压缩的温度上升被限制在20-60℃的较小温差值，再加上每次压缩之后，利用散热器将被压缩的工质温度降下来，这就近似实现了“等温压缩”的过程；采用类似的方法，实现了工质在膨胀过程中的近似“等温膨胀”过程。这就使整个热力过程成为比较接近于“卡诺循环”的过程，因此，可以获得比较高的系统热效率。
16.通过采用多级膨胀伴随多级加热的方法，与单级膨胀或少数几级膨胀过程相比，工质在整个膨胀过程中均可以保持在较高温度以及较高的平均温度。根据卡诺循环原理，该温度越高，热力系统的效率越高。同理，通过多级压缩和散热冷却，使压缩过程，保持在较低的温度，实现近似的“等温压缩”，这同样提升了热力系统的效率。
17.通过比较理论循环的最高效率，可以了解本发明的效率提升的潜力。这里以目前太阳能光热发电系统的常规工况为例来进行对比说明。
18.太阳能光热系统的热介质温度为565℃左右，在此温度下，发电设备的汽轮机可以获得的蒸汽温度为290℃左右，再假设环境温度为30℃，对应的蒸汽发电循环的冷凝水温度约为55℃， 则传统光热发电系统的极限热效率为：1-(55+273)/(290+273)≈41.7%采用本发明技术方案时，在太阳能热介质温度为565℃时，发动机的膨胀机的进/出气温度不难达到380/410℃以上，按平均温度395℃计算，同样，环境温度按30℃，压缩机的进气/出气温度不难达到50/80℃，平均按65℃计算，则该发电系统的极限热效率为：1-(65+273)/(395+273)≈49.4%。
19.如果太阳能蓄热系统采用相变蓄热介质时，发电机的膨胀机的平均膨胀温度具备达到450℃的潜力，如果按450℃计算，则在环境温度为30℃时，该发电系统的极限热效率
为：1-(65+273)/(450+273)≈53.3%。
20.因此，本发明所述发动机与传统太阳能光热发电设备相比，具有较大的提升太阳能热能利用效率的潜力。
21.本发明发动机设备直接利用空气作为工质，整个循环为开式循环，因此，发动机在工作过程中，即使存在一定的泄漏，对系统的效率或其它方面的影响也不大，这就降低了对相关零部件的制造与装配的精度要求，有利于降低造价以及后期维护的费用。
22.采用本发明技术方案，系统的最高工作压力约2.2mpa，与传统太阳能光热发电设备的最大工作压力（约20mpa）相比，有较大幅度的下降，这将有利于降低设备的造价。
23.本发电机的工作过程与燃气轮机的工作过程相似，因此，同样具有快速启动和快速停止的能力；该功能也有利于提升太阳能光热系统的热能利用效率。
24.通过对空气压缩过程中的工质(空气)的多次冷却，使工质的温度保持在接近于常温的状态，从而使压缩机构始终保持在较低的工作温度，这就可以获得多个方面的有益效果，包括但不限于：材料选择范围宽广、成本低、可靠性高。
25.还有，当热源设备的蓄热温度降低时，该发动机仍可以在偏离设计工况下正常工作，这就有利于提高发动机设备的连续工作时间，有利于稳定对电网的供电能力，即有利于电网的稳定工作。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.附图1是基本热力循环、热源蓄热介质在蓄放热过程中为显热变化过程的发动机系统结构、原理示意图。
28.附图2是一种典型工质热力循环过程的温度-压力工况变化图。
29.附图3是安装有回热器的热力循环、热源蓄热介质在蓄放热过程中为显热变化过程的发动机系统结构、原理示意图。
30.附图4是多级整体式热管式散热器的结构原理示意图。
31.附图5是多级整体式热管式加热器的结构原理示意图。
32.附图6是多级整体热管式回热器的结构原理示意图。
33.附图7是回热器和散热器用热管换热器单元的结构原理图。
34.附图8是加热器用热管换热器单元的结构原理图。
35.附图9是安装有回热器的热力循环、热源蓄热介质采用相变蓄热物质、同时热源设备的热传输介质也采用相变物质的发动机系统结构、原理示意图。
36.附图10是水冷多级整体式热管散热器的结构原理示意图。
37.上述图中的序号所代表的含义如下：100 发动机转子110 压缩机
111 首级压缩机112 次级压缩机113 中间级压缩机114 末级压缩机120 膨胀机121 首级膨胀机122 次级膨胀机123 中间级膨胀机124 末级膨胀机130 转子轴200 散热器210 首级散热器220 次级散热器230 中间级散热器240 末级散热器300 加热器310 首级加热器320 次级加热器330 中间级加热器340 末级加热器400 回热器500 热源设备510 热输出管路600 发动机控制装置700 发电机设备800 发电控制系统
实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。
39.显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
40.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。为使实施例更便于理解，以下提供多种实施例或实施方法以对本发明的相关装置、模块、功能进行说明。
41.附图1所示为具备基本热力循环所需要的各种部件、热源设备500的蓄热介质在蓄放热过程中为显热变化过程的、开放空气循环的蓄热发电系统图，在该图中还标示了一种典型应用工况。
42.为使本实施例的读者快速理解本发明的实施方式，这里首先对附图1所表达的工作原理进行说明。
43.如附图1所示，所述发动机主要包括：由压缩机110、膨胀机120、转轴130组成的发动机转子100，散热器200，加热器300、回热器400、热源设备500以及它们之间的连接管路。
44.压缩机110的功能是吸入工质空气，对工质空气进行压缩，使工质升压；散热器200的功能是将压缩机110产生的热量散发到外部；加热器300的功能是将热源设备500的热量输入到工质之中；膨胀机120的功能是将热源设备500输入的热量转换成机械能输出。
45.可见，所述发动机工作过程的热力循环工质为空气。
46.整套发电机设备的工作循环过程由2个近似的等温过程(等温压缩与等温膨胀)与2个等压过程（等压升温和等压降温）构成，参见附图2。接下来对四个热力过程进行说明。
47.1近似等温压缩过程：这是附图2中的“1-2过程”，在这个过程中，压缩机110从大气中吸入空气，所吸入的空气即为“工质”空气；压缩机将工质压缩，工质温度上升；为避免工质温度升高太多，利用散热器200将工质温度降低，工质中的热量最终散发到大气之中；压缩机110由多级压缩机构组成，通过多级压缩，使工质的压力逐步升高，最终达到所需要的运行压力。
48.采用多级压缩的主要目的是：避免压缩过程的温度升得太高，因为我们要实现“近似的”等温压缩。整个压缩过程由压缩机110完成。
49.为实现近似的等温压缩，采用散热器200将各级压缩机构的压缩热散发到外部大气之中；为此，在每两级压缩机构之间均安装散热器，以及时将压缩热散出。
50.如附图2所示，假设室外空气温度为30℃，可将首级压缩机111的压缩终了的温度设置在80℃，即首级压缩机111的压缩温升为50℃；利用首级散热器210可将工质温度降低到50℃，然后，工质进入次级压缩机112；经过次级压缩机112的压缩后，工质的温度升高到80℃，然后进入次级散热器220；经过次级散热器220后，温度再次降低到50℃；工质然后经过多级中间级压缩机113和多级中间级散热器230，工质温度同样在80℃(即353k)与50℃(323k)之间变化。80℃与50℃之间的差值为30℃（30k），相对于压缩过程的平均温度((353k+323k)/2=338k)来讲，平均变化幅度为：30/338≈8.9%， 所以，整个压缩过程中的工质温度变化幅度不大，可以近似地认为是一个等温压缩过程。当然，如果能使温度变化幅度控制在70℃和50℃，则温度的相对变化幅度可降低到(70-50)/((343+323)/2)≈6%，等温过程的近似度更好。
51.工质经末级压缩机114压缩后，温度为80℃。
52.2等压升温过程工质压缩终了之后，进入首级加热器310，温度升高到410℃；在这个过程中，如果忽略首级加热器310中的工质流动阻力(相对于工质的工作压力，该阻力非常小)，则这个过程是一个“等压过程”；所以，整个过程是一个“等压升温过程”。
53.该升温过程所需要的热量来源于热源设备500，例如太阳能光热蓄热设备。
54.图1中也标示了各级加热器(310-340)的热源侧的参考进口温度和出口温度。更准确的热源侧进口温度和出口温度，需要在实际设计过程中进行更细致的技术经济比较后确
定。
55.3近似等温膨胀过程该过程是附图2中的3-4过程。
56.从末级压缩机114流出的工质在经过首级加热器310后，温度升到410℃，然后进入首级膨胀机121，经过膨胀之后，温度降低到380℃；工质然后进入次级加热器320并升温到410℃，在次级膨胀机122中膨胀降温到380℃；之后，在多个中间级加热器330和中间级膨胀机123中重复这个过程；在经过末级膨胀机124之后，温度降低到380℃，然后排入大气。
57.末级膨胀机124可以设计成温降更大的膨胀机，以降低热能的浪费。
58.各级加热器的热能来自于热源设备500。在图1中，热源设备500与加热器300之间的热传输介质温度被设定为560℃（热源设备500的出口温度）和360℃（热源设备500的进口温度），这是太阳能光热蓄热系统可实现的温度。
59.参考前面的压缩过程的说明，我们可以理解，整个膨胀过程也是一个近似的等温过程。
60.4等压降温过程这是图2中的4-3过程。
61.在这个过程中，工质的压力已经降低到极为接近大气压，且工质已经返回到大气中；工质在大气中不断扩散，最后温度降低到与大气相同的温度。
62.如附图2所示，本发明实施例的发动机工质循环包括4个基本过程，依次是：近似的等温压缩过程、等压升温过程、近似的等温膨胀过程和等压降温过程。
63.根据卡诺循环理论，如果压缩和膨胀过程能成为等温过程，则热力循环的效率最高，显然，这不能实现，但是，我们可以近似地实现，这在前面的发动机工作原理的介绍中，已经说明，所以本实施例所述发动机设备具有较高的热能效率。
64.同样，根据卡诺循环理论，两个等温过程的高温越高或低温越低，则系统循环的效率越高。
65.由前面的发动机工作原理可以看出，低温过程的平均温度为： （80+50）/2=65（℃）=338（k）,这个温度与目前的光热发电设备的冷凝温度相接近；而高温过程的平均温度为(380+410)/2=395(℃)=668(k)。
66.由此可见，这个温度比目前的光热发电设备的最高蒸汽温度(约290℃，563k)提高不少。所以，本发明所述发电系统与当前光热发电系统相比，效率将有显著提升。
67.采用多级压缩方式，可以降低工质热力循环的低温，而通过多级膨胀的方法可以提高热力循环的高温，从而可以提高热力循环的效率。
68.但压缩级数或膨胀级数的增加将提高设备的造价，也会增加压缩机或膨胀机的体积，因此，在实施过程中，需要在级数与造价以及安装空间等方面找到合理的平衡；总体来讲，压缩机与膨胀机的安装尺寸并不是大问题，因为所述发动机设备系统中，相关换热器设备的尺寸较大，所以，在级数与造价中进行平衡是主要的方面。
69.根据本发明人的分析和计算，各级压缩（首级压缩除外）的温升值在20℃到60℃之间，可以找到优化的数值，当然，每个工程的具体情况不同，最终的优化数值的结果有所不同。同样，各级膨胀机的温降值也在20℃到60℃之间(末级膨胀机除外)，具体实施之时，可根据实际情况进行仔细的技术经济比较后确定。
70.发动机转子100由压缩机110，膨胀机120及转子轴130等组成；将压缩机110、膨胀机120由转子轴130串接在一起成为一个完整的发动机转子。
71.在每两级压缩机构之中需要安装散热装置，即散热器200，以便将压缩热散发到外部大气之中。
72.可以根据项目实施地点的水资源情况的可用性选择散热方式，即风冷或水冷。如果水资源丰富，优选采用水冷散热器；否则采用空气冷却散热器。
73.图4提供了一种空气冷却散热器的结构方案示意图和典型工况参数；图10提供了一种水冷式多级整体式热管散热器的结构原理示意图和典型工况参数；两种类型的散热器均利用了热管传热方式，是热管式换热器，也是一种优选的换热方式。
74.散热器的一次侧进口与前一级压缩机的工质出口连接，一次侧的出口与后一级压缩机的工质进口连接；如果采用水冷式散热器，则二次侧的进/出口分别与冷水水源的出/进口相连接；如果采用风冷式散热器，则散热器二次侧的进出口都是与大气相连通。
75.图1和图4中，还提供了散热器的可选工况，其中散热器一次侧的工况与压缩机的工况相一致，二次侧的工况为进风30℃、出风40℃，这是采用风冷的情况；如果是水冷，则进水为30℃，出水为35℃。
76.该工况仅供参考，实际实施时，仍需要进行细致的技术经济优化。
77.如附图1所示，在首级膨胀机121之前以及在每两级膨胀机之间，各安装1套加热器，该加热器为发动机工质与热源放热循环介质的换热器，即：该换热器的热侧为热源设备500的循环介质，可能的循环介质包括但不限于熔盐液体、相变流体(液体和气体)、水蒸汽、二氧化碳等，视热源的类型而异；换热器的冷侧介质则为发动机工质。
78.图1和图5中还提供了各加热器的工况数据，但仅供参考，实际实施时，仍需根据项目的实际情况进行细致的技术经济分析。
79.加热器的冷侧工况适配膨胀机的工况（如410℃和380℃），热侧工况适配热源设备的蓄热和放热的工况，图1中将热源设备500的供液温度确定为560℃，回液(或回气)温度确定为360℃，这是结合目前的太阳能光热蓄热系统的工况确定的工况参数。
80.结合本发明实施例的实际情况，所述加热器宜选择热管式加热器；附图5提供了一种多级整体式热管加热器的结构示意图，图8为该加热器的一个换热单元的结构原理示意图。如图8所示，由于热源侧介质热容量较大，传热系数较高，所以，热管蒸发段可以不必对传热过程进行强化；但工质侧(冷侧)为空气，有必要采用换热翅片进行传热强化。
81.根据附图1所确定的各设备或部件的工况参数，工质最终从末级膨胀机124流出时的温度达到380℃，如果这种高温的空气直接排放到大气，会造成热能的损失。
82.尽管可以通过对末级膨胀机124的设计工况做一定程度的优化修改，使其排出的工质温度在一定程度上降低，例如降低到280℃，但仍存在热能的浪费。
83.为此，我们可以安装一个热回收设备，即“回热器400”。
84.如附图3所示，回热器安装在末级压缩机114与首级膨胀机121之间的工质管路上，其冷侧进口连接到末级压缩机114的工质出口，冷侧出口连接到首级膨胀机121的工质进口，其热侧进口连接到末级膨胀机124的工质出口，热侧出口则直接通大气。
85.安装回热器400后，可实现末级膨胀机124出口的较高温度的工质空气中的热量回收，提高系统的热效率，同时还可降低首级加热器310的传热负荷。
86.回热器400的两侧换热介质均为空气，热侧为末级膨胀机流出的高温低压的工质空气，冷侧则为从末级压缩机114流出的高压低温的工质空气。在进行回热器400的设计时，应考虑这种工况特点。
87.结合回热器400的换热特点，回热器400宜采用热管式换热器。
88.附图6所示为多级整体式热管回热器的结构示意图。如该图所示，该回热器由首级回热器、次级回热器、多个中间级回热器与末级回热器组成。图中，还提供了可供参考的各级回热器的工况参数。每级回热器的参考结构如图7所示。
89.热源设备500是整套发电机的动力来源。
90.适合于本发明发动机设备的主要热源设备是各种中高温蓄热设备，例如：太阳能光热蓄热设备、核电厂与火电厂的中高温调峰蓄热设备，这些场景的蓄热设备的蓄热温度在300℃到700℃之间或更高，是适合于本发明发电机设备的热源。当然，这并不是排除本发明发动机设备使用其它热源的可能性、可行性。
91.本发明主要为太阳能光热发电系统而提出，即热源设备为太阳能光热吸热设备和蓄放热设备所组成的热源系统。
92.各加热器的热侧介质管路并联连接，即各加热器的进口均连接到热源设备500的循环介质出口，其出口均连接到热源设备500的循环介质进口。
93.热源设备500也可以是其它类型的蓄热设备，例如：火力发电厂或核电厂的调峰储能设备，这些储能设备在电力负荷低谷期间利用火电机组或核电机组的高温蒸汽蓄热(某些情况下，也可以是直接电蓄热)，在电力负荷高峰期间将所储存的热能释放出来，利用本发明所述发动机来驱动发电机700发电，协助电网负荷平衡甚至电网的调频。
94.前面主要介绍了热源设备500为采用显热蓄热介质的应用。
95.如果热源设备500能够采用中高温相变蓄热介质进行蓄热，则本发明的发动机设备将可望实现更高的热效率，因为热源设备500可以在更高的平均放热温度下释放热量。
96.附图9是热源蓄热介质采用相变蓄热物质、同时热源设备的热传输介质也采用相变物质的发动机系统结构、原理示意图，该图与图1、图3的主要区别是热源设备500的放热循环介质平均放热温度更高、工质膨胀过程中的平均温度更高，因此发动机工作循环的热效率更高。
97.我们可以在所述发动机转子轴的两端连接动力负荷机械，实现该发动机的机械能的输出。
98.最主要的机械能输出负荷设备就是发电机700，将发电机700与该发动机连接即可实现发动机机械能向电能的输出，这是本发动机的主要功能。
99.为进一步完善本发明实施案例，这里提供本实施例发动机设备的控制方案，即：为该发动机设备配套一套控制装置600，比较优选的控制装置是dcs系统，利用该dcs系统可以分层级地对发动机设备各部件进行全面的控制且降低各控制器装置之间的相互影响。dcs控制系统采集发动设备各部件的工作参数，包括但不限于温度、压力、流量、应力、位移、振动、位置、电流、电压、电阻、频率、功率，对各部件的运行进行全面的控制和保护。
100.本发明发动机设备的主要应用场景是发电，特别是太阳能光热发电，所以，如附图1，图3、图9中，均提供了发电机设备700与本发明发动机设备的组合的实施方案，即：在本发明发电机转子的一端同轴连接发电机设备700、并配置相应的发电控制系统800，即可实现
发电及发电上网。

技术特征：
1.一种发动机设备，包括发动机转子、散热器、加热器、回热器、热源设备和控制装置等；所述发动机转子包括压缩机、膨胀机和转子轴，所述压缩机、膨胀机用所述转子轴同轴串接在一起；所述发动机设备的工质为空气；所述热源设备为太阳能光热蓄热系统或其它与太阳能光热蓄热系统的蓄热温度相近的高温蓄热系统；所述发动机设备工作过程的动力来源于所述热源设备储存的热能；所述发动机工质热力循环由依次完成的近似等温压缩过程、等压升温过程、近似等温膨胀过程、等压降温过程组成；所述散热器、加热器、回热器均为逆流式换热器设备或叉流式换热器设备。2.如权利要求1所述压缩机为离心式或轴流式类型且由多级压缩机构串接组成；每两级压缩机构之间设置压缩工质管路；所述压缩工质管路的两端分别连接前一级压缩机构的工质出口和后一级压缩机构的工质进口。3.如权利要求1所述散热器为发动机工质与大气的热交换器，安装于权利要求2所述的每两级压缩机构之间的压缩工质管路上，其热侧进/出口分别连接到上一级压缩机构的出口/下一级压缩机构的工质进口；其冷侧的进/出口均连通到大气。4.如权利要求1所述散热器为发动机工质与水的热交换器，安装于每两级压缩机构之间的压缩工质管路上，其热侧进/出口分别连接到上一级压缩机构的出口/下一级压缩机构的工质进口；其冷侧的进/出口连通到冷水源的出/进口。5.如权利要求1所述膨胀机为透平式类型且由多级膨胀机构串接组成；每两级膨胀机构之间设置膨胀工质管路；所述膨胀工质管路的两端分别连接前一级膨胀机构的工质出口和后一级膨胀机构的工质进口。6.如权利要求1所述加热器为发动机工质与热源的热传输介质热交换器，安装于权利要求5所述每两级膨胀机构之间的膨胀工质管路上或末级压缩机构与首级膨胀机构之间的工质管路上；加热器热侧的进/出口分别与权利要求1所述热源设备的热输出管路的出/进口相连接；加热器的冷侧进/出口分别与权利要求5所述前一级膨胀机构出口(或末级压缩机构出口)/后一级膨胀机构(或首级膨胀机构)的进口相连接。7.如权利要求1和权利要求2所述压缩机的每级压缩机构将工质压缩之后，工质的温升为20℃到60℃之间。8.如权利要求1与权利要求5所述膨胀机的每级膨胀机构将工质膨胀之后，工质的温降被控制在20℃到60℃之间。9.如权利要求1所述回热器，其冷侧进口连接到末级压缩机构的工质出口，冷侧出口连接到首级加热器的工质进口；其热侧进口连接到末级膨胀机构的工质出口，热侧出口连通大气。10.如权利要求1、权利要求3和权利要求4所述散热器、权利要求1和权利要求6所述加热器、权利要求1和权利要求9所述回热器之一、部份或全部为热管换热器。11.如权利要求1所述控制装置为dcs控制系统，所述控制装置采集所述发电机设备各部件的工作参数，包括但不限于温度、压力、流量、应力、位移、振动、位置、电流、电压、电阻、频率、功率，并根据相关参数及控制目标对各部件的运行进行控制和保护。
12.一种发电系统，包括如权利要求1所述发动机设备和发电机设备以及发电控制系统，所述发电机设备与权利要求1所述发动机转子同轴连接；所述发电控制系统采集所述发动机设备运行过程中的工作参数、接受电网调度系统的指令信息、依据这些参数或信息对所述发动机转子的转速、频率、输出功率进行调节，使整套装置的输出电功率符合电网调度系统的指令要求。

技术总结
一种空气工质热力循环发动机，利用蓄热设备的热能作为动力实现机械能的输出。其主要技术特征是：在热能向机械能的转换过程中，采用多级小温差升压压缩和多级小温差降压膨胀技术方案近似实现等温压缩过程和等温膨胀过程，获得较高的热力循环效率。这种技术特别适用于热源最高温度受限的热能发电应用(例如太阳能光热发电、火电厂核电厂调峰蓄热发电)，采用该技术，与传统利用蓄热的水蒸汽动力发电循环相比，具有系统热效率高、工艺简单、造价低的特点。点。点。


技术研发人员：祝长宇
受保护的技术使用者：北京中热能源科技有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/6/26