專利名稱：一種熱機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，屬機(jī)械工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱力循環(huán)在熱物理學(xué)和動(dòng)力工程發(fā)展史上占有重要位置，是熱機(jī)發(fā)展的理 論基礎(chǔ)和能源動(dòng)力系統(tǒng)的核心，也是熱物理學(xué)科開拓發(fā)展的推動(dòng)力與理論基礎(chǔ) 之一。歷史證明，每一次先進(jìn)的熱力循環(huán)及其熱機(jī)的發(fā)展應(yīng)用，都將引起一些 工業(yè)進(jìn)步。
本發(fā)明設(shè)定的一種熱力循環(huán)由二個(gè)定壓回?zé)徇^程和二實(shí)個(gè)多變過程組成
(如圖1所示)，這里稱之為H循環(huán)，以下對(duì)H循環(huán)的熱力過程做一下理論分析:
(參考工程熱力學(xué)龐麓鳴等，高等教育出版社1986 )
假設(shè)工質(zhì)為理想氣體
多變熱力過程戶K"-C (常數(shù))
膨脹過程多變指數(shù)"，
壓縮過程多變指數(shù)"2
高低壓比冗=高壓 2/低壓&
氣體常數(shù)及
絕熱指數(shù)k
回?zé)崞鱾鳠釡夭顁4-r3=7;-r2=Ar 膨脹功『=^(r3-r4)
吸熱量<formula>formula see original document page 3</formula>
壓縮功<formula>formula see original document page 3</formula>
系統(tǒng)凈輸出功<formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 4</formula>結(jié)論l)壓比越高，熱機(jī)效率越高。
2) 回?zé)崞鱾鳠釡夭钤叫?，熱機(jī)效率越高。
3) 回?zé)崞鱾鳠釡夭畋平銜r(shí)，熱機(jī)效率逼近卡諾熱機(jī)效率,
本發(fā)明要做的工作就是提出H循環(huán)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)辦法。

發(fā)明內(nèi)容
執(zhí)行H循環(huán)的熱機(jī)，簡(jiǎn)稱 一種熱機(jī)，它是一種外燃機(jī)。


圖1為H熱力循環(huán)的正循環(huán)溫熵圖，箭頭指向?yàn)檠h(huán)過程方向，圖中1 —2 為多變壓縮過程，2 —3為定壓升溫過程，3 —4為多變膨脹過程，4 —l定壓降 溫過程。
圖2為回?zé)崞髟韴D，冷熱氣體分別由相反箭頭指向流入流出回?zé)崞鬟M(jìn)行 熱交換，回?zé)崞魇悄媪餍蜌庖粴鈸Q熱器。
圖3為膨脹機(jī)示意圖，這是一種加熱型氣體膨脹機(jī)，高溫?zé)嵩磁c氣體不混 合，高壓氣體由下方箭頭指向進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)，驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)外作功，同時(shí) 吸收上方流入膨脹機(jī)機(jī)體高溫?zé)嵩吹臒崃縌(加熱)，氣體被間接加熱，膨脹后由 下方箭頭指向離開膨脹機(jī)。
圖4為壓縮機(jī)示意圖，這是一種冷卻型氣體壓縮機(jī)，低壓氣體由下方箭頭 指向進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)，被壓縮后由下方箭頭指向離開壓縮機(jī)，外力驅(qū)動(dòng)葉輪對(duì)氣 體進(jìn)行壓縮，同時(shí)氣體向上方流入壓縮機(jī)機(jī)體的低溫冷卻源間接排熱Q(放熱)。
圖5為圖4與圖2的連合體，為多變壓縮機(jī)組示意圖。
圖6為圖3與圖2的連合體，為多變膨脹機(jī)組示意圖。
圖7為三段型回?zé)崞魇疽鈭D，是三個(gè)在不同溫度段工作的回?zé)崞髦?lián)體。 冷熱氣體分別由相反箭頭指向流入流出回?zé)崞鬟M(jìn)行熱交換，回?zé)崞魇悄媪餍蛽Q圖8為熱機(jī)示意圖，為圖6與圖5的組合體。膨脹機(jī)通過葉輪軸對(duì)外作的
功分為兩部分 一部分驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，另一部分為凈輸出功。
具體實(shí)施例方式
執(zhí)行H循環(huán)的熱機(jī)，它有四個(gè)主要部件①膨脹機(jī)(圖3)、②壓縮機(jī)(圖 4)、③回?zé)崞?圖2)、④循環(huán)工質(zhì)，膨脹機(jī)是加熱型膨脹機(jī)，壓縮機(jī)是冷卻型 壓縮機(jī)，回?zé)崞魇菤庖粴饽媪鲹Q熱器，循環(huán)工質(zhì)是近似熱力學(xué)理想氣體，備選 循環(huán)工質(zhì)有空氣、氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、氪、氬等?br> 熱機(jī)在高溫?zé)嵩春偷蜏乩鋮s源之間工作，高溫?zé)嵩词侵附o膨脹機(jī)加熱的熱 源，低溫冷卻源是指對(duì)壓縮機(jī)冷卻的冷卻源。循環(huán)工質(zhì)在熱機(jī)內(nèi)的工作流程是
① 循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮，壓縮同時(shí)循環(huán)工質(zhì)透過壓縮機(jī)機(jī)體向低 溫冷卻源散熱，形成高壓狀態(tài)。
② 高壓狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞鳎诨責(zé)崞鲀?nèi)循環(huán)工質(zhì)被迎向而來的高 溫低壓循環(huán)工質(zhì)加熱升溫，形成高溫高壓狀態(tài)。
③ 高溫高壓狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹作功，膨脹同時(shí) 也在透過膨脹機(jī)機(jī)體向高溫?zé)嵩次鼰?，最后形成高溫低壓狀態(tài)。
從膨脹機(jī)出來的高溫低壓狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞鳎诨責(zé)崞鲀?nèi)工質(zhì) 與從壓縮機(jī)出來的高壓氣流換熱、降溫，再進(jìn)入壓縮機(jī)。
上述①②③④構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，這是一個(gè)循環(huán)工質(zhì)封閉在熱機(jī)內(nèi)的封閉式 工作循環(huán)。
為實(shí)現(xiàn)H循環(huán)中的二個(gè)多變過程，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)多變膨脹過程的 多變膨脹機(jī)組和一種實(shí)現(xiàn)多變壓縮過程的多變壓縮機(jī)組。
為便于實(shí)施高溫度差定壓回?zé)徇^程，本發(fā)明提出了一個(gè)回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)方法。 本發(fā)明最后提出H循環(huán)熱機(jī)的一般規(guī)律。
具體內(nèi)容如下
一多變膨脹機(jī)組與多變膨脹方法
首先要制造出一種可以得到高溫?zé)嵩醇訜岬呐蛎洐C(jī)，如圖3所示，高揾熱源 對(duì)膨脹機(jī)機(jī)體加熱，機(jī)體再對(duì)循環(huán)工質(zhì)加熱，這里的循環(huán)工質(zhì)是指在膨脹機(jī)內(nèi) 膨脹的氣流，是一種間接加熱方式。膨脹氣流與高溫?zé)嵩床换旌?，只有熱交換。膨脹機(jī)體可設(shè)計(jì)成空心內(nèi)腔式，熱源在機(jī)體空心內(nèi)腔內(nèi)流動(dòng)，也可以采用其它 更好的方式，設(shè)計(jì)目標(biāo)是膨脹氣流與高溫?zé)嵩磦鳠崃己?、傳熱溫差較小。
將上述膨脹機(jī)的進(jìn)出口和回?zé)崞?圖2)的出進(jìn)口連接，成為為一個(gè)整體， 如圖6所示，形成一個(gè)膨脹機(jī)組。
假設(shè)有高壓低溫狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞?，該循環(huán)工質(zhì)出回?zé)崞骱笤龠M(jìn) 入膨脹機(jī)膨脹，膨脹后成為低壓狀態(tài)，出膨脹機(jī)后再回到回?zé)崞鳌Ｓ捎诟邷責(zé)?源對(duì)循環(huán)工質(zhì)在膨脹機(jī)內(nèi)間接加熱，出膨脹機(jī)后進(jìn)入回?zé)崞鞯牡蛪籂顟B(tài)的循環(huán) 工質(zhì)的溫度必高于進(jìn)入回?zé)崞鞯母邏籂顟B(tài)的循環(huán)工質(zhì)的溫度，也必高于進(jìn)入膨 脹機(jī)的高壓狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)的溫度，因此，在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹的循環(huán)工質(zhì)實(shí)際上 是一個(gè)升溫的多變過程。膨脹機(jī)出進(jìn)口循環(huán)工質(zhì)的溫度差等于回?zé)崞鬟M(jìn)出口的
溫度差，也可等同于回?zé)崞鞯膫鳠釡夭睢ｏ@然，我們可以認(rèn)為回?zé)崞鞅破妊?環(huán)工質(zhì)在膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行一個(gè)升溫的多變過程，當(dāng)回?zé)崞鞯膫鳠釡夭钭銐蛐r(shí)， 升溫的多變過程就會(huì)向等溫過程逼近。而在膨脹機(jī)內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)的溫度變化趨 勢(shì)是受到高溫?zé)嵩吹臏囟群团蛎洐C(jī)機(jī)體的溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)制約。
需要強(qiáng)調(diào)的是高溫?zé)嵩床坏迷谘h(huán)工質(zhì)的非膨脹過程給循環(huán)工質(zhì)加熱。 上述過程就是一種多變膨脹方法，所述的膨脹機(jī)組就是多變膨脹機(jī)組，在 這里也可稱為升溫膨脹機(jī)組。 二多變壓縮機(jī)組與多變壓縮方法
首先要制造出一種可以得到低溫冷卻源冷卻的壓縮機(jī)，如圖4所示，低溫 冷卻源對(duì)壓縮機(jī)機(jī)體冷卻，機(jī)體再對(duì)循環(huán)工質(zhì)冷卻，這里的循環(huán)工質(zhì)是指在壓 縮機(jī)內(nèi)壓縮的氣流，是一種間接冷卻方式。壓縮氣流與低溫冷卻源不混和，只 有熱交換。壓縮機(jī)體可設(shè)計(jì)成空心內(nèi)腔式，低溫冷卻源在機(jī)體空心內(nèi)腔內(nèi)流動(dòng)， 也可以采用其它更好的方式，設(shè)計(jì)目標(biāo)是壓縮氣流與低溫冷卻源傳熱良好、傳 熱溫差較小。
將上述壓縮機(jī)的進(jìn)出口和回?zé)崞?圖2)出進(jìn)口連接，成為為一個(gè)整體， 如圖5所示，形成一個(gè)壓縮機(jī)組。
如圖5所示，假設(shè)有高溫低壓狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)，該循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞鳎?出回?zé)崞骱笤龠M(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，成為高壓狀態(tài)，出壓縮機(jī)后再進(jìn)入回?zé)崞?。?于低溫冷卻源對(duì)循環(huán)工質(zhì)在壓縮機(jī)內(nèi)間接冷卻，進(jìn)入回?zé)崞鞲邷氐蛪籂顟B(tài)的循環(huán)工質(zhì)溫度必高于進(jìn)入回?zé)崞鞯母邏籂顟B(tài)的循環(huán)工質(zhì)的溫度，也必高于進(jìn)入壓 縮機(jī)的低壓狀態(tài)的循環(huán)工質(zhì)的溫度，因此，在壓縮機(jī)內(nèi)壓縮的循環(huán)工質(zhì)實(shí)際上 是一個(gè)降溫的多變過程。壓縮機(jī)出進(jìn)口循環(huán)工質(zhì)的溫度差等于回?zé)崞鬟M(jìn)出口的
溫度差，也可等同于回?zé)崞鞯膫鳠釡夭?。顯然，我們可以認(rèn)為回?zé)崞鞅破妊?br> 環(huán)工質(zhì)在壓縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行一個(gè)降溫的多變過程，當(dāng)回?zé)崞鞯膫鳠釡夭钭銐蛐r(shí)， 降溫的多變過程就會(huì)向等溫過程逼近。而在壓縮機(jī)內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)的溫度變化趨 勢(shì)是受到低溫冷卻源的溫度和壓縮機(jī)機(jī)體的溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)制約。
需要強(qiáng)調(diào)的是低溫冷卻源不得在循環(huán)工質(zhì)的非壓縮過程對(duì)循環(huán)工質(zhì)冷卻。 上述過程就是一種多變壓縮方法，所述的壓縮機(jī)組就是多變壓縮機(jī)組，在 這里也可稱為降溫壓縮機(jī)組。
三回?zé)崞?氣-—?dú)鈸Q熱器，逆流換熱器)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)(如圖9所示)
由于回?zé)崞鞯睦錈崃鬟M(jìn)口溫度差較大，高溫端可能上千攝氏度，壓力差也 較大，對(duì)回?zé)崞鞯牟馁|(zhì)要求也較高，為節(jié)約成本開支，可做高溫、中溫、低溫 三段或更多段串聯(lián)設(shè)計(jì)。高溫段可選用材質(zhì)要求較高(成本也較高)的耐熱耐 壓材質(zhì)，中溫段可選用材質(zhì)要求較低點(diǎn)的，低溫段材質(zhì)要求最低。髙溫段與膨 脹機(jī)相連，低溫段與壓縮機(jī)相連?；?zé)崞魇悄媪鳉庖?氣換熱器，流道阻力要盡 量小。回?zé)崞鞯膫鳠釡夭顩Q定了壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的進(jìn)出口溫差，也是壓縮和膨 脹二個(gè)多變過程多變指數(shù)的重要影響因數(shù)，因此回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。 四執(zhí)行H循環(huán)的熱機(jī)
將多變膨脹機(jī)組進(jìn)出口和多變壓縮機(jī)組出進(jìn)口組合即可成為 一種執(zhí)行H循 環(huán)的熱機(jī)(也是一種外燃機(jī))，如圖8所示，多變膨脹機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與多變壓縮 機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以直接連接也可以間接連接，多變膨脹機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)軸是熱機(jī)的 動(dòng)力輸出軸，熱機(jī)釆用閉式H循環(huán)。熱機(jī)的低壓端為循環(huán)工質(zhì)的基準(zhǔn)壓力，基 準(zhǔn)壓力決定了循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量流量，也決定了熱機(jī)作功能力。熱機(jī)的高壓端為循 環(huán)工質(zhì)的限制壓力，它由熱機(jī)材料的耐壓耐熱能力決定。為使熱機(jī)穩(wěn)定安全工 作，熱機(jī)必需配置一些輔助部件①干燥過濾器、儲(chǔ)氣罐、安全閥、控制調(diào)節(jié) 閥、連接閥、注入閥、排泄閥，②高低壓穩(wěn)定控制機(jī)構(gòu)，③其它安全配件。本 發(fā)明人認(rèn)為在高壓確定的情況下，高低壓比有一個(gè)最佳值使得熱機(jī)的功率體 積比(功率/體積)最大，實(shí)際H循環(huán)熱機(jī)運(yùn)行時(shí)要求高低壓比為2.72—3.5。上述執(zhí)行H循環(huán)的熱機(jī)的效率主要由下述因素決定:
① 回?zé)崞鱾鳠釡夭睢?br> ② 膨脹機(jī)膨脹氣流的吸熱性能。
③ 壓縮機(jī)壓縮氣流的散熱性能。
④ 高低壓力比。
⑤ 壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的有效效率。
權(quán)利要求
1多變膨脹機(jī)組，它包括膨脹機(jī)與回?zé)崞?，其特征是膨脹機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別與回?zé)崞鞯囊粚?duì)出氣口和進(jìn)氣口連接，膨脹機(jī)被高溫?zé)嵩醇訜釙r(shí)膨脹機(jī)的出氣口溫度大于膨脹機(jī)的進(jìn)氣口溫度，回?zé)崞魇菤?-氣逆流換熱器。
全文摘要
一種熱機(jī)，它是一種外燃機(jī)，涉及熱力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，屬機(jī)械工程領(lǐng)域，它包括①膨脹機(jī)、②壓縮機(jī)、③回?zé)崞?、④循環(huán)工質(zhì)等四大主要部份，該熱機(jī)執(zhí)行H熱力循環(huán)。膨脹機(jī)吸收高溫?zé)崮懿?duì)外作功，壓縮機(jī)對(duì)循環(huán)工質(zhì)壓縮并連續(xù)為膨脹機(jī)提供高壓氣體，膨脹機(jī)和壓縮機(jī)通過回?zé)崞鬟B結(jié)形成一個(gè)熱機(jī)，熱機(jī)采用空氣等氣體工質(zhì)，工質(zhì)在熱機(jī)內(nèi)封閉工作。
文檔編號(hào)F01K25/08GK101298842SQ20081007108
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者洪國偉 申請(qǐng)人:洪國偉