專利名稱：熱機(jī)循環(huán)工作方法和單熱源熱機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種熱機(jī)循環(huán)工作方法和單熱源熱機(jī)。
背景技術(shù)：
根據(jù)熱力學(xué)的基本定律，熱機(jī)必須需要兩個(gè)不同溫度的熱源。然而世界上所有熱機(jī)的低溫?zé)嵩炊际怯晒べ|(zhì)在膨脹做功過(guò)程中自行制造的，低溫?zé)嵩吹臓顟B(tài) 則由高溫?zé)嵩礌顟B(tài)下工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)決定。而高溫?zé)嵩磩t通常是通過(guò)燃燒燃料構(gòu)建的。為此，人類消耗了大量能源，也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。如果能夠發(fā)明一種通過(guò)傳質(zhì)手段改變高溫?zé)嵩礌顟B(tài)下工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，使工質(zhì)在膨脹做功過(guò)程達(dá)到終了時(shí)，能夠自行制造一個(gè)工質(zhì)溫度等于或低于環(huán)境溫度的熱源，就構(gòu)成了單熱源熱機(jī)，使熱機(jī)的效率發(fā)生本質(zhì)性提高。

發(fā)明內(nèi)容
一般說(shuō)來(lái)，單熱源熱機(jī)是典型的第二類永動(dòng)機(jī)，是不可實(shí)現(xiàn)的，我們對(duì)這一結(jié)論深信不疑。然而，一般意義上的單熱源熱機(jī)都是只有熱量傳遞沒(méi)有質(zhì)量傳遞的熱力學(xué)過(guò)程，如果將傳質(zhì)引入熱力學(xué)過(guò)程，情況就會(huì)發(fā)生根本的變化。無(wú)論在熱力學(xué)過(guò)程中引入傳質(zhì)有多大學(xué)術(shù)理論價(jià)值，也無(wú)論有無(wú)學(xué)術(shù)理論瑕疵，但在現(xiàn)實(shí)熱動(dòng)力工業(yè)領(lǐng)域中如果能夠通過(guò)傳質(zhì)手段使單熱源熱機(jī)成為可能，則具有劃時(shí)代的意義。那么，如何利用傳質(zhì)手段使單熱源熱機(jī)成為可能，現(xiàn)以下例作為說(shuō)明如果我們將氣體通過(guò)絕熱壓縮手段壓縮到一定的壓力和溫度狀態(tài)，這時(shí)開(kāi)始膨脹做功，工質(zhì)將恢復(fù)壓縮沖程開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)(假設(shè)絕熱壓縮過(guò)程和絕熱膨脹做功過(guò)程都是可逆的)，系統(tǒng)輸出的功和需要的功相同，因而系統(tǒng)不可能對(duì)外輸出動(dòng)力；然而如果在將要開(kāi)始絕熱膨脹做功之前向氣體工質(zhì)內(nèi)導(dǎo)入膨脹劑(膨脹劑簡(jiǎn)稱為PZJ)，只要膨脹劑的量和熱力學(xué)性質(zhì)合適，被導(dǎo)入膨脹劑的氣體工質(zhì)就會(huì)降溫升壓，降溫升壓后的工質(zhì)再膨脹做功達(dá)到的最終狀態(tài)的溫度就會(huì)低于壓縮沖程開(kāi)始時(shí)的溫度，這時(shí)系統(tǒng)輸出的功將大于系統(tǒng)需要的功，因此系統(tǒng)可以對(duì)外輸出動(dòng)力，構(gòu)成以壓縮沖程開(kāi)始狀態(tài)的工質(zhì)為熱源的熱機(jī)，這就相當(dāng)于利用傳質(zhì)的手段在環(huán)境中建立了一個(gè)溫度低于環(huán)境的熱源，這個(gè)熱源就是膨脹做功完了后的工質(zhì)，而膨脹做功完了后的工質(zhì)無(wú)法將自己內(nèi)部的熱量傳給環(huán)境，但可與環(huán)境混合，最終仍然是工作在一個(gè)熱源(環(huán)境)下的熱機(jī)。下面，我們從理論上加以證明眾所周知，在傳統(tǒng)熱力學(xué)領(lǐng)域中的絕熱過(guò)程存在PFir = C (其中，P是壓力『是體積是絕熱指數(shù)是常數(shù))的數(shù)學(xué)關(guān)系式，在P — V圖上任何兩條絕熱線是不可能相交的，如果相交將構(gòu)成早熱源熱機(jī)，而單熱源熱機(jī)是不可能存在的，因此，圖13中的兩個(gè)絕熱線是永遠(yuǎn)無(wú)法相交的。然而如果我們導(dǎo)入的膨脹劑改變了值(*是工質(zhì)的絕熱指數(shù))，則必然導(dǎo)致膨脹劑導(dǎo)入前的絕熱線和膨脹劑導(dǎo)入后的絕
熱線相交，圖3所示是A 的情況，在圖3中A-B-D-A構(gòu)成單熱源循環(huán)，因而構(gòu)成單熱源熱機(jī)。圖4所示是K2 < 的情況，在圖4中A-B-D-A7-A構(gòu)成單熱源循環(huán)，也構(gòu)成了單熱源熱機(jī)。這兩個(gè)例子，從理論上說(shuō)明通過(guò)傳質(zhì)的手段是可以使單熱源熱機(jī)成為可能的。不僅如此，即便加入的膨脹劑不改變K值(即= A，但是由于膨脹劑的導(dǎo)入，可在膨脹做功過(guò)程終了時(shí)的工質(zhì)的壓力大于或等于壓縮過(guò)程起點(diǎn)時(shí)的壓力的條件下，使膨脹做功過(guò)程終了時(shí)的工質(zhì)的體積大于壓縮過(guò)程起點(diǎn)時(shí)的工質(zhì)的體積，并使膨脹做功后工質(zhì)的溫度等于或低于壓縮過(guò)程起點(diǎn)時(shí)的工質(zhì)的溫度；由于膨脹做功后工質(zhì)的溫度等于或低于壓縮過(guò)程起點(diǎn)時(shí)的工質(zhì)的溫度，所以，膨脹做功后的工質(zhì)無(wú)法對(duì)環(huán)境傳熱，放出后與環(huán)境混合時(shí)，也不對(duì)環(huán)境放熱，因此也可以構(gòu)成單熱源循環(huán)，即構(gòu)成單熱源熱機(jī)，圖2所示就是這種情況，圖中K2=K1,點(diǎn)hi的工質(zhì)溫度等于或低于點(diǎn)A的工質(zhì)溫度，A-B-D-A7-A構(gòu)成單熱源循環(huán)，因而構(gòu)成單熱源熱機(jī)。圖12中如果走f和g線則是卡諾循環(huán)，在有膨脹劑導(dǎo)入的情況下，點(diǎn)A7的工質(zhì)溫度等于或低于點(diǎn)A的工質(zhì)溫度，由圖12可見(jiàn)，單熱源循環(huán)A-B-D-A7-A的單一循環(huán)的功大于卡諾循環(huán)。圖1、2、3、4和圖12中，B-D過(guò)程可以是外部加熱過(guò)程，也可以是內(nèi)燃加熱過(guò)程；點(diǎn)D工質(zhì)的溫度可以高于、等于或低于點(diǎn)B工質(zhì)的溫度。這種單熱源熱機(jī)也可以定義為高溫?zé)嵩礋釞C(jī)、亞高溫?zé)嵩礋釞C(jī)或無(wú)低溫?zé)嵩礋釞C(jī)，即無(wú)冷源熱機(jī)。熱力學(xué)第二定律具有代表性的兩種闡述方式是一是開(kāi)爾文的闡述方式，即“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓??！保欢强藙谛匏沟年U述方式，即“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響”。卡諾在其1824年發(fā)表的《論火的動(dòng)力》論文中提出熱機(jī)必須工作在兩個(gè)熱源之間，從高溫?zé)嵩次崃?，又把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩?，只有這樣才能獲得機(jī)械功。而且卡諾根據(jù)這一
結(jié)論提出了著名的卡諾定理，即^ = 1-Γ2/ ，(其中，7為循環(huán)效率，T1為高溫?zé)嵩吹臏囟龋?br> T2為低溫?zé)嵩吹臏囟?，卡諾定理是目前熱機(jī)理論中具有指導(dǎo)性意義的定理。目前人們對(duì)卡諾定理的理解是將工質(zhì)在高溫?zé)嵩礈囟认碌葴嘏蛎涍^(guò)程中從高溫?zé)嵩粗形〉臒崃恳暈榭ㄖZ定理中的“從高溫?zé)嵩次崃俊钡臒崃浚话压べ|(zhì)向環(huán)境排出的熱量視為卡諾定理中的“把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩础钡哪且徊糠譄崃?。然而，在?shí)際熱機(jī)循環(huán)中，高溫?zé)嵩炊际侨藶橹圃斓?，而低溫?zé)嵩炊际歉鶕?jù)高溫?zé)嵩聪鹿べ|(zhì)的狀態(tài)(溫度和壓力)以及工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，由工質(zhì)在膨脹過(guò)程中自行制造的。例如，在外燃機(jī)中，使高溫?zé)嵩聪碌墓べ|(zhì)的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到這樣一種情況即膨脹做功終了時(shí)工質(zhì)的溫度低于甚至大幅度低于環(huán)境溫度。這樣一個(gè)循環(huán)過(guò)程所輸出的功一定會(huì)接近、等于或超過(guò)從高溫?zé)嵩粗形盏臒崃?，換句話說(shuō)，其效率一定會(huì)接近、等于或超過(guò)100%，如果膨脹做功的工質(zhì)的溫度低于環(huán)境溫度，就不可能向低溫?zé)嵩磁艧岬强梢詮牡蜏責(zé)嵩次鼰峄虮粚?dǎo)出，被導(dǎo)出的工質(zhì)可以被拋入任何溫度的其他熱源(包括高溫?zé)嵩?。再例如在內(nèi)燃機(jī)中，內(nèi)燃機(jī)的高溫?zé)嵩词侨剂先紵蟮墓べ|(zhì)，低溫?zé)嵩?也可稱為冷源)是膨脹做功后的工質(zhì)，而膨脹做功后的工質(zhì)的狀態(tài)是由燃料燃燒后的工質(zhì)的狀態(tài)所決定的。在這種情況下，如果向高溫?zé)嵩礈囟认碌墓べ|(zhì)內(nèi)注入膨脹劑并使膨脹劑在高溫?zé)嵩礈囟认挛諢崃可龎夯虬l(fā)生氣化(含臨界化過(guò)程和過(guò)熱過(guò)程)升壓，而且使燃料燃燒后的工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到一定的值，就可以使膨脹做功后的工質(zhì)的溫度低于甚至大幅度低于環(huán)境溫度，這樣一個(gè)循環(huán)過(guò)程所輸出的功一定會(huì)接近、等于或超過(guò)從高溫?zé)嵩粗形盏臒崃浚瑩Q句話說(shuō)，其效率一定會(huì)接近、等于或超過(guò)100%，如果膨脹做功的工質(zhì)的溫度低于環(huán)境溫度，就不可能向低溫?zé)嵩磁艧岬强梢詮牡蜏責(zé)嵩次鼰峄虮粚?dǎo)出，被導(dǎo)出的工質(zhì)可以被拋入任何溫度的其他熱源(包括高溫?zé)嵩?。這兩個(gè)例子從表面上看，都造成了用現(xiàn)有的熱力學(xué)理論和定理無(wú)法解釋的狀況。因此，目前人們對(duì)卡諾定理的理解是存在誤區(qū)的，那么所謂的“從高溫?zé)嵩次崃俊钡臒崃烤烤故侵改囊徊糠譄崃浚约八^的“把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩础钡哪且徊糠譄崃烤烤故侵改囊徊糠譄崃?。我們認(rèn)為“從高溫?zé)嵩次崃俊钡臒崃渴怯蓪⒐べ|(zhì)從低溫?zé)嵩吹臏囟缺桓邷責(zé)嵩醇訜岬礁邷責(zé)嵩吹臏囟鹊倪^(guò)程中工質(zhì)從高溫?zé)嵩粗形〉谋碛^熱量(含在高溫?zé)嵩礈囟认鹿べ|(zhì)從高溫?zé)嵩次〉臒崃?(如圖10中的Q所示)和工質(zhì)的底熱(如圖10中的Qc所示)兩部分構(gòu)成的，而所謂的“把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩础钡哪且徊糠譄崃渴怯晒べ|(zhì)向環(huán)境排出的表觀熱量(如圖10中的q所示)和工質(zhì)的底熱(如圖10中的Qc所示)兩部分構(gòu)成的。換句話說(shuō)，即便是膨脹做功后的工質(zhì)溫度低于環(huán)境溫度，工質(zhì)不能向環(huán)境傳熱，只要將膨脹做功后的工質(zhì)找到去向，如拋入環(huán)境中或拋入任何溫度的其他熱源(包括高溫?zé)嵩?中，熱機(jī)就可循環(huán)工作。不僅如此，在某些特定條件下，可以將膨脹做功后的低溫工質(zhì)拋入系統(tǒng)的高溫?zé)嵩粗?如圖11中Qc — M — T2所示虛線方向)，例如膨脹做功后降溫冷凝的工質(zhì)可以拋入內(nèi)燃機(jī)的燃燒后的高溫高壓工質(zhì)中，例如膨脹做功后的低溫工質(zhì)可以拋入熱電系統(tǒng)的鍋爐燃燒室內(nèi)或鍋爐蒸氣發(fā)生器內(nèi)，例如將氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的乏氣拋入環(huán)境中(在某些氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)中環(huán)境就是氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫?zé)嵩?，再例如將從膨脹做功后的工質(zhì)吸收熱量的液體拋入高溫?zé)嵩粗?。由此可以得出這樣的結(jié)論熱機(jī)可以工作在一個(gè)熱源之下，只要將膨脹做功后的工質(zhì)導(dǎo)出，熱機(jī)就可以循環(huán)工作。被導(dǎo)出的膨脹做功后的工質(zhì)可以被拋入比自身溫度低的熱源中，可以被拋入與自身溫度相同的熱源中，可以被拋入比自身溫度高的熱源中，可以被拋入高溫?zé)嵩粗?，也可以被拋入比高溫?zé)嵩礈囟雀叩臒嵩粗?；不僅如此，膨脹做功后的工質(zhì)如果只對(duì)外傳熱將熱傳給低溫?zé)嵩矗軣岬牡蜏責(zé)嵩慈钥梢员粧伻敫邷責(zé)嵩粗?，例如可以將用于冷卻膨脹做功后的工質(zhì)的冷卻介質(zhì)拋入高溫?zé)嵩粗小?圖7、8和圖9是將熱機(jī)的殘留流出口與聞溫?zé)嵩磳?duì)接的熱機(jī)不意圖(所謂的殘留流出口是指膨脹做功后工質(zhì)剩余的熱量的出口或工質(zhì)的出口)。圖8和圖9是將一個(gè)夾層內(nèi)存有水的噴管放入一個(gè)足夠大的“高溫區(qū)域”(即熱源)內(nèi)，夾層內(nèi)的水自所謂的“高溫區(qū)域”吸熱氣化產(chǎn)生高壓蒸汽，高壓蒸汽進(jìn)入噴管內(nèi)部的前方，在高壓作用下，蒸汽自噴管高速噴出，產(chǎn)生反推力對(duì)外做功(類似火箭)，自噴管后方噴出的蒸汽進(jìn)入所謂的“高溫區(qū)域”內(nèi)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸將動(dòng)力輸出到所謂的“高溫區(qū)域”以外的地方。因此，熱機(jī)工作的必要條件并不是兩個(gè)熱源，而是至少一個(gè)熱源和至少一個(gè)殘留流出口。所述殘留流出口可以與任何其他熱源連通(包括系統(tǒng)的高溫?zé)嵩?，在所述殘留流出口與高溫?zé)嵩催B通的結(jié)構(gòu)中熱機(jī)就只需要一個(gè)熱源即可循環(huán)工作，在所述殘留流出口不與高溫?zé)嵩催B通的結(jié)構(gòu)中熱機(jī)就需要至少有兩個(gè)熱源，當(dāng)所述殘留流出口與溫度高于所述殘留流出口的熱源連通時(shí)所述殘留流出口只能是膨脹做功后的工質(zhì)的出口?？ㄖZ在其1824年發(fā)表的《論火的動(dòng)力》論文中提出的“熱機(jī)必須工作在兩個(gè)熱源之間，從高溫?zé)嵩次崃?，又把所吸取熱量的一部分傳遞給低溫?zé)嵩?，只有這樣才能獲得機(jī)械功”的論述只是上述對(duì)熱機(jī)工作條件論述中的一個(gè)特例。我們可以通過(guò)傳質(zhì)的手段將溫度低的物體融入溫度高的物體中，間接的實(shí)現(xiàn)將溫度低的物體中的熱量傳到溫度高的物體中去。如果我們假設(shè)這一溫度低的物體是有限的，這一溫度高的物體是無(wú)限的，我們就通過(guò)傳質(zhì)手段實(shí)現(xiàn)了把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響的這一不可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程。這就好比我們打掃自己的房間時(shí)，會(huì)有一些垃圾產(chǎn)生，無(wú)論我們將這些垃圾扔到什么地方去，只要把這些垃圾拿出自己的房間，自己的房間就會(huì)變得整潔。換句話說(shuō)，無(wú)論我們將這些垃圾扔到垃圾場(chǎng)，還是扔到五星級(jí)賓館去，我們自己的房間都會(huì)變得整潔，我們并沒(méi)有必要把這些垃圾必須扔到比自己房間更臟的地方去。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下
一種熱機(jī)循環(huán)工作方法，包括增熱增質(zhì)過(guò)程，在所述增熱增質(zhì)過(guò)程中向熱機(jī)系統(tǒng)中的工質(zhì)增加熱量和/或增加質(zhì)量。
還包括吸氣過(guò)程、絕熱壓縮過(guò)程和絕熱膨脹做功過(guò)程，在所述絕熱壓縮過(guò)程和所述絕熱膨脹做功過(guò)程之間設(shè)有增熱增質(zhì)過(guò)程，所述絕熱膨脹做功過(guò)程終了時(shí)的工質(zhì)溫度等于或低于所述吸氣過(guò)程終了時(shí)的工質(zhì)溫度，也就是所述絕熱膨脹做功過(guò)程終了時(shí)的工質(zhì)溫度等于或低于所述絕熱壓縮過(guò)程開(kāi)始時(shí)的工質(zhì)溫度，所述吸氣過(guò)程一所述絕熱壓縮過(guò)程一所述增熱增質(zhì)過(guò)程一所述絕熱膨脹做功過(guò)程一工質(zhì)排出過(guò)程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。在所述增熱增質(zhì)過(guò)程中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)和導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)相同。在所述增熱增質(zhì)過(guò)程中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)大于導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)。在所述增熱增質(zhì)過(guò)程中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)小于導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)。所述增熱增質(zhì)過(guò)程中的增熱過(guò)程由外燃加熱形式或外部傳熱形成完成。所述增熱增質(zhì)過(guò)程中的增熱過(guò)程由內(nèi)燃加熱形式完成。所述增熱增質(zhì)過(guò)程中的增質(zhì)過(guò)程由高壓噴射系統(tǒng)完成。所述絕熱壓縮過(guò)程的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)為氣缸活塞式絕熱壓縮機(jī)構(gòu)，或設(shè)為葉輪式絕熱壓縮機(jī)構(gòu)。所述絕熱膨脹做功過(guò)程的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)為氣缸活塞式絕熱膨脹做功機(jī)構(gòu)，或設(shè)為葉輪式膨脹做功機(jī)構(gòu)。在所述增熱增質(zhì)過(guò)程中向熱機(jī)系統(tǒng)中增加膨脹劑?！N單熱源熱機(jī),包括氣缸活塞機(jī)構(gòu),所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上設(shè)有進(jìn)氣口和排氣口，所述進(jìn)氣口和所述排氣口設(shè)有與之對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門和排氣門；還包括高壓噴射系統(tǒng)，所述高壓噴射系統(tǒng)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上，用于在所述增熱增質(zhì)過(guò)程向所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)噴射膨脹劑；所述進(jìn)氣門、所述排氣門和所述高壓噴射系統(tǒng)受過(guò)程控制裝置控制。一種單熱源熱機(jī)，包括噴管和高溫區(qū)域，所述噴管與支撐臂的一端固連，所述支撐臂的另一端與動(dòng)力輸出軸固連，在所述噴管的前部設(shè)膨脹劑導(dǎo)入口，所述膨脹劑導(dǎo)入口經(jīng)設(shè)置在所述支撐臂和所述動(dòng)力輸出軸內(nèi)的工質(zhì)通道與膨脹劑源連通，所述噴管設(shè)置在所述高溫區(qū)域內(nèi)，膨脹劑在所述噴管的前端內(nèi)腔內(nèi)吸收由所述噴管的壁從所述高溫區(qū)域內(nèi)傳遞來(lái)的熱量形成高壓氣體，此高壓氣體從所述噴管的后端噴出獲得反推力推動(dòng)所述動(dòng)力輸出軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外輸出動(dòng)力。一種單熱源熱機(jī)，包括噴管和高溫區(qū)域，所述噴管與支撐臂的一端固連，所述支撐臂的另一端與動(dòng)力輸出軸固連，在所述噴管的壁內(nèi)設(shè)有膨脹劑夾層，所述膨脹劑夾層中充有膨脹劑，所述膨脹劑夾層的內(nèi)壁設(shè)有連通所述噴管前端內(nèi)腔的流體通道，所述噴管設(shè)置在所述高溫區(qū)域內(nèi)，膨脹劑在所述膨脹劑夾層內(nèi)吸收由夾層外壁從所述高溫區(qū)域內(nèi)傳遞來(lái)的熱量形成高壓氣體，此高壓氣體從所述噴管的后端噴出獲得反推力推動(dòng)所述動(dòng)力輸出軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外輸出動(dòng)力。本發(fā)明中，所謂的過(guò)程包括沖程；所謂增熱增質(zhì)過(guò)程是指向系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)增加熱量和/或增加質(zhì)量的過(guò)程，所謂增加熱量可以采用外燃加熱形式和/或外部傳熱方式或內(nèi)燃加熱形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，所謂的增質(zhì)是指向系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)增加新的工質(zhì)的過(guò)程；所謂新的工質(zhì)主要是指膨脹劑，所謂的膨脹劑是指不參與燃燒化學(xué)反應(yīng)的液體、氣體液化物、高壓低溫氣體等，所謂氣體液化物是指被液化的氣體。本發(fā)明中，所謂的高溫區(qū)域是指溫度達(dá)到可以使液體膨脹劑氣化或臨界化，使氣體膨脹劑升溫的程度的，具有足夠空間的熱源，所謂的具有足夠空間的熱源是指熱源達(dá)到這樣的程度，當(dāng)膨脹劑膨脹做功完了排入所述高溫區(qū)域后，對(duì)高溫區(qū)域的狀態(tài)的影響可以忽略不計(jì)。本發(fā)明中，所有圖中，箭頭指向PZJ的過(guò)程是指膨脹劑的排出過(guò)程，箭頭從PZJ指向循環(huán)系統(tǒng)的過(guò)程是指增質(zhì)過(guò)程，即向系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)入膨脹劑的過(guò)程。本發(fā)明中，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域公知技術(shù)，在必要的地方設(shè)置必要的部件、單元或系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明可制造出單熱源熱機(jī)。


圖I至圖4所示的是本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意 圖5所示的是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖6所示的是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意 圖7所示的是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意 圖8和圖9所不的是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)不意 圖10-13是本發(fā)明中所提出理論的說(shuō)明 其中，I吸氣過(guò)程、2絕熱壓縮過(guò)程、3增熱增質(zhì)過(guò)程、4絕熱膨脹做功過(guò)程、5工質(zhì)排出過(guò)程、10氣缸活塞機(jī)構(gòu)、11進(jìn)氣門、12排氣門、102葉輪式絕熱壓縮機(jī)構(gòu)、301高壓噴射系統(tǒng)、402葉輪式膨脹做功機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例I
如圖I和圖2所示的熱機(jī)循環(huán)工作方法，包括吸氣過(guò)程I、絕熱壓縮過(guò)程2和絕熱膨脹做功過(guò)程4，在所述絕熱壓縮過(guò)程2和所述絕熱膨脹做功過(guò)程4之間設(shè)有增熱增質(zhì)過(guò)程3，所述絕熱膨脹做功過(guò)程4終了時(shí)的工質(zhì)溫度等于或低于所述吸氣過(guò)程I終了時(shí)的工質(zhì)溫度，也就是所述絕熱膨脹做功過(guò)程4終了時(shí)的工質(zhì)溫度等于或低于所述絕熱壓縮過(guò)程2開(kāi)始時(shí)的工質(zhì)溫度，所述吸氣過(guò)程I一所述絕熱壓縮過(guò)程2—所述增熱增質(zhì)過(guò)程3—所述絕熱膨脹做功過(guò)程4一工質(zhì)排出過(guò)程5構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。在所述增熱增質(zhì)過(guò)程3中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)和導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)相同。所述增熱增質(zhì)過(guò)程3中的增熱過(guò)程由外燃加熱形式或外部傳熱形成完成。具體實(shí)施時(shí)，還可以使在所述增熱增質(zhì)過(guò)程3中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)大于導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)(如圖3所示)，或在所述增熱增質(zhì)過(guò)程3中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)小于導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)(如圖4所示)；所述增熱增質(zhì)過(guò)程3中的增熱過(guò)程由內(nèi)燃加熱形式完成。選擇性的，所述增熱過(guò)程還可以由外部傳熱方式或內(nèi)燃加熱形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例2
如圖5所不的單熱源熱機(jī),包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)100,所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)10的氣缸上設(shè)有進(jìn)氣口和排氣口，所述進(jìn)氣口和所述排氣口設(shè)有與之對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門11和排氣門12 ;還包括 高壓噴射系統(tǒng)301，所述高壓噴射系統(tǒng)301設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)10的氣缸上，用于在所述增熱增質(zhì)過(guò)程3向所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)10的氣缸內(nèi)噴射膨脹劑；所述進(jìn)氣門11、所述排氣門12和所述高壓噴射系統(tǒng)301受過(guò)程控制裝置控制100。本實(shí)施例中的氣缸活塞機(jī)構(gòu)10用于實(shí)現(xiàn)所述絕熱壓縮過(guò)程2和所述絕熱膨脹做功過(guò)程4，所述增熱增質(zhì)過(guò)程3中的增質(zhì)過(guò)程由高壓噴射系統(tǒng)301完成。實(shí)施例3
如圖6所示的單熱源熱機(jī)，其與實(shí)施2的區(qū)別在于所述絕熱壓縮過(guò)程2的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)為葉輪式絕熱壓縮機(jī)構(gòu)102，所述絕熱膨脹做功過(guò)程4的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)為設(shè)為葉輪式膨脹做功機(jī)構(gòu)402。選擇性的，所述絕熱膨脹做功過(guò)程4的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)也可以設(shè)為氣缸活塞式絕熱膨脹做功機(jī)構(gòu)。實(shí)施例4
如圖7所示的單熱源熱機(jī)，包括噴管1000和高溫區(qū)域2000，所述噴管1000與支撐臂1001的一端固連，所述支撐臂1001的另一端與動(dòng)力輸出軸1002固連，在所述噴管1000的前部設(shè)膨脹劑導(dǎo)入口 1003，所述膨脹劑導(dǎo)入口 1003經(jīng)設(shè)置在所述支撐臂1001和所述動(dòng)力輸出軸1002內(nèi)的工質(zhì)通道1004與膨脹劑源1005連通，所述噴管1000設(shè)置在所述高溫區(qū)域2000內(nèi)，膨脹劑在所述噴管1000的前端內(nèi)腔內(nèi)吸收由所述噴管1000的壁從所述高溫區(qū)域2000內(nèi)傳遞來(lái)的熱量形成高壓氣體，此高壓氣體從所述噴管1000的后端噴出獲得反推力推動(dòng)所述動(dòng)力輸出軸1002旋轉(zhuǎn)對(duì)外輸出動(dòng)力。實(shí)施例5
如圖8和圖9所示的單熱源熱機(jī)，包括噴管1000和高溫區(qū)域2000，所述噴管1000與支撐臂1001的一端固連，所述支撐臂1001的另一端與動(dòng)力輸出軸1002固連，在所述噴管1000的壁內(nèi)設(shè)有膨脹劑夾層1006，所述膨脹劑夾層1006中充有膨脹劑，所述膨脹劑夾層1006的內(nèi)壁設(shè)有連通所述噴管1000前端內(nèi)腔的流體通道，所述噴管1000設(shè)置在所述高溫區(qū)域2000內(nèi)，膨脹劑在所述膨脹劑夾層1006內(nèi)吸收由夾層外壁從所述高溫區(qū)域2000內(nèi)傳遞來(lái)的熱量形成高壓氣體，此高壓氣體從所述噴管1000的后端噴出獲得反推力推動(dòng)所述動(dòng)力輸出軸1002旋轉(zhuǎn)對(duì)外輸出動(dòng)力。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于包括增熱增質(zhì)過(guò)程(3)，在所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中向熱機(jī)系統(tǒng)中的工質(zhì)增加熱量和/或增加質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于還包括吸氣過(guò)程(I)、絕熱壓縮過(guò)程(2)和絕熱膨脹做功過(guò)程(4)，所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)設(shè)在所述絕熱壓縮過(guò)程(2)和所述絕熱膨脹做功過(guò)程(4)之間，所述絕熱膨脹做功過(guò)程(4)終了時(shí)的工質(zhì)溫度等于或低于 所述吸氣過(guò)程(I)終了時(shí)的工質(zhì)溫度，也就是所述絕熱膨脹做功過(guò)程(4)終了時(shí)的工質(zhì)溫度等于或低于所述絕熱壓縮過(guò)程(2)開(kāi)始時(shí)的工質(zhì)溫度，所述吸氣過(guò)程(I) 一所述絕熱壓縮過(guò)程(2) —所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3) —所述絕熱膨脹做功過(guò)程(4) 一工質(zhì)排出過(guò)程(5)構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。
3.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于在所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)和導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)相同。
4.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于在所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)大于導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于在所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中導(dǎo)入膨脹劑后的工質(zhì)的絕熱指數(shù)小于導(dǎo)入膨脹劑前的工質(zhì)的絕熱指數(shù)。
6.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中的增熱過(guò)程由外燃加熱形式或外部傳熱形成完成。
7.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中的增熱過(guò)程由內(nèi)燃加熱形式完成。
8.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于所述增熱增質(zhì)過(guò)程(3)中的增質(zhì)過(guò)程由高壓噴射系統(tǒng)(301)完成。
9.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于所述絕熱壓縮過(guò)程(2)的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)為氣缸活塞式絕熱壓縮機(jī)構(gòu)，或設(shè)為葉輪式絕熱壓縮機(jī)構(gòu)(102)。
10.如權(quán)利要求I所述熱機(jī)循環(huán)工作方法，其特征在于所述絕熱膨脹做功過(guò)程(4)的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)為氣缸活塞式絕熱膨脹做功機(jī)構(gòu)，或設(shè)為葉輪式膨脹做功機(jī)構(gòu)(402)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了熱機(jī)循環(huán)工作方法，該方法包括增熱增質(zhì)過(guò)程，在所述增熱增質(zhì)過(guò)程向熱機(jī)系統(tǒng)中的工質(zhì)增加熱量和/或增加質(zhì)量。本發(fā)明還公開(kāi)了多種實(shí)現(xiàn)上述熱機(jī)循環(huán)工作方法的單熱源熱機(jī)，例如一種單熱源熱機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上設(shè)有進(jìn)氣口和排氣口，所述進(jìn)氣口和所述排氣口設(shè)有與之對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門和排氣門；還包括高壓噴射系統(tǒng)，所述高壓噴射系統(tǒng)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上，用于在所述增熱增質(zhì)過(guò)程向所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)噴射膨脹劑；所述進(jìn)氣門、所述排氣門和所述高壓噴射系統(tǒng)受過(guò)程控制裝置控制。本發(fā)明可制造出單熱源熱機(jī)。
文檔編號(hào)F03G7/10GK102619714SQ20121005856
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者靳北彪 申請(qǐng)人:摩爾動(dòng)力(北京)技術(shù)股份有限公司