[发明专利]近似可逆循环热机及其应用

说明书

本发明涉及提高正、逆循环热机的效率和致冷系数，以及借助热机大幅度降低能耗的方法。

以往的许多正、逆循环热机的效率和致冷系数都远低于理想水平，除热机结构中存在可以消除的不可逆因素外，其循环理论也一定有重大缺陷。

本发明的目的，就是从消除不可逆因素的角度来弥补那些循环理论中的缺陷，以便使热机的效率或致冷系数接近于理想的水平，即力争实现近似可逆的循环，以及借助高效能的热机把升温-降温、蒸发-冷凝、熔解-结晶（或凝固）等现象，转变成吸取能源或降低能耗的手段。

本发明的目的是这样实现的：

一、在利用工质的液-气相转变来工作的热机中，a.较理想的正循环过程是：1.等压吸热，2.绝热膨胀，3.与6之间的等压放热换热，4.等压放热，5.绝热压缩，6.与3之间的等压吸热换热，b.较理想的逆循环过程是：（1）.等压吸热，（2）.与（6）之间的等压吸热换热，（3）.绝热压缩，（4）.等压放热，（5）.绝热膨胀，（6）.与（2）之间的等压放热换热。

参照图1a，这是本发明提出的液-气相转变正、逆循环示功图，1、2、3、4、5、6代表正循环，（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）代表逆循环。

参照图1b，这是按图1a所示循环理论设计的基本热机结构图，实线箭头和1、2、3、4、5、6代表正循环，虚线箭头和（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）代表逆循环。

正循环是：液态工质在蒸发器内沸腾、汽化吸热;气态工质驱动汽轮机或蒸汽机2作功;乏气在换热器3-6中放热;再到冷凝器4放热、冷凝;凝结的液态工质被泵5送往换热器3-6中吸热，再被送回蒸发器1;泵5的流量由冷凝器4底部的液位信号器7来控制。可以看出，由于有了换热器3-6，使作功后的乏工质气的部分废热传递给了返回蒸发器1的液态工质，减少了工质从高温热源中需要汲取的热量，即降低了热损失。此外，还因减少了冷凝器4排放的废热，改善了冷凝器的冷却效果，又进一步提高了汽轮机的效率。

把3-6过程补入其它任何有工质发生液-气态转变的循环，都将获得明显的节能效果。例如在普通蒸汽轮发电机组中，增加3-6过程的换热器即可节省燃料消耗达9%～13%，较详细的介绍见图10。

逆循环是：工质在蒸发器（1）内沸腾、汽化吸热，低温气态工质进入（2）-（6）换热器吸热、升温，然后通过压缩机（3）进入冷凝器（4）放热、冷凝;冷凝器（4）底部凝结的液态工质驱动水轮机（5）作功，再到换热器（2）-（6）放热，降温后的液态工质重新返回蒸发器（1）。水轮机（5）的水头、流量由冷凝器（4）底部的液位信号（7）控制。在中、小型致设备中，水轮机（5）可由节流阀来代替，但这会使液态工质通过时产热，降低致冷系数。为提高致冷系数，用开关型截止阀来取代节流阀即可获得很高的工作效率。详细介绍见图6、图7。

可以看出，由于有了（2）-（6）换热器，使进入压缩机（3）的气态工质事先升温，既减少了工质在压缩机内的冷损失，又减少了外界环境通过压缩机窜入致冷系统的热量，还可使返回蒸发器（1）的液态工质进一步降温，增强了工质在蒸发器（1）时的吸收热量的能力。此外，由于冷凝器（4）释放的无效废热减少，从而减轻了冷凝器（4）的热负荷，增强了冷凝器的有效散热能力。由于T1下降致冷系数

s= (T₂)/(T1-T₂) 将大幅度上升。

把（2）-（6）过程补入现在的普通致冷设备中，也将起到降低能耗的结果。但普通致冷设备中有不可逆性很强的毛细管、膨胀阀和膨胀机，从这个意义上看，它们都是不可救药的。

许多厂家乃至设计者都把致冷机的散热功率等同于致冷功率，这是绝对不可能的。因为泵热系数s′= (T1)/(T1-T2) ，致冷系数s= (T2)/(T₁-T2) ，s′＝s+1。本发明所提及的s和s′是两个不同的概念，以免混淆。

二、和图1a相比，以往的二、四冲程活塞式内燃机的示功图都丢失了右下角，这是排气温度高、余压大的表现，本发明使这个角所包围的面积得到了弥补。图2a、b、c、d、中垂直虚线及其左侧曲线、直线分别对应于奥托、狄塞尔、沙巴特、克拉克循环，不包括虚线的曲线、直线就是经改进的本发明的循环，图2e是本发明提出的另一种循环。

这种不丢失右下角的循环方式也适用于其它以气体作为工质的活塞式内燃机。详细介绍见图12。