[发明专利]临界状态热机

说明书

临界状态热机属热动力机。

热动力机是借助某种工作物质，使热能转变为机械能的装置，简称热机，如：蒸汽机等。以实现热为功的工作物质称为工质。所有热机，不论种类如何，所用工质有何不同，都是使工质先在一定条件下受热提高温度和压力膨涨作功。工质的热力性质于作功能力的大小有密切的关系。热机的工质应备良好的受热膨涨作功的能力和流动性。气态物质满足这些要求，最适宜为工质。通常，所用的工质有空气、燃气(燃烧产物)和蒸气(如：水蒸汽)等。在以水为工质的蒸汽热机中，工质水受热沸腾成为蒸汽膨胀作功。但要使蒸气能有效地工作，必须提高蒸气的温度，使其具有一定的压力。通常温度可达到数百℃。这就使热机系统处在高温高压的工作环境中，另一方面将常温下的水加热至数百℃也将消耗大量的能源。

发明的目的是提供一种温差较小、压力较高的高效的热机。

发明是这样实现的：在主要由气动机、供液泵、加热器、冷却器、控制器、管线、工质等构成的临界状态热机系统中，供液泵由气动机带动，供液泵的排液口经管线通过加热器与气动机的进气口相联通，气动机的排气口经管线通过冷却器与供液泵的进液口相联通，控制器上有工质和润滑物质加注口，工质及润滑物质被封闭在这一系统中，供液泵排出的液态工质在通过加热器升温后，其温度高于该工质的临界温度以后被完全气化，体积增大，压力升高，推动气动机对外作功，同时带动供液泵实现循环，作功后，由气动机排出的气态工质，在通过冷却器将其温度降低到该工质的临界温度以下后，在背压的作用下被液化后再由供液泵排出。如此循环，不断对外作功。

所谓临界温度就是在这一温度以上，压强无论多大，气体不再液化，相应于临界温度的等温线称为临界等温线，临界等温线上的拐点称为临界点，该点上的压强称为临界压强。

在该热机中使用的工质应根据热机的实际工作环境确定。通常所采用的工质为临界温度在10℃～160℃以内的气体或有机化合物，如：二氧化碳、氨、二氧化氮、氧化亚氮、甲醛、乙烷、乙烯、丙烯、正丁烷、异丁烷、硫化氢、二氧化硫等和临界温度在10℃以下的气体或有机化合物，如：氩等以及临界温度在160℃以上的气体或有机化合物，如：三氧化硫等。最好采用对系统无腐蚀或腐蚀较小的气体或有机化合物。如：二氧化碳、氨、二氧化氮、氧化亚氮等。

现以使用二氧化碳为工质具体说明。二氧化碳的临界温度为31.1℃，临界压强为7.23MPa，既压强为7.23MPa以上，温度为31.1℃以下时为液体。当温度高于31.1℃无论压强多大也不会液化。随着温度的降低，液化所需的压强也不断下降，当温度降低到13℃时，压强为4.9MPa以上便可液化。由次看出，在温度由13℃至31.1℃的18.1℃的温差间，流体由液体完全转化为气体，流体体积变化数百倍，并且压强差值为2.33MPa以上。据此，在使用二氧化碳为工质的热机系统中，在加热端使液态的二氧化碳的温度升高到31.1℃以上，使其完全转化为气体，对外作功，在冷却端使气态二氧化碳的温度降低到13℃以下，使背压在4.9MPa以上时完全液化，再由供液泵送入加热端升温气化，如次循环不断对外作功。在实际工作中，加热端和冷却端的温度以及加热方式和冷却方式，如太阳能加热等。根据具体情况及所处的环境确定。

本发明由于利用了工质在临界温度上下体积发生巨大差异的特点，通过加热和冷却使工质的温度跨越了临界温度，故使热机系统以一个适当的温度，在一个较小的温度差间获得了一个较大的压强差。使能耗相应降低，工作更加可靠。另一方面由于可选用工质的范围大。故使临界状态热机具有了更广泛的用途，如：发电、机动车、火车、舰船等的动力以及应用于航空、航天领域。

以下将结合附图对发明作进一步详细的描述：

图中名称：1.加热器、2.管线、3.管线、4.控制器、5.供液泵、6.气动机、7.控制器、8.管线、9.管线、10.冷却器、

在主要由气动机6、供液泵5、加热器1、冷却器10、控制器4、控制器7、管线2、管线3、管线8、管线9等，构成的封闭的临界状态热机系统中，供液泵5由气动机6带动，供液泵5的出液口经控制器4管线3通过加热器1再经管线2控制器4与气动机6的进气口连通。气动机6的排气口经控制器7管线8通过冷却器10再经管线9控制器7与供液泵5的进液口连通。控制器4中包括由压力或温度控制的装置，用于控制加热器1的温度和气动机6的进气量及压力。控制器7中包括，由压力或温度控制的装置，用于控制冷却器10的温度和供液泵5的进液量及压力。控制器4或控制器7上有工质和润滑物质加注口。

工作方法及原理：首先为系统注入工质和润滑物质。然后启动加热器1和冷却器10开始工作。在系统中液态工质通过加热器1升温后，其温度超过该工质的临界温度后完全气化，体积膨胀，压力升高，推动气动机6工作。气动机6在对外作功的同时带动供液泵5工作，实现系统的循环，作功后由气动机6排出的气态工质，经管线8进入冷却器10使其温度降低至该工质的临界温度以下，并在气动机6的背压作用下完全液化后再经管线9及控制器7进入供液泵5，如此循环不断对外作功。