[发明专利]冷热机及其应用

摘要

冷热机及其应用是热工学领域的最新发明，有53个项目，分为四大类：一、新式制冷，使制冷能耗低，可制造大量节电的空调、冰箱、制冷机；可使工厂CO₂零排放；较有效地解决气候变暖危机；二、新式发动机，使小汽车成本低并节油，提高所有交通工具载重量，汽车飞机合一机，客机垂直起降，空天飞机等，使海陆空交通有大的进步；三、新式能源技术，塔式钠冷慢中子增殖反应堆，氘-氚对撞核聚变，有害气体零排放的节能火力发电站，水蒸气电解制氢氧，天然气工人制造等技术，较有效地解决人类的能源危机；四、低能耗技术，使钢铁、化肥、水泥等主要产品成本大减；饭粥合一锅将是人类最佳的煮饭炊具。上述发明如成功，将推翻卡诺定理和热力学第二定律。

主权项

冷热机及其应用是热工学领域上的最新发明，冷热机及其应用第一方案有30个项目如下：1、R134a制冷，空调，冰箱，开水三合机；2、二甲醚制冷，空调，冰箱，开水三合机；3、CO₂制冷，中央空调，开水二合机；4、甲烷制深冷，新式空分制氧机；5、低温甲醇洗CO₂和H₂S，液体甲烷洗CO工艺；6、合成氨冻冷分离氨，冷气冷却尿素造粒工艺；7、缓效尿素‑硝酸尿素，磷酸尿素，硫酸尿素工艺；8、氮肥联产二甲醚汽车代用燃料工艺；9、钢铁、尿素、水泥，硫酸联合工艺；10、二冲程增压汽油机；11、单缸单排四人座小汽车；12、组合式预燃室二冲程柴油机；13、新式二冲程内燃机；14、活塞压气燃气轮机；15、高压离心压缩喷气发动机；16、单缸多活塞压气中小型飞机喷气发动机；17、小型喷气式飞机；18、圆形塔式电解槽，泵循环电解液的水电解工艺；19、火力发电厂联产乙炔丙酮溶液(航空代用燃料)工艺；20、火力发电厂联产二甲醚、甲烷乙醇溶液(柴油、汽油代用燃料)工艺；21、新式原子能增殖反应堆和新式磁流体发电工艺；22核动力喷气式飞机；23、核动力磁流体电火箭空天飞机；24、核动力磁流体发电的电力机车；25、核动力磁流体电火箭船；26、氘‑氚对撞核聚变和磁流体发电工艺；27、高电压，电解水蒸汽制氢氧工艺；28、电磁炉电饭锅；29、人机对话的好工具‑钟码电脑输入法；30、高压电解制氢氧，制尿素联产航空燃料工艺。以上项目可归纳为四大发明：一、新式制冷机；二、新式发动机；三、新式的能源技术；四、低能耗技术。其特征如下：新式制冷机是新式扩散吸收制冷，其中有R134a制冷，二甲醚制冷，CO₂制冷，甲烷制冷，由于这些制冷机能耗低，将有许多新产品，有R134a制冷，空调，冰箱，开水三合机；二甲醚制冷，空调，冰箱，开水三合机；CO₂制冷，中央空调，开水二合机；甲烷制冷，新式空分制氧机。由于甲烷制冷能耗低，制氧的成本很低，有利于钢铁化肥的改进，实现有害气体零排放；其中有低温甲醇洗CO₂和H₂S，液甲烷洗CO，改尿素为缓效尿素‑硝酸尿素，磷酸尿素，硫酸尿素；氮肥联产二甲醚汽车替代燃料；钢铁、尿素、水泥、硫酸联合工艺。新式发动机。变四冲程内燃机为新式二冲程内燃机，发动机吸气时，用化水器吸入大量水，可使汽油机压缩比提高，二冲程汽油机可增压，在增压时供油，使用空气扫气，扫气不漏油；四冲程改为二冲程可使载重量增加一倍，可制造单缸单排四人座小汽车，减少城市拥堵。组合式预燃室，使柴油机可增压，可提高热效率；把内燃机改为压气机，这种燃气轮机功率是原四冲程内燃机的四倍，可把原汽车改为长蛇式列车或改为汽车直升飞机。根据F＝ma的原理，本燃气轮机，喷气发动机用喷射泵吸入大量空气(增加工质质量m)和加大燃气压力(增大加速度a)为此，燃烧室需冷却系统，燃气轮机不能超过700℃；因此，大型飞机用现代新式大型离心压缩机。燃气轮机系统设在机尾敞篷机舱内飞机上具有喷气式旋翼，用电动巧克把燃气导入旋翼旋桨末端喷出，实现飞机垂直起降；用电动巧克把燃气导入尾喷管喷出，实现飞机高速向前飞。对中小型飞机，缺少高效率的离心压缩机，可选用单缸多活塞压气机，用燃气轮机带动。这种喷气发动机可装备中小型飞机，可装在机尾部敞蓬机舱内，中小型飞机具有上升旋翼，用电动巧克可把燃气导入旋翼旋桨末端喷出，实现飞机垂直起降；用电动巧克把燃气导入尾喷管，飞机快速向前飞。新式的能源技术。本水电解采用圆形塔式电解槽，泵循环电解液工艺，以提高电解效率。阴极外圆筒式用镍(或不锈钢)丝绕成大面积阴极，阳极在圆中心10厘米直径的管子，用镍(或不锈钢)绕制成的管状阳极；电解液由管内流入。隔膜则是1米直径圆筒状，用镍(或不锈钢)丝织成布状，三层绕在圆筒框架上。电解时，电解液由阳极管流向隔膜，生成氧并产生H⁺，向隔膜移动，通过隔膜吸收了电子成氢。氧和氢上升至氧气室和氢气室。由于泵不断把电解液输入电解槽中，不断冲刷KOH，使之循环，不至成为电阻，因此提高了电解效率。电解效率提高，电解水制氢被火力发电厂广泛应用。火力发电厂联产乙炔丙酮溶液(航空代用燃料)工艺，改变了火力发电厂面貌，锅炉不仅生产蒸汽，亦成了化学反应炉，制造有价值的航空燃料，有毒气体零排放，经济效益成倍增加。火力发电厂联产二甲醚，甲烷乙醇溶液(柴油、汽油代用燃料)亦使火电厂有毒气体零排放，经济效益成倍增加。火电厂从此废除了凝汽器，节约了大量用水，乏气(低于常温的冷气)直接放空，有助于降低大气气温，下雨的几率增加，有助于降温和洗涤空气。本原子反应堆燃料棒采用粗棒3厘米直径3.6米长的厚2毫米的不锈钢管。由于包壳坚固耐用，安全有保证(钢管不易损坏，放射物不易跑出来)，本堆是石墨CO₂气冷增殖堆，冷却剂除用CO₂，亦可用重水和氦气，本堆的外壳用不锈钢制造，制成像内燃机气缸的形式，具有活塞。控制棒，竖直固定在活塞平面上，用齿轮条转动，活塞杆是齿条的一部分，电动机使齿轮转动，带动齿条上下转动，使控制棒从下往上插进燃料棒之间进行控制。反应堆在600℃之中，用不锈钢防CO₂腐蚀是可行的。反应堆安装在厚30厘米的压力容器内，燃料棒用四分之三的铀_‑235，四分之一的铀_‑238，混合在一起，再加上石墨粉末，制造成坚硬的陶瓷体，燃料芯块直径略小于3厘米，高3厘米的小圆柱，装进不锈钢管内；石墨制成几百块砖块砌成蜂窝状，控制棒和燃料棒在堆中(石墨中)有预定的孔洞；燃料棒集合体顶端用花板固定在一起，便于燃料棒整体安装和拆卸。进入燃料棒的热中子和铀_‑235产生裂变反应，生成的快中子可能被旁的铀_‑238吸收，但铀_‑238数量有限，使裂变能持续下去，增殖燃料将在堆中起裂变反应。冷却剂CO₂把反应热带出反应堆，在蒸汽发生器中制造蒸汽，通过喷射泵吸入空气(用于冷却核反应堆表面的温度的空气)进入磁流体发电通道发电。高温超导磁体用130K的零电阻材料作线圈，用加压液体空气泡浸，乏气由高烟囱放空。本磁流体发电不是高温气体(3000K)的电子克服原子核引力，成为自由电子，原子成为正离子，本磁流体发电工质量是蒸汽，在超导磁流体发电通道上的电极具有尖端突出，用感应圈的电源，4‑7×10⁴V，使阴极产生尖端放电，在电晕放电中，蒸汽成了离子，高压蒸汽减压下高速通过发电通道切割磁力线运动，产生感应电动势，ε＝Blu，电流方向用右手定则与感应圈相同的电流方向。本超导磁体，采用高温超导，零电阻时的温度为130K，即用加压液体空气泡浸，用甲烷制冷机维持冷冻系统。本核反应堆燃料棒是3厘米的粗棒，厚2毫米的不锈钢作包壳，绝不可能损坏的，让放射物跑出，十分安全；控制棒固定在活塞上，电动齿轮齿条转动，核控制灵活可靠，因此本堆很适合大型运输机械作动力。一公斤铀‑235相当于20000吨汽油，本堆更适合大型飞机作动力，本核动力喷气式飞机长37米，卧式反应堆在飞机尾部，不影响乘客的安全，飞机有四个喷气式旋翼，使飞机随时可垂直起降，乘客人数可超过千人，比空中客车A380载850乘客更安全(此飞机不能垂直起降是有严重的安全问题)。本喷气发动机采用最先进的高压离心压缩机，出口压力达42MPa，采用钛合金的叶轮其圆周速度可达400m/s，压缩机转数最高可达120000r/min，从而可以缩小叶轮直径，使压缩机的体积，质量减小，适用于大型飞机。离心压缩机压缩至高压的空气，用喷射泵吸入大量空气使之降温，进入热交换器，吸收由CO₂带来的核反应的热量，进入热气轮机作功，一部分动力用于离心压缩机的压缩作动力；另一部分作为喷气的动力；当电动巧克将高压热空气导入四个旋翼的旋桨末端喷出，使飞机垂直起或降；当电动巧克将高压热空气导入机翼上四个喷管喷出，使飞机迅速向前飞行。磁流体热空气不仅可以发电，而且发电后转180°角进入加速道可以加速，从很长的加速道加速至高速气流喷气推力是很大的，这就是磁流体电火箭，这种发动机适合空天飞机作动力。飞机长为70米，磁流体发电通道加速道60米长；飞机具有两套动力系统，一是核动力喷气系统，二是磁流体电火箭系统。一个大型的核反应堆‑石墨CO₂气冷增值反应堆，有两个热交换器，一个为喷气空气加热，另一个为磁流体工质水加热成高压蒸汽。有三条通道，一、上层为制动加速道(亦是起降加速道之一)此通道电极与发电通道相反；2、中层磁流体发电通道，高压蒸汽在此减压快速通过发电通道而发电；三、下层为推进加速通道(亦是起降加速道之一)，此通道电极与发电通道电极相同。加速通道的工质就是发电通道的蒸汽工质(只是发电的乏气转180°角进入加速通道，喷气就是磁流体电火箭)。由于加速道长达60米，长距离的加速，使喷气速度非常大，排气速度可达到化学推进剂最高排气速度4000m/s的十倍，可以执行飞离地球的外太空任务。本空天飞机有两套垂直起降系统，十分安全，在大气层上飞行可载客2千人本飞机飞到任何城市都不要1小时。二条加速道的末端都有电动的翻板阀，当飞机起或降时翻板阀堵住水平出路，把磁流体导向垂直向下喷射，达到飞机垂直起降的目的。当飞机在外太空返航时，开动制动加速道，向前喷射高速磁流体使之减速离轨，飞机便可降至122公里，进入再入段，当减速至730m/s，制动加速道才停止工作。由于电力机车功率大，爬坡能力强，担负着相当比重的运输量，但是直流电动机车需接触网，耗铜量很大，用核动力磁流体发电取代接触网是有利的。这种发电系统设在车尾的车厢中，电力通过车顶电缆输进车头上的直流电机内。核反应堆在车尾的高处，不影响乘客的安全。磁流体发电工质是硬水，发电后的乏气放空，无毒气体放空与列车反向不影响乘客。核动力磁流体电火箭对轮船特别有利，核反应堆放置在轮船的最高处，磁流体发电供二个动力系统所用，在停泊区，慢速航行时电力供直流电动机带动螺旋桨推进，在大海中，在磁流体发电通道发电后乏气转变180°角进入磁流体加速道加速，加速道长40米，可产生很大的速度，喷入水中，使船舰快速向前航行。热核反应只有太阳上这种宇宙规模的热核反应才行得通。在地球上决不能实施可控的热核聚变，可控热核聚变实验应该停止，“磁约束”是行不通的，“托卡马克”的线圈一定不能承受10⁸K的高温烘烤，我在20世纪80年代提出氘‑氚对撞核聚变的方案，2005年我再次提出这个方案，不久，我在书店找到对撞核聚变成功的记录：1934年卢瑟福等人用氘核轰击氚时，产生了质量为3的氦，实现了世界上首次核聚变。热核聚变是利用高温使两个正电荷的核有足够的动能，使两个核具有足够动能，并非高温不可，卢瑟福实验证明了用非热核的方法才是正确的。我敬重天才的卢瑟福，按照他指引方向继续努力，利用我2005年发明的磁流体加速器，使两核达到高于10⁸K高温的相当的动能，然后使之对撞，实现核聚变。氘‑氚对撞核聚变的加速道直径3米，环形加速道宽30厘米，高10厘米。超导磁场并未覆盖整个氘‑氚环形加速道，右端30厘米处没有超导磁场，目的是使氘‑氚加速道右端上空的电磁铁不受超导磁场影响，本电磁铁线圈通以电流后，在铁芯内外就激起磁场，在加速道下面的衔铁被磁化，被线圈环绕的铁芯吸引而升起，挡住加速道上的高速的氘‑氚的去路，与衔铁对撞，回头的氘‑氚发生一系列的连环对撞，动能超过10⁸K高度的热核动能，因此发生一系列的核聚变。产生的核聚变的热量被核聚变锅炉的重水吸收，因而产生蒸汽。此聚变锅炉产生临界压力221大气压，温度374.2℃，用于重水蒸汽加热器产生200大气压300℃二回路的蒸汽，在磁流体发电通道发电。氚可由锂吸收中子而得到，锂的熔点186℃，重水温度374.2℃，重水可溶解锂，因此，在核聚变过程中不断产生氚，氚气体进入锅筒和蒸汽一起在蒸汽发生器制造蒸汽，当蒸汽冷凝后进入气液分离器，把氚分离出来，进入氚的贮罐。低能耗技术。图24提出了圆形塔式电解槽，泵循环水电解工艺，能够提高电解效率，但是电压太低，功率太小，生产的氢氧不能满足火电厂和钢铁厂的改造，；图31提出了新式的水电解方法，这是新式的用电技术，电解槽与图24一致，只是采用4‑7×10⁴V高电压电解；不用电解液而用200大气压的高压蒸汽电解，制造的氢用于合成氨；火力发电厂和钢铁厂的改造为何要很多氢，原因是火电厂和钢铁厂为了CO₂零排放，收集的CO₂用于生产尿素的方法处理的，用氢、氮生产合成氨然后用CO₂生产尿素。图33电解槽充满200大气压蒸汽，电极通入4‑7×10⁴V的直流电；负极产生尖端发电，在电晕放电中，水蒸汽分解了，在阳极中放电生成氧(氧气上升至氧气室)氢离子向阴极移动，穿过隔膜得到电子能氢气(氢上升至氢气室)；200大气压的蒸汽不断进入圆管状的阳极管内，镍网间隙进入电场中进行小蒸汽的点解反应；隔膜起着屏蔽作用，电子不能进入隔膜内与氢离子反应只有氢离子向阴极移动，吸收电子成氢气，所以氢氧不会混合是安全的。空分则得的氮与电解的氢是合成氨原料，这种合成氨工艺最简短的流程，能耗最低，成本最低，本尿素是廉价的化肥，为贮存大量对大气有害的CO₂起了作用。化肥可能过剩，可用于生产玉米，酿造乙醇，制造甲烷乙醇溶液(最佳的替代汽油燃料)，所以新式钢铁厂都联产尿素化肥。目前的电饭锅电阻式电炉，热效率只有50％‑55％，本电磁炉电饭锅热效率高达70％‑80％，节约能源经济性好，烹饪效果好，安全卫生无空气污染。最重要的是制出的饭质量非常好，类似饭甑饭中国传统佳节宴会上的米饭，基本原理相似，只是现代科技使之自动化：在大功率中，把水烧开后，水涌上箆子以上，浸泡着米，煮3分钟，然后调低功率至120℃，此时开水回落在箆子以下，不和米接触，在蒸汽中蒸半小时即米饭熟透。在箆子以下是煮粥，因为有4厘米高的多孔盘子阻隔，米不会粘锅底而烧焦，这是自动煮粥的原理，用开水调制适宜浓度这是最好吃的稀饭。电子计算机的发明是用电技术最神奇的发明，它的多种功能神奇得令人叹服，称之为电脑是恰当的，当今世界的电信业，完全改变了往日的通讯；美中不足在于汉子上机输入法太落后，与高效率的电脑不相称；五笔、自然码、拼音码，仓颉码都难学，使用不方便，不少人不会打字，不能发电子邮件，手写板要好一些，比此电脑笔更高明可能是钟码了。不仅能打出单词，亦能打出常用词句和常用成语。其原理是每个汉子都有四声发音，可用简谱2563谱写即成数字，每句话都可迅速谱写成调子(即数字)，不用动脑筋速度非常快，钟码必将后来居上，为人们所欢迎，使用钟码完善了用电技术最神奇的发明‑电脑，亦为未来空天飞机与指挥中心电讯联系的好工具，钟码可说是高妙的用电技术，发手机短信也快捷了。当高压电解氢氧成功和氘‑氚对撞核聚变成功电力已取之不尽；煤则可开采300年，煤的资源缺乏人们要爱护；氮肥再不用煤制氢了，用水电解制氢，用空分制氮，这氢氮可制合成氨了，原来用煤制化肥的工厂改为制发动机燃料或炼钢的甲烷，所以有高压电解水蒸气制氢氧、制尿素联产航空燃料工艺。