[发明专利]一种可使热机增效节能的方法——内冷增效法

说明书

本发明涉及一种可使往复式内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等热机增效节能的方法，属于机械工程领域。

现在国际上普遍应用的动力热机如：往复式内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等，它们在航空、航海、工农业生产、交通运输等领域中发挥着不可替代的重要作用。但是，它们也都存在着能耗高、热效率低的缺点，例如：蒸汽轮机燃料产生的热量只有31％作了有用功，而热效率最高的往复式增压内燃机的有效热效率也只有45％，且对环境的污染较为严重。现在世界各国都在为各种动力热机的降低能耗，提高效率、减少污染等进行着不懈的努力。

本发明的目的在于提供一种能使往复式内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等热机的热能利用率有较大提高，且能净化和减少废气的排放，减少对环境污染的一种方法--内冷增效法。

本发明是这样实现的：根据热力学第一定律：“任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定。如热能转换为机械能，转换前后能量的总量维持不变”。这就提供了一个在实际应用中尽可能地将热能转换为机械能的理论依据。“内冷增效法”就是在热机的运作中，利用水蒸汽的热物理性质，将水雾直接喷入热机的高温燃气或烟气中，使其直接吸收燃气或烟气的热量而膨胀作功，在作功的同时也对系统进行冷却，避免了为给系统冷却而损失大量的热能。另外，还可去除热机的某些耗功机构，如燃气轮机的压气机、蒸气轮机的锅炉等。应用本方法后可使工质在绝热情况下作功，减少了热能的损失，还可在往复式内燃机的废气排放口设置回热器，减少被废气带走的热能损失。

下面以各种热机实体为例，将本方法的实施方案加以说明：

一、应用于往复式发动机

以柴油机为例(见图3)：自活塞到达上死点始向下行，曲轴转角约30°，燃油的燃烧基本完毕时，将水雾经喷咀6呈扩散状喷入燃烧室5(喷咀可设置在气缸缸盖的适当位置上)，使水雾与高温烟气充分混合，在瞬间吸热膨胀作功。系统应加绝热层4，以避免热能向外散失，在废气排放阀外部设置回热器2，用以回收被废气带走的热能，进一步提高热能的利用率。

应用本方法应注意以下几点：

1、应适当加快燃料的燃烧速度，以便尽可能将水雾提前喷入燃烧室，以延长其吸热膨胀时间。

2、喷入水雾的雾滴应尽可能细小，以便有利于在极短时间内吸热膨胀。

其有益效果以一台非增压六缸四冲程柴油机为例加以说明(按混合加热循环见图1、图2)。其主要参数有：

20℃时空气的密度ρ≈1.2kg/m³，空气常R=287，气缸底面积为490.625cm²,P₂=3.63MPa,P₄=6.0MPa，查过热水蒸汽表得：6MPa,550℃时过热水蒸汽的焓为3540.0KJ/Kg=3.54KJ/g，比溶为0.06096m³/kg=60.96cm³/g，柴油机转速600r/min，气缸的工作容积14.71875L，气缸直径25cm，活塞行程30cm,V₂=V₄=0.77467L=774.67cm³，油耗率190g/PS.h，功率434.88ps，柴油的低位发热量按46054KJ/Kg=46.054KJ/g,T₄=550+273=823K(以上参数取自于《工程热力学和传热学》150-153页中例1，大连海运出版社，只有耗油190g/PS.h与掺入水蒸汽后的工作温度823K除外)。

求：在燃烧室中加入水蒸汽后的混合工质对活塞的单位工作压力。解：①每只气缸的功率： 434 . 88 6 = 72 . 48 PS ]]>