[发明专利]一种热机

说明书

技术领域

本发明涉及热力发动机技术，属机械工程领域。

背景技术

热力循环在热物理学和动力工程发展史上占有重要位置，是热机发展的理 论基础和能源动力系统的核心，也是热物理学科开拓发展的推动力与理论基础 之一。历史证明，每一次先进的热力循环及其热机的发展应用，都将引起一些 工业进步。

本发明设定的一种热力循环由二个定压回热过程和二实个多变过程组成 (如图1所示)，这里称之为H循环，以下对H循环的热力过程做一下理论分析：

(参考【工程热力学】庞麓鸣等，高等教育出版社1986)

假设工质为理想气体：

多变热力过程PVⁿ＝C(常数)

膨胀过程多变指数n₁

压缩过程多变指数n₂

高低压比π＝高压P₂/低压P₁

气体常数R

绝热指数k

回热器传热温差T₄-T₃＝T₁-T₂＝ΔT

结论：1)压比越高，热机效率越高。

2)回热器传热温差越小，热机效率越高。

3)回热器传热温差逼近零时，热机效率逼近卡诺热机效率。

本发明要做的工作就是提出H循环的技术实现办法。

发明内容

执行H循环的热机，简称：一种热机，它是一种外燃机。

附图说明

图1为H热力循环的正循环温熵图，箭头指向为循环过程方向，图中1→2 为多变压缩过程，2→3为定压升温过程，3→4为多变膨胀过程，4→1定压降 温过程。

图2为回热器原理图，冷热气体分别由相反箭头指向流入流出回热器进行 热交换，回热器是逆流型气—气换热器。

图3为膨胀机示意图，这是一种加热型气体膨胀机，高温热源与气体不混 合，高压气体由下方箭头指向进入膨胀机内，驱动叶轮转动轴对外作功，同时 吸收上方流入膨胀机机体高温热源的热量Q_(加热)，气体被间接加热，膨胀后由 下方箭头指向离开膨胀机。

图4为压缩机示意图，这是一种冷却型气体压缩机，低压气体由下方箭头 指向进入压缩机内，被压缩后由下方箭头指向离开压缩机，外力驱动叶轮对气 体进行压缩，同时气体向上方流入压缩机机体的低温冷却源间接排热Q_(放热)。

图5为图4与图2的连合体，为多变压缩机组示意图。

图6为图3与图2的连合体，为多变膨胀机组示意图。

图7为三段型回热器示意图，是三个在不同温度段工作的回热器之串联体。 冷热气体分别由相反箭头指向流入流出回热器进行热交换，回热器是逆流型换 热器。

图8为热机示意图，为图6与图5的组合体。膨胀机通过叶轮轴对外作的 功分为两部分：一部分驱动压缩机，另一部分为净输出功。

具体实施方式

执行H循环的热机，它有四个主要部件：①膨胀机(图3)、②压缩机(图 4)、③回热器(图2)、④循环工质，膨胀机是加热型膨胀机，压缩机是冷却型 压缩机，回热器是气--气逆流换热器，循环工质是近似热力学理想气体，备选 循环工质有：空气、氧气、二氧化碳、氮气、氪、氩等。

热机在高温热源和低温冷却源之间工作，高温热源是指给膨胀机加热的热 源，低温冷却源是指对压缩机冷却的冷却源。循环工质在热机内的工作流程是：

①循环工质进入压缩机内被压缩，压缩同时循环工质透过压缩机机体向低 温冷却源散热，形成高压状态。

②高压状态的循环工质进入回热器，在回热器内循环工质被迎向而来的高 温低压循环工质加热升温，形成高温高压状态。

③高温高压状态的循环工质进入膨胀机，在膨胀机内膨胀作功，膨胀同时 也在透过膨胀机机体向高温热源吸热，最后形成高温低压状态。

④从膨胀机出来的高温低压状态的循环工质进入回热器，在回热器内工质 与从压缩机出来的高压气流换热、降温，再进入压缩机。