专利名称：临界状态热机的制作方法
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。
权利要求
1.一种主要由气动机、供液泵、加热器、冷却器、控制器、管线、工作物质、润滑物质等构成的临界状态热机系统其特征是供液泵由气动机带动，供液泵的排液口经管线与气动机的进气口相联通，该管线通过加热器，气动机的排气口经管线与供液泵机的进液口相联通，该管线通过冷却器，由此构成一个封闭的系统回路，工作物质及润滑物质被封闭在这一系统中，系统回路上还连接有控制器，供液泵排出的工作物质在通过加热器升温至该工作物质的临界温度以上，气动机排出的工作物质在通过冷却器降温至该工作物质的临界温度以下。
2.由权利要求1所述的临界状态热机其特征是工作物质为临界温度在10℃～160℃以内的气体或有机化合物。
3.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为二氧化碳。
4.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为二氧化氮。
5.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为氧化亚氮。
6.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为氨。
7.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为甲醛。
8.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为乙烷。
9.由权利要求2所述的临界状态热机其特征是工作物质为乙烯。
10.由权利要求1所述的临界状态热机其特征是工作物质为临界温度在10℃以下的气体或有机化合物，如氩等。
11.由权利要求1所述的临界状态热机其特征是工作物质为临界温度在160℃以上的气体或有机化合物，如三氧化硫等。
12.由权利要求1所述的临界状态热机其特征是润滑物质为固体石墨。
13.由权利要求1所述的临界状态热机其特征是加热器由太阳能加热。
全文摘要
临界状态热机属热机。是利用工质在临界温度时体积的巨大差异的特点,通过加热和冷却使该工质的温度跨越临界温度。使系统以适当的温度和小的温差获得一个较大的压强差。其工质及润滑物质被封闭在由气动机、供液泵、加热器、冷却器、控制器、管线等构成的系统中。供液泵由气动机带动,其排出的液态工质经加热器升温至临界温度以上被气化推动气动机作功。作功后的气体经冷却器降温至临界温度以下,被完全液化后再进入供液泵。
文档编号F03G7/10GK1254057SQ9812236
公开日2000年5月24日 申请日期1998年11月13日 优先权日1998年11月13日
发明者景辉元 申请人:景辉元