[發明專利]冷熱機及其應用

在審

• 申請號: 201610220230.8
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN107289667A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 鐘偉昌
• 申請（專利權）人: 鐘偉昌;鐘滬龍
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00;F02B75/00;F02C3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.冷熱機及其應用是熱工學領域中各種機器的改進成的換代機器和應用，其特征分述如下：

(1)、氫擴散靜置分離制冷機，以氫為擴散劑、利用氫的低比重和制冷劑氣體比重相差巨大，可實行靜置分離、分離后制冷劑集結在一起，在總壓中其分壓加大了，在飽和壓力下，遇冷后達到飽和溫度而凝結成液體。分離后的氫比重小而上升至制冷塔頂部；制冷液用泵輸送到塔頂蓮噴頭中噴出，在氫的氣氛中，制冷劑在塔中總壓中的分壓小，如同噴進真空中，膨脹蒸發而制冷，制冷混合物沉降經過中間的冷熱交換器放出冷量，進入塔的下段，靜置分離。氫上升、制冷劑下降至塔底部，集結而凝結成液體，如此達到制冷循環。這種制冷與大自然天空下雨，氣溫變冷是相同的制冷原理，不同的是下雨制冷總壓是1大氣壓，壓力低制冷量小，氣溫降得不大，其空氣為擴散劑，水為制冷量劑，水蒸汽的比重比空氣小，因此制冷劑上升至高空中，空氣比重大而覆蓋在地面上；蒸汽在高空遇冷達到飽和溫度而凝結成水，重量增加而下落，在空氣擴散劑的作用下，水部分蒸發而制冷、水蒸汽上升與高空中的水蒸汽又凝結成液體水，如此制冷循環。

(2)、冰箱、空調、空分、天然氣液化的制冷原理是一致的，即用氫擴散靜置分離制冷，除制造此制冷機需耗費，制冷時僅消耗能耗低的電泵的動力消耗，比壓縮式制冷節電很多，使制冷成本大幅下降。

(3)、單缸和多缸二沖程蒸汽內燃機。本二沖程內燃機的特征是掃氣用純空氣掃氣，不存在燃油泄漏；本二沖程采用氣體燃料，當掃氣完成時，氣缸壓力低于氣體燃料的壓力，低壓燃料氣沖開單向閥向氣缸噴入燃料，當氣缸壓縮時，氣缸壓力高于氣體燃料的壓力，單向閥關閉，停止燃料的加入。單缸二沖程蒸汽內燃機用曲軸箱空氣掃氣，此機適用于個人小汽車。多缸二沖程蒸汽內燃機，由四沖程改制而成，拆除散熱器，安放液化石油氣鋼瓶。拆除配氣機構，裝上壓氣機(機軸用齒形皮帶與曲軸大輪盤連接)，更換氣缸蓋(使每個氣缸有一個單向閥與液化石油氣瓶相連)。每個氣缸下部加工出二個窗式閥(其中一個窗式閥與排氣管相連，另一個窗式閥與曲軸箱連通)。曲軸轉動時，帶動壓氣機壓縮空氣(壓氣機吸氣時通過化水器吸入冷卻氣缸的熱水，汽油箱改作水箱，將水送入水套，從上端排出熱水)，壓氣機壓縮的空氣(帶有水霧)通過單向閥進入曲軸箱貯存。當二個氣缸燃燒膨脹，活塞到下止點時，燃氣通過一個單向閥排出放空，與此同時，另一個窗式閥開通讓曲軸箱的壓縮空氣進入氣缸進行掃氣，掃氣完畢，氣缸的壓力小于液化石油氣鋼瓶壓力，燃料通過控燃器進入氣缸噴出。當活塞上升，氣缸壓力大于液化石油氣壓力，單向閥關閉。這二個氣缸的活塞在上升，把氣缸中的空氣(含有水霧)和液化石油氣進行壓縮，到了上止點，火花塞點燃，膨脹作功。

(4)、四沖程汽車改用活塞蒸氣燃氣輪機，拆除汽車的散熱器，安裝有水套的燃燒室；拆除四沖程的配氣機構，安裝蒸汽燃氣輪機和增壓機；燃氣輪機轉軸用齒形皮帶與多氣缸的曲軸大輪盤相連接，把多缸氣缸只作壓縮空氣之用。改換氣缸蓋，加裝二個單向閥使之成為活塞式壓縮機。以往冷卻氣缸的冷卻水，損失熱量三分之一，而今將冷卻氣缸的熱水不用散熱器散熱，而是用化水器加以利用，(當氣缸吸氣時，將熱水噴入氣缸壓縮后在燃燒室加熱成蒸氣，成為蒸汽燃氣輪機)，燃氣輪機轉動帶動增壓機吸入大氣，加壓后經化水器吸入熱水，進入氣缸中。化水器的水箱可安置在車頭上?；钊麎嚎s的含水霧的高壓空氣進入化油器，經燃料控制器后，燃料進入高壓空氣中再進入燃燒室燃燒，產生高溫2000℃，用噴射泵吸入大量空氣，使溫度降至700℃，進入蒸汽燃氣輪機中作功。(輪機小直徑齒輪盤，用齒形皮帶與壓氣氣缸曲軸大輪盤相連接，為汽車提供動力)。這種改進，使汽車功率提高6倍以上，節油50％以上。

用液化石油氣作燃料，或用酒精吸附天然氣的氣體燃料的汽車二沖程稱為高級新能源汽車。用單缸二沖程蒸汽機作動力的小汽車，二人前后坐，車長和車寬約為目前小汽車三分之二，稱為個人小汽車，用液化石油氣作燃料。目前的小汽車不用汽油作燃料，而用天然氣溶于酒精的汽車稱為新能源汽車。用多缸二沖程蒸汽內燃機作動力，用液化石油氣作燃料的汽車稱為高級新能源汽車。四沖程汽車改用活塞蒸汽燃氣輪機后，功率提高6倍，小汽車若不在地面行駛，可裝上噴氣式直升機旋翼，使汽車成為汽車飛機，將來進一步把飛機完善，具有機翼可以噴氣式飛行。此發動機應用于小汽車，小汽車亦可加長，使乘四人的汽車改為乘20-30人的公交轎車，完善公交大有幫助，比地鐵舒適。此發動機應用于大貨車、大客車，可加長6倍，大貨車、大客車亦成為列車式的大貨車和大客車，在高速公路上行駛。

(5)、垂直起降的噴氣式飛機。本飛機空氣進入增壓壓氣機，經化水器把冷卻燃燒室的熱水吸入，然后采用新式高壓離心壓縮機壓縮，獲得高壓空氣，經有水冷的燃燒室燃燒，高溫燃氣吸入大量空氣使燃氣從3000℃降到700℃，在蒸汽燃氣輪機中作功，用電動巧克把大量燃氣導入，四個向下噴射的噴管中噴出實現飛機垂直起降。到了高空電動巧克轉動將燃氣導入噴射泵吸入大量空氣進入加力燃燒室，產生高溫1000℃，從尾部水平噴出，使飛機高速前進，達到超音速飛行；為了承受高壓燃燒室必須水冷，水冷的熱若不回收將損失總熱量約三分之一，應減少貨物攜帶，飛機上應有水箱達到節能三分之一。飛機采用乙炔溶于酒精作燃料，高能燃料作飛機燃料，由于燃氣壓力高，同時回收了冷卻燃燒室的冷卻熱，飛機比一般飛機節能50％以上。

(6)、乙炔一級火箭。目前的液氫火箭是錯誤的，因液氫比重小作燃料占很大體積，大火箭只好采用三級火箭。本火箭用高能的乙炔溶于酒精(乙炔在氧中燃燒可達3000℃～4000℃，乙炔可溶在酒精中，也可溶在丙酮中)火箭在大氣中飛行時可用噴射泵吸入空氣，減少用氧量，一級火箭可頂三級火箭。用四氧化二氮成本大高，本火箭的乙炔溶于酒精燃料費用低，飛得遠。燃氣噴出時，用噴射泵吸入大量空氣，再次燃燒增加推力。天然氣溶于酒精亦可作火箭燃料稱天然氣火箭。

(7)、循環電解液的水電解。電解過程，氫氧化鉀鉀離子向陰極移動，電解反應生成氫后，K離子停留陰極處，使電阻加大，浪費電力；用風電水電解和利用火電夜間用電低峰時進行水電解制氫氧。

風力發電進行水電解、風電波動很大不適宜輸入電網供工業使用，適宜水電解制氫氧貯入氣柜中，用管輸送至鋼鐵廠、化肥廠或火電廠中。

(8)、火力發電廠乏氣放空和聯產乙炔工藝，發電廠增加一新鍋爐生產超臨界蒸汽壓力在300大氣壓以上，老鍋爐用于制造甲烷(煤和氫在高壓產生甲烷)甲烷進入新鍋爐底部，用氧燃燒(甲烷部分燃燒溫度達1500℃)，另一部分的甲烷生成乙炔，離開新鍋爐在急冷器中用蓮噴頭噴出冷水急冷，使乙炔等氣體降溫至800℃，進入氧預熱器加熱氧至600℃。增加的蒸汽鍋爐除進行化學反應生成乙炔之外，夾套里生產超臨界飽和蒸汽(31Mpa/621℃)，進入熱交換器產生發電用超臨界蒸汽(30Mpa/600℃)老鍋爐除制造甲烷，也產生蒸汽用于制造發電蒸汽，即加熱蒸汽進入熱交換器，將熱水加熱成發電用蒸汽。新老鍋爐產生的發電蒸汽進入同一個磁流體發電通道發電。乙炔等氣體經冷卻脫硫后用酒精吸收成乙炔酒精溶液，氫返回老鍋爐制造甲烷。

以上是火力發電廠聯產乙炔的大工程?；痣姀S在進行大工程前第一步可搞小改工程(即不增加新鍋爐，不產乙炔只發電)，發電蒸汽吸入熱空氣，使輪機中作功溫度很低時不產生水滴，蒸汽用盡熱量后的乏氣放空，廢除用大量冷卻水冷凝蒸汽損失50％的總熱量。此電廠可多發30％的電力乏氣放空使天空多下雨，降低氣溫和消除霧霾。

發電廠進行大工程改造，把老鍋爐改為甲烷化爐，增加乙炔反應爐，附產加熱蒸汽，然后生產發電蒸氣，發電的超臨界蒸汽(30mpa/600℃)因噴射泵吸入預熱至600℃的空氣，有了擴散劑，保證發電蒸汽作功后不產生水滴，在磁流體發電通道發電。新老鍋爐首先產生加熱蒸汽，然后才加熱生成發電蒸汽，然后進入磁流體發電。新發電通道為方形結構，預先裝上電極，左壁為陰極、右壁為陽極，加入電壓4-7×10⁴V，使之發生放電，使發電蒸汽成為離子具有導電性，經減壓閥減壓，蒸汽在發電通道快速運動(通電導體切割磁力線運動產生電動勢ε＝BLU)，乏氣經熱水器回收熱量后，由煙窗放空。本發電廠不用冷卻水冷凝溫度很高的蒸氣，避免冷卻水帶走熱量(占總熱量的50％)而浪費。本電廠用空氣作擴散劑，使蒸氣中的熱量作功用盡，然后回收低熱后放空，這是重大的環保措施，蒸汽放空可使天空多下雨，降低氣溫，亦可溶解霧霾，又可使河水(或海水)調在其他地方下雨，解決大地的干旱。天空中水蒸汽較多，要實現人工造雨較易。

(9)、鈉冷高溫慢中子增殖反應堆和磁流體發電。鈾-235與中子發生核裂變產生的1兆電子伏特的中子，當減速至25電子伏特時易與鈾-238起增殖反應，生成钚；當中子減速至0.04電子伏特時易與鈾-235起裂變反應，本方案是根據這個原理設計的增殖反應堆。從高溫氣冷堆，反應溫度800℃以上，核反應有很高的燃耗深度，表明高溫有利核反應，本堆亦采用高溫880℃。原子彈爆炸表明鈾-235濃度高易發生裂變反應，本堆鈾-235，芯塊的鈾-235含量30％，在保證安全的前提可盡量提高鈾-235的含量。制成3厘米高，3厘米直徑的芯塊，制成陶瓷體，裝在高3.6米，壁厚為1毫米不銹鋼管中，為裂變管，用花板固定在反應堆中，周圍是石墨套筒、石墨套筒周邊是鈾-238不銹鋼管。如此布滿整個反應堆。反應堆如同內燃機氣缸，在花板下面是活塞，活塞表面上固定控制棒，活塞上下移動，達到控制棒上下移動控制核反應?；钊怯升X輪齒條由電動機帶動而動作的。整個反應堆安裝在高壓容器內。鈉冷核反應開工后，當溫度達880℃，液鈉沸騰上升至蒸汽發生器產生加熱蒸汽31Mpa/610℃，液鈉下流至熱交換器，把水加熱，液鈉返回反應堆。加熱蒸汽進入發電蒸汽發生器，生成超臨界蒸汽30Mpa/600℃，進入噴射泵吸入冷卻高壓容器后的熱空氣，進入磁流體發電通道發電。乏氣進入熱水器回收低熱后放空，具有環保作用，使天空常下雨，氣溫降低，消除霧霾亦有調水至大地的作用。

(10)、核動力電弧電火箭發動機和核動力火箭飛機，火箭列車和火箭船，用增殖反應堆作動力；用高壓離心壓縮機把空氣壓縮為42Mpa，通過電動巧克，把高壓空氣通向四個向下噴射的噴管中噴出，使飛機垂直起飛，到了高空，通過電動巧高壓空氣進入另一管路，壓縮空氣通過噴射泵吸入大量空氣，進入電弧爐加熱至1000℃，向后噴氣，使飛機快速向前，可達超音速。

火箭列車的核火箭與火箭飛機相同。安裝在列車和最后一節車廂，發電機產生的直流電用電纜導入車頭上的直流電機中，進出站均由電機帶動?；鸺熊噾诘乇硪韵逻\行，防止大風吹襲。鐵軌為4500毫米寬軌，整個鐵道線建成高架形式，橋上是高速公路，橋下是火箭列車軌道。

火箭船亦用上述裝置，直流電機產生直流電，供慢速航行時開動旋漿。

(11)、核動力航天飛機。用鈉冷高溫慢中子增殖堆作動力。航天飛機仿照美國“哥倫比阿號”航天飛機，機長56米，高23米，寬24米。航天飛機垂直起降用二臺或更多的離心壓縮機。用高壓力、大流量、大功率的離心壓縮機，出口壓力達42Mpa，功率達6×10⁴kw，采用鈦合金葉輪，圓周速度達400m/s，轉數達120000^r/min，葉輪速度如此高，可以縮小葉輪直徑，使壓縮機的體積，質量減少，使起飛總質量2000多噸，能順利垂直起飛。當分布在飛機前后的二臺高壓離心壓縮機，用電動機帶動壓縮空氣分別進入二個熱交換器，吸收核反應堆液鈉帶來的熱量達600℃，分別由電動巧克把加熱了的壓縮空氣分別送入飛機前后四個向下噴氣的噴管中噴出，使飛機垂直起飛，到了高空，通過電動巧克將飛機尾部離心壓縮機壓縮的高壓空氣送入磁流體發電通道發電；將飛機頭部離心壓縮的壓縮空氣送入磁流加速通道加速，此加速通道在發電通道下面，有相同的電極，即發電的電力立即被加速道利用，使壓縮空氣減壓后高速運動，在高電壓4-7×10⁴v放電下，使高速運動的空氣具有導電性，在強超導磁場和強電場的作用下，空氣產生安培力，從而推動空氣高速運動，最后由尾噴管噴出，由于放電加熱，使噴氣溫度達1000℃，飛機總推力達3000×9.8KN，使飛機超音速向前飛，發電后的空氣由噴射泵吸入，與飛機頭部離心壓縮的空氣匯合，在加速道加速后噴氣推進。

到了外太空，高壓空氣壓縮機停止運轉，用二臺高壓水泵來自水箱的壓縮至40Mpa，分別送至二個熱交換器，用核反應堆的鈉加熱成超臨界壓力的過熱蒸汽40Mpa/620℃，飛機尾部的熱交換器產生蒸汽進入發電通道，飛機頭部熱交換器產生的蒸汽進入加速通道加速在尾部噴管中推動飛機向前超音速飛行；發電后的蒸汽用噴射泵吸入飛機頭部熱交換器產生的蒸汽中，進入加速通道加熱和加熱溫度達1000℃，蒸汽從噴管中噴出。到了月球登月，飛機頭部和尾部熱交換器產生的兩股蒸汽，分別在四個垂直向下的噴管噴出，實現月球中垂直降落。到火星要一年半時間，各種物品和水箱的水補給由飛船不斷運來。

(12)、鈉冷氘-氚對撞核聚變和磁流體發電工藝。用磁流體加速器建立二個氘-氚環，其中一環進行氘-氚加速，另一環氘-氚不加速，兩環相交于一處(即兩環氘-氚原來有自己一個車道到了交叉點只有一個車道，加速的氘氚速度很快，必然對撞擊速度慢的氘-氚，相當汽車的追尾碰撞。加速道的氘氚動能很大，對撞可克服氘-氚兩個帶正電核的庫侖斥力，實現核聚變。產生的熱量被核聚變鍋爐中的鈉吸收，在熱交換器產生高壓蒸汽用噴射泵吸入熱空氣一起在磁流體發電通道發電，乏氣經過熱水器吸熱后放空，放空蒸汽有環保效果，下雨使氣溫下降，消除霧霾和調水至各處。

(13)、電解制取金屬鈉。所有核聚變堆和核裂變堆都采用鈉冷，未來對鈉需求量大，大規模電解氯化鈉制取。金屬鈉是必要的，用電磁爐加熱氯化鈉至650℃成液體，在塔式電解槽中電解生成氯和鈉。通過預熱器加熱，在電磁爐加熱成液體鹽熔液經浮子閥進入電解槽內，在陽極中放出氯，經熱交換器吸熱在廢熱鍋放熱，在冷卻器中冷卻，在冷凝器冷凍成-20℃的液體氯裝入罐中。在陰極中鈉浮出食鹽熔液之上，往下流入液鈉貯罐中。

(14)、尿素改為硝酸尿素緩效氮肥工藝。由于核能發電的巨大進步，使電價低廉，水電解制氫氧將大發展，廉價而清潔的氫便于制造合成氨，尿素廠可增加電解氫制造合成氨，可增加尿素生產，合成氨又可制造硝酸，硝酸與尿素反應生成硝酸尿素，成緩效氮肥，比尿素增加肥效三分之一。本尿素改為氨CO₂雙氣提；液氨18Mpa進入氨加熱器達180℃，通過噴射泵把尿液從尿素合成塔吸出，進入氨氣提塔底部，鼓泡而上(管間是加熱蒸汽210℃)因而氣提產生CO₂和氨等，到了塔頂空間較大而氣液分離，氣體進入甲銨冷凝器；液體尿液在花板上(10厘米列管高于花板)尿液進入CO₂氣提塔，用17Mpa的CO₂氣提，分解的CO₂和氨，進入甲銨冷凝器生成甲銨，流入尿素合成塔底部而上升進行尿素合成。

本硝酸生產中，氨氧化采用非鉑催化劑，因氨成本低，節約鉑是合理的，為了減少氨的分解，采用過量氮，采用5大氣，高壓氧化使進入氧化層的氧很多，反應的料層也高，使反應充分，空壓縮進入氧化層的管間，吸收氧化反應熱，使氧化反應不超過1000℃。液氨減壓至大氣壓進入快速冷卻器冷凍氧化物，使水冷凝下來；氨上升至加熱器，溫度達700℃進入氨氧化爐與氧進行反應，氧化物經廢熱鍋爐冷卻后進入快速冷卻器冷卻后進入吸收塔，生成硝酸，未吸收的NO₂氣體進入第二吸收塔吸收成硝酸。

高壓尿液經減壓閥進入閃蒸槽，溫度107℃，冷的硝酸進入與尿素反應生成硝酸尿素，經蒸發加濃至99％。熔融物泵送造接塔造粒。

(15)、中小化肥廠改產硝銨和新能源天然氣溶于酒精。中小化肥廠用水電解制氫氧，用富氧空氣-水蒸汽連續氣化制合成氣，高溫不發生CO₂，經水冷脫硫后進入壓縮機壓至30大氣壓，進甲烷化爐，冷卻后用酒精吸收天然氣，(此為汽車用新能源)脫除CO后，用高壓機把氫和氫壓縮至100大氣壓制合成氨，然后用非鉑催化劑進行氨氧化生成NO，制取硝銨，與氨反應生成硝銨這是成本最低的化肥。

(16)、鋼鐵廠粗鋼改為高級合金鋼聯產天然氣、水泥工藝。用水電解制氫氧，用氫還原煉鐵，將煤、鐵礦、熔劑石灰石(CaCo₃)白云石，波特蘭水泥需配CaO60％，SiO₂18％、Al₂O₃6％Fe₂O₃2％；在球磨機磨成粉末，輸送至料倉，用螺旋加料機加入煅燒爐中，壓縮氧氣至5大氣壓，用噴射泵吸入煉鋼爐尾氣1300℃，在煅燒爐與炭燃燒，硫生成SO₂，磷生成P₂O₅或生成揮發氣體，經旋風分離，鐵礦，熔劑等固體，導入高爐的料封槽中，壓縮的氫預熱至600℃噴吹料封槽，把鐵礦粉吹起，懸浮狀進行氫還原煉鐵，硫和磷進一步化成氣體被清除。含硫磷氣體進入廢熱鍋爐、冷卻器、脫硫塔。CO₂、H₂等氣體進入甲烷化爐，生成甲烷；用酒精吸收天然氣為汽車燃料。在高爐里生成無硫磷的海綿鐵，經旋風分離落入煉鋼爐中，吹氧與炭反應使爐溫達1700℃。鋼液與熔劑分離。順流而下，鋼渣浮起，精煉鋼沉下。最后，鋼渣用噴霧器制粉末狀的水泥。液鋼流入合金爐中，螺旋加料機將合金元素加入合金爐中，爐的底部有電磁爐加熱，鋼液沸騰中，與合金元素部混合均勻，然后進行合金鋼的澆注。

(17)、不銹鋼電飯鍋

由于天然氣用溶于酒精用于汽車作燃料，天然氣不再用于烹調作燃燒，電價低廉，家用烹調應采用電加熱。目前鋁制內鍋的電飯鍋，氧化鋁易脫落，有損健康，用不銹鋼作內鍋，往往會燒焦飯；本法用不銹鋼篦子，不讓米落在鍋底中，篦子多孔，直徑小于米粒，有二個手柄，有二個腳。其余結構此電飯鍋與目前的電飯鍋相同。篦子在鍋中高度要適當，做到先煮后蒸，即沸水與米先煮，一半熟時，水應離開米層，由蒸汽蒸熟，蒸熟后跳閘斷電，不要保溫供電。開蓋讓蒸汽蒸發，然后用筷子把飯捅松。