[發明專利]一種能用低溫余熱驅動的熱氣機

在審

• 申請號: 202110066514.7
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112594086A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 胡吉慶
• 申請（專利權）人: 胡吉慶
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/055;F02G1/045;F02G1/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種能用低溫余熱驅動的熱氣機，是一種以氣體為工質的閉式循環往復活塞熱力發動機。其目的在于利用熱工轉化效率最高的惰性氣體為工質，充分將熱能轉換成機械能，并且能用低溫余熱驅動。主要構造是在一個活塞裝置上連接兩個高壓氣室，通過循環改變兩個氣室的溫度，使活塞裝置內部產生壓強差推動活塞循環往復運動，活塞在工作過程中驅動飛輪旋轉。氣室內安裝有散熱管，表面安裝冷卻系統，可利用熱水或熱氣改變氣室內氣體的溫度，從而驅動活塞做功。這種機械可利用電廠、化工廠的余熱發電，也可以安裝在輪船、施工機械、載重汽車等機械上面，將內燃機排出的高溫廢氣轉化成可利用的機械能，提高燃油的熱能利用效率。

技術領域

本發明涉及一種往復活塞式發動機。特別是涉及一種以氣體為工質的閉式循環往復活塞熱力發動機。

背景技術

熱力發電始終是全球發電量的主力，目前采取的主要生產方式是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水成為蒸汽，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，然后汽輪機帶動發電機旋轉進行發電。目前，這種發電方式的熱能利用率最高只能達到35％左右。

根據熱力學第一定律Q＝U+W，物體吸收的熱量等于內能的增加和對外界做功。根據W＝P·dV，在定壓下，物質吸收熱量后體積膨脹才能對外做功。不同的物質加熱后產生的體積膨脹量不同，吸收熱量少膨脹量大的物質，對外做功多，轉化為內能的能量少，相反，吸收熱量多膨脹量小的物質，對外做功少，轉化為內能的能量多。不同的物質比熱容不同，體積膨脹系數也不同，所以不同的物質，膨脹吸熱率不一樣。為了反應物質膨脹吸熱率的大小，給出如下計算公式：

注：ΔE＝CρvΔt，ΔV＝vαΔt，C為比熱容，ρ為密度，α為體積膨脹系數，v為系統初始狀態下的體積，Δt為溫度差。

在常壓下，得到下表1-1中所列物質的膨脹吸熱率H的值：

表1-1：不同物質的H值計算

從微觀結構分析，不同物質的比熱容不同，主要是因為原子之間的鍵能有所差別，其次是分子之間的范德華力有所差別。物質吸收的熱量轉化成了化學鍵的鍵能和分子之間的勢能。例如：水分子是包含3個原子的極性分子，水分子吸熱后，能量被H-O鍵吸收，轉變為H-O鍵的鍵能。同時，水分子之間的距離加大，分子之間的勢能增加，表現為體積膨脹。將物質的比熱容換算成摩爾熱容，既1mol物質溫度升高1度所吸收的熱量為摩爾熱容量。計算公式如下：

C_m＝CM

注：C為單位質量比熱容，M為摩爾質量。

如表1-2所示物質的摩爾熱容量就可以對比發現：單原子分子的摩爾熱容量較小，多原子分子的摩爾熱容量較大；惰性氣體的摩爾熱容量較小；分子中原子之間的鍵能大的摩爾熱容量大；分子與分子之間作用力小的摩爾熱容量小。例如：常溫下氣態物質分子間作用力小，固態物質分子間作用力大，液態物質分子間作用力介于氣態和固態之間，金屬汞在常溫下呈液態，摩爾熱容卻比其它金屬高，證明汞是雙原子分子。

表1-2：物質的摩爾熱容量

通過分析表明，水分子吸熱后，能量被H-O鍵吸收，水吸收的熱量大部分轉化為化學鍵的鍵能，這部分能量不能對外做功，并且在循環過程中需要被冷卻。所以熱力發電廠采用水作為循環介質并不合理。

水隨著溫度升高，膨脹吸熱率H的值逐漸減小，對外做功的能力提高。水在液態20～100℃時，加熱吸收的能量多，100℃后加熱吸收的熱量逐漸減少。熱力電廠的汽輪機只能利用高溫高壓的水蒸氣，通過汽輪機做功之后的乏汽攜帶了大量的熱能，需要通過冷卻后才能繼續循環利用，導致能量損失。電廠為了提高熱能利用率，可將水加熱到更高的溫度，但是比較困難。