專利名稱：熱的利用方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱的利用方法，使熱循環(huán)作功、反復(fù)利用，尤其涉及到利用該方法設(shè)置的有關(guān)裝置。
利用熱作功，現(xiàn)有的方法是將熱作為能源，利用能源本身或液體的體積膨脹作功，尤其是利用液體為工質(zhì)作功，為了使液體充分膨脹需要達(dá)到和保持一定的高溫，現(xiàn)有的做法是對(duì)液體直接加溫產(chǎn)生蒸氣作功。為使液體達(dá)到和保持一定的高溫需要消耗一定的熱能，但最終人們需要的是蒸氣而不是液體。給液體加溫一般都采用外加熱，進(jìn)行外加熱需要空氣助燃，空氣的助燃帶來(lái)空氣的流通，勢(shì)必又散失一部分熱能。最主要的是作功后的蒸氣或作它用，或進(jìn)行冷卻，沒(méi)有很好地利用，使寶貴的熱能白白流失。以上這些是導(dǎo)至熱能利用率不高的原因。
本發(fā)明的目的就是要克服上述熱能利用中的不足，提供一種熱的循環(huán)利用方法以及相關(guān)的裝置，以提高熱的利用效率。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的熱在密封容器內(nèi)以液體為工質(zhì)，通過(guò)熱交換達(dá)到熱循環(huán)，循環(huán)中進(jìn)行熱補(bǔ)充并以氣化的液體作功，作功后的液體被換置。方法中熱交換含自然熱交換與強(qiáng)制熱交換，熱補(bǔ)充的能源含外源熱補(bǔ)充和內(nèi)源熱補(bǔ)充，熱循環(huán)的形式含封閉式熱循環(huán)和開(kāi)放式熱循環(huán)。裝置有下列幾種裝置(1)用自然熱交換，外源熱補(bǔ)充作封閉式熱循環(huán)是在有保溫層和進(jìn)出通口的耐壓密封容器內(nèi)設(shè)進(jìn)出通口顯露在外的換熱器，容器、換熱器和作功設(shè)施連接的循環(huán)通道上設(shè)置加熱器，液體用泵作單向換置。裝置(2)用自然熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充作封閉式熱循環(huán)是裝置(1)的加熱器設(shè)置在通道內(nèi)。裝置(3)用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充作封閉式熱循環(huán)熱交換由機(jī)械強(qiáng)制進(jìn)行，散熱器和冷凝器分別置于密封容器兩邊或分置兩個(gè)容器并用管道和作功設(shè)施相連能達(dá)到真空，液體作單向換置。裝置(4)用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充作開(kāi)放式熱循環(huán)是裝置(3)的散熱器按置在容器外，熱交換產(chǎn)生的熱排放空中，裝置所需的熱量使用加熱器，密封容器使用液體密封，液體作自由換置。
熱，在本發(fā)明中不是作為能源一次性消耗，而是作為一種工具反復(fù)多次地使用，對(duì)熱的利用不是追求達(dá)到某個(gè)高溫使液體的體積膨脹大一些、壓力高一些為目標(biāo)，而是追求使用的頻率，盡可能使熱在裝置中多作幾個(gè)循環(huán)，使更多的液體氣化，總量有了，效率就在其中。因此將現(xiàn)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的加熱程序和冷卻程序合二為一，這樣既節(jié)省了為提高液體溫度所消耗的熱能，又避免了作功后的蒸氣對(duì)環(huán)境影響而采用冷卻程序形成的熱能流失。一個(gè)目的，兩個(gè)截然相反的程序，最簡(jiǎn)單的融通辦法就是交換，熱交換是本發(fā)明的核心，有了熱交換就有熱循環(huán)。進(jìn)行熱補(bǔ)充是因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)對(duì)熱的散失還不能做到完全避免和阻斷，采用的形式則根據(jù)條件，目的不同采用不同的配置方式。
本發(fā)明構(gòu)思清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富，熱交換有自然熱交換和強(qiáng)制熱交換之分，熱補(bǔ)充的能源有外供熱源和內(nèi)供熱源之別，熱循環(huán)有封閉式熱循環(huán)和開(kāi)放式熱循環(huán)之分，作功的力有頂推力和吸引力之別，液體換置有單向換置和自由換置兩種，就連密封容器還有全密封和水密封的區(qū)別。根據(jù)以上的不同因素可以組合成多種貌似不同的裝置，下面是幾種典行裝置分別列圖給出

圖1是用自然熱交換、外供熱源和封閉式熱循環(huán)裝置(1)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用自然熱交換，內(nèi)供熱源和封閉式熱循環(huán)裝置(2)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)供熱源和封閉式熱循環(huán)裝置(3)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)供熱源和開(kāi)放式熱循環(huán)裝置(4)的結(jié)構(gòu)示意先結(jié)合圖1，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的方法，用自然熱交換、外源熱補(bǔ)充和封閉式熱循環(huán)裝置(1)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作過(guò)程。
本裝置是在有保溫層和進(jìn)出通口的耐壓密封容器內(nèi)設(shè)進(jìn)出通口顯露在外的換熱器，使容器的出口與換熱器的進(jìn)口和作功設(shè)施相連形成熱的循環(huán)管路并在其中設(shè)置加熱器，容器的進(jìn)口和泵的出口相連，換熱器的出口和另一容器相連并讓泵的進(jìn)口置于容器內(nèi)形成液體的循環(huán)通道。
裝置的主體1(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0119029.6，公開(kāi)號(hào)CN1288138A)包括保溫耐壓的密封容器2，上部設(shè)有出口3，下部設(shè)有進(jìn)口4，內(nèi)置換熱器5，其進(jìn)口6和出口7分別置于容器的上、下兩端并顯露在外，由外熱源8和受熱器9組成的加熱器置于容器出口3和作功設(shè)施11之間的通道上對(duì)容器2內(nèi)產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)行熱補(bǔ)充并作蒸氣輸出通道，容器進(jìn)口4和泵12相連，泵12的進(jìn)口接入容器13作水補(bǔ)充的通道，換熱器5的進(jìn)口6和作功設(shè)施11的出口相連作蒸氣回轉(zhuǎn)通道，出口7用管道和容器13相通(換熱器5下部空間大也可不用容器13，直接用管道接在泵12的進(jìn)口上)作蒸氣冷卻后水的通道。
裝置的運(yùn)作過(guò)程是在容器2內(nèi)裝有冷水并使上部留一氣室，當(dāng)換熱器5內(nèi)的蒸氣自上而下排放時(shí)，容器2上部的冷水首先受熱，也最先沸騰產(chǎn)生蒸氣，蒸氣從容器2的出口3輸出至作功設(shè)施11作功后通過(guò)回路管道至進(jìn)口6到達(dá)換熱器5對(duì)容器2內(nèi)的水換熱作下一個(gè)熱循環(huán)。換過(guò)熱的蒸氣由于自身比重的增加和后面蒸氣的推動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，換熱過(guò)程中，容器2內(nèi)同高度水的溫度決定換熱的速度，因此不可能一下子將熱散發(fā)完畢，向下移動(dòng)的蒸氣一邊散熱一邊移動(dòng)凝結(jié)成較熱的水向下淌，淌的同時(shí)繼續(xù)換熱成為較冷的水經(jīng)出口7至容器13儲(chǔ)存，當(dāng)容器2內(nèi)的水位下降時(shí)由泵12經(jīng)進(jìn)口4泵入容器2形成水的循環(huán)。
上述的熱循環(huán)是在熱一點(diǎn)不散失的情況下進(jìn)行的，但現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中還做不到，容器、作功設(shè)施、管道，排放的水每時(shí)每刻都要散失一定的熱量，因此除了加強(qiáng)保溫措施外還要不斷地在循環(huán)通道中進(jìn)行熱補(bǔ)充，也就是對(duì)蒸氣進(jìn)行再加熱，熱的來(lái)源由設(shè)置在容器出口3到作功設(shè)施11之間由外熱源8和受熱器9組成的加熱器提供，為了充分利用熱能，應(yīng)該使用傳熱性能好、熱損失小的受熱器。
熱和水兩個(gè)有分有合的循環(huán)能夠運(yùn)行是因?yàn)樽鞴蟮恼魵怆m然壓力沒(méi)有了，溫度變低了，但作為熱的總量在經(jīng)過(guò)作功設(shè)施后損失是有限的，只是蒸氣由壓縮狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)，正常狀態(tài)的蒸氣體積大，溫度相對(duì)較低，但總量減少不多，為了適應(yīng)這種狀態(tài)，換熱器5具有通道截面粗，換熱面積大的特點(diǎn)，是由若干小截面的直型通管組合后連接在主管道上，其截面的總和大于主管道的截面，并盡量占據(jù)容器2的有效截面，使空間的利用最大化，蒸氣量大時(shí)可加大容器2的截面和高度，也可由多個(gè)主體1并列使用。小截面通管由導(dǎo)熱性能好的金屬制造以達(dá)到較高的傳熱率。在這樣的熱交換裝置中，作功后的蒸氣可以順暢地、有足夠的空間和時(shí)間進(jìn)行熱交換。
熱交換是本發(fā)明的核心，本裝置采用的是自然式熱交換，其運(yùn)作的原理是作功后的蒸氣從管道經(jīng)過(guò)上進(jìn)口6至換熱器5進(jìn)行自上而下地散熱，容器2內(nèi)的冷水上部首先受到較高溫度蒸氣的加熱，由于熱的特性，上部水中的熱不會(huì)向下流動(dòng)也不會(huì)向下傳遞，散發(fā)了一定熱量的蒸氣由于比重增加和后面蒸氣的推動(dòng)向下流動(dòng)，流動(dòng)的同時(shí)又對(duì)容器2內(nèi)的水散發(fā)熱量，如此重復(fù)換熱器中的蒸氣就形成了上面溫度高下面溫度低的梯次排列。和蒸氣一壁之隔容器2中的水受到蒸氣傳遞過(guò)來(lái)的熱量其溫度也呈上高下低的梯次排列。但水是液體，其質(zhì)量比蒸氣密實(shí)，熱容量比蒸氣大，加之水是靜態(tài)的，蒸氣是動(dòng)態(tài)的，熱交換時(shí)熱在靜態(tài)的工質(zhì)中總是要向上升，而在動(dòng)態(tài)工質(zhì)中只能隨勢(shì)流動(dòng)，因此容器2中水溫的梯次排列也比蒸氣密實(shí)。隨著時(shí)間的推移，水中的熱就逐漸向上使上面的水溫度越來(lái)越高，至使上部的水達(dá)到沸點(diǎn)后以蒸氣的形式將熱量排放出去，下面的熱不斷升上來(lái)，蒸氣就會(huì)不斷產(chǎn)生，而換熱氣5內(nèi)蒸氣溫度的梯次排列就會(huì)整體向下移動(dòng)以適應(yīng)容器2內(nèi)的溫度環(huán)境，這就形成容器2上部蒸氣溫度比換熱器5上部蒸氣溫度高，這需要在設(shè)置換熱器5上部用材時(shí)用導(dǎo)熱性能差的材料或加隔熱層，也可以將進(jìn)口6從容器2的中上部進(jìn)入。以上措施都不實(shí)行，會(huì)使換熱器5內(nèi)的蒸氣從上部攜帶一部分熱量到下部去散發(fā)，增加了來(lái)回，降低熱交換的速度和效率。但因上部總管道的導(dǎo)熱面有限，不會(huì)因此而不運(yùn)行。
上述情況嚴(yán)重時(shí)，即容器2內(nèi)的水溫自上而下越來(lái)越高，使換熱器5中的蒸氣梯次排列越來(lái)越向下，至使換熱器出口7排出的水溫越來(lái)越高甚至排出蒸氣，在這樣情況下，如果作功設(shè)施已達(dá)到了額定功率，就應(yīng)該減少熱補(bǔ)充的供熱量，如果作功設(shè)施還沒(méi)有達(dá)到額定功率，說(shuō)明容器2的容積和換熱器5的換熱面積不夠，就應(yīng)該加大容器2的容積、高度和換熱器5的換熱面積，或者由多個(gè)主體1并聯(lián)使用。
由此說(shuō)明裝置的功率大小在使用材料相同的情況下是由熱總量和換熱面積決定的，沒(méi)有熱總量，容器2上部氣室的蒸氣就達(dá)不到預(yù)期的溫度，就形不成作功設(shè)施11的前后壓差，也就沒(méi)有足夠的氣流，就不能使設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)。有了熱總量，熱不進(jìn)行交換也不行，只有進(jìn)行交換，才能產(chǎn)生蒸氣，有了蒸氣，才能流動(dòng)，才會(huì)作功，才有動(dòng)力。然而在運(yùn)行過(guò)程中，熱總量可以靠熱補(bǔ)充的加大不斷積累，而換熱面積是不變的，因此在整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)中，換熱面積是首要的決定因素。
裝置啟動(dòng)時(shí)，受熱器9放置適量的水，外熱源8釋放熱量使水沸騰產(chǎn)生蒸氣進(jìn)入作功設(shè)施11又通過(guò)回路管道到達(dá)換熱器5的上部，開(kāi)始的時(shí)候只能給裝置的各個(gè)部位預(yù)熱，隨著時(shí)間的推移，換熱器5的上部有熱能輸出對(duì)容器2上部的水加溫，繼而沸騰產(chǎn)生蒸氣，這時(shí)受熱器9中的水也蒸發(fā)得差不多了，就對(duì)蒸氣加熱，使蒸氣的溫度變得高一些，壓力大一些，使作功設(shè)施11能動(dòng)起來(lái)，然后回到換熱器5產(chǎn)生更多的蒸氣，周而復(fù)始直至產(chǎn)生的蒸氣能使作功設(shè)施11正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)對(duì)受熱器9減少供熱量，維持在裝置正常的熱散失量就能使裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
裝置的停止可以設(shè)置下列幾種形式(1)徹底慢速停機(jī)，運(yùn)用于正常維修保養(yǎng)，做法是停止熱補(bǔ)充，使裝置的熱總量慢慢散失，最終停機(jī)。(2)徹底快速停機(jī)，運(yùn)用于突發(fā)事情需緊急處理，做法是停止熱補(bǔ)充，在容器2上部按裝閥門將蒸氣放掉使其停機(jī)。(3)熱循環(huán)和熱交換不停，作功設(shè)施對(duì)外輸出停止，運(yùn)用于正常停機(jī)，臨時(shí)停機(jī)和輸出功率的調(diào)節(jié)，做法是在出口3至作功設(shè)施11的輸出管道和作功設(shè)施11至進(jìn)口6的回路管道之間設(shè)一閥門15，對(duì)外輸出停止時(shí)，加熱器不停止供熱，打開(kāi)閥門15使高壓氣流從閥門15流向回路道到換熱器5，作功設(shè)施11沒(méi)有了氣流也就沒(méi)有功率輸出。調(diào)節(jié)閥門15的流量大小，可以使輸出管道內(nèi)的氣壓隨之小與大，使作功設(shè)施11的輸出功率也隨之作小與大的調(diào)整。(4)等待式停機(jī)，停機(jī)后隔不太長(zhǎng)時(shí)間還要啟動(dòng)，做法是在出口3處裝一閥門，將其關(guān)閉同時(shí)停止熱補(bǔ)充，啟動(dòng)時(shí)打開(kāi)閥門還有蒸氣輸出，只要對(duì)蒸氣加熱就能啟動(dòng)。
裝置的運(yùn)作過(guò)程表明熱是在一個(gè)環(huán)形管路中流通、循環(huán)的，只有蒸氣被冷凝成水后才被排出主體1外，如果換熱器5下部的容量大一些，可以不設(shè)容器13，水就直接儲(chǔ)存在換熱器5的下部，將出口7直接和泵12的進(jìn)口相連，如果對(duì)作功設(shè)施11也進(jìn)行密封，整個(gè)裝置中的熱和水兩個(gè)循環(huán)就在一個(gè)封閉的空間運(yùn)行，把這空間抽真空保持負(fù)壓會(huì)有多項(xiàng)有益效果體現(xiàn)出來(lái)首先是水的沸點(diǎn)低了，不需要在常壓下的沸點(diǎn)產(chǎn)生蒸氣，提前產(chǎn)生蒸氣就能提前正常運(yùn)行。其次是壓差能提前到達(dá)，作功設(shè)施11是靠壓差運(yùn)行的，沒(méi)有壓差就沒(méi)有氣流，就不可能作功。正常大氣壓下要達(dá)到某一氣壓才能作功，在負(fù)氣壓環(huán)境中就要減去負(fù)數(shù)氣壓。還有氣壓低了，蒸氣的溫度也低了，用較低溫度的蒸氣作較高溫度蒸氣的功就節(jié)省了投資，因?yàn)闇囟仍礁?，裝置對(duì)材料，防護(hù)和保溫的要求也越高，費(fèi)用自然就增加，并且溫度低了，熱的散失系數(shù)也變小了。最后降低了蒸氣循環(huán)時(shí)的阻力，加速了熱交換，蒸氣在正常氣壓中通行要克服空間空氣的阻力，就必然會(huì)增加后續(xù)蒸氣的壓力，從而降低了作功設(shè)施11的效率，而在有負(fù)壓的情況下就不存在以上情況，蒸氣從有壓向無(wú)壓流動(dòng)，實(shí)際上無(wú)壓區(qū)將蒸氣拉過(guò)來(lái)，一旦到了負(fù)壓區(qū)，熱被交換后蒸氣變成水，體積一下子縮小了，負(fù)壓區(qū)依然是負(fù)壓區(qū)，而加快速度的目的卻達(dá)到了。最主要的是提高了安全性，正氣壓爆炸要造成傷害，負(fù)氣壓爆炸是向內(nèi)，不會(huì)造成傷害。一次性將裝置內(nèi)保持的負(fù)壓，以上優(yōu)勢(shì)卻得以始終保持，無(wú)形之中就增加經(jīng)濟(jì)效益。
本裝置的運(yùn)行情況就像是在鍋?zhàn)由厦鏌_(kāi)水，熱能被反復(fù)利用了，而水總是燒不開(kāi)，但節(jié)省熱能、增加效率的目的達(dá)到了。
下面結(jié)合圖2詳細(xì)說(shuō)明用自然熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充和封閉式熱循環(huán)裝置(2)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作過(guò)程本裝置的結(jié)構(gòu)和裝置(1)一樣，是將裝置(1)的加熱器設(shè)在循環(huán)通道內(nèi)側(cè)，是不需要燃燒的熱源，包括電加熱器。
從圖2和圖1比較中可以看出兩個(gè)裝置的其它部分都是相同的，不同的就是熱補(bǔ)充部分，裝置(1)的加熱器是由外熱源8和受熱器9組成，而裝置(2)的加熱器是電加熱器10，由于不需要空氣助燃，可以將其設(shè)在通道內(nèi)側(cè)。圖中外形和代號(hào)相同的部分不再重復(fù)說(shuō)明，將不同的熱補(bǔ)充部分加以對(duì)比和說(shuō)明當(dāng)熱從換熱器5釋放的熱量使容器2內(nèi)的水沸騰產(chǎn)生蒸氣從出口3經(jīng)管道使作功設(shè)施11作功后經(jīng)管道回到換熱器5進(jìn)行下一輪換熱、循環(huán)，有保溫層的隔離，熱在循環(huán)中的散失是有限的，因而在循環(huán)通道的任何環(huán)節(jié)進(jìn)行熱補(bǔ)充都是有效的，為了方便和直接，裝置(2)在換熱器5上部和容器2頂端之間設(shè)置電加熱器10，換熱器5散發(fā)熱量產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)過(guò)再加熱(補(bǔ)充)，增加了蒸氣的溫度和壓力，滿足了作功設(shè)施11的需要。通過(guò)調(diào)節(jié)器14調(diào)節(jié)電熱器10用電量，可控制蒸氣量的多少和裝置的啟動(dòng)和關(guān)停。
裝置(2)啟動(dòng)時(shí)在容器2內(nèi)注入冷水，位置超過(guò)電熱器10，上面留有氣室，接上電源，調(diào)節(jié)器14將電熱器10的耗電量調(diào)至最大值，上部的水加熱后增溫沸騰，產(chǎn)生的蒸氣通過(guò)出口3經(jīng)作功設(shè)施11回到到換熱器5，由于熱是向上的，加熱器10只能對(duì)上面的水加溫，對(duì)下面的水沒(méi)有影響，下面的水靠換熱器5散發(fā)的熱量來(lái)增溫。開(kāi)始時(shí)只能預(yù)熱不能作功，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，預(yù)熱完成了，容器2中的水增溫了，緊接著又沸騰了，再加上電熱器10的熱量溫度更高了，熱總量?jī)?chǔ)備逐步增加了，如此循環(huán)一段時(shí)間后水位降低了，電熱器10就顯露在水面上對(duì)蒸進(jìn)行再加熱(補(bǔ)充)，這時(shí)作功設(shè)施11啟動(dòng)后逐漸進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，用調(diào)節(jié)器14控制電熱器10的耗電量，使供應(yīng)的熱量等于裝置整體熱的散失量，再根據(jù)容器2水位的變化由泵12進(jìn)行水的補(bǔ)充，裝置就處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
裝置(2)的停止與功率調(diào)節(jié)和裝置(1)一樣，不再重復(fù)，只是裝置(2)是用電能進(jìn)行熱補(bǔ)充，調(diào)節(jié)起來(lái)更為靈活、方便。
裝置(2)和裝置(1)相比，由于熱源不需要燃燒，熱損失少，只是對(duì)熱源的要求有限制。
下面結(jié)合圖3詳細(xì)說(shuō)明用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充和封閉式熱循環(huán)裝置(3)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作過(guò)程本裝置是熱交換通過(guò)壓縮機(jī)強(qiáng)制進(jìn)行，散熱器和冷凝器分別置于密封容器隔離的兩邊或分置于兩個(gè)容器內(nèi)使底部單向連通，散熱器的容器用管道和作功設(shè)施進(jìn)口相連，冷凝器的容器用管道和作功設(shè)施出口相連，使其能達(dá)到真空并置有適量的水作單向換置，根據(jù)環(huán)境溫度的影響對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行增溫或散熱。
裝置(3)和上述裝置有所區(qū)別，熱交換是用強(qiáng)制的方法進(jìn)行，是用低于常溫的冷凝器使低于正常沸點(diǎn)的蒸氣凝結(jié)成水，從而縮小體積，獲得負(fù)壓，形成吸引力，以此為動(dòng)力使作功設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)。要達(dá)到此目的，除了需要?jiǎng)恿κ估淠鬟\(yùn)作，還要使裝置的氣室能達(dá)到真空，使里面充滿氣化的液體。
在保溫耐負(fù)壓密封容器2中間設(shè)底部留有單向通道的隔熱層21，(也可以直接用兩個(gè)容器，底部用管道相通)將容器的氣室分為22、23，熱交換的冷凝器24和散熱器25分置兩邊，冷凝器24置于氣室22的上部，散熱器25置于氣室23下部的水中，驅(qū)使冷凝器24和散熱器25作熱交換的壓縮機(jī)26根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)置在容器2內(nèi)或外部。氣室22和23上部各用管道和作功設(shè)施的出口和進(jìn)口相通，底部則用單向閥27連接，使水只能從氣室22流向氣室23，必要時(shí)還要用泵將水換置。
運(yùn)行前，將氣室22、23，作功設(shè)施11和管道空間的空氣排出換置成水蒸氣，接上電源使壓縮機(jī)26啟動(dòng)，冷凝器24的制冷使氣室22的蒸氣因冷而凝結(jié)成水，在重力的作用下流到下部，使氣室22因蒸氣凝結(jié)成水體積縮小而形成負(fù)壓。在這個(gè)有負(fù)壓的氣室22中，下部的水因重力作用不會(huì)上升，通向作功設(shè)施11的管道也是負(fù)壓，這樣就在作功設(shè)施11的進(jìn)口和出口之間形成壓差，有了壓差就要流動(dòng)，有了流動(dòng)作功設(shè)施11就會(huì)作功。通過(guò)流動(dòng)，氣室23中的氣壓也變低，但由于散熱器25的散熱，下部有帶一定溫度的水面，在負(fù)氣壓中水的沸點(diǎn)變低，負(fù)壓越大，沸點(diǎn)就越低，這樣就形成了水面的蒸發(fā)，氣化，氣化的水帶著熱量經(jīng)過(guò)作功設(shè)施11作功后進(jìn)入氣室22繼續(xù)冷凝成水流到底部經(jīng)通道和單向閥27回到氣室23作循環(huán)。而氣化水帶著的熱到達(dá)冷凝器24后通過(guò)壓縮機(jī)26內(nèi)氟里昂進(jìn)行熱交換，將熱從散熱器25散發(fā)作下一循環(huán)。
上述的熱循環(huán)是在熱交換的冷凝器24有足夠的制冷效果下完成的，而制冷效果的好壞除了取決于壓縮機(jī)26的功效外和裝置的空間濕度(即氣體的含水量)有關(guān)，如果容器空間的濕度不高，冷凝器24制冷后沒(méi)有水滴形成而結(jié)成冰霜，這不僅使壓縮機(jī)26的功率浪費(fèi)，更使散熱器25得不到充分熱源使水氣化去化解冰霜的形成，照此循環(huán)最終會(huì)導(dǎo)至裝置不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果冷凝器24達(dá)到了額定功率，而作功設(shè)施11還不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)原因是壓縮機(jī)26的功率小了，沒(méi)有足夠的交換能力，另一個(gè)原因則可能氣室23的溫度偏高，產(chǎn)生的蒸氣熱量偏多，致使冷凝器24來(lái)不及冷凝。以上這些除了注意壓縮機(jī)26功率的匹配外還要注意裝置的真空度即氣化水的純度，另外就是裝置的熱補(bǔ)充。
氣室23中的水是在正常沸點(diǎn)以下的溫度被蒸發(fā)氣化的，和環(huán)境溫度的差距相對(duì)來(lái)講比較小，在環(huán)境溫度足以使氣化水冷凝的情況下就要加強(qiáng)對(duì)熱散發(fā)的防護(hù)，必要時(shí)還要對(duì)氣室23中的水熱補(bǔ)充(增溫)，而在環(huán)境溫度容易使氣室22中的溫度升高時(shí)，就要對(duì)氣室22采用取保溫措施，對(duì)氣室23和水進(jìn)行散熱，必要時(shí)在容器外按裝散熱器(進(jìn)行負(fù)熱補(bǔ)充)。
由于本裝置的熱交換是強(qiáng)制的，是靠外力強(qiáng)迫進(jìn)行交換，熱交換又是裝置運(yùn)行的關(guān)鍵，因此壓縮機(jī)功效就成了裝置輸出效率的關(guān)鍵，效率高，冷凝的氣化水多，產(chǎn)生的負(fù)壓就強(qiáng)，作功的力量就大，反之，作功的力量就小。壓縮機(jī)的運(yùn)行靠電能的輸入，裝置的啟動(dòng)，停止和調(diào)節(jié)就多了一種手段，只要掌握了電的輸入和調(diào)節(jié)就掌握了裝置的啟動(dòng)，停止和輸出功率的調(diào)節(jié)。
由于裝置是利用負(fù)壓的吸引力作功，啟動(dòng)前兩個(gè)氣室沒(méi)有壓差，為了增加啟動(dòng)時(shí)的壓差，可在作功設(shè)施11前、后的位置設(shè)一閥門，啟動(dòng)前關(guān)閉閥門，使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，等到有一定壓差后開(kāi)啟閥門，給一個(gè)啟動(dòng)沖擊力，作功實(shí)施啟動(dòng)了所需的作功氣流就正常了。
裝置(3)是采用負(fù)壓吸引力作功，安全性強(qiáng)、熱效率高，只是對(duì)能源的要求進(jìn)一步限制 。
下面結(jié)合圖4詳細(xì)說(shuō)明用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充，開(kāi)放式熱循環(huán)裝置(4)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作過(guò)程本裝置是裝置(3)的散熱器按置在容器外，裝置所需的熱量使用加熱器，密封容器換置成水密封容器，進(jìn)行水密封的水作自由換置。
通過(guò)圖4和圖3的比較可以看出兩種裝置屬一個(gè)類型，裝置(4)將裝置(3)在一個(gè)密封容器內(nèi)的兩個(gè)氣室改成兩個(gè)容器的單獨(dú)氣室，全密封的容器改成水密封的容器，與冷凝器配套的散熱器被按置在容器外，而容器內(nèi)的水需要的熱量由電熱器供給，兩種裝置中作用相同部分不再重復(fù)說(shuō)明，將不同的部分對(duì)比說(shuō)明如下；熱交換的冷凝器24放置在位置較高、上小下大、下面敞開(kāi)懸浮在水面的密封容器2的氣室22上部，上端用管道和作功設(shè)施11的出口相連，和冷凝器24配套的散熱器25和壓縮機(jī)26按置在容器外側(cè)，另一同類型的容器2懸浮在位置較低的水面上，氣室23水中設(shè)置電熱器10，上端用管道和作功設(shè)施11的進(jìn)口相連，排出裝置中的空氣，充滿氣化水。
裝置(4)和裝置(3)的不同首先是熱循環(huán)不是在一個(gè)封閉的環(huán)路中進(jìn)行，為了某種原因和目的可以將散熱器25和壓縮機(jī)26按置在容器2的外側(cè)，而氣室23中的水所需熱量由電熱器10供給，這樣雖然浪費(fèi)了熱能，但裝置本身是可運(yùn)行的，如從效率考慮是應(yīng)該將散熱器按裝在氣室23內(nèi)。其次是容器2進(jìn)行了水密封，采用上面小、下面大而敞口的容器懸浮在水面上，當(dāng)氣室產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)面積大，水的波動(dòng)就變小。通過(guò)這樣的設(shè)置，水就可以自由換置，從而使裝置增加一項(xiàng)功能，使裝置不僅能利用氣流作功，而且為水質(zhì)的凈化，礦物質(zhì)的提取，水位的提升開(kāi)辟了途徑。
上述的四種裝置克服了現(xiàn)有熱能利用的某些不足，它們的共同特點(diǎn)是沒(méi)有把熱進(jìn)行一次性利用，而是盡可能地將熱使水汽化在作功后多作循環(huán)，以期達(dá)到最大的利用價(jià)值。
它們的基本理念是熱在密封環(huán)路中作熱和負(fù)熱循環(huán)時(shí)，當(dāng)要裝置作功輸出時(shí)熱將水氣化，得到較大的體積作較多的功，而要裝置還原輸入時(shí)又將體積縮小(還原成水或?qū)釢饪s)以便作較少的功，使裝置在熱循環(huán)之中發(fā)揮較大的效率。
按照熱的交換方式，它們又分屬兩個(gè)類型，一類是自然型，另一類是強(qiáng)制型，裝置(1)(2)屬于自然型，為了讓熱傳遞速度快一點(diǎn)，壓力大一些在熱交換時(shí)就要求溫差大一點(diǎn)，這樣就要求裝置的運(yùn)行溫度高一些，溫度高了，散失也就多一些，對(duì)裝置的能源輸入主要就是熱補(bǔ)充。而裝置(3)(4)屬于強(qiáng)制型，沒(méi)有溫差或負(fù)溫差也能交換，因此，裝置的運(yùn)行溫度低一些也能作功，它的能源輸入主要就是熱交換。
上述裝置又有各自特點(diǎn)裝置(1)采用的是外源熱補(bǔ)充，能源可以多樣化，只是外供熱源加熱時(shí)要有熱散失，且對(duì)環(huán)境有影響。裝置(2)采用內(nèi)源熱補(bǔ)充，效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)煉，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境無(wú)影響，不僅可在固定場(chǎng)合作功，也可在活動(dòng)場(chǎng)合作功，不僅可在大氣中作功，也可在地下、水下作功，只是對(duì)能源有限制。裝置(3)采用負(fù)壓作功，新穎簡(jiǎn)煉，除有上述裝置的特點(diǎn)外，調(diào)節(jié)方便，對(duì)環(huán)境無(wú)影響，運(yùn)行溫度低，只是對(duì)輸入能源進(jìn)一步限制。裝置(4)采用開(kāi)放式水循環(huán)，能夠一物兩用，既能作功輸出，又能對(duì)水進(jìn)行換置，只是兩用時(shí)因熱的散發(fā)效率有所下降。
以上裝置只要熱能的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到100％便是永動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種熱的利用方法和裝置，其特征是熱在密封容器內(nèi)以液體為工質(zhì)，通過(guò)熱交換達(dá)到熱循環(huán)，循環(huán)中進(jìn)行熱補(bǔ)充并以氣化的液體作功，作功后的液體被換置，方法中熱交換含自然熱交換與強(qiáng)制熱交換，熱補(bǔ)充的能源含外源熱補(bǔ)充和內(nèi)源熱補(bǔ)充，熱循環(huán)的形式含封閉式熱循環(huán)與開(kāi)放式熱循環(huán)，裝置有下列幾種裝置(1)用自然熱交換，外源熱補(bǔ)充作封閉式熱循環(huán)是在有保溫層和進(jìn)出通口的耐壓密封容器內(nèi)設(shè)進(jìn)出口顯露在外的換熱器，容器、換熱器和作功設(shè)施連接的循環(huán)通道上設(shè)置加熱器，液體用泵作單向換置，裝置(2)用自然熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充作封閉式熱循環(huán)是裝置(1)的加熱器設(shè)置在通道內(nèi)，裝置(3)用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充作封閉式熱循環(huán)熱交換由機(jī)械強(qiáng)制進(jìn)行，散熱器和冷凝器分別置于密封容器兩邊或分置兩個(gè)容器，并用管道和作功設(shè)施相連能達(dá)到真空，液體作單向換置，裝置(4)用強(qiáng)制熱交換，內(nèi)源熱補(bǔ)充作開(kāi)放式熱循環(huán)是裝置(3)的散熱器按置在容器外，熱交換產(chǎn)生的熱排放空中，裝置所需的熱量使用加熱器，密封容器采用液體密封，液體作自由換置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱的利用方法，其特征是熱在密封器內(nèi)以液體為工質(zhì)，通過(guò)熱交換達(dá)到熱循環(huán)，循環(huán)中進(jìn)行熱補(bǔ)充并以氣化的液體作功，作功后的液體被換置，其中熱交換含自然熱交換與強(qiáng)制熱交換，熱補(bǔ)充的能源含外源熱補(bǔ)充和內(nèi)源熱補(bǔ)充，熱循環(huán)的形式含封閉式熱循環(huán)與開(kāi)放式熱循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱的利用裝置(1)，其特征是在有保溫層和進(jìn)出通口的耐壓密封容器內(nèi)設(shè)進(jìn)出通口顯露在外的換熱器，使容器的出口與換熱器的進(jìn)口和作功設(shè)施相連形成熱的循環(huán)管路并在其中設(shè)置加熱器，容器的進(jìn)口和泵的出口相連，換熱器的出口和另一容器相連并讓泵的進(jìn)口置于容器內(nèi)形成水的循環(huán)通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述熱的利用裝置(2)，其特征是裝置(1)的加熱器設(shè)在循環(huán)通道內(nèi)側(cè)，是不需要燃燒的熱源，包括電加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱的利用裝置(3)，其特征是熱交換通過(guò)壓縮機(jī)強(qiáng)制進(jìn)行，散熱器和冷凝器分別置于密封容器隔離的兩邊或分置于兩個(gè)容器內(nèi)使容器底部單向連通，散熱器的容器用管道和作功設(shè)施進(jìn)口相連，冷凝器的容器用管道和作功設(shè)施出口相連，使其能達(dá)到真空并置有適量的水作單向換置，根據(jù)環(huán)境溫度的影響對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行增溫或散熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述熱的利用裝置(4)，其特征是裝置(3)的散熱器按置在容器外，裝置所需的熱量使用加熱器，密封容器換置成水密封容器，進(jìn)行水密封的水作自由換置。
全文摘要
熱,在本發(fā)明中不是作為能源一次性消耗,而是作為一種工具反復(fù)多次地使用。其基本理念是熱在密封容器中以液體為工質(zhì),通過(guò)熱交換達(dá)到熱循環(huán),循環(huán)中進(jìn)行熱補(bǔ)充。并以氣化的液體作功,作功后液體被換置。當(dāng)需要裝置作功輸出時(shí),熱使液體氣化得到較大的體積作較多的功,當(dāng)需要還原輸入時(shí),又是負(fù)熱將其體積縮小還原成液體或?qū)釢饪s使之作較少的功,而熱在其中作無(wú)限循環(huán)發(fā)揮最大的效能,從而使裝置的熱轉(zhuǎn)換效率大大提高。
文檔編號(hào)F01K25/04GK1332312SQ0112705
公開(kāi)日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月1日
發(fā)明者李培榮 申請(qǐng)人:李培榮