【jdb电子游戏平台网站 网】摘要：本文简要介绍了一种全新的气体jdb电子游戏平台网站 工作方法原理，可实现最接近理论等温过程的压缩与膨胀，已获得国家方法发明专利（授权公告号：CN  110848151 B）。通过其基本的工作原理、

　　理论模型、数据、基础计算方法，论证了等温压缩的能效，以及该技术路线实现对机械方面的要求。最后探讨了气态工质（近）等温压缩得以实现，对于热力循环带来的影响，提出了基于工质等温压缩/膨胀时，在各种工况下最理想热力循环的基本理论模型，以及对热机热泵、能源环境变革性的影响。

　　文/张桂伟

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　　外燃机

　　外燃机和外热机主要区别是，外燃机由燃料燃烧提供热量来源，为了尽可能提高燃烧温度，同样需要提高燃烧前空气和燃料的温度，需要尾气来预热。因此这部分热不能从燃烧产物传递给工质，只能由绝热jdb电子游戏平台网站 ，把工质压缩到对应温度。典型的例子就是燃煤燃气发电热力机组。

　　外燃热机的循环（等温压缩-绝热压缩-等压吸热-绝热膨胀），（红色部分）如果锅炉燃烧侧不进行回热，例如核反应堆就不需要回热，则循环过程按照外热循环热机进行（等温压缩—等压吸热—绝热膨胀）。

　　与现在主流的朗肯循环（主要的火电厂在用）对比，工质的吸热温度不再是定温吸热，避免了目前朗肯循环中，工质在锅炉内等温吸热造成的不可逆损失。1000多度对374度的临界温度传热，从理论上可节约10%到40%的煤炭（估计）。理论上优于任何正在发展的新技术，例如超超临界锅炉。回热循环、燃气布雷顿联合循环等，这些循环都在尽量接近等温热力循环。

　　如果热源温度过高，导致系统压力过大，材料不能承受压力，可选用绝热指数高的工质，或者等温jdb电子游戏平台网站 因为材料原因不能提高相应的高压力，可以采用等温压缩-等容加热-绝热膨胀的循环过程，降低对等温压缩段的技术要求，相应的对于绝热膨胀侧的耐用要求会提高。也可以多级热机串联，例如核电站热力机组、高温气冷堆或者未来的可控核聚变反应堆，多级串联还可以降低核泄漏风险，多增加一级热机，则多增加一个热交换器，以及一个热交换温差损失。

　　研究表明，内燃机的最高温度不宜超过2000K，因为高温下会生成氮氧化物，造成污染，以及燃烧生成物的吸热分解反应，降低内燃机效率。那么降低内燃机的排热温度，间接提高效率就是一条可行的技术路线。对于火电厂来说，朗肯循环的放热温度是定温且较低的，但是工质在吸热时，有一个定温吸热过程。本发明的等温jdb电子游戏平台网站 ，从理论上解决的等温压缩问题，使该技术路线具备了一定的可行性。

　　相比较来说，等温循环在中低温热源的利用上，例如工业余热、太阳能、地热以及压缩空气储能、显热储能等方面的优势更明显一些。和目前的技术方案对比，其理论上的提高可以完全转化为实际上效率的提高，因此目前的技术方案实际效率都是要扣除机械方面的损失的。两者机械损失一致或者相差不大的前提下，理论提高的部分都可以转化为实际效率。当然也会有一些局限性，例如作为压缩空气储能时，因为要与大气中的空气接触，其中的灰尘可能会积聚在压缩液中，因此jdb电子游戏平台网站 只能选用水。这类便宜易补充的物质，又带来了水在低温下容易冻结的问题，这些问题都需要解决。

　　制热循环

　　制热循环是热机循环的逆循环，制热热泵消耗净功，驱动工质循环，把热量从温度为T2的低温热源，搬运给初始温度同样为T2的制热目标，一般是水或者空气，使目标温度升高到T1。

　　目前制热制冷技术原理都一样，大多采用压缩蒸汽循环，只是利用的冷热端不一样。压缩蒸汽循环，可以进行等温放热，但是我们要清楚，目标温度的上升是一个累积的过程，温度还处于T2时，直接传递给它略高的温度，而不是直接T1这样就产生了不必要的不可逆损失。理论损失都在冷凝器端，等温循环比压缩蒸汽循环节能约40%左右，但是有工质流量远大于压缩蒸汽循环大、流动损失会高的缺点。不过气体制冷制热有一个优点，不需要会破坏臭氧层的制冷剂，压缩过的二氧化碳应该是比较好的工质。

　　在用于室内空调制热时，室内起始温度高于室外，需要对循环进行修正，需要增加一个绝热膨胀过程，此时比压缩蒸汽循环节能幅度有所减少，但大概也能节能10%到30%。如果是类似以热泵加热水，以获得常压蒸汽这样的工况，则本循环理论上基本没节能效果。

　　下边是简单计算，前面证明热机时已经计算过制热的理论功耗了，把一吨水从温度0度，环境温度0度的情况下，制热到100度，理论最低功耗18度电。等温膨胀环节和逆向换热环节，温差都是10度时，功耗24度。现在来算下，逆卡诺循环的理论最低功耗，420000000/（1-273/373）至少需要31.27千瓦时的功，如果也加上两个10度温差的换热温差，则需要36.5度电。本循环的功耗是现在热泵技术的58%到66%，如果用电热丝加热，则功耗达到116度电。

　　制冷循环与以热制冷循环

　　制冷循环消耗净功，把热量从目标中转移到大气环境中去，制冷目标的温度同样会是逐次下降，温度从T1降低到T2。

　　现有应用最多的也是压缩蒸汽制冷循环，同样是等温吸热，所以也有不可逆损失，损失在蒸发器端。理论上，等温热力循环中的制冷循环相比可以节约40%左右的功耗，但是有工质流量大、流动损失会高一点的缺点。

　　和制热问题同样的是，如果是空调制冷，室内外温差同样会抵消部分节能优势，此时需要增加过程，修正影响，节能幅度会降低，只能比目前的压缩蒸汽循环节能20%左右。

　　还可以做成开放式，以室内空气作为工质，直接压缩，通过绝热压缩-等温压缩-绝热膨胀以后，直接排放回室内。优点有减少一个热交换器，节约成本并减少一个换热温差损失，更加节能，避免空气中湿度过度凝结。空气中的水蒸气会对膨胀过程造成一定影响，减少一些膨胀功，但不影响制冷量。出口空气湿度饱和，比现在传统空调接触更低温度的蒸发器，凝结水量减少。传统空调过多的冷凝水过多冷凝了室内空气所含水蒸气，使室内空气过于干燥，容易得空调病。开放循环则避免了这一点，缺点是jdb电子游戏平台网站 流量更大，和室内循环风量相同，虽然取消了室内循环风机以及所耗电能，但对jdb电子游戏平台网站 的压缩液可能积累灰尘，只能用比较容易补充的水，并且安装不便（需要打大通气孔）。

　　制冷循环不适合冰箱、冷库等工况，冰箱内和冰箱外，温度相对恒定，需要的相对制冷量低的工况，对比目前的压缩蒸汽循环几乎没理论上的优势，还有气体热容小、流动大的缺点。

　　以热制冷混合循环，因为热机和制冷都包含等温压缩过程，所以两者可以联合循环，以热为动力直接获得低温，达到少耗能，不耗能，甚至还有盈余的目的。例如室外环境空气温度30度，有60度的热水可用，理论上可以获得等量的0度的水（约值）。如果加上10度的换热温差，想要不耗功制冷，至少需要热源到90度以上，或者1.3倍量的热源。

　　或者等温压缩完成以后分流，一部分完成热机循环，一部分完成制冷循环。

　　这个循环适合做太阳能空调，效率远高于溴化锂吸收制冷，成本也很低，夏天基本不用电。如果还有多余的热量，可以通过水这种容量大、便宜的工质显热储能。晚上使用，一吨水100度温差的储热，通过高效的热机循环，可储能10千瓦时左右。春秋季不需要空调的季节，热机端，还可以作为太阳能分布式电站发电上网。

　　制冷与制热循环，从理论来说大多数工况下，功耗低于目前主流的压缩蒸汽循环，但优势并不是那么明显。在冰箱、冷库这类工况下，并无优势。最大的问题就是气体膨胀的单位制冷量，远低于气液相变的吸放热量，带来的问题就是循环工质的流量远远大于压缩蒸汽技术方案。由此带来的机械方面的损失不容忽视，因此是不是可以替代压缩蒸汽技术方案，需要进一步研究论证。

　　冷机循环

　　冷机循环是指以大气环境为高温热源，低于大气环境温度的热源为低温热源，进行的正循环，例如低温的深层海水，工质在等温膨胀过程中从大气环境中吸收热量，然后通过逆向换热器，定压向低温热源放热，然后通过绝热压缩完成循环。

　　目前对低温热源的利用，以低温海水发电为最常见形式。一般采用有机朗肯循环（因为细节不易表现，图40以卡诺循环替代），工质的吸热温度略低于大气环境温度，放热温度略高于低海水温度。因为工质是等温放热，所以抽取的海水高于放热温度的部分，不能被利用，只能排放掉。等量条件下，可利用的热量有限，提高工质的放热温度，降低了热效率，净功反而会增加。由于可用的热量增加了，这和内燃机热效率超过一定数值后，净功反而下降，热效率最高时，净功接近0一样。所以在抽取的海水定量的前提下，冷机循环的净功明显高于有机朗肯循环。在输出功一样的前提下，冷机循环需要的海水量，低于有机朗肯循环。

　　冷机循环应该与热机循环进行区分，因为热环境完全不一样。冷机循环一般可应用于低温海水发电，如果以定量冷源为标准衡量，其循环销量同样高于有机朗肯循环，也可用于以低温储能的储能系统。

　　总结

　　本发明提出的压缩方法，使气体等温压缩/膨胀进一步实现实用化，为优化热力循环提高热机热泵效率明确了新的方向，定义了新的理论极限，在能源问题日益紧张，环保问题日益突出的今天，具有战略意义。但这项技术和理论才刚刚起步，应用于以上所述热力学设备中，也存在一些局限性。更新大多数热力学设备的技术路线，是个庞大的系统工程，需要更多的论证、实验、测试、改进、优化，总体来看本压缩技术的原理简单，加工制造容易，理论上节能增效效果明显，只是需要更多的金属资源，但还是有研究发展的价值。

　　性价比最高的应该是太阳能空调，可以基本做到不耗电，春秋季有电费收入，还不需要会破坏臭氧层的冷媒；其次是太阳能储热发电或者电解氢气，大中小型机组均适合，因为成本低，转化效率高，对储热要求低，用普通水或者油以显热储能即可。因为转化的效率高，因此显热储能的可利用非常高，一吨普通水100度温差储能即可达到10千瓦时的电能，完全可供千瓦级机组昼夜调控。如果遇见连续阴雨天，则通过大数据与冗余装机量，和特高压电网调控，燃煤和燃气电站做备份，配合以等温压缩/膨胀的压缩空气储能，让新能源发电摆脱垃圾电的尴尬境地，且长期成本并不比火电高。中国中西部地区太阳能丰富，完全可以成为电网主力。这个经济性可能不高，但是对国家能源战略安全很重要。周围的日韩经济体、东南亚经济体，都没有大规模太阳能发电的条件，煤炭、石油、天然气应作为化工原料，只有离网的飞机和远洋货轮需要内燃机，其他设备都应该电气化。这种以中低温热为来源的热机，还能为工厂企业直接提供动力，利用太阳能、地热、企业自身产生的余热等，直接驱动部分动力设备工作，或者制冷。节约的是工业电，比上网电价高很多； 再就是中大型热力机组，用于取代朗肯循环和燃气轮机做为火电厂、核电厂发电设备的热功转化设备、船舶、核潜艇，AIP潜艇的直接动力，可节约10%到40%的各种燃料。小型热机的试装性可能不好，如果用来驱动内燃机乘用汽车，需要带上一个体积比较大的等温jdb电子游戏平台网站 ，明显不适合各种喷气类涡轴类发动机。虽然理论上没问题，但喷气类发动机体积功率比的要求远高于节能。空调制冷、空气能热水器，因为工况影响，节能效果大约只有10%到30%，不适合冰箱这种小制冷量，或者冷库这种相对小制冷量，维持温差的工况。

　　〈注：本文连载完！〉

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　　（后略）

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