主题：无事乱说车 -- epimetheus

现有内燃机的损耗，包含了燃烧损失、摩擦损失、泵气损失、排气损失与传热损失。

外燃机的燃烧损失要小于内燃机，绝对不会有燃烧不完全，虽然现代内燃机这个损失绝对值也不大，不过一氧化碳总是不少，不然车震的悲剧就……。当然此外还有污染物的差异。跨世纪的时候德国一个叫做ZEE，零排放引擎的项目，在氮氧化物方面就号称当时标准的千分之几。大概未来的国八国十也标准没有这么高。

摩擦占了现有机器的10%的损耗，蒸汽机得益于较大的持续压力，相同功率下转速更低，摩擦消耗也更低些。

同理，管路中的泵气损失也更小。蒸汽机系统中加大管路直径、减少管路长度，保证阀门的流畅度，保证气缸进气的压强不下降、保证排气位置压强保持冷凝器的负压水平。这都做得到。同时蒸汽机也不存在内燃机的吸气冲程负压、阻力消耗能量、排气冲程由于排气背压和阻力消耗能量。气缸充气的时候是管路蒸汽冲进来，不是曲轴带动的；气缸排气的时候是连到冷凝器的负压上，负压对于活塞曲轴还是有带动作用的。

使用热交换器以及别的部件，所谓的shoell循环中回收三处热能耗散：乏蒸汽的余热（所谓的显热）、乏蒸汽的潜热（即凝结为液态释放的相变焓，一般是散热到大气）、排放到大气的烟气的热量。相当于节省了排气损失、传热损失。在当前内燃机中，排气是高温的、散热器是高温的，这两个耗散占到了大约40%到50%，几乎和有效输出相似。若是这两个能够完全回收，效率岂不是能够达到将近80%？

一般说效率，总来到一个卡诺极限的概念。热机效率的上限为工质的温差除以工质的最高温度，单位开尔文。想象一个蒸汽机车，蒸汽冷凝在100摄氏度或者直接排放了，蒸汽过热到120摄氏度，效率是个位数的。一般的热电厂里，超临界机组温度在370多度，冷凝在超低压下温度对应只有约40度，三百多度的温差，除下来将近50%了。当然膨胀环节也要合理，需要很多附加的“技巧”

另一方面，卡诺极限不是全部，仅仅是描述了膨胀做功这个环节的效率，多少热得到了多少机械做功。此外更重要的是燃料的使用效率。瓦特改进纽可门蒸汽机，蒸汽机本身没有大变化，工质状态没有什么变化，但是效率似乎提升了数倍，这个效率就是指的利用燃料的效率。在电厂里面，基本上还是兰金循环，派生了再热兰金循环（也就是那些技巧），把效率落实，加上再生兰金循环、省煤器等等，继续提升煤的效率。

回到机动车上，什么再热、再生似乎都有点过于复杂，需要更多的管线与控制。但是和内燃机类比得出的使用热交换器避免几大热能散失却是相对可行的。

这就是外燃机的好处。外燃机的燃烧这个循环中，输入的燃料、作为氧化剂的空气可以是很高的温度，内燃机要是升高进气的温度，功率反而是下降的，因为进气等量的物质少了，同时作为膨胀的工质，最低温度更高了。最简单的，在高原上内燃机车是出力下降的，需要增压，同时散热要求也严酷了，而蒸汽机车头则没有过这个问题，尽管传统的车头效率真的不咋地。

在工业中的很多地方，锅炉的烟气最后的步骤，就是对于将用于助燃的空气进行加热。这早就不是个新的概念。包括化工中，排放产物的高温也要传递到输入物料上，减少加温的花费。

典型的一种热交换方法是使用热管。也就是现在电脑上、笔记本里散热的重要组件。在密封的管路里，装入工质然后抽低压。两头一边在热的地方一边在冷的地方。热的地方很快内部工质气化，然后在冷的地方液化。相变就有相变焓能的转移，这个速率可是比相同体积的金属传导速录大出数量级去。

工业里面常见的热交换组件，就是两个管道凑到一起一段儿。这一段里热管贯通隔板，当然热管上还要有不少的鳍片。

同理，对于锅炉（或者叫做蒸汽发生器）的烟囱与进气管道，也设置这样的凑到一起的部分。中间贯穿热管以及散热鳍片。

理论上讲，按照逆流\对流原理，相邻的两个管路中流动的介质发生热交换，若是两路流动方向不一样，则对于热的一路介质而言，总是遇到更冷的另一路介质冷却自己；对于冷的一路介质而言，总是遇到更热的另一路介质加热自己。这样，若是加热的管路足够长，热的介质就会被冷却到最冷的状态，冷的介质将被加热的最热的状态，即实现热能的完全交换。这样锅炉烟气实现能量避免以热的形式耗散。

对于做功之后乏蒸汽的高于凝结点温度的温差，也就是俗称的显热，一般成熟一点、现代一点的蒸汽动力上有馈水回热装置实现热交换，即把冷凝水在送回锅炉之前（称作馈水），先被做功之后的乏蒸汽喷一遍，回收乏蒸汽的部分能量。一般是“干式”，馈水在管路中，不与蒸汽直接接触。

另一面，乏蒸汽最终发生相变，即冷凝，释放相变焓或是潜热，这个能量是不小的。一定量的水蒸汽在常温常压下从气态变为液态，100度+的蒸汽凝结，还是100度-的水，保证等温等压，但是释放的焓，能令六倍左右的液态水从0度升高到100度。相变的焓是很大的，这也是前面的热管传热效率超高的原因。

显然，是不能像是汽车的散热器一样，实现冷凝就是直接把乏蒸汽隔着散热器暴露在大气中，这些相变焓散失到大气去。

我构思的一个想法是这样的：

一方面冷凝本身的实现是在一个封闭水罐中，封闭水罐中腔体抽成为负压，使用引射喷嘴，乏蒸汽（总是有残余压强的）经过引射喷嘴喷向罐内真空的时候，同时引射罐子中的残余水，这些水被吹到罐内空间中形成雾化小液滴，同乏蒸汽充分接触并促进乏蒸汽的凝结，同时将潜热转移到产生的更大的液滴上，落回到罐子底部。而蒸汽凝结也进一步制造、维持负压。使用喷射雾化，蒸汽被冷却的接触面可是要比鳍片大出很多倍。

另外，罐底到热交换器之间再设立一个循环管路，同样是实现散热，并将热传递给进入锅炉的助燃空气。不妨将乏蒸汽引射的水就直接接到从热交换器回到罐子的管路，引射本身就能实现散热一路的自然循环。显然由于潜热很大，被引射的水的流量有必要数倍大于蒸汽流量，这点似乎不大好办，那就继续使用一路泵辅助。

同样是逆流原理，罐底凝结水流出后，来到热交换器的锅炉进气一路中，从热的部分逐渐来到最冷的进气口。

似乎有了这样的热交换器，燃料效率达到80%、百公里耗油只要不到三升是可能的。只要足够大、长……

那为啥电站就没有80%呢？？对啊，因为第一烟气热能没有往助燃空气交换，第二冷凝过程的潜热也没有向助燃空气交换。

美国疑似一个主要是打嘴炮的公司，产品叫做cyclone蒸汽机，名以上进行了三个能量的回收，自己号称效率也不过30%多点。显然回收热能的环节不够长不够大，就是意思了意思。

这个公司发布的消息看着也有点意思，08年左右号称与美军合作，为M1坦克适配辅助动力，也就是发电机。号称大概是以前电脑crt显示器包装箱大小的空间里实现发电机，在待机下供电，要知道M1坦克使用燃气轮机，是个油老虎。此外还号称和雷声公司合作，研究水下机器人的动力以及鱼雷的动力，不过怀疑就不是水蒸气了。

土鳖配铁牛