一种基于固液相变多缸循环的“魏--川普热机”即将问世

一、热机的种类

热机的种类不是那么多。自蒸汽机发明以来的科技进步史，见证了种类创新之艰难。
传统物理热机类，绝大多数都是基于液气闭合朗肯（Rankine）循环，少数是气相循环的，例如斯特林（Stirling）热机；
燃烧类热机，则为开环式燃气消耗性循环，如内燃机、气轮机等。
我不满足于在现有种类上，搞小改小革的发明，干脆一不做二不休，直接创造革命性的新种类：固液相变多缸封闭循环的新一类热机。
为何现有机种没有一个胆敢甩掉气相呢？惯的，全是惯的，都被大气磅礴的膨胀性惯坏了。就连教科书表述热力学全部定律时，都要指明气相的存在！
固相被认为流动性差，没法参与高速传质循环，虽然传热还凑合。现有热力学定律表述全部避谈固相，尽管这样，我仍认为全部定律照样适用含有固相环节的循环。
固相和液相在经历非相变状态过程时，热胀冷缩的尺度甚至小至肉眼不察的程度。若非特立独行的科学家，岂敢用这个相态做功！好在相变过程的体积胀缩还算看得到，尽管大部分物质的变化率不到10%。
所以说，任何人只要抛弃气相做出热机，发明者就算是开辟了一个新种类和一片新天地。

二、新种类什么情况？

当今所有种类的热机，有一个共同的特点：做功一定是通过气体膨胀实现的。
我认为，这也正是现有机种的效率，绝大多数达不到卡诺效率一半的原因。而且，低密度气相的存在导致体量庞大、功率密度低，甚至循环过程的质量守恒，也不见得能保障，例如热电厂尽管有高耸入云的冷却塔，仍然难免排空无法及时凝水的水蒸汽乏气。有电厂经验的读者不妨晒晒数据--排空乏气的比例。
只有不再依赖气体膨胀做功，才能从热机的相态循环彻底去掉气相。我的新发明正是基于这一出发点，大胆采用固液相变物质（Phase Change Materials, PCM）作为工质。
相变工质的体积变化，通常在1%至20%之间，例如水10%，猪油15%。这与气体膨胀的成百上千倍的体积变化相比，低了好几个数量级。
由功率表达式W = PV可知，要使新种类热机与传统热机的做功能力不相上下，只好堤内损失堤外补，即体积膨胀的减少，须有压力的相应数量级增加来补偿。
果然，绝大部分相变物质恰好如人所愿。例如水这个相变物质，其结冰膨胀压高达约3000大气压，这比热电厂的做功蒸汽压大了几个数量级。冬天未保护好的水管，常可见到冻裂的现象，仅此就可窥见一斑。据报道，有好奇人士测试1寸壁厚的铸铁容器的耐冻性，充满水后置于零下30度以下的户外，竟然也冻裂了！
其实，任何相变物质，只要有相图，就可以知其相变压力，否则只好做实验测定。学界至今尚无通用相变压力计算公式，建议相关学科带头人尝试理论推导。
适用的相变工质，必须至少有5%的体积变化，且越大越好。太小则被正常的热胀冷缩干扰，或者说，期待的高相变压会被热胀冷缩抵消，这类似于有用信号被无用的噪声淹没。

三、动力传递

利用相变压力做功，可有多种选择。有人会想到：直接由活塞传递此蛮力推动增速齿轮。此法固然不错，但缺点也不少，尤其不便于远程输送，以及多元做功叠加困难。
灵活性好很多的液压做功，当属上乘之策。
共轭液压单元输出的交流承压油流，经四只单向液压阀桥式整流后，再经液压流蓄能器“滤波”后，就可以推动液压马达了。
液流与电流其实是对偶的，液压与电压也这样。液压元件与电子元件还可类比：单向阀=二极管，蓄能器=电容器，等等。不象电马达那样可有直流和交流两种选择，液压马达只能是直油流，虽然交油流马达理论上可行，但制造成本太高，所以市面见不到。
任何热机要想发电，最后一级一定是发电机。相变热机的液压马达，通过转轴耦合驱动发电机。