CN101392701B - 发动机辅助动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机辅助动力装置，主要包括固定在壳体内、由多个加热水管组成的加热水管管组、回水管、输汽管和汽轮机等。本发明的辅助动力装置安装在发动机前端，其加热水管与发动机排气室相通。本发明利用发动机工作时排气室排出的高温高压和高速流动的燃烧气体，对加热水管中的水汽加温，产生高压蒸汽，驱动与发动机同轴的汽轮机输出动力，作为发动机的辅助动力。采用本发明的发动机辅助动力装置对发动机本体不作任何改动，且结构合理、容易实施，可增加发动机的输出动力20％～30％，有效利用了发动机余热，对节能减排，保护环境意义重大。

Description

发动机辅助动力装置
技术领域
本发明涉及机动车、机动船以及发电机等动力机械装置，具体涉及一种辅助动力装置。
背景技术
目前，最先进的发动机在最好的工况条件下，工作时通过排气管排出的热量占燃料燃烧值的30％以上，正常使用为40％～50％；而发动机的热能利用率，正常使用为25％左右，最高不到30％。(见人民交通出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材《汽车发动机原理》第二版第17页)。发动机的热能利用率汽油机不到30％、柴油机不到40％，冷却水散热一般占20％，余下的40％～50％的热量全部由排气排掉，这个排走的热量接近发动机工作时油耗的50％发出的热量，既浪费能源又污染环境。如：一辆中型轿车以每小时120公里行驶一小时，油耗最低为10升(约7.5千克)，该车发动机输出功率平均为24～28KW(见人民交通出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材《汽车发动机原理》第二版第22页)，以发动机热能利用率28％计算，其热能利用为7.5千克×28％＝2.1千克汽油所发出的热量，其排出的热量以45％计算，该热量为7.5千克×45％＝3.375千克汽油所发出的热量。发动机排走的热量接近发动机工作时油耗的50％发出的热量，既浪费能源又污染环境。
水管锅炉的热机利用率比一般锅炉要高，热机利用率通常都在40％以上(见中国电力出版社21世纪高等学校规划教材《电厂锅炉原理》第12至15页)。当锅炉压力设定为2.5MPa、蒸汽温度设定为400℃、给水温度设定为105℃时，每1千克水由105℃升高到400℃，需要热量约295千卡。发电厂每千瓦小时的汽耗约为5千克左右，见中国电力出版社热电联产机组技术丛书《汽轮机设备与运行》第15页)，
在当前能源和环境问题十分严峻的形势下，如何利用发动机的热能，节约能源、减少排放、保护环境，一直是人们长期思考的问题。研制一种可节能减排、减少污染和保护环境，且能有效利用发动机热能资源的装置势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能充分利用能源、减少污染，且结构合理的发动机辅助动力装置。
本发明的技术方案如下：
一种发动机辅助动力装置，安装在发动机上，其特征在于：所述辅助动力装置包括：壳体、装在该壳体内与发动机各排气室对应相通的各加热水管所组成的加热水管管组、回水管、连接管，装在所述壳体外面的加热水管总管、输汽管，汽轮机、凝汽器、一级水泵、净水器和二级水泵；其中所述壳体内的加热水管管组的一端与回水管连接，另一端通过连接管与所述壳体外面的加热水管总管相连；加热水管总管安装在总管壳体中；装有安全阀的输汽管，其一端与加热水管总管连通，另一端通过喷气嘴与汽轮机对接；汽轮机上设有连通管与凝汽器相连，凝汽器上的凝汽器出水管通过一级水泵进水管与一级水泵连接，一级水泵通过其出水管与净水器连接，净水器的出水管口通过二级水泵进水管与二级水泵相连，二级水泵的出水管通过回水管接头与回水管连接，并在净水器的顶部设置加水口，净化后的水再经二级水泵进水管进入二级水泵，然后经二级水泵出水管进入回水管，再进入加热水管加温，产生高压蒸汽，通过输汽管进入汽轮机，驱动与发动机同轴的汽轮机叶轮，与发动机轴一起作功输出动力，如此循环。
所述辅助动力装置的加热水管为双层螺旋管，由水管外圈、水管内外圈连接处、水管内圈绕成的双层水管圈组成，其中水管外圈与回水管接通，水管内圈与连接管接通。
热水管管组通过固定卡固定在所述壳体中。
一级水泵的转轴通过皮带与汽轮机叶轮的皮带盘连接，二级水泵的转轴通过皮带与一级水泵的转轴连接。
在壳体上设置通气口通过单向空气管与总管壳体连通。
在发动机与汽轮机之间设置隔热垫。
在辅助动力装置的所述壳体与总管壳体的表面上包敷有保温层。
本发明的效果在于：由于本发明利用的是发动机的余热，增加的动力不需要燃料；本发明安装在发动机上，对发动机本体不作任何改动，制造成本不高，且结构合理、容易实施。采用本发明的发动机辅助动力装置可增加发动机的输出动力20％-30％，为有效利用发动机余热、节能减排，开辟了一条新的途径，对保护环境具有非常重大的积极意义。
附图说明
图1是本发明的发动机辅助动力装置的结构示意图。
图2是本发明的加热水管及加热水管管组的结构示意图。
图3是本发明安装在发动机上的工作原理示意图。
图4是图3的右视图。
图中：1.壳体；2.加热水管；3.加热水管管组；4.固定卡；5.回水管；6.回水管接头；7.连接管；8.加热水管总管；9.总管壳体；10.输汽管；11.安全阀；12.喷汽嘴；13.汽轮机；14.连通管；15.隔热垫；16.单向空气管；17.发动机排气管；18.发动机；19.发动机轴；20.飞轮离合器；21.汽轮机叶轮；22.皮带盘；23.凝汽器；24.凝汽器出水管；25.一级水泵进水管；26.一级水泵；27.一级水泵出水管；28.净水器；29.二级水泵进水管；30.二级水泵；31.二级水泵出水管；32.皮带；33.净水器加水口；34.发动机排气室；35.水管外圈；36.水管内外圈连接处；37.水管内圈；38.双层水管圈
具体实施方式
本发明的发动机辅助动力装置如图1所示，包括：表面包敷有保温层(如石棉)的壳体1、装在壳体1内由与发动机排气室数量相同的加热水管2所组成的加热水管管组3、回水管5、连接管7；装在壳体1外面的加热水管总管8、表面包敷有保温层(如石棉)的总管壳体9、输汽管10；汽轮机13、凝汽器23、一级水泵26、净水器28和二级水泵30；其中热水管管组3通过固定卡4固定在壳体1中；壳体1内的加热水管管组3的一端与回水管5连接，另一端通过连接管7与壳体1外面的加热水管总管8相连；加热水管总管8安装在总管壳体9中；装有安全阀11的输汽管10，其一端与加热水管总管8连通，另一端通过喷气嘴12与汽轮机13的汽轮机叶轮21对接；汽轮机13上设有连通管14和隔热垫15，连通管14与凝汽器23相连，凝汽器23上的凝汽器出水管24通过一级水泵进水管25与一级水泵26连接，一级水泵26通过其出水管27与净水器28连接，净水器28的出水管口通过二级水泵进水管29与二级水泵30相连，二级水泵30的出水管31通过回水管接头6与回水管5连接，并在净水器28的顶部设置加水口33；在壳体1上设置通气口通过单向空气管16与总管壳体9连通；一级水泵26的转轴通过皮带32与汽轮机叶轮21的皮带盘22连接，二级水泵30的转轴通过皮带与一级水泵26的转轴连接。
如图2所示：辅助动力装置的加热水管2为双层螺旋管，由水管外圈35、水管内外圈连接处36、水管内圈37绕成的双层水管圈38组成，其中水管外圈35与回水管5接通，水管内圈37与连接管7接通。
本发明的工作原理如下：
本发明的发动机辅助动力装置，实际上就是一台水管锅炉，这种锅炉的热机效率一般为40％左右。将本发明的发动机辅助动力装置安装在发动机18上，它利用发动机18工作时排气室34排出的千度左右的高温、高压和高速流动的燃烧气体，对辅助动力装置内的加热水管2里的水汽进行加热(加热水管里的水由净水器加水口加入，管道里的水汽采用的强制循环方式)，产生高压蒸汽，高压蒸汽通过输汽管10进入汽轮机13，驱动与发动机同轴的汽轮机叶轮21，与发动机轴一起输出动力，作功后的蒸汽由连通管14排入凝汽器23，经冷却成液体，通过水泵强制进入回水管5，再进入辅助动力装置内的加热水管2加温，产生高压蒸汽，再通过输汽管10进入汽轮机13驱动汽轮机输出动力，如此循环。发动机本体转速越高输出功率越大，排出的燃烧气体和送出的水汽就越多，管道里水汽温度也就越高，蒸汽也就更多，汽轮机产生的动力就会越大，也就是说该装置的动力输出大小与发动机本体的动力输出大小是完全同步的，无需人为操作，可用于机动车、机动船、发电机等。
下面结合附图对本发明的工作原理作进一步描述：
如图3、4所示，将本发明辅助动力装置安装在发动机18上，加热水管2与发动机排气室34相通，与发动机排气室34的数量相同。每个加热水管2分别安装在每个发动机排气室34处。回水管5通过回水管接头6进入壳体1与加热水管2相连。汽轮机13固定在发动机18的前端，为避免温度传递，在发动机18与汽轮机13之间设有隔热垫15。发动机轴19与飞轮离合器20相连；汽轮机叶轮21与发动机轴19同轴；皮带盘22上套有皮带32，与一级水泵26和二级水泵30相连。辅助动力装置利用发动机工作时排气室34排出的千度左右的高温、高压和高速流动的燃烧气体，对辅助动力装置内的加热水管2里的水汽进行加热(加热水管2里的水由净水器28顶部的净水器加水口33加入，管道里的水汽采用的强制循环方式)，经加热后产生的高压蒸汽通过与输汽管10相连的喷气嘴12进入汽轮机13作功，作功后的蒸汽从连通管14排入凝汽器23，冷却成液体后经凝汽器出水管24进入一级水泵进水管25到一级水泵26，再经一级水泵出水管27进入净水器28；净化后的水再经二级水泵进水管29进入二级水泵30，然后经二级水泵出水管31进入回水管5，再进入加热水管2加温，产生高压蒸汽，通过输汽管10进入汽轮机13，驱动与发动机同轴的汽轮机叶轮21，与发动机轴19一起作功输出动力，如此循环。当输汽管10内的蒸汽压力超压时，输汽管10上的安全阀11自动开启排汽，以保证安全。单向空气管16向总管壳体9加入新鲜空气，使总管壳体9内的燃烧气体燃烧更加充分，进一步提高水汽温度，同时又降低排放污染，燃烧后的烟气进入发动机排气管17，经正常处理后排出。
按一辆中型轿车以每小时120公里行驶一小时，油耗最低为10升(约7.5千克)计算，该车发动机输出功率平均为24～28KW，以发动机热能利用率28％计算，其热能利用为7.5千克×28％＝2.1千克汽油所发出的热量，其排出的热量以45％计算，该热量为7.5千克×45％＝3.375千克汽油所发出的热量。水管锅炉的热机效率一般为40％。当锅炉压力设定为2.5MPa、蒸汽温度设定为400℃、给水温度设定为105℃时，每1千克水由105℃升高到400℃，需要热量约295千卡。
本发明的辅助动力装置实际上相当一台水管锅炉，其有效利用热能为3.375千克×40％＝1.35千克汽油发出的热量，这个热量为1.35千克×11300千卡＝15255千卡(11300千卡为一常数＝1千克汽油发出的热量)。15255千卡÷295千卡约等于52千克，由于压力和温度的设定以及保守的计算，这里的每千瓦小时汽耗超过了7千克，即此时的52千克蒸汽能产生约7kW的功率。由此可见，采用本发明的发动机辅助动力装置可增加发动机的输出动力20％～30％。

Claims (7)

1.一种发动机辅助动力装置，安装在发动机(18)上，其特征在于：所述辅助动力装置包括：壳体(1)、装在该壳体(1)内与发动机(18)各排气室(34)对应相通的各加热水管(2)所组成的加热水管管组(3)、回水管(5)、连接管(7)，装在壳体(1)外的加热水管总管(8)、输汽管(10)、汽轮机(13)、凝汽器(23)、一级水泵(26)、净水器(28)和二级水泵(30)；其中壳体(1)内的加热水管管组(3)的一端与回水管(5)连接，另一端通过连接管(7)与壳体(1)外面的加热水管总管(8)相连；加热水管总管(8)安装在总管壳体(9)中；装有安全阀(11)的输汽管(10)，其一端与加热水管总管(8)连通，另一端通过喷气嘴(12)与汽轮机(13)对接；汽轮机(13)上设有连通管(14)与凝汽器(23)相连，凝汽器(23)上的凝汽器出水管(24)通过一级水泵进水管(25)与一级水泵(26)连接，一级水泵(26)通过其出水管(27)与净水器(28)连接，净水器(28)的出水管口通过二级水泵进水管(29)与二级水泵(30)相连，二级水泵(30)的出水管(31)通过回水管接头(6)与回水管(5)连接，并在净水器(28)的顶部设置加水口(33)，净化后的水再经二级水泵进水管(29)进入二级水泵(30)，然后经二级水泵出水管(31)进入回水管(5)，再进入加热水管(2)加温，产生高压蒸汽，通过输汽管(10)进入汽轮机(13)，驱动与发动机同轴的汽轮机叶轮(21)，与发动机轴(19)一起作功输出动力，如此循环。
2.按照权利要求1所述的发动机辅助动力装置，其特征在于：所述辅助动力装置的加热水管(2)为双层螺旋管，由水管外圈(35)、水管内外圈连接处(36)、水管内圈(37)绕成的双层水管圈(38)组成，其中水管外圈(35)与回水管(5)接通，水管内圈(37)与连接管(7)接通。
3.按照权利要求1所述的发动机辅助动力装置，其特征在于：热水管管组(3)通过固定卡(4)固定在壳体(1)中。
4.按照权利要求1所述的发动机辅助动力装置，其特征在于：一级水泵(26)的转轴通过皮带(32)与汽轮机叶轮(21)的皮带盘(22)连接，二级水泵(30)的转轴通过皮带与一级水泵(26)的转轴连接。
5.按照权利要求1所述的发动机辅助动力装置，其特征在于：在壳体(1)上设置通气口通过单向空气管(16)与总管壳体(9)连通。
6.按照权利要求1所述的发动机辅助动力装置，其特征在于：在发动机(18)与汽轮机(13)之间设置隔热垫(15)。
7.按照权利要求1所述的发动机辅助动力装置，其特征在于：在所述辅助动力装置的壳体(1)和总管壳体(9)的表面上包敷有保温层。
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Assignee: Beijing Landi Renzo Auto Gas Systems Co., Ltd.

Assignor: Liao Guoxian

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Denomination of invention: Engine auxiliary power unit

Granted publication date: 20101020

License type: Exclusive License

Open date: 20090325

Record date: 20101220

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Granted publication date: 20101020

Termination date: 20141031

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