CN102022166B - 废气的热能回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种废气的热能回收系统，包括一冷却水箱、一高压加压水泵、一雾化喷射器、一流量控制器、一气化炉、一气涡轮机、一温度传感器、一压力传感器、一冷却液化单元及一低压加压水泵。该高压加压水泵用以对来自该冷却水箱的水加压，之后再经该雾化喷射器雾化。该气化炉的内壁与该排气通道的外壁形成一封闭的气化空间，该雾化喷射器将该雾化的水喷射入该气化空间，而形成水蒸气。该水蒸气进入气涡轮机而产生机械能。冷却液化单元用以将来自气涡轮机的水蒸气冷却成液态水，之后再经该低压加压水泵加压，而进入该冷却水箱。由此，可降低该排气通道所排出的废气温度，达到环保的目的，此外废热能回收转换效率高，且转换后的机械能输出线性连续。

Description

废气的热能回收系统
技术领域
本发明有关于一种热能回收系统，特别有关于一种废气的热能回收系统。
背景技术
目前即使采用了最新技术，石油燃料内燃机的效率最多也只能达到30％，其余70％中绝大部分则是由冷却系统带走，以及随着排气管的废气排出。由于内燃机被大量地应用于汽车工业，因此越来越多的汽车排出越来越多的废气。大量的高温废气除了造成能源浪费外，也对环境造成污染，导致环境加温，使得地球的温度日渐提高。
因此，有必要提供一创新且富进步性的废气的热能回收系统，除可将原本造成额外浪费的废热能转换成可利用的机械能，同时降低燃料的使用外，又可以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种废气的热能回收系统，用以回收-机器的排气通道所排出的高温废气的热能。
本发明的废气的热能回收系统，包括一冷却水箱、一高压加压水泵、一雾化喷射器、一流量控制器、一气化炉、一气涡轮机、一温度传感器、一压力传感器、一冷却液化单元及一低压加压水泵。
该冷却水箱用以储存低温水。该高压加压水泵用以对来自该冷却水箱的水加压。该雾化喷射器用以将来自该高压加压水泵的水雾化。该流量控制器电性连接至该雾化喷射器，以控制该雾化喷射器的流量。该气化炉附着于该机器的排气通道，该气化炉的内壁与该排气通道的外壁形成一封闭的气化空间，该雾化喷射器附着于该气化炉，以将该雾化的水喷射入该气化空间，通过排气通道传导的高热废能而形成水蒸气。该气涡轮机用以接受来自该气化炉的水蒸气，以产生机械能。该温度传感器用以感测该水蒸气的温度，且电性连接至该流量控制器。该压力传感器用以感测该水蒸气的压力，且电性连接至该流量控制器。该冷却液化单元用以将来自该气涡轮机的水蒸气冷却成液态水，而储存于一储水槽。该低压加压水泵用以对来自该储水槽的水加压，使其进入该冷却水箱。
本发明的优点如下：构造简洁，易于与机器结合。此外，废热能转换效率高，可以迅速立即转换高压水蒸气而对该气涡轮机作功，使得该机器在不增加燃料使用下可以增加动能输出。再者，有多少余热能产出，就转换多少机械能，可使得转换后的机械能输出线性连续。最后，可降低该排气通道所排出的废气的温度，防止地球温度上升，达到环保的目的。
附图说明
图1为本发明废气的热能回收系统的第一实施例的示意图。
图2为本发明废气的热能回收系统的第二实施例的示意图。
元件符号说明
1……本发明热能回收系统的第一实施例
2……本发明热能回收系统的第二实施例
12……冷却水箱    34……冷却液化单元
13……第三管路    36……储水槽
14……第一管路    38……第七管路
16……内燃机      40……低压加压水泵
17……第二管路    42……第八管路
18……温度调节阀      44……温度传感器
20……高压加压水泵    46……压力传感器
22……第四管路        48……第一电路
24……雾化喷射器      50……第二电路
25……流量控制器      52……动力辅助装置
26……气化炉          54……泄压管路
28……第五管路        161……排气管
30……气涡轮机        162……出力轴
32……第六管路        261……气化空间
具体实施方式
图1所示为本发明废气的热能回收系统的第一实施例的示意图。该热能回收系统1用以回收一机器的排气通道所排出的高温废气的热能。在本实施例中，该机器为一内燃机16，该排气通道为一排气管161。该机器可以是冷气机，也可以是冰箱或发电机等会排出高温废气的机器。
该热能回收系统1包括一冷却水箱12、一高压加压水泵20、一雾化喷射器24、一流量控制器25、一气化炉26、一气涡轮机30、一温度传感器44、一压力传感器46、一冷却液化单元34及一低压加压水泵40。
在本实施例中，该热能回收系统1进一步包括有一动力辅助装置52、一第一管路14、一第二管路17、一温度调节阀18、一第四管路22、一第五管路28、一第六管路32、一第七管路38、一第八管路42及一泄压管路54。
该冷却水箱12用以储存低温水。该冷却水箱12可以是该内燃机16本身的水箱，或是另一独立附加的水箱。该第一管路14连接该冷却水箱12及该机器(该内燃机16)，且该第二管路17连接该机器(该内燃机16)及该高压加压水泵20。该温度调节阀18位于该第二管路17上。
该高压加压水泵20用以对来自该冷却水箱12的水加压。该第四管路22连接该高压加压水泵20及该雾化喷射器24。该雾化喷射器24用以将来自该高压加压水泵20的水雾化。该流量控制器25电性连接至该雾化喷射器24，以控制该雾化喷射器24的流量。
该气化炉26附着于该机器(该内燃机16)的排气通道(该排气管161)上。该气化炉26的内壁与该排气通道(该排气管161)的外壁形成一封闭的气化空间261。该雾化喷射器24附着于该气化炉26上，以将该雾化的水喷射入该气化空间261，通过该排气通道(该排气管161)传导的高热废能使其形成水蒸气。较佳地，该气化空间261内的该排气通道(该排气管161)的外壁具有高热传导材质，以增加热传导效率。而且该气化炉26的内壁具有强化材质以抵抗内部水蒸气的膨胀压力。
该第五管路28连接该气化炉26及该气涡轮机30。该气涡轮机30用以接受来自该气化炉26的水蒸气，以产生机械能。该动力辅助装置52(例如一异步单向棘轮)用以接受来自该气涡轮机30的机械能，且该动力辅助装置52(例如一异步单向棘轮)连接至该机器(该内燃机16)的一出力轴162。此外，可以理解的是，该气涡轮机30也可以连接至一发电机或其它种类的能源利用转换装置，而非仅限于该出力轴162。即，该气涡轮机30的机械能也可以转换成电能。
该温度传感器44用以感测该水蒸气的温度，且通过一第一电路48电性连接至该流量控制器25。该压力传感器46用以感测该水蒸气的压力，且通过一第二电路50电性连接至该流量控制器25。在本实施例中，该温度传感器44位于该气化炉26上，且该压力传感器46位于该第五管路28上。
该第六管路32连接该气涡轮机30及该冷却液化单元34。该冷却液化单元34用以将来自该气涡轮机30的水蒸气冷却成液态水，而储存于一储水槽36。该第七管路38连接该储水槽36及该低压加压水泵40。该低压加压水泵40用以对来自该储水槽36的水加压，使其进入该冷却水箱12。该第八管路42连接该低压加压水泵40及该冷却水箱12。由此，该热能回收系统1形成一循环系统，使得在其内流动的水可以重复循环利用。
该泄压管路54连接至该第七管路38上，用以提供泄压的管道。
该热能回收系统1的动作方式如下：该冷却水箱12内的相对低温水经该第一管路14进入该内燃机16而对该内燃机16冷却，之后通过该第二管路17进入该高压加压水泵20。该第二管路17内的水因为吸热使得温度上升至100℃至125℃，而且可通过该温度调节阀18的调节使其保持在工作温度上。该第二管路17内的高温水经过该高压加压水泵20的加压，使得该液态高温水的压力大于该气化空间261内部的压力，之后通过该第四管路22进入该雾化喷射器24，再被该雾化喷射器24雾化后喷射注入该气化炉26的气化空间261。
当该内燃机16运行时，该排气管161会产生高温废气(其温度约高于800℃)。因此，当雾化的水喷射注入该气化空间261后立即气化成高温高压(可高达374℃，218bar)的水蒸气，再由该第五管路28传导至该气涡轮机30从而产生机械能。由于该异步单向棘轮与该内燃机16的出力轴162并联，因此该气涡轮机30的机械能可以通过该异步单向棘轮传递至该内燃机16的出力轴162。
当水蒸气经过该气涡轮机30后，并经过该冷却液化单元34降温冷却成液态水，而储存于该储水槽36中。接着，该储水槽36内的水通过该第七管路38进入该低压加压水泵40压缩，再通过该第八管路42进入该冷却水箱12。如此，即完成一个循环。
本发明的优点如下：第一、构造简洁，尺寸精简，易于与传统的机器(例如该内燃机16)结合。第二、废热能转换效率高，对该内燃机16冷却后收集的余热冷却水直接雾化喷射至该气化空间261，可以迅速立即转换成高压水蒸气而对该气涡轮机30作功，因此使得该机器(例如该内燃机16)在不增加燃料使用下可以增加动能输出。第三、可依对应的排气管161产生热能搭配的雾化喷射器24作预定的温度压力设定，同时透过该温度传感器44及该压力传感器46回馈的信号决定该雾化喷射器24开启关闭以作流量控制。因此，有多少余热能产出，就转换多少机械能，可使得转换后的机械能输出线性连续。第四、可降低该排气通道(该排气管161)所排出的废气的温度，防止地球温度上升，达到环保的目的。
图2所示为本发明废气的热能回收系统的第二实施例的示意图。本实施例的热能回收系统2与第一实施例的热能回收系统1(图1所示)大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。本实施例与第一实施例的不同处如下：在本实施例中，该热能回收系统2包括一第三管路13，其连接该冷却水箱12及该高压加压水泵20。亦即在本实施例中，该冷却水箱12为一独立水箱，其内的水直接进入该高压加压水泵20，而不经过该内燃机16。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此熟悉本领域技术的人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱离本发明的保护范围。本发明的保护范围为前述权利要求所列的范围。

Claims (11)

1.一种废气的热能回收系统，用以回收一机器的排气通道所排出的高温废气的热能，包括：
一冷却水箱，用以储存低温水；
一高压加压水泵，用以对来自该冷却水箱的水加压；
一气化炉，附着于该机器的排气通道，该气化炉的内壁与该排气通道的外壁形成一封闭的气化空间，用以形成水蒸气；
一气涡轮机，用以接受来自该气化炉的水蒸气，以产生机械能；
一冷却液化单元，用以将来自该气涡轮机的水蒸气冷却成液态水，而储存于一储水槽中；
其特征在于，所述热能回收系统还包括：
一雾化喷射器，用以将来自该高压加压水泵的水雾化，该雾化喷射器附着于该气化炉，以将该雾化的水喷射入该气化空间，而形成该水蒸气；
一流量控制器，电性连接至该雾化喷射器，以控制该雾化喷射器的流量；
一温度传感器，用以感测该水蒸气的温度，且电性连接至该流量控制器；
一压力传感器，用以感测该水蒸气的压力，且电性连接至该流量控制器；及
一低压加压水泵，用以对来自该储水槽的水加压，使其进入该冷却水箱。
2.根据权利要求1所述的废气的热能回收系统，其特征在于，该机器为一内燃机，该排气通道为一排气管。
3.根据权利要求1所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一高热传导材质，位于该气化空间内的该排气通道的外壁。
4.根据权利要求1所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一动力辅助装置，用以接受来自该气涡轮机的机械能，且该动力辅助装置连接至该机器的一出力轴。
5.根据权利要求4所述的废气的热能回收系统，其特征在于，该动力辅助装置为一异步单向棘轮。
6.根据权利要求1所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一第一管路及一第二管路，该第一管路连接该冷却水箱及该机器，且该第二管路连接该机器及该高压加压水泵。
7.根据权利要求6所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一温度调节阀，位于该第二管路上。
8.根据权利要求1所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一第三管路，其连接该冷却水箱及该高压加压水泵。
9.根据权利要求1所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一第四管路、一第五管路、一第六管路、一第七管路及一第八管路，该第四管路连接该高压加压水泵及该雾化喷射器，该第五管路连接该气化炉及该气涡轮机，该第六管路连接该气涡轮机及该冷却液化单元，该第七管路连接该储水槽及该低压加压水泵，该第八管路连接该低压加压水泵及该冷却水箱。
10.根据权利要求9所述的废气的热能回收系统，其特征在于，更包括一泄压管路，连接至该第七管路。
11.根据权利要求10所述的废气的热能回收系统，其特征在于，该温度传感器位于该气化炉上，且该压力传感器位于该第五管路上。
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