CN102588044A - 一种全除污废气能回收柔性增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全除污废气能回收柔性增压系统，包括柴油机，柴油机上设有进气管和排气管，进气管连接有压气机，排气管连接有涡轮发电机，涡轮发电机通过管道连接有去污换热装置；去污换热装置包括一个通过管道与涡轮发电机连通的换热箱体，换热箱体内设有水室，水室的上方设有贮汽室，水室与贮汽室之间设有过热器，过热器的一端与水室相连连通，另一端与贮汽室相连通；在输汽管上安装有同步阀；蒸汽轮机的排气端连接有冷凝器。水室内设有串联的复合换热器、还原换热器和氧化换热器，复合换热器的进气端与换热箱体连通，氧化换热器的出气端连通去硫器，本发明增加了柴油机的功率，降低了耗油率。

Description

一种全除污废气能回收柔性增压系统

技术领域

本发明涉及一种常规柴油机废气处理的配套系统，具体的说涉及一种能够将柴油机废气中的五种污染物除去，并化为热能；把废气中的热能回收加以利用的全除污废气能回收柔性增压系统。

背景技术

目前石油经过100多年的开采，将要罄尽，柴油荒席卷全球。节油特别是节柴油的呼声越来越高。大气的污染80%来自于车用内燃机，由于汽油机比柴油机耗油多，污染重，连轿车都开始采用柴油机。只要柴油机能达到零排放，大气污染就会得到控制。燃烧每升柴（汽）油，实需1万升空气（常温常压下），还要过量，那就要用1.2-2万升。也就是一个房间的全部空气，一个加油站每天卖出多少升油？全世界每天烧多少升油？我们今天呼吸的空气，已经是到内燃机肚子里旅游过的空气。极端天气频发、癌症患者与日俱增，是不争的事实！

人类只有一个地球，也该给后代子孙留条活路！柴油机污染危害全球，不是将来的事，现在已经受不了了！遗憾的是科技发展跟不上大气污染的步伐，半个世纪以来，国外治污所谓的科研成果 全是假环保。全球没有一个人敢说能使柴油机不出污的。因为除污是很难的。         

目前柴油机排放的废气中，二氧化碳除外，共有五种污染物：未燃烃、颗粒、一氧化碳、氮的氧化物和二氧化硫。前两种致癌，一氧化碳和氮的氧化物直接使人丧命，二氧化硫能下酸雨。目前国外的降污方法是只降前四种，二氧化硫他是无法直接除去，用前处理，也就是设个加工厂，把普通燃油加工成低硫燃油，难道这个加工厂就不污染？转嫁污染责任而已。就是仅除前四种也不是在内燃机里除去，在排气道上按个机件除去，这类机件叫后处理。后处理机件中，都有比黄金还贵的铂、钯、铑作催化剂，还必需用价贵的低硫燃油，否则催化剂中毒而失效。所有的内燃机都用，地球上有这么多的贵金属没有？在美国每两年检查一次汽车达标排放，可以逼着他们都安上后处理机构，怕烧贵油，怕催化剂中毒后更换花钱，司机们叫排气不走后处理机构，直接排到大气，只在汽车检查时用一下，来个明用暗不用。总不能每辆车设一个环保局监督吧！国外搞了50年的达标排放，都是花钱除污。不花钱不挣钱司机都不使用！在实验室里还能说得过去，一加上司机明用暗不用这个社会问题，他的科研成果就成了假环保。 所以只要花钱去污都是假环保；只有“挣钱去污”才是真环保。达标排放，已成了进入内燃机国际市场的通行证，发达国家利用自己的科技优势，打着堂而皇之的环保招牌，行霸占国际内燃机市场夺取经济利益是真。要不，他们的排放已达欧Ⅲ欧Ⅳ了，环保的恶性事件都是在他们国里发生。

目前特别是柴油机的氮的氧化物，至今国外还没有个方法除去。成一道世界难题。所说的三效催化能除，那是用在汽油机上。它还与其他污染物对立着：要减少其他污染物(未燃烃、颗粒、一氧化碳)，氮的氧化物就要多出，要少出氮的氧化物，其他污染物就要多出。只能搞个折中。它还与节能对立着：要节油就得多出氮的氧化物，要想少出氮的氧化物，就得费油。因为燃烧得越充分，虽然其他污染物少出了，可氮的氧化物出得越多。目前的柴油机不是没有办法再节油，而是怕多出氮的氧化物不敢再节油了。

目前除去氮的氧化物不成熟的方法倒有，如SCR系统，其原理就是有催化剂的情况下，向排气管中喷尿素液，从而氮的氧化物还原为氮气。但要温度要适中：温度过低，反应不能有效进行；温度过高，不但催化剂过热损伤，还能把尿素变成新氮的氧化物污染。在柴油机工况万变下，这个温度适中是很难办的事。就算此法成熟了，用此法就要用尿素花钱，哪个司机愿意拿钱买社会的环保。

氮的氧化物是氧化剂，是个供氧能手；一氧化碳是还原剂，是个夺氧模范。按理说应该复合成无污染的二氧化碳和氮气才是。如果温度是在1300K以下，确实是这样反应。以95系列柴油机为例，直到排气门刚打开时，温度还刚降到1300K。根本得不到复合就排到大气中去了。

目前国外去污的思路是：柴油机内他又没法除，必须用后处理机构除，这机构必须阻力系数小，否则就增大排气背压降低功率，所以这机构管道必短，废气在机时间必少。要在短时间内除掉污，只有用催化剂。因为催化剂能改变反应速度，但它不能改变化学平衡。

目前柴油机的后处理机构只能处理未燃烃、颗粒、一氧化碳，也除不净。由于除不净，才设上欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧Ⅲ标准。数目越大，净化度越高。这些标准，只说明国外去污路线不对头，并不说明国外先进。主要是他们没想到“废气可以推动着废气”而造成的。

目前柴油机废气所带走的热量是个热损失的大户，约带走燃料放出总热的30%。这个热的回收利用已被世人广泛关注，也有废气热能回收利用报导。但是回收率较低。更没有把回收动力输送到原柴油机主轴的装置。也没有去污、柔性增压进气的功能。

目前国外只想净化空气不产生危害已满足了，污染中的化学能的回收从来无人想过，自然也没有这类报道。实际污染中的化学能并不小，约占燃料的2~2.5%。

目前柴油机废气涡轮增压系统，仅把废气的压强能加以利用。还要以增加排气背压为牺牲。而废气中的化学能和热能没有利用就排到了大气。废气涡轮增压系统与柴油机只有气动连接，没有机械连接。所以是无控增压。

目前柴油机的废气涡轮增压，启动性和加速性差。从排气量的变化，到新进气压力的建立，需要一定的时间，叫加速迟延效应，启动或加速时冒烟，污染严重。也就说加速时油门大，涡轮供气还在原来低转速水平上，由于缺氧必冒黑烟。过一段时间，排气量大了，涡轮转速高了，供气多了才恢复正常。    

目前柴油机废气涡轮增压系统，涡轮要耐1000℃高温，给涡轮材料、涡轮制造带来了麻烦。压比还要增至1.5-4，不高速不行，转速达10-13万转/分，这样一来，不用浮动轴承不行，有了浮动轴承不用高标准机油又不行。机油又是主机油泵供给，主机根本不需用这样高标准的机油。不但经济上的浪费，清洗滤清器的周期缩短。机手受累，故障频发。转子轴疲劳折断，增压器爆裂时有发生。机手还要执行小油门启动，怠速五分钟后再停车这个清规戒律，如不执行增压器立即损坏。工况万变的车用、军用，就受了限制。

目前柴油机的空燃比不恒定。不管是增压或非增压，每循环进气量是个定值，每循环进油量随工况不同而变化，当因负荷大供油多时，就因空燃比小，缺氧而燃烧不完全。汽车爬坡冒黑烟，就是这个道理。      

目前柴油机有很多辅机如：发电机、喷油泵、机油泵、输油泵、水泵、风扇、空调。都要主机带动，约占主机功率的6%。机体与散热器喉部设一节温阀，作用是启动时，此阀闭，水泵空转水不循环；等机内温度正常了，此阀自动打开，循环水才起作用。

目前柴油机的喷油泵和机油泵压力又随柴油机转速而变，所以喷油压力和机油压力不恒定，当柴油机低转速时，喷油压力低，喷雾品质不好，会产生像二次喷射一类的异常喷射现象。当低转速时，机油压力低时，加重磨损。目前还没有有效办法克服此问题。

目前柴油机在冬天或高寒带，油路经常堵塞，给行车带来了困难。     

目前柴油机有很大的排气噪声，不得不装上消声器。装上消声器又增加排气背压，降低功率。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能够将柴油机所放出的废气中的全部污染（二氧化碳除外）除去；将废气中热能、压强能、废气污染转化为无污染物所放出的热能，转化为机械能再转化为电能供自身和柴油机使用，剩余能量输送到柴油机的主轴的全除污废气能回收柔性增压系统。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种全除污废气能回收柔性增压系统，包括柴油机，所述柴油机上设有进气管和排气管，所述进气管连接有压气机，排气管连接有涡轮发电机，涡轮发电机通过管道连接有去污换热装置；

所述去污换热装置包括一个通过管道与涡轮发电机连通的换热箱体，换热箱体内设有水室，水室的上方设有贮汽室，水室与贮汽室之间设有过热器，过热器的一端与水室相连连通，另一端与贮汽室相连通；

贮汽室上安装有输汽管，输汽管的另一端连接有蒸汽轮机，蒸汽轮机与压气机同轴传动连接，蒸汽轮机传动连接有发电机，所述发电机电连接有蓄电池。

在输汽管上安装有同步阀；蒸汽轮机的排气端连接有冷凝器。

所述同步阀的开度与柴油机油门的开度同步。当柴油机负荷大供油多时，柴油机油门的开度必大，同步阀的开度也大，蒸汽轮机的转速必高，压气机对柴油机供气必多。反之逆然。达到了柔性增压的目的。达到了使各循环间的空燃比恒定，使柴油机废气降低了污染度，为了使各循环间的空燃比恒定的更精确，此阀为电磁阀，电磁阀的开度，由喷油量传感器和压气机压力传感器，经过电子控制器的运算而确定。同步阀是本发明的重要机件。

所述水室内设有串联的复合换热器、还原换热器和氧化换热器，所述复合换热器的进气端与换热箱体连通，氧化换热器的出气端连通去硫器。

从氧化换热器流出的降了温的柴油机废气，已在300℃以下。进入去硫器。上有喷头喷下石灰水，下有电动循环泵使其循环。增加液气接触机会，并设有滤网，把净化后的柴油机废气滤去石灰水泡沫排到大气。含硫的沉淀污物由排污管，排出机外。进入去硫器的二氧化硫已经变为三氧化硫了，酸性大极易被石灰水吸收变成不溶于水的硫酸钙沉淀，机内去硫这道世界难题又得到解决。

即使还有漏网的氮的氧化物和颗粒，也被石灰水吸收了。从去硫器排出的气体中除了二氧化碳就是水汽，可以称得上零排放。石灰水虽然也花钱，但很便宜。与它节的油相比就是挣钱了，柴油机废气中的压强能被涡轮发电机转变为电能，其中的化学能也就是污染转变为热能，连同废气自身的热能被水吸收变成了可用的机械能。所以排出的废气中既没有污染，又没有可利用的能量。

以下是本发明对上述方案的进一步改进： 

所述水室上部设有上气室，下部设有下气室；

复合换热器所对应的下气室部分和还原换热器所对应的下气室部分以及氧化换热器所对应的下气室部分之间通过隔板分隔；

还原换热器对应的上气室部分和氧化换热器所对应的上气室部分之间也通过隔板分隔； 

复合换热器所对应的下气室部分与还原换热器所对应的下气室部分之间通过吸压气机连通；

还原换热器所对应的下气室部分之间与氧化换热器所对应的下气室部分之间通过过滤器连通。

所述复合换热器的作用是：氮的氧化物跟一氧化碳CO、未燃烃HC反应，生成无污染的二氧化碳和氮气，所以这个换热器叫复合换热器，这是两污物相合为无污物，反应条件是降温，我们用吸压气机吸成低压，促其温度下降；再一个作用是热废气中也含一部分空气，在氮的氧化物的催化下，使废气中的二氧化硫氧化成三氧化硫。

所述还原换热器的作用是：用强还原剂氢气，把在复合换热器没复合了的氮的氧化物还原成无污染的氮气和水。

氮的氧化物中的氧被氢夺去，称之为还原，所以该换热器叫还原换热器。 因为此反应是多分子变为少分子的放热反应，根据勒夏特列原理，所以压力加大与降温更有利于反应的正向进行，此换热器前有过滤器增加阻力，后有吸压气机的压气。使还原反应顺利进行。外加原料只有氢气，氢气又是电解水取得，电又是废气的热能发出的。也就说废气净化着废气。不花钱除污。

所述氧化换热器的作用是：漏网的一氧化碳、未燃烃。被纯氧气和二次空气的氧化作用，氧化成无污的二氧化碳和水。所用的纯氧气是电解水取得，不花钱。实际这时未燃烃已经很少了，因为未燃烃在600℃下滞留时间达50ms以上，即可完成气相的氧化反应。柴油机废气在机时间为200ms之多，自然能除掉。以上三个换热器的化学反应都是放热反应，放出的热，都被水室的水吸收，变为可用功。

进一步改进： 

复合换热器所对应的下气室内和还原换热器所对应的下气室内设有静电两极，静电两极电连接有高压直流电源。

静电两极由高压直流电源供电。由于废气颗粒90%都带电，于是废气中质量小的颗粒也被电极所吸住。颗粒吸多时，先停电颗粒因受重力而落下，然后改变电极极性。颗粒因受排斥不得不脱离电极，达到除去颗粒的目的。消耗的电又是废气能发出的，也就说废气净化着废气。对污染总体来说是汽油机比柴油机污染重，对颗粒来说是柴油机比汽油机污染重。也就是烟度大，所以不得不对颗粒加大除污措施。

进一步改进：

水室的下部设有给水泵，蒸汽轮机与发电机之间的传动轴上安装有齿轮，水泵上设有动力输入轴，该动力输入轴上安装有与齿轮相啮合的传动齿轮，给水泵的动力由蒸汽轮机通过齿轮和与之相啮合的传动齿轮带动。

进一步改进：

所述吸压气机设在水室之外，吸压气机与给水泵同轴传动连接；

吸压气机的压气端连接有电磁阀加氢管，电磁阀加氢管连接有电解水设备；

过滤器设置在水室的外部，过滤器为两个，并联设置；

过滤器与氧化换热器所对应的下气室连通的管道上连通有电磁阀加氧管，所述电磁阀加氧管与电解水设备连通。

所述吸压气机就是个径流压气机，它吸气可使柴油机排气背压降低；它压气可使柴油机废气通过本系统。它的动力来自以废气为热源的蒸汽轮机，也就是废气推动着废气。“废气推动着废气”变为现实。其次是提供复合、还原的压力条件。

进一步改进：

所述电解水设备包括“山”字形的电解槽，电解槽的左右两侧分别具有支管，右侧支管底部设有一个电源正极，电解时出氧气；左侧支管底部设有一个电源负极，电解时出氢气；

左侧支管的上端连通一个贮氢罐，贮氢罐通过管道与电磁阀加氢管连通，右侧支管的上端连通一个贮氧罐，贮氧罐通过管道与电磁阀加氧管连通；

左侧支管与贮氢罐之间设有氢泵，右侧支管与贮氧罐之间设有氧泵。

另一种改进：

所述柴油机上传动连接有双动力连接器，该双动力连接器包括独立的扭矩传动器和调速电机，扭矩传动器和调速电机通过联轴器传动连接。它的作用是由废气能通过蒸汽轮机转变而来的电能，除了供自身和柴油机的辅机用外，把多余的电力输送到柴油机主轴。

进一步改进：所述扭矩传动器包括一个密封壳体，所述密封壳体由环体、内端盖和外端盖组成，内端盖和外端盖的中心位置转动连接有中心轴，所述中心轴上安装有内转子，环体上安装有外转子；

外转子是由环状硅钢片叠合而成，环状硅钢片钻孔用液铝灌入孔中而成一整体；

内转子也是由硅钢片叠合而成，包括四个极，各极各绕有励磁线圈，中心轴上安装有滑环和碳刷。

励磁电流是通过碳刷、滑环导入的,所述内转子由可调速电机通过联轴器带动旋转，形成旋转磁场，外转子受电磁感应原理，随内转子同向转动。但内转子的转速总要高于外转子的转速，有个异步差，用电控单元控制着可调速电机，使异步差恒定，就会使柴油机机轴上有恒定的正向扭矩。蒸汽轮机的动力就会汇合到柴油机机轴上，增大柴油机功率，降低了耗油率而节能。

本发明采用以上技术方案，具有以下优点：

1、使柴油机热废气从900℃左右降到300℃左右，把污染物转化为无害物所得到的热量，以此热量通过蒸汽轮机转化而来的机械能。并且这个动力输送到柴油机主轴。增加了柴油机的功率，降低了耗油率。耗油率降低26%，达到了节能的目的。

2、柴油机的排气口不管是安装何物，都能使活塞背压升高，降低输出功率，即使安装一个消声器也是如此。本发明采用的吸压气机技术，柴油机活塞背压不但不升高反而降低，如此长的废气道全靠吸压气机强制排出。为免催化除污创造了条件。这个动力来自于以柴油机废气为热源的蒸汽轮机，也就是“废气推动着废气”。

3、复合换热器中柴油机热废气，把热量传给管外的水，使废气温度降低；吸压气机把复合换热器中废气吸的稀薄，能使废气降温。使废气温度处于1300K以下，满足了氮的氧化物和一氧化碳的复合条件，于是污染物：氮的氧化物和一氧化碳、未燃烃反应，生成无污染物：氮气和二氧化碳。并通过反应热传入水中变为动力。

4、还原换热器始端接吸压气机的压气端，并加入氢气；终端有过滤颗粒的滤芯，使流动阻力加大。于是还原换热器中的废气压力较大，温度较高，在这种环境中，强还原剂氢气夺去了氮的氧化物中的氧，而生成无污染的氮气和水，并有反应热传入水。因为此反应是多分子变为少分子的反应，根据勒夏特列原理，所以压力加大与降温更有利于反应的正向进行，把最难除掉的氮的氧化物NO_x，在强还原剂过量的气氛中，加大了压力，适宜的温度除掉了。

5、有了在水室中串上串下换热器，废气中的颗粒因惯性的作用，会沉积上下两端的气室中；还有静电的作用，也会沉积下端的气室中；漏网的颗粒被过滤器的陶瓷滤芯滤去；滤不掉的，还会被去硫器中的水带走。

6、柴油机废气流入氧化换热器时，因为通入了二次空气和纯氧气，使废气中的漏网的未燃烃、一氧化碳被氧化成无害的水和二氧化碳。实际未燃烃在此很少了，因为未燃烃在600℃下滞留50毫秒以上，即可完成气相的氧化反应。常规的柴油机废气在机时间为200多毫秒。

7、从氧化换热器流出的柴油机废气，流入去硫器。这时的二氧化硫因有氮的氧化物和二次空气的作用已变为三氧化硫了，极易被石灰水吸收。漏网的氮的氧化物和颗粒也会吸收。既然石灰水有如此大的作用，长期以来人们为何不知应用呢？因为柴油机废气刚出排气管时，温度为900℃，加石灰水如同炉中泼水，非爆炸不可。从氧化换热器流出的柴油机废气温度已到300℃了。就不要紧了。去硫器开创了前所未有的机内除硫。 

8、本发明通过上述流程，把五种污染物都除掉了，有些污染物除了几遍。先降温让污染自己复合，后用强还原剂氢气，除去氮的氧化物，用纯氧气去氧化未燃烃、一氧化碳。这些氢气、氧气都是电解水得来，用静电消除颗粒，消耗的是电，电又是用废气发出的。也就说不用催化剂，用在机时间长净化着废气，用废气净化着废气。除污过程中都是放热反应，它的反应热又被水室的水吸收，通过蒸汽轮机变为可利用的机械能。这是废气中的化学能的利用。由于去污无成本，并节省柴油，也就是说挣钱环保就是真环保了。除污染的同时，还要把废气中的能量回收利用。

为了清晰把五种污染物除去手段列表如下：

	复合换热器	还原换热器	氧化换热器	去硫器(石灰水吸收)
					氮的氧化物NOx	与一氧化碳复合除去	被氢气还原除去		被石灰水吸收
一氧化碳CO	与NOx复合除去		被空气和纯氧氧化除去
					未燃烃HC	时间长除去	时间长除去	被空气和纯氧除去
颗粒PM	气流急拐惯性除去	静电除去	滤芯滤去	被水带走
					二氧化硫SO2	变为三氧化硫			被石灰水吸收

二氧化碳毕竟也是污染，石灰水是谁的酸性大，谁先除掉，二氧化碳酸性不大，被石灰水吸收甚微。但由于废气能的有效利用，节油26%，二氧化碳的排放也就降低26%，所以成为全去污。

9、采用本发明技术不怕多出氮的氧化物，在设计柴油机时，就猛降耗油率就行。

10、由于同步阀的开度与柴油机油门的开度同步。当柴油机负荷大供油多时，柴油机油门的开度必大，同步阀的开度也大，蒸汽轮机的转速必高，压气机对柴油机油供气必多。反之逆然。达到了使各循环的空燃比恒定，使柴油机废气降低了污染度，达到了柔性增压的目的。建立了一道良性循环。汽车再爬坡也不会冒黑烟了。柴油机油门加大，同步阀的开度立即加大，蒸汽轮机转速立即提高，压气机供气马上增多。毫无迟延，因为贮汽室本身就是个蓄能器。所以废气涡轮增压的加速迟延效应也就不存在了。

如果把目前柴油机废气涡轮增压系统看作是柴油机和燃气轮机的结合的话，那本发明就是柴油机和蒸汽轮机的结合。可这一改变，把无控增压，变为可控增压。增压可控了，于是空燃比也就恒定了。同步阀是个普通机件，增压可控可就不普通了。

11、由于增压的压气机由蒸汽轮机所带动，它不用考虑涡轮耐温问题，它的压气机，可以用高转速的轴流式、离心式；可以用低转速的罗茨式、转子活塞式；还可以用中转速的螺杆式。轴承不必非用耐十万转速的浮动轴承，可以用轴瓦或球轴承。这样一来，机油被吸走吹走的负担小了，省去了浮动轴承密封机油的麻烦事。不用用好机油，使用普通机油即可。润滑自成系统，机油泵由电力驱动，其实柴油机的机油泵也是本系统的电力驱动。

12、柴油机要拖动辅机如：发电机、冷却水泵、机油泵、输油泵、散热器风扇、空调机等它消耗主机6%功率。采用了本发明技术，这些辅机一律由电机拖动，不只是使柴油机增加了功率，还省去了像冷却水控温器那样的机构。

13、本系统发出来的电力用不完的，通过双动力连接器把动力输送到柴油机主轴。

14、从蒸汽轮机排出的废蒸汽并不废，它可以给整机供了热，还把废蒸汽变为水，循环利用。有了蒸汽轮机放出的废蒸气加热，冬天油路堵塞的问题就不存在了，德国每年因处理油路和柴油发动机堵塞耗资数百万欧元。（见《内燃机》2005、1、4页）20#柴油和0#柴油一样使用。国外降污是逼着用贵油，本发明是可以用贱油，由于燃油进入机内的初温的提高，会缩短燃烧中的滞燃期，有利于燃烧，使排污降低。还可以用废蒸汽冬季取暖，船用本系统还可以用废蒸汽将海水淡化。柴油机怕冷天，更怕高寒带，至于高原缺氧，把气门开的大一些，压气机转速高一些，压比加大就解决了。

15、本系统本身就是个良好的消声器，减小了排气噪声而不降低原柴油机功率。

16、本系统能具有全去污、无成本的产生机械能、柔性增压、不降功率的消声器四大作用。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

附图1为本发明实施例的总结构原理示意图；

附图2为本发明实施例中换热管组的结构示意图；

附图3为附图2中的B-B向剖视图；

附图4为附图2中的C-C向剖视图；

附图5为本发明实施例中电解水装置的结构示意图；

附图6为附图1中D-D向剖视图；

附图7为附图6中的E-E向剖视图。

图中： 1-柴油机；1a-进气管；2-压气机；3-排气管；4-涡轮发电机；5-换热箱体；6-过热器；7-贮汽室；8-水室；9-输汽管；10-同步阀；11-蒸汽轮机；12-压力表；13-安全阀；14-液位计；15-给水泵；16-齿轮；17-冷凝器；18-发电机；19-蓄电池；20-双动力连接器；21-水源；22-复合换热器；23-还原换热器；24-氧化换热器；25-吸压气机；26-电磁阀加氢管；27-过滤器；28-小压气机；29-电磁阀加氧管；30-陶瓷滤芯；31-再生电热器；32-去硫器；33-喷头；34-循环泵；35-排气口；36-电解水设备；37-扭矩传动器；38-调速电机；39-联轴器；40-高压直流电源；41-上气室；42-下气室；43-静电两极；44-电解槽；45-氢泵；46-氧泵；47-贮氢罐；48-贮氧罐；49-下水位传感器；50-上水位传感器；51-压力传感器；52-外转子；53-内转子；54-环体；55-内端盖；56-外端盖；57-铝条；58-端铝环；59-励磁线圈；60-碳刷；61-滑环；62-柴油机飞轮；63-中心轴。

具体实施方式

实施例，如附图1、图2所示，一种全除污废气能回收柔性增压系统，包括柴油机1，所述柴油机1上设有进气管1a和排气管3，所述进气管1a连接有柔性增压的压气机2，排气管3连接有涡轮发电机4，涡轮发电机4通过管道连接有去污换热装置。

所述去污换热装置包括一个通过管道与涡轮发电机4连通的换热箱体5，换热箱体5内设有水室8，水室8的上方设有贮汽室7，水室8与贮汽室7之间设有过热器6，过热器6的一端与水室8相连连通，另一端与贮汽室7相连通。

所述过热器是由蚊香罗列式管子构成，目的是在较小的体积内容纳较长的管子，增大换热面积。管内是水蒸汽，管外是柴油机热废气。其作用是把从水室而来的饱和水蒸汽，被热废气加热成过热水蒸汽输送到贮汽室加以贮存。

贮汽室7的上部安装有压力表22和安全阀13，贮汽室7其作用是贮存高压过热蒸汽。并分流少量热废气给贮汽室，以保其温。

贮汽室7上安装有输汽管9，输汽管9的另一端连接有蒸汽轮机11，蒸汽轮机11与压气机2同轴传动连接，蒸汽轮机11传动连接有发电机18，所述发电机18电连接有蓄电池19，在输汽管9上安装有同步阀10。

蒸汽轮机11的排气端连接有冷凝器17。它在高压过热蒸汽的驱动下，产生原动力。除了带动自身辅机外，还能带动发电机18为蓄电池19充电，以备启动时带动压气机2，和柴油机启动马达，电力带动柴油机各辅机。

所述同步阀10的开度与柴油机油门的开度同步。当柴油机负荷大供油多时，柴油机油门的开度必大，同步阀10的开度也大，蒸汽轮机11的转速必高，压气机2对柴油机供气必多。反之逆然。达到了柔性增压的目的。达到了使各循环间的空燃比恒定，使柴油机废气降低了污染度，为了使各循环间的空燃比恒定的更精确，此阀为电磁阀，电磁阀的开度，由喷油量传感器和压气机压力传感器，经过电子控制器的运算而确定。

所述蒸汽轮机11的排汽管与冷凝器17相连接，把低压废水蒸汽冷凝成水，进入水源21，再由给水泵15输送到水室8，构成了水的循环。还可以分流出废水蒸汽为：为柴油机油供油系统加温，冬季取暖，船上淡化海水等。

所述水室8是个封闭容器，盛着水，水室的水中，通有换热器，换热器管子内通有来自经过过热器6后的柴油机热废气，管外是水。它和过热器正相反，过热器是管内是水汽，管外是热废气。就能使水室之水加热至沸腾，产生高压饱和水蒸汽。水室的上部设有液位计14以观察其水位；

水室的下部设有给水泵15，用于补充水室8的水，蒸汽轮机11与发电机18之间的传动轴上安装有齿轮16，水泵15上设有动力输入轴，该动力输入轴上安装有与齿轮16相啮合的传动齿轮，给水泵15的动力由蒸汽轮机11通过齿轮16和与之相啮合的传动齿轮带动。

所述水室8内设有串联的复合换热器22、还原换热器23和氧化换热器24，所述复合换热器22的进气端与换热箱体5连通，氧化换热器24的出气端连通有去硫器32。

如图2所示，所述水室8上部设有上气室41，下部设有下气室42，复合换热器22所对应的下气室42部分和还原换热器23所对应的下气室42部分以及氧化换热器24所对应的下气室42部分之间通过隔板分隔，还原换热器23对应的上气室41部分和氧化换热器24所对应的上气室41部分之间也通过隔板分隔。

复合换热器22所对应的下气室42部分与还原换热器23所对应的下气室42部分之间通过吸压气机25连通。

所述复合换热器22、还原换热器23和氧化换热器24分别为竖直的穿透水室的细管组，称之为列管式。它的主要作用是吸收废气的热量，成为蒸汽轮机的高温热源，其次是除尘作用。细管组的上下两端设有上气室41、下气室42，这是热废气急拐回头的地方。它在水室中串上串下。废气在急拐弯处利用惯性，质量大的颗粒就沉积在急拐的外侧，可除废气中的较大的颗粒。上气室41的列管向上凸出5毫米，就是为了容纳颗粒用的。虽然列管式换热效率较低，但它易清扫积碳。

所述复合换热器22的作用是：氮的氧化物（其中90%是NO）跟一氧化碳CO、未燃烃HC反应，生成无污染的二氧化碳和氮气，这个反应叫复合，反应式是：2CO+2NO=2CO₂+N₂和4HC+10NO=4CO₂+5N₂+2H₂O 。所以这个换热器叫复合换热器，这是两污物相合为无污物，反应条件是降温，我们用吸压气机吸成低压，促其温度下降；再一个作用是热废气中也含一部分空气，在氮的氧化物的催化下，使废气中的二氧化硫氧化成三氧化硫。反应式是：2NO+ O₂= 2NO₂和SO₂+NO₂= SO₃+ NO,其中NO不损失只起了输送氧的作用。

所述还原换热器23 的作用是：用强还原剂氢气把在复合换热器没复合了的氮的氧化物还原成无污染的氮气和水。

反应式是：2NO+2H₂=2H₂O+N₂，氮的氧化物中的氧被氢夺去,称之为还原，所以该换热器叫还原换热器。 因为此反应是多分子变为少分子的放热反应，根据勒夏特列原理，所以压力加大与降温更有利于反应的正向进行，此换热器前有过滤器增加阻力，后有吸压气机的压气。使还原反应顺利进行。外加原料只有氢气，氢气又是电解水取得，电又是废气的热能发出的。也就说废气净化着废气。不花钱除污。

所述氧化换热器24的作用是：漏网的一氧化碳、未燃烃。被纯氧气和二次空气的氧化作用，氧化成无污的二氧化碳和水。反应式是：2CO+O₂=2CO₂和4HC+5O₂=4CO₂+2H₂O 。所用的纯氧气是电解水取得，不花钱。实际这时未燃烃已经很少了，因为未燃烃在600℃下滞留时间达50ms以上，即可完成气相的氧化反应。柴油机废气在机时间为200多ms自然能除掉。以上三个换热器的化学反应都是放热反应，放出的热，都被水室的水吸收，变为可用功。

如图2所示，为了清晰起见把每组换热器画成3条列管，并且各组列管间彼此分开。实际各列管密集排列。如图3所示，从水室里看不出那条列管属于哪个换热器的，只有从上下气室上看，才能看出。

本发明最难表达的就是三个换热器。如果把真实图画出来。很难叫人理解其作用。所以分三步走：从图1中，可以知道各换热器的位置关系；从图2中，就很接近真实图了。只是列管不密集；列管密集一下就是真实图了，如图3。

如图2所示，复合换热器22所对应的下气室42内和还原换热器23所对应的下气室42内设有静电两极43，静电两极43电连接有高压直流电源40，静电两极43由高压直流电源40供电。由于废气颗粒90%都带电，于是废气中质量小的颗粒也被电极所吸住。颗粒吸多时，先停电颗粒因受重力而落下，然后改变电极极性。颗粒因受排斥不得不脱离电极，达到除去颗粒的目的。消耗的电又是废气能发出的，也就说废气净化着废气。对污染总体来说是汽油机比柴油机污染重，对颗粒来说是柴油机比汽油机污染重。也就是烟度大，所以不得不对颗粒加大除污措施。

如图4所示，静电两极43是环状的，废气从极板孔隙中出入，目的是增大废气中颗粒被极板吸引的机会。

所述吸压气机25设在水室之外，吸压气机25与给水泵15同轴传动连接。

吸压气机25的压气端连接有电磁阀加氢管26，电磁阀加氢管26连接有电解水设备36。

所述吸压气机25就是个径流压气机，它吸气可使柴油机排气背压降低；它压气可使柴油机废气通过本系统。它的动力来自以废气为热源的蒸汽轮机，也就是废气推动着废气。废气推动着废气变为现实。其次是提供复合、还原的压力条件。

还原换热器23所对应的下气室42部分之间与氧化换热器24所对应的下气室42部分之间通过过滤器27连通。

过滤器27设置在水室8的外部，过滤器27为两个，并联设置。

过滤器27与氧化换热器24所对应的下气室42连通的管道上连通有电磁阀加氧管29，所述电磁阀加氧管29与电解水设备36连通。

所述过滤器27的作用是过滤颗粒；使管道阻力增加，给还原换热器23提供较高压力环境。过滤器27内设陶瓷滤芯31、再生电热器32。其作用是过滤颗粒；使管道阻力增加，给还原换热器23提供较高压力环境。当碳颗粒聚集多时，再生电热器32通电，并由电动的小压气机28通入二次空气，使颗粒燃烧，促陶瓷滤芯再生。设并联的两个过滤器目的是使过滤再生交替进行。

如图1所示，所述去硫器33内装有石灰水，在去硫器33的外部设有循环泵34，所述循环泵34进水管与去硫器33的底部连通，出水管与去硫器33的上部连通，并连接有喷头33，去硫器32顶端设有排气口35。

从氧化换热器24流出的降了温的柴油机废气，已在300℃以下。进入去硫器33。上有喷头33喷下石灰水，下有电动循环泵34使其循环。中间有若干层带孔隔板。增加液气接触机会，并设有滤网，把净化后的柴油机废气滤去石灰水泡沫排到大气。含硫的沉淀污物由排污管，排出机外。进入去硫器的二氧化硫已经变为三氧化硫了，酸性大极易被石灰水吸收变成不溶于水的硫酸钙沉淀，机内去硫这道世界难题又得到解决。

即使还有漏网的氮的氧化物和颗粒，也被石灰水吸收了。从去硫器排出的气体中除了二氧化碳就是水汽，可以称得上0排放。石灰水虽然也花钱，但很便宜。与它节的油相比就是挣钱了。柴油机废气中的压强能被涡轮发电机转变为电能，其中的化学能也就是污染转变为热能，连同废气自身的热能被水吸收变成了可用的机械能。所以排出的废气中既没有污染，有没有可利用的能量。变成了除污挣钱--真环保。

下面表现柴油机废气所走的路线：

柴油机→废气→涡轮发电机→复合换热器→吸压气机→还原换热器→过滤器→氧化换热器→去硫器→大气    。                                                         ↑                  ↑           ↑

                                                                                    氢气          二次空气    氧气

下面表现水的循环：

水源→给水泵→水室→高压饱和汽→过热器→高压过热汽→贮汽室→同步阀→蒸汽轮机→冷凝器→水源。

如图5所示， 所述电解水设备是产生氢气和氧气的。包括山字形的电解槽44，电解槽44的左右两侧分别具有支管，右侧支管底部设有一个电源正极，电解时出氧气；左侧支管底部设有一个电源负极，电解时出氢气，因为等压下出的氢气为氧气的2倍，所以左侧支管的横截面积是右侧支管横截面积的2倍，

左侧支管的上端连通一个贮氢罐47，贮氢罐47通过管道与电磁阀加氢管26连通，右侧支管的上端连通一个贮氧罐48，贮氧罐48通过管道与电磁阀加氧管29连通。

左侧支管的下部有下水位传感器49，上部设有上水位传感器50，当氢气出满左边支管露出下水位传感器49时，电解电路自动断电，氢气消耗水位上升，当水位到达上水位传感器50时，电解电路自动接通。

为了既不妨碍氢气和氧气的生成，又要产生高于柴油机热废气压力，左侧支管与贮氢罐47之间设有氢泵45，右侧支管与贮氧罐48之间设有氧泵46。将氢气或氧气从电解水设备吸取，压入贮氢罐47或贮氧罐48 。

贮氢罐47和贮氧罐48中分别设有压力传感器51，当罐中压力低于某值时，氢泵45、氧泵46电路自动接通；压力高于某值时，电路自动断电。液位控制电解电路，压力控制氢氧泵，都有商品。

废气流量传感器（就是涡轮发电机的路端电压）通过电子控制着加氢管电磁阀门、加氧管电磁阀门，使加氢量、加氧量随柴油机废气流量而变，也就说：废气多，加氢或加氧多；废气少，加氢或加氧少。

如图1所示，所述柴油机1上传动连接有双动力连接器20，该双动力连接器20包括独立的扭矩传动器37和调速电机38。扭矩传动器37和调速电机38通过联轴器39传动连接。

如图6、图7所示，所述扭矩传动器37包括一个密封壳体，所述密封壳体由环体54、内端盖55和外端盖56构成，三者之间由螺钉结合为一体，内端盖55和外端盖56的中心位置转动连接有中心轴63，所述中心轴63上安装有内转子53，环体54上安装有外转子52。

所述内端盖55通过螺栓固定于柴油机飞轮62上，所述外转子52固定于环体54上，也就是外转子52与柴油机飞轮62一起转。

外转子52是由环状硅钢片叠合而成，环状硅钢片钻孔用液铝灌入孔中而成一整体，孔中的铝条57与两边的端铝环58，如果去掉硅钢片单看铸铝成为鼠笼状。成为外鼠笼感应转子。

内转子53也是由硅钢片叠合而成，包括四个极，各极各绕有励磁线圈59，中心轴63上安装有滑环61和碳刷60，励磁电流是通过碳刷60、滑环61导入的。

所述内转子53由可调速电机38通过联轴器39带动旋转，形成旋转磁场，外转子52受电磁感应原理，随内转子53同向转动。但内转子53的转速总要高于外转子52的转速，有个异步差，用电控单元控制着可调速电机38，使异步差恒定，就会使柴油机机轴上有恒定的正向扭矩。蒸汽轮机的动力就会汇合到柴油机机轴上，增大柴油机功率，降低了耗油率而节能。

Claims (7)

1.一种全除污废气能回收柔性增压系统，包括柴油机（1），所述柴油机（1）上设有进气管（1a）和排气管（3），所述进气管（1a）连接有压气机（2），排气管（3）连接有涡轮发电机（4），涡轮发电机（4）通过管道连接有去污换热装置；

所述去污换热装置包括一个通过管道与涡轮发电机（4）连通的换热箱体（5），换热箱体（5）内设有水室（8），水室（8）的上方设有贮汽室（7），水室（8）与贮汽室（7）之间设有过热器（6），过热器（6）的一端与水室（8）相连连通，另一端与贮汽室（7）相连通；

贮汽室（7）上安装有输汽管（9），输汽管（9）的另一端连接有蒸汽轮机（11），蒸汽轮机（11）与压气机（2）同轴传动连接，蒸汽轮机（11）传动连接有发电机（18），所述发电机（18）电连接有蓄电池（19）；

在输汽管（9）上安装有同步阀（10）；蒸汽轮机（11）的排气端连接有冷凝器（17）；

所述水室（8）内设有串联的复合换热器（22）、还原换热器（23）和氧化换热器（24），所述复合换热器（22）的进气端与换热箱体（5）连通，氧化换热器（24）的出气端连通有去硫器（32）；

所述水室（8）上部设有上气室（41），下部设有下气室（42）；

复合换热器（22）所对应的下气室（42）部分和还原换热器（23）所对应的下气室（42）部分以及氧化换热器（24）所对应的下气室（42）部分之间通过隔板分隔；

还原换热器（23）对应的上气室（41）部分和氧化换热器（24）所对应的上气室（41）部分之间也通过隔板分隔；

复合换热器（22）所对应的下气室（42）部分与还原换热器（23）所对应的下气室（42）部分之间通过吸压气机（25）连通；

还原换热器（23）所对应的下气室（42）部分之间与氧化换热器（24）所对应的下气室（42）部分之间通过过滤器（27）连通。

2.根据权利要求1所述的一种全除污废气能回收柔性增压系统，其特征在于：复合换热器（22）所对应的下气室（42）内和还原换热器（23）所对应的下气室（42）内设有静电两极（43），静电两极（43）电连接有高压直流电源（40）。

3.根据权利要求2所述的一种全除污废气能回收柔性增压系统，其特征在于：水室的下部设有给水泵（15），蒸汽轮机（11）与发电机（18）之间的传动轴上安装有齿轮（16），水泵（15）上设有动力输入轴，该动力输入轴上安装有与齿轮（16）相啮合的传动齿轮，给水泵（15）的动力由蒸汽轮机（11）通过齿轮（16）和与之相啮合的传动齿轮带动。

4.根据权利要求3所述的一种全除污废气能回收柔性增压系统，其特征在于：所述吸压气机（25）设在水室之外，吸压气机（25）与给水泵（15）同轴传动连接；

吸压气机（25）的压气端连接有电磁阀加氢管（26），电磁阀加氢管（26）连接有电解水设备（36）；

过滤器（27）设置在水室（8）的外部，过滤器（27）为两个，并联设置；

过滤器（27）与氧化换热器（24）所对应的下气室（42）连通的管道上连通有电磁阀加氧管（29），所述电磁阀加氧管（29）与电解水设备（36）连通。

5.根据权利要求4所述的一种全除污废气能回收柔性增压系统，其特征在于：所述电解水设备包括“山”字形的电解槽（44），电解槽（44）的左右两侧分别具有支管，右侧支管底部设有一个电源正极，电解时出氧气；左侧支管底部设有一个电源负极，电解时出氢气；

左侧支管的上端连通一个贮氢罐（47），贮氢罐（47）通过管道与电磁阀加氢管（29）连通，右侧支管的上端连通一个贮氧罐（48），贮氧罐（48）通过管道与电磁阀加氧管（26）连通；

左侧支管与贮氢罐（47）之间设有氢泵（45），右侧支管与贮氧罐（48）之间设有氧泵（46）。

6.根据权利要求1所述的一种全除污废气能回收柔性增压系统，其特征在于：所述柴油机（1）上传动连接有双动力连接器（20），该双动力连接器（20）包括独立的扭矩传动器（37）和调速电机（38），扭矩传动器（37）和调速电机（38）通过联轴器（39）传动连接。

7.根据权利要求6所述的一种全除污废气能回收柔性增压系统，其特征在于：所述扭矩传动器（37）包括一个密封壳体，所述密封壳体由环体（54）、内端盖（55）和外端盖（56）组成，内端盖（55）和外端盖（56）的中心位置转动连接有中心轴（63），所述中心轴（63）上安装有内转子（53），环体（54）上安装有外转子（52）；

外转子（52）是由环状硅钢片叠合而成，环状硅钢片钻孔用液铝灌入孔中而成一整体；

内转子（53）也是由硅钢片叠合而成，包括四个极，各极各绕有励磁线圈（59），中心轴（63）上安装有滑环（61）和碳刷（60）。

Images