CN102606289A

CN102606289A - 内燃机废热综合利用系统

Info

Publication number: CN102606289A
Application number: CN2012100789475A
Authority: CN
Inventors: 张伟
Original assignee: SUZHOU XINRUI AUTO ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU XINRUI AUTO ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种内燃机废热综合利用系统，利用内燃机冷却水及内燃机燃料燃烧后产生的废气热量来加热安装在内燃机废气排气管上的蒸汽发生器内的液体，使蒸汽发生器内液体沸腾后产生具有一定压力的蒸汽，产生的压力蒸汽推动蒸汽轮机做旋转运动，旋转的轮盘通过安装在轮盘上的传动轴、传动轮、传动带把微型蒸汽轮机轮盘所产生的旋转动力输送到内燃机输出轴上，输送到内燃机输出轴上的动力与内燃机自己产生的动力合二为一同时带动被动设备工作、做功，如可用于带动发电机发电；带动车辆、轮船行驶。

Description

内燃机废热综合利用系统

技术领域

本发明涉及内燃机领域，特别是涉及一种内燃机废热综合利用系统。

背景技术

内燃机是利用燃料在发动机内部燃烧时产生的热力膨胀推动活塞通过连杆带动曲轴产生旋转的原动机，在内燃机工作时无论是燃料的燃烧还是运转部件的旋转都会产生一定的热量，尤其是燃料燃烧时产生的热量更是巨大，其温度最高时可高达近千度，为了保护发动机不被燃料燃烧时的高温所损坏所有内燃机都配备散热冷却系统，发动机内部的高温被冷却系统内的冷却液吸收后带出机体外散发到大气内，这些散发出来的热量一直没有被很好的利用，这对于热机来说是个巨大的浪费，同时加剧了石油燃料的消耗，加大了废气的排放。

自内燃机问世后，人们一直不懈的对其进行改进，以期最大限度的提高内燃机的热效率进而减少燃料的使用量，为了提高其热效率对其进行了长期的研究、革新。在当今家用汽车的普及、石油能源的减少、汽车尾气污染加剧的情况下，提高内燃机的热效率、减少石油使用量成了技术人员的主要研究课题。

传统内燃机的热效率一直保持在30%-40%左右，内燃机工作时产生的巨大热量一直没有更有效的利用起来而白白浪费掉。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种内燃机废热综合利用系统，使内燃机的热效率得到进一步提升。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种内燃机废热综合利用系统，包括：内燃机、蒸汽轮机和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器安装在内燃机的废气排气管上，蒸汽发生器所产生的蒸汽通过管道输送至所述蒸汽轮机的蒸汽入口喷嘴，蒸汽轮机的传动轴通过传动机构与内燃机主轴连接，所述蒸汽轮机蒸汽出口通过管道与冷凝器连接，冷凝器出液管路与储液罐连接，储液罐中有一补充液输送泵，所述补充液输送泵通过补液管路将储液罐中补充液输送至蒸汽发生器，所述补液管路上安装有换热器，所述换热器入口与内燃机冷却液管路连接，所述换热器出口与内燃机冷却液散热器连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述系统还包括控制单元，所述控制单元电子控制器、安装在内燃机内部的温度传感器、安装在补液管路上的单向电磁阀、安装在所述蒸汽发生器下端面的压力传感器，所述电子控制器分别与温度传感器、单向电磁阀、压力传感器以及补充液输送泵电性连接；当压力传感器检测到蒸汽发生器内压力超过设定值时把过压信号传送给电子控制器，电子控制器关闭单向电磁阀和补充液输送泵；当温度传感器检测到内燃机内的水温达到设定值后电子控制器启动补充液输送泵和单向电磁阀。

在本发明一个较佳实施例中，内燃机水温信号控制优先于压力传感器信号控制。

在本发明一个较佳实施例中，所述传动机构包括：与内燃机主轴连接的内燃机传动轮、蒸汽轮机输出轮以及连接内燃机传动轮和蒸汽轮机输出轮的传动带，安装在所述蒸汽轮机输出轮与蒸汽轮机传动轴之间的电磁离合器，所述电磁离合器与所述电子控制器电性连接。

在本发明一个较佳实施例中，当内燃机转速由较高转速减速至怠速转速时，电子控制器控制电磁离合器切断蒸汽轮机传动轮与蒸汽轮机传动轴的连接，当内燃机由怠速工况转为低、中、高速工况时电子控制器控制电磁离合器连通蒸汽轮机传动轮与蒸汽轮机传动轴的连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述蒸汽轮机为微型蒸汽轮机。

在本发明一个较佳实施例中，所述蒸汽轮机为无叶型通孔式微型蒸汽轮机。

在本发明一个较佳实施例中，所述蒸汽发生器为微型蒸汽发生器。

本发明的有益效果是：本发明内燃机废热综合利用系统，利用内燃机冷却水及内燃机燃料燃烧后产生的废气热量来加热安装在内燃机废气排气管上的蒸汽发生器内的液体，使蒸汽发生器内液体沸腾后产生具有一定压力的蒸汽，产生的压力蒸汽推动蒸汽轮机做旋转运动，旋转的轮盘通过安装在轮盘上的传动轴、传动轮、传动带把微型蒸汽轮机轮盘所产生的旋转动力输送到内燃机输出轴上，输送到内燃机输出轴上的动力与内燃机自己产生的动力合二为一同时带动被动设备工作、做功，如可用于带动发电机发电；带动车辆、轮船行驶。

本发明完全利用内燃机的废热来驱动蒸汽轮机做功，可使内燃机在消耗相同燃料的情况下比原来提高5%以上的输出功率；在输出功率相同的情况下燃料消耗降低10%以上，使内燃机的热效率得到提升。由于提高了内燃机的热效率、降低了内燃机的油耗所以对于内燃机的废气排放也可有效减少。采用此系统对于节约石油能源、减少尾气排放、提高机械效率都有很大的帮助。本发明若使用在汽车上作为汽车发动机输出功率的辅助动力，可使车辆的扭矩、功率提升、一年四季均可达到节油目的；在夏季时因为本系统的辅助可减弱或消除小排量汽车因带动空调压缩机时动力不足的问题。

本发明用于混合动力汽车上可作为辅助动力，帮助内燃机带动较大功率的发电机为电瓶补充更多电力，可在混合动力汽车使用电力驱动时帮助发动机在怠速时为电瓶提供更多的电力补充，使混合动力汽车由电力驱动转为机械驱动时的时速得以提高，以达到在更多的时速下使用电力驱动的目的，使综合油耗下降、排放减少。

附图说明

图1是本发明内燃机废热综合利用系统一较佳实施例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1-内燃机、11-内燃机主轴、12-内燃机传动轮、13-内燃机动力输出轮、14-内燃机废气排气管、15-内燃机冷却却液散热器、16-内燃机冷却液管路、2-蒸汽轮机、21-蒸汽轮机传动轴、22-蒸汽轮机输出轮、3-蒸汽发生器、31-补充液储液罐、32-补充液输送泵、33、补液管道、34-单相电磁阀、35-换热器、351-换热器入口管路、352-换热器出口管路、36-压力传感器、4-传动带、5-蒸汽高压管路、6-蒸汽低压管路、7-蒸汽冷凝器、8-电子控制器、9-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种内燃机废热综合利用系统，包括：内燃机1、蒸汽轮机2、蒸汽发生器3、传动带4、蒸汽高压管路5、蒸汽低压管路6、蒸汽冷凝器7、电子控制器8。

所述内燃机1包括内燃机主轴11、内燃机传动轮12、内燃机动力输出轮13、内燃机废气排气管14、内燃机冷却却液散热器15和内燃机冷却液管路16，所述内燃机传动轮12和内燃机动力输出轮13安装在所述内燃机主轴11上，所述内燃机动力输出轮13与外部设备连接。

所述蒸汽轮机优选为微型蒸汽轮机2，包括蒸汽轮机传动轴21、蒸汽轮机输出轮22，所述蒸汽轮机输出轮22安装在所述蒸汽轮机传动轴21上，之间安装有电磁离合器，所述传动带4连接蒸汽轮机输出轮22和内燃机传动轮12，从而把蒸汽轮机工作时的动力传送到内燃机主轴11上，以增强内燃机1的实际输出功率。

所述蒸汽发生器3安装在内燃机废气排气管14上，蒸汽发生器3的蒸汽出口通过高压蒸汽管道5与蒸汽轮机2蒸汽入口连通，蒸汽发生器3的液体入口通过补液管道33与安装在补充液储液罐31中的补充液输送泵32连通，所述补液管道33依次安装有单相电磁阀34和换热器35、换热器入口管路351与内燃机冷却液管路连通、换热器出口管路352与内燃机冷却却液散热器15连通，压力传感器36安装在蒸汽发生器3下端面；补充液储液罐31与蒸汽冷凝器7液体出口连通，蒸汽冷凝器7入口与低压蒸汽管道6连通。

所述电子控制器8分别与温度传感器9、单向电磁阀34、压力传感器36以及补充液输送泵32电性连接。

在内燃机废气排气管14上的蒸汽发生器3用于加热来自经补充液输送泵32输送的液体，使液体沸腾、蒸发成一定压力的蒸汽；安装在进入蒸汽发生器3前端的换热器35把进入蒸汽发生器3的液体预先加热，换热器35的热源来自内燃机冷却液，内燃机冷却液自换热器液体入口管路351进入换热器35，内燃机冷却液在对补充液进行预热后经预热换热器液体出口管路352进入内燃机冷却液散热器15进行进一步冷却，冷却后的内燃机冷却液由内燃机冷却液管路16回到发动机内进行循环使用；单向电磁阀34与补充液输送泵32联动，由电子控制器控制电磁阀34及补充液输送泵32的开启或关闭；蒸汽冷凝器7用于冷凝来自蒸汽轮机2的低压蒸汽，冷凝成的液体进入蒸汽发生器补充液储液罐31内备用，来自蒸汽轮机2的低压蒸汽由蒸汽轮机的低压蒸汽出口经过蒸汽低压管路6与蒸汽冷凝器7连通。

所述蒸汽发生器3把预热后进入蒸汽发生器3的补充液二次加热，使之成为具有一定压力的蒸汽，在蒸汽发生器3内形成的压力蒸汽由于单向电磁阀34的控制单向沿蒸汽高压管路5进入蒸汽轮机的蒸汽入口喷嘴，通过蒸汽入口喷嘴的高压蒸汽对蒸汽轮机2内的动轮盘进行冲击，动轮盘受到蒸汽的作用后沿蒸汽冲击方向产生旋转，连接在动轮盘上带有电磁离合的蒸汽轮机输出轮22通过传送带4把旋转动力传送到内燃机传动轮12上与内燃机本身的动力合二为一，结合的动力通过内燃机动力输出轮13带动其他被动设备做功。

本发明内燃机废热综合利用系统具体工作过程如下：

当内燃机1冷车启动时内燃机温度传感器9把水温信号传送给电子控制器8，电子控制器8控制补充液输送泵32及安装在补液管路33上的单向电磁阀34使之处于关闭停止状态。当内燃机1温度达到设定值后电子控制器8控制启动补充液输送泵32及安装在补充液管路上的单向电磁阀34；补充液输送泵32把补充液先输送到换热器35内，换热器35的热源来自内燃机冷却系统内的冷却液，冷却液通过换热器入口管路351进入换热器235，在对补充液进行预热后经换热器出口管路352进入内燃机冷却液散热器15进行进一步冷却，冷却后的内燃机冷却液由管路16回到发动机内进行循环使用；经过预热的补充液进入设置在废气排气管上的蒸汽发生器3内，废气排气管14在蒸汽发生器3内穿过与蒸汽发生器3形成互相隔绝的两个空间，蒸汽发生器3的内壁与废气排气管14的外壁为密封焊接；进入设置在废气排气管14上的蒸汽发生器3内的补充液受到内燃机废气排气管14高温二次加热迅速成为具有一定压力的蒸汽，其蒸汽压力的大小受设置在蒸汽发生器上的压力传感器36及电子控制器8控制，当压力传感器36检测到蒸汽发生器3内压力超过设定值时把过压信号传送给电子控制器8，电子控制器8根据压力传感器36传输过来的压力信号来控制单向电磁阀34及补充液输送泵32的开启或关闭，压力高时关闭、压力低时开启；内燃机水温信号控制优先于压力传感器信号控制，即：内燃机低温时即便是压力传感器发出压力过低信号单向电磁阀34及补充液输送泵32也处于关闭、停止状态。

在蒸汽发生器正常工作产生蒸汽后，因单向电磁阀34的止回作用迫使蒸汽经蒸汽高压管路5进入蒸汽入口喷嘴内，高压蒸汽通过喷嘴对蒸汽轮机内的动轮轮盘进行冲击，受到高压蒸汽气流冲击的动轮轮盘沿蒸汽气流的冲击方向产生旋转，旋转的轮盘通过连接在轮盘传动轴上的电磁离合式传动轮22、传动带4把旋转动力传送到内燃机传动轮12上与内燃机发出的动力合二为一，此两股动力由内燃机动力输出轮13再输送到其他被动设备上。如：带动发动机发电；拖动汽车、轮船行驶。蒸汽在经过喷嘴对蒸汽轮机轮盘做功后降低为低压蒸汽，低压蒸汽通过蒸汽轮机低压蒸汽出口、低压蒸汽管路6进入蒸汽冷凝器7内冷凝成液体，冷凝成的液体通过蒸汽冷凝器出液管路进入蒸汽轮机蒸汽发生器补充液储液罐31内备用。

当内燃机转速由较高转速减速至怠速转速时，电子控制器8控制电磁离合式蒸汽轮机传动轮22切断蒸汽轮机传动轮22与蒸汽轮机传动轴21的连接，使内燃机转速不受蒸汽轮机轮盘转速惯性的影响而迅速下降至怠速转速，当内燃机由怠速工况转为低、中、高速工况时电子控制器8控制电磁离合式传动轮22连通蒸汽轮机传动轴21，使蒸汽轮机的动力迅速传至内燃机传动轮上，以增加内燃机的总输出功率，提升内燃机的综合动力性能。电子控制器8所采用的内燃机转速信号来自内燃机转速传感器（内燃机原部件）、油门位置传感器（内燃机原部件）、内燃机进气压力传感器（内燃机原部件）。

传统的内燃机废热都是利用冷却系统把热量散发到周边环境中，燃油燃烧时的热量得不到最大限度的利用，既增加了内燃机的使用费用又增加了废气排放污染。本发明完全利用内燃机的废热来驱动蒸汽轮机做功，可使内燃机在消耗相同燃料的情况下比原来提高5%以上的输出功率；在输出功率相同的情况下燃料消耗降低10%以上，使内燃机的热效率得到提升。由于提高了内燃机的热效率、降低了内燃机的油耗所以对于内燃机的废气排放也可有效减少。采用此系统对于节约石油能源、减少尾气排放、提高机械效率都有很大的帮助。本发明若使用在汽车上作为汽车发动机输出功率的辅助动力，可使车辆的扭矩、功率提升、一年四季均可达到节油目的；在夏季时因为本系统的辅助可减弱或消除小排量汽车因带动空调压缩机时动力不足的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种内燃机废热综合利用系统，其特征在于，包括：内燃机、蒸汽轮机和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器安装在内燃机的废气排气管上，蒸汽发生器所产生的蒸汽通过管道输送至所述蒸汽轮机的入口喷嘴，蒸汽轮机的传动轴通过传动机构与内燃机主轴连接，所述蒸汽轮机蒸汽出口通过管道与冷凝器连接，冷凝器出液管路与储液罐连接，储液罐中有一补充液输送泵，所述补充液输送泵通过补液管路将储液罐中补充液输送至蒸汽发生器，所述补液管路上安装有换热器，所述换热器入口与内燃机冷却液管路连接，所述换热器出口与内燃机冷却液散热器连接。

2.根据权利要求1所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，所述系统还包括控制单元，所述控制单元电子控制器、安装在内燃机内部的温度传感器、安装在补液管路上的单向电磁阀、安装在所述蒸汽发生器下端面的压力传感器，所述电子控制器分别与温度传感器、单向电磁阀、压力传感器以及补充液输送泵电性连接；当压力传感器检测到蒸汽发生器内压力超过设定值时把过压信号传送给电子控制器，电子控制器关闭单向电磁阀和补充液输送泵；当温度传感器检测到内燃机内的水温达到设定值后电子控制器启动补充液输送泵和单向电磁阀。

3.根据权利要求2所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，内燃机水温信号控制优先于压力传感器信号控制。

4.根据权利要求2所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，所述传动机构包括：与内燃机主轴连接的内燃机传动轮、蒸汽轮机输出轮以及连接内燃机传动轮和蒸汽轮机输出轮的传动带，安装在所述蒸汽轮机输出轮与蒸汽轮机传动轴之间的电磁离合器，所述电磁离合器与所述电子控制器电性连接。

5.根据权利要求4所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，当内燃机转速由较高转速减速至怠速转速时，电子控制器控制电磁离合器切断蒸汽轮机传动轮与蒸汽轮机传动轴的连接，当内燃机由怠速工况转为低、中、高速工况时电子控制器控制电磁离合器连通蒸汽轮机传动轮与蒸汽轮机传动轴的连接。

6.根据权利要求1所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，所述蒸汽轮机为微型蒸汽轮机。

7.根据权利要求1所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，所述蒸汽轮机为无叶型通孔式微型蒸汽轮机。

8.根据权利要求1所述的内燃机废热综合利用系统，其特征在于，所述蒸汽发生器为微型蒸汽发生器。