CN104481678A - 内燃机余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机余热利用装置，包括水箱、预热除氧室、高压汽化室和控制电路，所述水箱设计为倒L形结构，分为下部存水室和上部气体室，水箱的存水室底部和气体室顶部分别通过连通水管、气体连通管与预热除氧室的底部和顶部连接，预热除氧室的底部还通过高压输水管与高压汽化室连接，高压汽化室的顶部设有喷嘴，喷嘴通过高压气管与做功装置连接。本发明结构简单，设计合理，通过热量回收和转换将内燃机冷却系统和尾气中的热能加以利用，从而提升整个内燃机的热效率，是一种能辅助提高内燃机的热效率的装置，具有现实意义。

Description

内燃机余热利用装置

技术领域

本发明属能量回收利用领域，涉及一种热能利用装置，具体是一种内燃机余热利用装置。

背景技术

内燃机是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的设备，是一种将内能转化为机械能的热力发动机，是目前世界上广泛使用的一种动力设备，具有体积小、质量小、便于移动、起动性能好的特点。

内燃机虽然在世界上广泛应用，但是，目前内燃机的热效率普遍不是太高，热效率普遍低于50％，意味着燃料的大部分能量未得到有效利用，未利用的能量主要以热能的形式被尾气和冷却系统排放到大气中，使其大部分热能浪费掉。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种内燃机余热利用装置，可将内燃机冷却系统和尾气中的热能加以利用，从而提升整个内燃机的热效率。

本发明所采用的技术原理：利用一种工质，将内燃机的热量吸收，将工质由低能量状态变成高能量状态，再利用一种装置将能量转化为可利用的机械能。

本发明所采用的技术方案：

一种内燃机余热利用装置，包括水箱、预热除氧室、高压汽化室和控制电路，所述水箱设计为倒L形结构，分为下部存水室和上部气体室，存水室用来存储纯净水，设有注水口，注水口设置有密封盖，气体室高于注水口，确保加满水后，气体室的空间不被水占据，气体室顶部装有排气安全阀，当水箱内部气压超过一定压力，则排气安全阀自动打开并向外排气，当压力低于设定气压时，排气安全阀关闭；水箱的存水室底部和气体室顶部分别通过连通水管、气体连通管与预热除氧室的底部和顶部连接，存储在水箱中的纯净水通过连通水管流向预热除氧室，预热除氧室吸收来自内燃机的燃烧室(气缸)或来自从燃烧室排出的尾气的热量后，将水快速加热，使纯净水中的氧气挥发，经气体连通管进入水箱的气体室后由排气安全阀排出，从而除掉水中的氧气；预热除氧室的底部还通过高压输水管与高压汽化室连接，在高压输水管上设置高压水泵，利用高压水泵可以将预热除氧室内已经除氧的纯净水输送到高压汽化室，高压汽化室内部设有热交换部件，高压汽化室的顶部设有由压力阀控制的喷嘴，喷嘴通过高压气管与做功装置连接，高压汽化室主要通过热交换部件吸收来自内燃机的燃烧室(或气缸)，或来自燃烧室排放的尾气的热量，将预热除氧室中通过高压水泵输送过来的水汽化，形成高压蒸汽，当高压蒸汽的压力达到一定值时从喷嘴喷出，经高压气管输送到做功装置，推动做功部件做功，从而达到利用利用内燃机余热做功的目的。所述控制电路包括传感器和ECU(电控单元)，传感器设置于各部件上，包括温度传感器、压力传感器、液面高度传感器等，主要用于测量各部件的温度、压力、液面高度等信息，ECU(电控单元)是接收传感器采集到的信息并进行处理，据此对相关部件进行控制，保证余热利用装置高效安全运行。

所述水箱的密封盖设有自锁装置，当水箱内压力超过一定压力时，密封盖将被锁死，不能打开，以防止水箱内水汽喷出烫伤人员。

所述水箱、预热除氧室和/或高压汽化室的外部用隔热材料包裹，防止热量损失。

所述做功装置是活塞机构、燃气轮机、汽轮机或喷气装置。

本发明结构简单，设计合理，通过热量回收和转换将内燃机冷却系统和尾气中的热能加以利用，从而提升整个内燃机的热效率，是一种能辅助提高内燃机的热效率的装置，具有现实意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、水箱；2、密封盖；3、排气安全阀；4、气体室；5、气体连通管；6、预热除氧室；7、热交换器；8、高压汽化室；9、喷嘴；10、高压气管；11、做功装置；12、高压水泵；13、活塞；14、气缸；15、连通水管；16、尾气管。

具体实施方式

下面结合附图和通过实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

在图1中所示的结构中，本发明所设计的一种内燃机余热利用装置，包括水箱1、预热除氧室6、高压汽化室8和控制电路；控制电路包括传感器和ECU(电控单元)，传感器设置于各部件上，包括温度传感器、压力传感器、液面高度传感器等，主要用于测量各部件的温度、压力、液面高度等信息，ECU(电控单元)是接收传感器采集到的信息并进行分析运算，进而对相关部件进行控制，保证装置高效安全运行，如高压汽化室中液面低于一定高度时，便启动高压泵，从预热除氧室中抽水进行补充；当水箱中的水低于一定高度时，发出缺水报警；当部件的运行参数超出正常值时，ECU发出报警，并视情况发出必要控制指令；水箱1设计为倒L形结构，采用隔热材料制成或采用金属材料制成外面由隔热材料包裹，用以防冻和防止热量损失，箱体需要密封，并能承受一定的压力(约2个大气压)，水箱分为下部存水室和上部气体室4，存水室设有注水口，注水口设置有密封盖2，密封盖设置有自锁装置，当水箱内压力超过一定压力时，密封盖将被锁死，不能打开，以防止水箱内水汽喷出烫伤人员，气体室高于注水口，确保加满水后，气体室的空间不被水占据，气体室顶部装有排气安全阀3，当水箱内部气压超过一定压力(比如1.1个大气压)，则排气安全阀自动打开并向外排气，当压力低于设定气压时，排气安全阀关闭，为便于在低温冷冻的情况下正常使用同时为了最大限度的利用余热，可以将内燃机尾气管16穿过水箱下部，用以在冰冻的情况下解冻水箱中的水；水箱的存水室底部和气体室顶部分别通过连通水管15、气体连通管5与预热除氧室6的底部和顶部连接，预热除氧室6采用金属材料制成，外部有绝热材料包裹，防止热量损失，存储在水箱中的纯净水通过连通水管15流向预热除氧室6(对于活塞式内燃机而言，预热除氧室可以借助现有的气缸冷却水套，在预热除氧的同时起到冷却气缸的作用)，预热除氧室6吸收来自内燃机的燃烧室(由气缸14和活塞13组成)或来自从燃烧室排出的尾气的热量后，将水快速加热到100摄氏度左右，使纯净水中的氧气挥发，经气体连通管5进入水箱的气体室4后由排气安全阀3排出，从而除掉水中的氧气；预热除氧室的底部还通过高压输水管与高压汽化室8连接，在高压输水管上设置高压水泵12，高压汽化室由能承受较高温度和较高压力的金属材料制成，外部用隔热材料包裹，利用高压水泵12可以将预热除氧室内已经除氧的纯净水输送到高压汽化室8，高压汽化室内部设有热交换器7，高压汽化室的顶部设有由压力阀控制的喷嘴9，喷嘴9通过高压气管10与做功装置11连接，高压汽化室8主要通过热交换器7吸收来自内燃机的燃烧室(或气缸)，或来自燃烧室排放的尾气的热量，将预热除氧室6中通过高压水泵12输送过来的水汽化，形成高压蒸汽，当高压蒸汽的压力达到一定值时从喷嘴9喷出，经高压气管10输送到做功装置，推动做功部件做功，从而达到利用利用内燃机余热做功的目的。

所述做功装置主要用于将高压蒸汽转化为动能，进而可以发电或者进行动力输出。做功装置可以是目前广泛应用的活塞机构、燃气轮机、汽轮机、喷气装置等，具体结构不在此赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种内燃机余热利用装置，其特征在于：包括水箱、预热除氧室、高压汽化室和控制电路，所述水箱设计为倒L形结构，分为下部存水室和上部气体室，存水室设有注水口，注水口设置有密封盖，气体室顶部装有排气安全阀；水箱的存水室底部和气体室顶部分别通过连通水管、气体连通管与预热除氧室的底部和顶部连接；预热除氧室的底部还通过高压输水管与高压汽化室连接，在高压输水管上设置高压水泵，高压汽化室内部设有热交换部件，高压汽化室的顶部设有由压力阀控制的喷嘴，喷嘴通过高压气管与做功装置连接；所述控制电路包括传感器和ECU，传感器设置于各部件上。

2.根据权利要求1所述的内燃机余热利用装置，其特征在于：所述控制电路的传感器包括温度传感器、压力传感器、液面高度传感器。

3.根据权利要求1所述的内燃机余热利用装置，其特征在于：所述水箱的密封盖设有自锁装置。

4.根据权利要求1所述的内燃机余热利用装置，其特征在于：所述水箱、预热除氧室和/或高压汽化室的外部用隔热材料包裹。

5.根据权利要求1所述的内燃机余热利用装置，其特征在于：所述做功装置是活塞机构、燃气轮机、汽轮机或喷气装置。