CN109098881A - 板式换热发动机 - Google Patents

Abstract

一种板式换热发动机，内燃机利用燃料燃烧气体膨胀的爆炸力转换为机械能，热气进入换热器的芯腔（锅炉的燃烧室）把管道中的水加热成高压蒸汽（初始期）输送给外燃机，外燃机排出的高温蒸汽和芯腔内的余热气体分别进入换热器的热流体通道，与进入换热器的水对流换热，水从换热器流出时被加热成高压水蒸气，再进入芯腔补充热量损耗提高温度，这一过程由具有锅炉功能换热率90%以上的缠绕板式换热器完成，热量损耗是换热器10%以下和其它损耗，全部损耗按30%计算，蒸汽的热量循环利用后，用内燃机的热气补充损耗，1/0.3=3.3，用于外燃机热量是内燃机3倍以上，是具有永动效果的发动机，此摘要是本发明中一种组合方式。注；初始期是外燃机排出蒸汽的热量未循环利用阶段。

Description

板式换热发动机

技术领域

本发明涉及一种板式换热发动机，发动机领域。

背景技术

发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括有内燃机、外燃机等。

内燃机的种类繁多，常见的汽油机、柴油机。内燃机是利用燃料燃烧化学反应时气体迅速膨胀的爆炸力将热能转化机械能，热气被称为“废气”排出。

外燃机的种类主要有蒸汽机、汽轮机。是利用燃料在锅炉的燃烧室内化学反应后的热量，把水加热成高压高温汽体，输送给外燃机将热能转化为机械能，大型外燃机排出的高温蒸汽，一部分用于冬季取暖或输送到工厂再利用等，大部分高压蒸汽（被称为废汽）进入冷却装置冷却成水，水循环利用，热量排入空中，小型外燃机将热量与蒸汽直接排入空中。

锅炉是一种热量转换设备，是两种高温差介质间的热交换，是由燃烧室、盛水容器、烟道等组成，燃料燃烧产生热量，热量转移到容器里的水中，热量在转移过程中只有部分热量转移到水中，大部分的热量从锅炉的烟道排出。

换热器种类有很多广泛用于采暖、化工、石油、家庭等，板式换热器有板式换热器和螺旋板式换热器两种，板式换热器有换热速度快和换热效率高等优点，换热率可达到90%以上，是由于板式换热器的通道是较窄较宽的矩形通道，类似于将一大块冰分割成若干薄片，等距排列增大了换热面积，换热速度大幅提高，螺旋板式换热器由两张金属板卷制而成，形成两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增加了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。

综上所述，内燃机和外燃机将排出的高温汽体，称为（废气、废汽）排出，本发明利用“废气、废汽”把水加热成高温蒸汽，水和热量循环利用。

为达到上述目的，本发明充分利用了现有板式换热器和螺旋板式换热器的优点，克服了现有板式换热器和螺旋板式换热器的不足，又在换热器上增加了锅炉功能。

板式换热器和螺旋板式换热器不足之处有，板式换热器的流体通道较短，螺旋板式换热器虽然流体通道较长，但是流体通道是两条流体通道，不能适用于高温高压蒸汽的热量循环利用。

发明内容

本发明的目的在于；克服现有技术存在的不足，而提供一种板式换热发动机。

为解决上述技术问题，本发明提供解决方案是；一种板式换热发动机，是由多种现有设备和加热装置及电加热装置与新型的缠绕板式换热器，组合成三种具有永动效果的板式换热发动机，加热装置和缠绕板式换热器的组合具有锅炉和燃气热水器的功能，现有设备包括有内燃机，外燃机，水泵，发电机。三种组合方式都是利用缠绕板式换热器，将外燃机排出的高温高压蒸汽，把冷水加热成高压水蒸气，补充热量损耗后，高压水蒸气被加热成与外燃机汽缸内的汽压和温度相同的蒸汽，高压蒸汽再进入外燃机转换为机械能，三组合方式都具有能量转换、热量循环利用、补充热量损耗的特征。第一种组合，是不包括电加热装置的组合、第二种组合，是不包括内燃机和电加热装置的组合、第三种组合，是不包括内燃机和加热装置的组合。

所述缠绕板式换热器，包括芯体、金属板、支撑条、矩形流道，热流体通道和冷流体通道，是金属板和支撑条组合插入固定槽内围绕芯体缠绕与冷流体入口和热流体出口连接组合形成，是一种新型的适用于现有螺旋板式换热器的适用范围，适用于热量再利用和热量循环利用，可根据不同的需求增加或减少流体通道的数量，根据流体压力的不同，增加或减少支撑条的数量，改变金属板承压强度。制作工艺简单，可使用金属板的尺寸范围较大，特别是1毫米以下的金属板。

进一步的，所述芯体；芯体是圆柱形的或者是矩形两端加半圆形和四个角加圆弧型的，芯体上加工有芯体流道，芯腔，固定槽，凹槽，所述芯体流道是芯体的上端面加工的底部封闭的圆孔和与圆孔相通一排圆孔形成，所述芯腔是芯体上端面与下端面贯通的孔，所述固定槽是芯体上端面与下端面贯通的槽，所述凹槽是芯腔上部的凹槽。

进一步的，所述金属板，是冷流体通道和热流体通道之间传导热量的金属板。

进一步的，所述支撑条，是矩形的与金属板长度相同的长条，支撑条的作用是；1，限定流体通道的宽度，2，相邻流体通道的金属板和金属板之间相互支撑，支撑条有如下几个特征；1，支撑条的长度方向可以是平行的，2，可以是锥形的，锥形是将流体通道从内向外逐步缩小，适用于高温高压汽体在换热过程中，温度和汽压逐步降低汽体的体积缩小，流体通道也可以逐步缩小，节约材料减小换热器的体积。3，可以是金属板冷压或热压成型的，金属板和支撑条为一体的凸棱板。4，可以是耐高温的非金属材料。

进一步的，所述矩形流道，是金属板2和支撑条3的组合。

优选的，所述根据流体压力的不同，可增加或减少支撑条的数量，增加或减少支撑条的数量使矩形流道支撑条的密度增加或减少，改变金属板承压强度。

进一步的，所述热流体通道，是芯体流道与矩形流道串联，矩形流道与热流体出口并联形成热流体通道。

进一步的，所述冷流体通道，是芯体流道与矩形流道串联，矩形流道与冷流体入口并联形成冷流体通道。

优选的，所述根据不同的需求可增加或减少流体通道的数量，在芯体上根据需求加工所需要数量的芯体流道和相同数量固定槽，与矩形流道并联与冷流体入口或热流出口并联组合成相同数量的流体通道，可组成一冷一热或多冷多热等组合形式的对流通道，可以是两种以上不同冷热介质热交换。

进一步的，所述加热装置，是将燃料燃烧产生的热量转移到螺旋管道内的水或水蒸气中的装置，包括有固定板，余热气体出口，螺旋管道，所述固定板上有一字排列的三个圆孔，中心孔为余热气体出口，螺旋管道的出口和入口分别安装在余热气体出口两边的圆孔上。

进一步的，所述电加热装置，是电能转化为热能释放热量，将热量转移到螺旋管道内的水或水蒸气中的装置，包括有固定板，电加热器，螺旋管道，所述固定板上有一字排列的三个圆孔，电加热器安装在固定板的中心孔上，螺旋管道的出口和入口分别安装在电加热器两边的圆孔上。

进一步的，所述具有锅炉和燃气热水器的功能，缠绕板式换热器与加热装置组合，芯腔具有锅炉和燃气热水器的燃烧室作用，螺旋管道和冷流体通道具有盛水容器的作用，热流体通道具有烟道的作用，芯腔内（燃烧室）内排出的余热气体进入热流体通道（烟道）与冷流体通道的冷水对流换热，换热率达到90%以上。

进一步的，板式换热发动机，第一种组合是，内燃机的排气口与芯腔底部连接，加热装置的固定板与芯体上的凹槽连接，余热气体出口和外燃机排气口分别与热流体通道入口连接，外燃机的进气口与螺旋管道出口连接，外燃机输出的机械能由发电机转化为电能，发电机输出的电能与水泵电机的接线柱连接，水泵的出口与冷流体通道入口连接，冷流体通道的出口与螺旋管道入口连接。

运行方式，内燃机利用燃料燃烧化学反应时气体的爆炸力转换为机械能的同时，排出的热气进入芯腔，将进入螺旋管道的水加热成高压蒸汽（初始期），输送给外燃机转换为机械能，外燃机排出的高温蒸汽与芯腔内的余热气体，分别进入换热器的两个热流体通道与水泵压入冷流体通道的冷水对流热量转移，水从冷流体通道流出时被加热成高压水蒸气，高压水蒸气进入螺旋管道，在芯腔内再次加热提高温度，再次加热的热能是利用，内燃机排出的热气由初始期把水加热成高压蒸汽输送给外燃机，变为补充热量损耗提高高压水蒸气的温度，输送给外燃机转换为机械能，外燃机连续运转排出的高温蒸汽中的热量循环利用，是具有永动效果的发动机。（注，初始期，是外燃机排出高温蒸汽中的热量未循环利用的阶段）。

进一步的，所述热量损耗和永动效果，热量损耗是由于缠绕板式换热器的换热率是90%以上，损耗的热量是10%以下和其它热量损耗，其它损耗是内燃机和外燃机机体及管道的热量损耗，这些热量损耗的计算需要针对不同个体、不同材料的传热系数、传导物体厚度、传导耗时、保温材料传热系数等的计算，用保守的估算法，全部损耗按30%计算，用内燃机排出热气补充热量损耗只需要30%热气，将内燃机排出热气全部用于补充热量损耗1/0.3=3.3，用于外燃机热量是内燃机3倍以上，永动效果的理论条件，是热量循环利用率是补充热量损耗的一倍以上，所以是具有永动效果的发动机，

进一步的，所述板式换热发动机，第二种组合是，第二种组合与第一种组合不同之处，是不包括内燃机，其它和第一种组合方式相同。

运行方式，用燃料在芯腔底部燃烧产生的热量，直接将螺旋管道内的冷水加热成高温高压蒸汽，输送给外燃机转化为机械能后，其他过程是将内燃机排出的热气改为燃料燃烧产生的热气。

进一步的，所述板式换热发动机，第三种组合是，电加热装置的固定板与芯体上的凹槽连接，外燃机排气口与热流体通道入口连接，外燃机的进气口与螺旋管道出口连接，外燃机输出的机械能由发电机转化为电能，发电机输出的电能分别与水泵电机的接线柱和电加热器连接，水泵的出口与冷流体通道入口连接，冷流体通道的出口与螺旋管道入口连接。

运行方式，初始期用外部电源与水泵电机的接线柱连接和电加热器连接，把水加热成高压蒸汽输送给外燃机转换为机械能，排出的高温蒸汽进入热流体通道与水泵压入冷流体通道的水对流热量转移，水从冷流体通道流出时被加热成高压水蒸气，高压水蒸气再进入螺旋管道，此时断开外部电源，切换为外燃机输出的机械能由发电机转换为电能，发电机输出电能分别与水泵电机的接线柱连接和电加热器连接，电加热器的作用是补充热量损耗提高高压水蒸气的温度，输送给外燃机转换为机械能，外燃机连续运转排出的高温蒸汽中的热量循环利用，是具有永动效果的发动机。

进一步的，所述热量损耗和永动效果，热量损耗是由于缠绕板式换热器的换热率是90%以上，损耗的热量是10%以下，全部损耗按30%计算，热量循环利用率70%，用电加热器补充30%热量损耗，0.7/0.3=2.3，循环利用的热量是补充热量损耗2倍以上，所以是具有永动效果的发动机。

所述三种板式换热发动机，不同之处主要是，1，初始期把水加热成高温高压蒸汽，方式的区别，第一种是用内燃机排出的热气，第二种是利用燃料燃烧产生热气，第三种是利用外部电能转换为热能释放的热量，三种方式可称为内热式、外热式或者燃热式、电热式。2，正常运行后补充热量损耗提高高压蒸汽温度，方式的区别，内热式和外热式是在芯腔内和热流体通道中补充热量损耗，提高高压蒸汽的温度，电热式是在芯腔内补充热量损耗，提高高压蒸汽的温度。

本发明的有益效果；1，板式换热发动机是一种，能量转换，热量再利用，热量循环利用，补充热量损耗，具有永动效果的发动机，2，将外燃机排出高温蒸汽直接进入换热器，温度和汽压下降汽体收缩凝结成水，水和热量循环利用，3，可根据不同的需求可增加或减少流体通道的数量。根据流体压力的不同，增加或减少支撑条的数量改变金属板承压强度。制作工艺简单，可使用金属板的尺寸范围较大，4，缠绕板式换热器和加热器装置的组合，具有燃气热水器和锅炉功能，换热率达到90%以上。

附图说明

图1为本发明板式换热发动机，第一种组合方式结构示意图。

图2为芯体，金属板，支撑条示意图。

图3为对流通道示意图。

图4为加热装置示意图。

图5为电加热装置示意图。

图6为长条型缠绕板式换热器示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

一种板式换热发动机包括有加热装置4，电加热装置5，内燃机6，外燃机7，缠绕板式换热器8，发电机9，水泵19。

所述缠绕板式换热器8，如图2图所示，包括有芯体1，金属板2，支撑条3，热流体通道10，冷流体通道20，矩形流道23，所述芯体1上加工有芯体流道11，芯腔12，固定槽13，凹槽14，所述芯体流道11是芯体1的上端面加工的底部封闭的圆孔和与圆孔相通一排圆孔形成，所述芯腔12是芯体上端面与下端面贯通的孔，所述固定槽13是芯体上端面与下端面贯通的槽，所述凹槽14是芯腔12上部的凹槽，所述矩形流道23，是金属板2和支撑条3的组合，所述缠绕板式换热器8，是金属板2和支撑条3组合插入固定槽13内围绕芯体1缠绕与冷流体入口22和热流体出口21连接组合形成，所述热流体通道和冷流体通道，如图3所示，热流体通道10是由芯体流道11与矩形流道23串联，矩形流道23与热流体出口21并联形成，冷流体通道20是由芯体流道11与矩形流道23串联，矩形流道23与冷流体入口22并联形成，流体通道可以组成一冷一热或多冷多热等组合形式的对流通道，可以是两种以上不同冷热介质热交换，在具体实施方式中采用的是冷，热，冷，热4通道的组合。

所述加热装置4，如图4所示，包括有固定板41，余热气体出口42，螺旋管道43，所述固定板41上有一字排列的三个圆孔，中心孔是余热气体出口41，螺旋管道43的出口和入口分别安装在余热气体出口42两边的圆孔上。

所述电加热装置5，如图5所示，包括有固定板51，电加热器52，螺旋管道53，所述固定板51上有一字排列的三个圆孔，电加热器52安装在固定板51的中心孔上，螺旋管道53的出口和入口分别安装在电加热器52两边的圆孔上。

所述第一种组合，如图1所示，内燃机6的排气口与芯腔12底部连接，加热装置4的固定板41与凹槽14连接，余热气体出口42与热流体通道10入口连接，外燃机7排气口与另一个热流体通道11入口连接，外燃机7的进气口与螺旋管道43出口连接，外燃机7输出的机械能由发电机9转化为电能，发电机9输出的电能与水泵19电机的接线柱连接，水泵19的出口与冷流体入口22连接，冷流体通道20的出口与螺旋管道43入口连接。

所述第二种组合，第二种组合与第一种组合不同之处，是不包括内燃机7，其它连接与第一种组合相同。

所述第三种组合，电加热装置5的固定板51与凹槽14连接，外燃机7排气口与热流体通道11入口连接，外燃机7的进气口与螺旋管道53出口连接，外燃机7输出的机械能由发电机9转化为电能，发电机9输出的电能分别与水泵19电机的接线柱和电加热器52连接，水泵19的出口与冷流体入口22连接，冷流体通道20的出口与螺旋管道43入口连接。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱落本发明的精神和范畴的情况下，还可以作出各种变换或变化，例如，电加热器是再次加热补充热量损失提高温度的作用，加热方式可以是电磁，微波等，加热装置的螺旋管道是冷流体和热流体之间热传导物体，几何形状和结构可以是现有技术其它形状，可置于内燃机排气口与热流体通道入口之间位置的变化，也应等同于本发明的范畴。

Claims (6)

1.一种板式换热发动机，是由多种现有设备和加热装置（4）及电加热装置（5）与新型的缠绕板式换热器（8），组合成三种具有永动效果的板式换热发动机，加热装置（4）和缠绕板式换热器（8）的组合具有锅炉和燃气热水器的功能，现有设备包括有内燃机（6）、外燃机（7）、水泵（19）、发电机（9），三种组合方式都是利用缠绕板式换热器（8），将外燃机（7）排出的高温高压蒸汽，把冷水加热成高压水蒸气，补充热量损耗后，高压水蒸气被加热成与外燃机（7）汽缸内的汽压和温度相同的蒸汽，高压蒸汽进入外燃机（7）再转换为机械能，三种组合都具有能量转换、热量循环利用、补充热量损耗转换为机械能，第一种组合是不包括电加热装置（5）的组合、第二种组合是不包括内燃机（6）和电加热装置（5）的组合、第三种组合是不包括内燃机（6）和加热装置（4）的组合。

2.根据权利要求1所述板式换热发动机，其特征在于；缠绕板式换热8，包括有芯体（1），金属板（2），支撑条（3），芯体流道（11），芯腔（12），固定槽（13），矩形流道（23），热流体通道（10）和冷流体通道（20），所述缠绕板式换热器（8）是由金属板（2）和支撑条（3）组合插入固定槽（13）内围绕芯体（1）缠绕与冷流体入口（22）和热流体出口（21）连接组成，所述芯体流道（11），根据需求的不同在芯体1加工所需要数量的芯体流道和相同数量固定槽（13），所述冷流体通道（20）和热流体通道（10），可根据需求的不同增加或减少，组合成一冷一热或多冷多热等组合形式的对流通道，可以是两种以上不同冷热介质的热交换，所述支撑条（3），可根据流体压力的不同，增加或减少支撑条（3）的数量，增加或减少支撑条（3）的数量使矩形流道（23）支撑条（3）的密度增加或减少，改变金属板（2）承压强度。

3.根据权利要求1所述板式换热发动机，其特征在于；所述第一种组合，内燃机（6）的排气口与芯腔（12）底部连接，加热装置（4）的固定板（41）与凹槽（14）连接，余热气体出口（42）和外燃机（7）排气口分别与热流体通道（10）入口连接，外燃机（7）的进气口与螺旋管道（43）出口连接，外燃机（7）输出的机械能由发电机（9）转化为电能，发电机（9）输出的电能与水泵（19）电机的接线柱连接，水泵（19）的出口与冷流体入口（22）连接，冷流体通道（20）的出口与螺旋管道（43）入口连接。

4.根据权利要求1所述板式换热发动机，其特征在于；所述第二种组合，是不包括内燃机（6），其它部分与第一种组合相同。

5.根据权利要求1所述板式换热发动机，其特征在于；所述第三种组合，电加热装置（5）的固定板（51）与凹槽（14）连接，外燃机（7）排汽口与热流体通道（10）入口连接，外燃机（7）的进汽口与螺旋管道（53）出口连接，外燃机（7）输出的机械能由发电机（9）转化为电能，发电机（9）输出的电能分别与水泵（19）电机的接线柱和电加热器（52）连接，水泵（19）的出口与冷流体通道（22）入口连接，冷流体通道（20）的出口与螺旋管道（53）入口连接。

6.根据权利要求1所述板式换热发动机，其特征在于；具有锅炉和燃气热水器的功能，加热装置和缠绕板式换热器组合，芯腔（12）具有锅炉燃烧室的作用，热流体通道（10）具有锅炉烟道的作用，螺旋管道（43）和冷流体通道（20）具有锅炉盛水容器的作用。