CN109139289A - 发动机余热综合利用系统 - Google Patents

Abstract

发动机余热综合利用系统。它是把发动机的余热通过采用我所设计的：发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术，以及现有斯特林发动机等多种方式加以综合利用，形成新的动力源，以减少燃料的消耗，以达到节能的目的，所以，它是一种节能环保方面的技术，同时它也是一个机械设计方面的发明。这是一种效果1+1＞2的发明。因为，内燃发动机(包括涡轮增压机)更多的是利用燃料爆炸时所产生的冲击力(将缸体内的气体瞬间由20‑‑‑30度加热到2000多度，其体积在瞬间膨胀了成百上千倍)，而外燃机(斯特林发动机)则完全利用的是燃料的剩余的热能，再加上发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术，其利用率更是成倍数增长。

Description

发动机余热综合利用系统

发动机余热综合利用系统。它是把发动机的余热通过采用我所设计的：发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术以及现有斯特林发动机等多种方式加以综合利用，形成新的动力源，以减少燃料的消耗，以达到节能的目的，所以，它是一种节能环保方面的技术，同时它也是一个机械设计方面的发明。

由于现在的发动机燃料在燃烧室爆燃做功后，其余热能就以废物的形式排放到空气当中 (除了一小部分用于涡轮增压外)，不但造成了环境污染，还浪费了能源。而本发明就是把发动机的余热通过采用本人所设计的发动机机体余热利用技术(如图2)，和排气管余热利用技术(如图4)这二种技术加上现有斯特林发动机等多种方式加以综合再利用的技术。

图例说明：

1.图1说明：

本图是一个简单的全景示意图(仅仅是示意图，后面有各个部分利用的详细图解)。

其中：A是发动机机体余热利用部分(这是一款液体热能利用技术)。

B是发动机机体与排气管接口处余热利用部分，该部分余热带动的是斯特林发动机。

C是涡轮增压机(根据车辆情况而定，如果原车辆上无有，可以选择带动一些负荷相对小的动力机，如：发电机等)。

D是三元催化部分(如果燃料是氢气或者是净化后的天燃气可以省略这一部分)。

E是排气管余热采用斯特林发动机利用部分(根据该点的温度而定，如果不温度适合，可以省去)。

F是排气管余热利用技术部分(这是一款气体热能利用技术)。

2.图2是发动机机体余热利用技术示意图。

它分为三个图，图2(a)，图2(b)和图2(c)，图2(a)和图2(b)实际上是一个图，但它要表示不同的设计，而分开来表达更为精确。

图2(a)和图2(b)中A，B，C，D，a，b，c，d分别表示储水池(均有水温计)，里面浸泡着呈栅格状(为受热快，更好的利用热能，把空气动力机的罐体设计成栅格状)的空气动力机的罐体，而整个图2所示的管道中都充满了循环水(防冻液)，且图2是发动机水循环的外加部分， F为原来的水箱，G处接原来的水循环管路。箭头所示为水循环线路。E中可以浸放涡轮发动机的散热片(根据车辆情况而定)。A-a，B-b，C-c，D---d之间的管道连线表示空气动力机的气罐成对(如图2(b)所示)相连，且相应成对的气罐中间由图2(c)所示的气室相连在一起。

图2(c)为气室，其中O为空气动力机的叶片轴。箭头所示为气罐中压缩空气的方向(注意喷嘴的方向应一致)，整个叶轮室为封闭结构，且能够承受高压，高温。1，2，3，4所示为电子减压阀，箭头方向为气罐中空气流动方向各叶轮转动方向。且1和2，3和4减压阀方向反向安装。

图3是发动机机体与排气管接口处余热利用部分，该部分余热带动的是斯特林发动机，这里以简单的四缸发动机和α型斯特林发动机为例。

A是热气缸。即排气管加热的部分。B是冷气缸。C是回热器。O是斯特林发动机的转动轴。在A---C---B之间充满着工质气体，如：氢气，氮气，氦气等。

为提高热利用率，可以将B浸润在图2的E中，这样，既提高了斯特林发动机的转化效率，又提高了图2所示空气动力机的效率。

图4是排气管余热利用技术(即图1中的F部分)示意图。

它和图2一样，A，B，C，D，a，b，c，d分别表示空气动力机的罐体，与图2不同的是：图2是将罐体做成栅格状浸润在循环水中，而图4是将排气管做成栅格状来加热包围在外面的气罐中的空气来做功。A---a，B---b，C---c，D---d相应成对且中间与图2(c)一样相连接在一起。箭头方向为排气管中气流方向。

具体实施方案：

一.发动机机体余热利用技术部分(参看图2)。

当发动机进入大循环后。首先是E--A之间的电子阀门开启，循环水经过节温器进入 E---A---c后进入原水路(即水箱的下水管)。这样，E---A---c储水池中的水进入大循环。这时，浸润在A和c中的呈栅格状的空气动力机的气罐中的空气受热，高压气体经过A--a(c-C) 之间的减压阀后，推动叶轮(即动力机也可以是发电机)做功，如图2(c)所示。高压气流方向为气罐A---减压阀 2---喷嘴----叶轮片---减压阀 3---气罐a和气罐c---减压阀2--喷嘴----叶轮片---减压阀 3---气罐C.

当A-c储水池中水温达到预定的温度后(车辆自身的循环水的设计水温而定)，A---E 之间的电子阀关闭，B-E之间的电子阀开启，E---B---d储水池中的水进入大循环，这时，浸润在B和d中的空气动力机的气罐中的空气受热，高压气体经过B--b(d-D)之间的减压阀后，推动叶轮(即动力机)做功，如图2(c)所示。高压气流方向为气罐B--减压阀 2---喷嘴---- 叶轮片---减压阀 3---气罐b和气罐d---减压阀 2--喷嘴----叶轮片---减压阀3---气罐D.

接着，当B-d储水池中水温达到预定的温度后，B-E之间的电子阀关闭，C----E之间的电子阀开启，E---C---a储水池中的水进入大循环，这时，浸润在C和a中的呈栅格状的空气动力机的气罐中的空气受热，高压气体经过a--A(C-c)之间的减压阀后，推动叶轮做功，如图2(c)所示。高压气流方向为气罐C---减压阀 4---喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐c和气罐a--减压阀 4--喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐A.。

然后，当C-a储水池中水温达到预定的温度后，C---E之间的电子阀关闭，D-E之间的电子阀开启，E---D---b储水池中的水进入大循环。这时，浸润在和D----c中的呈栅格状的空气动力机的气罐中的空气受热，高压气体经过D--d(b-B)之间的减压阀后，推动叶轮做功，如图2(c)所示。高压气流方向为气罐D---减压阀 4---喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐a和气罐b---减压阀 4--喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐B.

而当D---b储水池中水温达到预定的温度后，D---E之间的电子阀关闭，A-E之间的电子阀开启，E---A---c储水池中的水再次进入大循环。

同样，当A---e储水池中水温达到预定的温度后，A---E之间的电子阀关闭，B-E之间的电子阀开启，E---B---d储水池中的水再次进入大循环......

以次类推，不断重复下去。而空气动力机就不断对外做功。

而水箱F仅作为一个备用部分，只有当A，B，C，D，a，b，c，d储水箱中的水温达到预定的温度后，E----F之间的电子阀才会开启(其他已经全部关闭)，温度更高时则可能开启电扇。

而当A，B，C，D，a，b，c，d储水箱中某一个的水温低于预定的温度，则E---F之间的电阀关闭，该所在管路的水箱开启(该条件为优先选项)。

实际上：发动机机体余热利用其实就是在原散热器(水箱)的循环水路上增加了A，B，C，D，a，b，c，d四对储液罐和四对相对应的空气动力机气罐，当进入大循环后，发动机的余热加热循环水，进而加热罐体中的空气做功，而不使这一部分热能白白的散失到空气当中。而水循环系统的其他各部功能等不变(如：电子泵所控制的水的流速，流量。以及，大小循环何时开启等)，仅仅是增加了以上余热利用部分。

而需注意的是，由于A，B，C，D，a，b，c，d分别对应四个这样的图2(c)所示的动力机的叶轮片，这时，可以选择四对四，二对一，四对一等方式，即：四个叶轮带四个动力机，或者是二个叶轮带一个同轴动力机，亦或是四个叶轮带一个同轴动力机方式。只不过是各气室仍相互独立且相对封闭。至于动力机是经过变速(或者是速度同步)与发动机相连或者是直接带动发电机，则视具体情况而定。

二.是发动机机体与排气管接口处余热利用部分，该部分余热带动的是斯特林发动机。如图3所示。

这里以简单的α型斯特林发动机为例。

图3中A中的排气管将A所示的热腔中的工质气体加热，工质气体受热膨胀，推动活塞运动对外做功。

就这样，工质气体不被加热，带动活塞运动，而冷气缸中的冷气体工质又不断通过回热器后被加热形成不断的循环，就这样，工质不断被加热的过程，也是对外做功的过程。

同样，动力机是经过变速(或者是速度同步)与发动机相连或者是直接带动发电机，则视具体情况而定。

三.是涡轮增加机。图1中的C部分。

它可根据车辆情况而定，如果原车辆上没有，可以选择带动一些负荷相对小的动力机，如：发电机等。

四.是排气管余热采用斯特林发动机利用部分。图1中的E部分

它要根据该点的温度而定，如果温度达到斯特林发动机要求(600---800度)，就可将排气管改成栅格状，再如图3一样通过斯特林发动机来利用该处的余温。如不适合，可以省去。

五.是排气管余热利用技术部分(图1中的F部分)。

它的作用原理和发动机机体余热利用部分一样，同样采用A---a，B---b，C---c，D---d相应成对的气罐且中间采用与图2(c)一样的气轮叶片相连接在一起，如图4所示。

不同的是：发动机机体余热利用部分是将罐体做成栅格状浸润在循环水中来做功(如图 2)，而本部分是将排气管做成栅格状来加热包围在外面的气罐中的空气来做功。

且发动机机体余热利用部分各个储水池中都设计有温度计，而本部分则在罐体中设计有压力计。

其实施过程如下：

炽热的气流(如箭头所示的方向)首先进入A-----c所示的空气罐(此时A前端的电子阀已经开启)，对A，c罐体中的空气进行加热，高压气体经过A--a(c-C)之间的减压阀后，推动叶轮做功，如图2(c)所示。高压气流方向为气罐A---减压阀 2---喷嘴----叶轮片---减压阀3---气罐a和气罐c---减压阀 2--喷嘴----叶轮片---减压阀 3---气罐C.

由于不象发动机机体余热利用部分那样有温度的限制，本部没有温度的限制。所以，只有A--a和c-C气罐中的气体达到压力平衡，A前端的电子阀关闭，B前端的电子阀开启，炽热的气流(如箭头所示的方向)进入B-----d所示的空气罐，对B，d罐体中的空气进行加热，高压气体经过B--b(d-D)之间的减压阀后，推动叶轮做功，如图2(c)所示。罐体中的气流方向为气罐B---减压阀 2---喷嘴----叶轮片---减压阀 3---气罐d和气罐d---减压阀2--喷嘴---- 叶轮片---减压阀 3---气罐D.

同样，当B--b和d-D之间达到压力平衡后，B前端的电子阀关闭，C前端的电子阀开启，热气流进入C----a所示的空气罐，对罐体中的空气进行加热做功，气流方向为气罐C---减压阀 4--喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐c和气罐a---减压阀 4--喷嘴----叶轮片---减压阀 1--- 气罐A.

当C----c和a-A之间达到压力平衡后，C前端的电子阀关闭，D前端的电子阀开启，热气流进入D----b所示的空气罐，对罐体中的空气进行加热做功，气流方向为气罐D---减压阀 4--喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐d和气罐b---减压阀 4--喷嘴----叶轮片---减压阀 1---气罐B.

当D----d和b-B之间达到压力平衡后，D前端的电子阀关闭，A前端的电子阀重新开启，热气流进入A----c所示的空气罐，对罐体中的空气进行加热做功。

而当A--a和c-C气罐中的气体达到压力平衡，A前端的电子阀再次关闭，B前端的电子阀再次开启，对罐体中的空气进行加热做功……

以次类推，不断对罐体加热，就有不断的动能输出。

同样，由于A，B，C，D，a，b，c，d分别对应四个这样的图2(c)所示的动力机的叶轮片，这时，可以选择四对四，二对一，四对一等方式，即：四个叶轮带四个动力机，或者是二个叶轮带一个同轴动力机，亦或是四个叶轮带一个同轴动力机方式。只不过是各气室仍相互独立且相对封闭。至于动力机是经过变速(或者是速度同步)与发动机相连或者是直接带动发电机，亦或是变速后直接利用，则视具体情况而定。

六.在这里首先要确立一种观念，即：1+1＞2这个观念。

因为，内燃发动机(包括涡轮增压机)更多的是利用燃料爆炸时所产生的冲击力(将缸体内的气体瞬间由20---30度加热到2000多度，其体积在瞬间膨胀了成百上千倍，其威力相当之猛烈)，而外燃机(如斯特林发动机)则完全利用的是燃料的剩余的热能，再加上发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术，其利用率更是成倍数增长。

这不是一个简单的能量相加的问题，而是一个由量变到质变的过程，困为，发动机所产生的动能，加上外燃机(斯特林发动机)所产生的动能，再加上本人所设计的发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术所产生的动能已远大于仅利用发动机燃烧时所产生的动能。

七.可以任意组合。

动力机之间可以根据车辆情况任意组合使用，或全部利用。

八.使用燃料。

由于本系统的使用，可以大大减少燃料(汽油，柴油，天燃气，氢气等)，可以通过减少发动机的气缸数量和转速等方式来实现。

九.最佳利用方式和组合。

一直以来新能源汽车不能得以长足的快速的发展，是由于多方面的问题困扰，如：充电桩少，达到极限里程后的后续能源供应，价格高等。而本发明的使用则完全解决了这些难题。

最佳利用方式和组合：

采用氢气为燃料的氢动力发动机+发动机机体余热利用技术+发动机机体与排气管接口处的斯特林发动机+涡轮增压机带动的直流发电机+排气管余热采用斯特林发动机(根据该点的温度而定，如果不温度适合，可以省去。如可以则带动一个直流发电机)+排气管余热利用技术(也可以直接带动直流发电机)+氢氧气发生器(即电解水装置)。

无论是汽油，柴油，天燃气的燃烧都会对大气造成污染，而氢气则是零污染。之所以采用氢动力机方式还有以下几方面原因：

1.氢动力机更多的是利用氢气爆炸时的冲击力，而外燃机更多的则是利用热能(即第六条)。

2.有车载氢氧气发生器(加载在电机回流线路上，而不影响其他功能)，随时产生氢气，供车辆使用。

3.当给车辆充电完成后，可以继续给氢氧气发生器供电，产生氢气给氢气罐充气。

4.可以携带几个氢气罐，或者，在沿途设氢气换气站(这要比充电桩快且省力的多)。

5.也可以氢气和天燃气组合使用(初级推广阶断)。

Claims (4)

1.发动机余热综合利用系统。它是把发动机的余热通过采用我所设计的：发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术以及现有斯特林发动机等多种方式加以综合利用，形成新的动力源，以减少燃料的消耗，以达到节能的目的，所以，它是一种节能环保方面的技术，同时它也是一个机械设计方面的发明。

由于现在的发动机燃料在燃烧室爆燃做功后，其余热能就以废物的形式排放到空气当中(除了一小部分用于涡轮增压外)，不但造成了环境污染，还浪费了能源。而本发明就是把发动机的余热通过采用本人所设计的发动机机体余热利用技术(如图2)，和排气管余热利用技术(如图4)这二种技术加上现有斯特林发动机等多种方式加以综合再利用的技术。

2.根据权利1所述的发动机余热综合利用系统其特征是：发动机机体余热利用技术。这是一款液体热能利用技术，它是利用发动机的余热来推动-----连接二个空气动力机缸体的气室中的叶轮片来连续不断对外做功的动力机。

3.根据权利1所述的发动机余热综合利用系统其特征是：发动机排气管余热利用技术。这是一款气体热能利用技术，它是利用发动机排气管的余热来推动-----连接二个空气动力机缸体的气室中的叶轮片来连续不断对外做功的动力机。

4.根据权利1所述的发动机余热综合利用系统其特征是：这是一种效果1+1)2的发明。因为，内燃发动机(包括涡轮增压机)更多的是利用燃料爆炸时所产生的冲击力(将缸体内的气体瞬间由20---30度加热到2000多度，其体积在瞬间膨胀了成百上千倍，其威力相当之猛烈)，而外燃机(斯特林发动机)则完全利用的是燃料的剩余的热能，再加上发动机机体余热利用技术，和排气管余热利用技术，其利用率更是成倍数增长。