CN111779568A - 内燃机系统和交通工具 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种内燃机系统和交通工具。内燃机系统包括：内燃机、气动机、蒸汽发生器和冷凝器；所述内燃机的水箱余热和/或所述内燃机的烟囱余热用作所述蒸汽发生器的热源，对所述蒸汽发生器内的压力工质液体进行加热而汽化成压力工质气体，所述压力工质气体用于致动所述气动机然后由所述气动机输出作为所述气动机的输出压力工质气体；在所述冷凝器中对所述输出压力工质气体进行冷凝得到压力工质液体，并且冷凝得到的压力工质液体被输运至所述蒸汽发生器。采用该内燃机系统，内燃机的废热能够被回收利用。

Description

内燃机系统和交通工具
技术领域
本申请属于交通运输技术领域，具体涉及一种内燃机系统和交通工具。
背景技术
对于大型船舶以及一些传统的火车等交通工具，通常采用诸如汽油机或柴油机的内燃机作为动力来源。内燃机运行时会产生大量的废热，热效率较低。
发明内容
本申请的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种内燃机系统和交通工具，以提高内燃机的热效率。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种内燃机系统，包括：内燃机、气动机、蒸汽发生器和冷凝器；所述内燃机的水箱余热和/或所述内燃机的烟囱余热用作所述蒸汽发生器的热源，对所述蒸汽发生器内的压力工质液体进行加热而汽化成压力工质气体，所述压力工质气体用于致动所述气动机然后由所述气动机输出作为所述气动机的输出压力工质气体；在所述冷凝器中对所述输出压力工质气体进行冷凝得到压力工质液体，并且冷凝得到的压力工质液体被输运至所述蒸汽发生器。
可选地，所述气动机的动力输出用于增强所述内燃机的动力输出。
可选地，所述气动机通过离合器和所述内燃机的主轴相连。
可选地，所述内燃机系统还包括集热循环回路，在所述集热循环回路上设置有至少一个换热器，所述至少一个换热器用于收集所述内燃机的水箱余热和/或所述内燃机的烟囱余热并加热所述集热循环回路中的集热工质，加热后的集热工质被输运至所述蒸汽发生器以作为所述蒸汽发生器的热源；对所述蒸汽发生器内的压力工质液体加热而自身冷却的集热工质被输运至所述换热器而重新被加热。
可选地，还包括储气罐；所述蒸汽发生器通过所述储气罐与所述气动机流体连通，所述储气罐用于存储所述压力工质气体。
可选地，还包括工质储液罐，其与所述冷凝器相比位于更低位置且通过第一阀门与所述冷凝器流体连通，并通过第二阀门与所述蒸汽发生器流体连通；当所述第一阀门处于打开状态时，所述第二阀门处于关闭状态，使所述冷凝器与所述工质储液罐连通，同时保持所述工质储液罐与所述蒸汽发生器断开连通，从而使所述冷凝器中冷凝所得的所述压力工质液体流入所述工质储液罐中；并且当所述工质储液罐的液位高于预定第一阈值时，所述第一阀门变为关闭状态且所述第二阀门变为打开状态，使所述工质储液罐与所述冷凝器断开连通，并且与所述蒸汽发生器连通，从而能够使所述工质储液罐中冷凝所得所述压力工质液体返回所述蒸汽发生器。
可选地，当所述工质储液罐中的液位低于预定第二阈值时，所述第一阀门变为打开状态且所述第二阀门变为关闭状态，使所述工质储液罐与所述蒸汽发生器断开连通而与所述冷凝器重新连通，使得所述冷凝器中冷凝所得压力工质液体能够流入所述工质储液罐中，其中所述预定第二阈值低于所述预定第一阈值。
可选地，所述工质储液罐还通过第三阀门与所述储气罐流体连通。
可选地，所述第一阀门和所述第二阀门为单向阀，所述第三阀门为电动阀。
可选地，所述气动机的压力工质为CO2。
可选地，所述集热循环回路的集热工质为水。
本申请实施例的方案还提供一种交通工具，包括上述的内燃机系统。
可选地，所述交通工具具体为船舶，所述内燃机用于驱动螺旋桨；所述冷凝器为壳管式冷凝器，所述船舶还包括冷水采集装置，用于采集所述船舶所处环境的冷水并驱动至所述冷凝器的管程以对所述冷凝器壳程中的所述输出压力工质气体进行冷凝。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：内燃机工作所产生的水箱余热一般在80℃到90℃之间，所产生的烟囱余热一般在550℃到600℃之间，将这部分余热收集起来作为蒸发器的热源，蒸发器产生的高温高压的压力工质气体推动气动机运行。原本损失的余热回收率可达60％左右。
附图说明
图1是本申请实施例提供的内燃机系统以及其参与构成的交通工具的结构示意图。
其中附图标记为：A、内燃机；B、离合器；H、螺旋桨；D、蒸汽发生器；E、气动机；G、冷凝器；13、第一阀门；14、工质储液罐；18、第二阀门；17、储气罐；16、第三阀门。
具体实施方式
在本申请中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
下面结合附图所示的实施例对本申请作进一步说明。
如附图1所示，本申请的实施例提供一种内燃机A系统，包括：内燃机A、气动机E、蒸汽发生器D和冷凝器G；内燃机A的水箱余热和/或内燃机A的烟囱余热用作蒸汽发生器D的热源，对蒸汽发生器D内的压力工质液体进行加热而汽化成压力工质气体，压力工质气体用于致动气动机E然后由气动机E输出作为气动机E的输出压力工质气体；在冷凝器G中对输出压力工质气体进行冷凝得到压力工质液体，并且冷凝得到的压力工质液体被输运至蒸汽发生器D。
内燃机A工作所产生的水箱余热一般在80℃到90℃之间，所产生的烟囱余热一般在550℃到600℃之间，将这部分余热收集起来作为蒸发器的热源，蒸发器产生的高温高压的压力工质气体推动气动机E运行。原本损失的余热回收率可达60％左右。
气动机E运行的动力做功既可以用于发电，也可以与内燃机A的动力相叠加，从而内燃机A产生更大的驱动力，或者用作其他用处。如用作与内燃机A的动力相叠加，内燃机A的耗油量大大降低。
也即是，气动机E的动力输出用于增强内燃机A的动力输出。具体地，气动机E通过离合器B和内燃机A的主轴相连。
收集水箱余热和烟囱余热的方式例如是：内燃机A系统还包括集热循环回路，在集热循环回路上设置有至少一个换热器(未示出)，至少一个换热器用于收集内燃机A的水箱余热和/或内燃机A的烟囱余热并加热集热循环回路中的集热工质，加热后的集热工质被输运至蒸汽发生器D以作为蒸汽发生器D的热源；对蒸汽发生器D内的压力工质液体加热而自身冷却的集热工质被输运至换热器而重新被加热。
集热循环回路的集热工质可选为水。
当然余热回收的方式不限于此。
可选地，内燃机A系统还包括储气罐17；蒸汽发生器D通过储气罐17与气动机E流体连通，储气罐17用于存储压力工质气体储气罐17的开启与关闭是可控的。采用储气罐17的好处在于可以在储气罐17内气压合适的时候，储气罐17内存储的气体才会流向气动机E。从而保证流向气动机E的输入压力工质的压力稳定性。
可选地，内燃机A系统还包括工质储液罐14，其与冷凝器G相比位于更低位置且通过第一阀门13与冷凝器G流体连通，并通过第二阀门18与蒸汽发生器D流体连通；当第一阀门13处于打开状态时，第二阀门18处于关闭状态，使冷凝器G与工质储液罐14连通，同时保持工质储液罐14与蒸汽发生器D断开连通，从而使冷凝器G中冷凝所得的压力工质液体流入工质储液罐14中；并且当工质储液罐14的液位高于预定第一阈值时，第一阀门13变为关闭状态且第二阀门18变为打开状态，使工质储液罐14与冷凝器G断开连通，并且与蒸汽发生器D连通，从而能够使工质储液罐14中冷凝所得压力工质液体返回蒸汽发生器D。
即采用工质储液罐14收集压力工质液体，仅在收集到足够的压力工质液体后，才将收集到的压力工质液体提供给蒸汽发生器D。
可选地，当工质储液罐14中的液位低于预定第二阈值时，第一阀门13变为打开状态且第二阀门18变为关闭状态，使工质储液罐14与蒸汽发生器D断开连通而与冷凝器G重新连通，使得冷凝器G中冷凝所得压力工质液体能够流入工质储液罐14中，其中预定第二阈值低于预定第一阈值。
即工质储液罐14内压力工质液体较少时，停止向蒸汽发生器D提供压力工质液体，转而继续收集压力工质液体。
可选地，工质储液罐14还通过第三阀门16与储气罐17流体连通。
可选地，第一阀门13和第二阀门18为单向阀，第三阀门16为电动阀。
可选地，气动机E的压力工质为CO2。
本申请的实施例还提供一种交通工具，包括上述的的内燃机A系统。
冷凝器G的冷源可选自然环境中的冷源。例如采用冰冷的海水。
可选地，交通工具具体为船舶，内燃机A用于驱动螺旋桨H；冷凝器G为壳管式冷凝器G，船舶还包括冷水采集装置(未示出)，用于采集船舶所处环境的冷水并驱动至冷凝器G的管程以对冷凝器G壳程中的输出压力工质气体进行冷凝。
当然，如在寒带冬日运行的火车，也可以采用外界冷空作为冷凝器G的冷源。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本申请的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变形而不脱离本申请的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本申请权利要求及其等同技术的范围，则本申请的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种内燃机系统，其特征在于，包括：内燃机(A)、气动机(E)、蒸汽发生器(D)和冷凝器(G)；
所述内燃机(A)的水箱余热和/或所述内燃机(A)的烟囱余热用作所述蒸汽发生器(D)的热源，对所述蒸汽发生器(D)内的压力工质液体进行加热而汽化成压力工质气体，所述压力工质气体用于致动所述气动机(E)然后由所述气动机(E)输出作为所述气动机(E)的输出压力工质气体；
在所述冷凝器(G)中对所述输出压力工质气体进行冷凝得到压力工质液体，并且冷凝得到的压力工质液体被输运至所述蒸汽发生器(D)。
2.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述气动机(E)的动力输出用于增强所述内燃机(A)的动力输出。
3.根据权利要求2所述的内燃机系统，其特征在于，所述气动机(E)通过离合器(B)和所述内燃机(A)的主轴相连。
4.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述内燃机系统还包括集热循环回路，在所述集热循环回路上设置有至少一个换热器，所述至少一个换热器用于收集所述内燃机(A)的水箱余热和/或所述内燃机(A)的烟囱余热并加热所述集热循环回路中的集热工质，加热后的集热工质被输运至所述蒸汽发生器(D)以作为所述蒸汽发生器(D)的热源；对所述蒸汽发生器(D)内的压力工质液体加热而自身冷却的集热工质被输运至所述换热器而重新被加热。
5.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，还包括储气罐(17)；所述蒸汽发生器(D)通过所述储气罐(17)与所述气动机(E)流体连通，所述储气罐(17)用于存储所述压力工质气体。
6.根据权利要求5所述的内燃机系统，其特征在于，还包括工质储液罐(14)，其与所述冷凝器(G)相比位于更低位置且通过第一阀门(13)与所述冷凝器(G)流体连通，并通过第二阀门(18)与所述蒸汽发生器(D)流体连通；
当所述第一阀门(13)处于打开状态时，所述第二阀门(18)处于关闭状态，使所述冷凝器(G)与所述工质储液罐(14)连通，同时保持所述工质储液罐(14)与所述蒸汽发生器(D)断开连通，从而使所述冷凝器(G)中冷凝所得的所述压力工质液体流入所述工质储液罐(14)中；并且
当所述工质储液罐(14)的液位高于预定第一阈值时，所述第一阀门(13)变为关闭状态且所述第二阀门(18)变为打开状态，使所述工质储液罐(14)与所述冷凝器(G)断开连通，并且与所述蒸汽发生器(D)连通，从而能够使所述工质储液罐(14)中冷凝所得所述压力工质液体返回所述蒸汽发生器(D)。
7.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述气动机(E)的压力工质为CO2。
8.根据权利要求4所述的内燃机系统，其特征在于，所述集热循环回路的集热工质为水。
9.一种交通工具，其特征在于，包括根据权利要求1-8任意一项所述的内燃机系统。
10.根据权利要求9所述的交通工具，其特征在于，所述交通工具具体为船舶，所述内燃机(A)用于驱动螺旋桨(H)；所述冷凝器(G)为壳管式冷凝器(G)，所述船舶还包括冷水采集装置，用于采集所述船舶所处环境的冷水并驱动至所述冷凝器(G)的管程以对所述冷凝器(G)壳程中的所述输出压力工质气体进行冷凝。
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