CN1847725A - 动力发生装置、热能利用装置及其复合装置 - Google Patents

Abstract

本发明是设计废气再燃装置及其控制装置、蒸气贮存器、冷凝水循环装置，同时做到剔除现有的散热器冷却装置就达成了上述方案。内燃机所排出的未完全燃烧气体通过二次燃烧装置将其完全燃烧的高热经装有热交换装置的锅炉进行高效回收的同时，构成了使热能回收后的冷凝水作为冷却水循环于内燃机的循环装置，可避免内燃机所产生的热以散热器等冷却装置的冷却造成的能源及资源方面的浪费，内燃机套筒加热的高热水流入上述锅炉，彻底回收能源，从而实现了动力再生、高效的热能回收。内燃机工作时所排废气经二次完全燃烧回收利用所产生的高效热能达成高效动力源，防止内燃机产生的热能以散热器冷却造成的浪费。是显著节能的动力发生、热能供给或二者兼备的超节能装置，是一种跨越现实能源浪费的、以节约为目标的装置。

Description

动力发生装置、热能利用装置及其复合装置

技术领域

本发明涉及一种利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，特别是涉及一种使内燃机的循环的高温冷却水流入锅炉，利用所排出的废气余热进行再加热、或利用热能产生高压蒸气后再利用这种蒸气来驱动涡轮机，通过其驱动力获得内燃机的辅助驱动方式或是另外的动力源，要提高内燃机的热效率，就要将内燃机工作时所排出的冷却水的热能充分利用起来从而得到效益性的动力源，要提高内燃机的热效率，就要充分利用内燃机工作时所排出的冷却水的热能以及所排废气的余热从而得到效益性的动力源，所以，这是关于一种以能够显著节省能源为目的的、利用了内燃机冷却水的余热及所排废气热能的动力发生装置-热能利用装置的技术。

背景技术

众所周知，内燃机通常被称为原动机，向汽缸中供给燃料后，是利用其燃烧爆发所产生的燃气膨胀力爆炸力来驱动活塞工作的，而锅炉一般是作为给水加热产生高温-高压蒸气或温度水的装置，是用来向暖气设备或浴池等设施供水、以及中小型柴油发电所等地方使用的。

另外、这里所说的锅炉兼用的内燃机，如上所述是利用冷却水废热和废气热能来作用于锅炉，故其他形式的燃烧机构通常情况下无需如此，由于是通过内燃机得到燃烧热和水，故而节省能源，在蒸气锅炉上设置一蒸气透平，并通过其蒸气透平创造出另外的动力。请参阅图1进行说明，这种现有的锅炉兼用内燃机通常很大，含有包括内燃机10、水冷套筒冷凝器20、散热器和锅炉对置流式热交换器  30、蒸气透平40、循环泵50在内的冷却水循环系统，这种冷却水循环系统安装在内燃机的废气排气管33的末端部位，与配置在锅炉内部的加热管34结合而成。按照惯例，内燃机10在冷却过程中，迫使被加热的高温冷却水产生热度，通过这种热度生成蒸汽，此时所产生的蒸汽，通过驱动蒸气透平40而凝结、经由循环泵50、再从冷却内燃机10的水冷套筒20流入、如此循环往复。

以上是目前常用装置的概要性内容，但存有不小的问题点和疑问。若依据这种装置，即使对上述内燃机10冷却之后的贮存在锅炉30的冷却水通过加热管34进行加热，其所能加热的程度也是微弱的。问题就在于特别是为驱动上述蒸气透平40所必需产生充足的蒸气是非常困难的。单且说将内燃机所排出的废气作为未完全燃烧的气体原样排出时，就已造成了空气污染的大问题。

再有，认为目前这种装置最不合理的地方在于尽管用于锅炉的热量不足，还要装备为冷却发动机而需的大型冷却装置，浪费资源及热能是一方面，仅凭废气余热的热量来驱动汽轮机热量势必不足，此类事情很多，基于这种情况对锅炉进一步设置了燃烧装置。总之，发动机不冷却不行，可要冷却，散热器是关键，基于这种传统的固有观念，完全忘记了能量守恒定律，把应该利用的宝贵的热源、设备及能源浪费在冷却上，而又由于热量不足给锅炉安装燃烧设备浪费新的能源，这就是通常所见的、在很多地方存在着的最大的疑问和不合理。

有鉴于上述现有的装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，能够改进一般现有的装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，在内燃机排气管的末端设置二次燃烧装置、使未完全燃烧的气体完全燃烧同时用于锅炉的过热，来自于内燃机的废热不仅通过锅炉回收热能、而且以小型的、内藏高效率对置流式热交换器的锅炉极尽增大热能的回收，一方面，给发动机以必要的冷却水，经蒸气透平或蒸气发动机生成动力后，将出来的被冷却的冷凝水通过安装了循环泵和防止倒流的逆止阀的供水管送入发动机套筒，从而构成了循环系统装置。当需要进行热利供给、热水供给、发电等的集成供热系统コ-ジエネレ-シヨンシステム时，只要连续不断地直接送入冷却水的同时，热力供给、热水供给就可以从锅炉或蒸气锅炉中抽取，作为二次性动力生成装置的蒸汽透平-蒸汽发动机，应根据用途、目的，而选择装备。

按照这种方式，对于锅炉就不必要追加新的加热装置，同时也不需要太大的地方以及需要占用能源的散热装置，作为本发明的成果，会达成惊人的高效率。而且还会有效地减少废热、废气以及散热器产生的噪音公害。总而言之，是一项对于节省资源、减少环境污染发挥应有效用的发明。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其中：含有具一定规格的燃烧室的外部盒体，利用与该内燃机连结的发电机或外接电源，使2冲程或4冲程的内燃机所排出的未完全燃烧的气体进行完全燃烧；含有设置于上述外部盒体的、为二次燃烧提供空气的一个以上的空气流入口；含有一个以上的电加热器，使流入的空气与未完全燃烧的气体相混合进行完全燃烧；含有控制上述电加热器的开关部控制部，上述内容所构成的装置设置在内燃机排气管的一定部位。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其中：含有贮藏循环高温冷却水的锅炉，使上述2冲程或4冲程的内燃机通过水冷套筒进行循环冷却；含有通过上述再燃装置再加热的加热管所连结的锅炉装置，贮存由上述锅炉产生的蒸汽的蒸汽贮存器连结在锅炉的上部，且装有可高效回收热能的内藏式对置流式热交换器；上述蒸汽贮存器用于热力源或作为蒸气透平或蒸汽发动机的动力源，产生辅助动力及其他的动力源，其能够综合性、超前式的产生高效热能及动力的装置。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其中所述的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其中实现了高效回收热能，且由于使用了非常简洁的对置流式热交换装置，解决了以往过大的设置场所和需要充足资源的散热装置的问题，冷却水把与蒸汽贮存器连结的蒸气透平或蒸汽发动机启动后的冷凝水通过循环泵和防止倒流的逆止阀送入内燃机的蒸汽套筒，或将新的冷却水送入蒸汽套筒，内燃机冷却后，重复上述循环的充分利用能源的装置，基于热能与动力称为同义语的理念，最大限度地回收动力发生装置产生的热能，对于冷却来说既不需要多余的动力，又不需要大型装置的节省资源、高效热能-动力的发生装置。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为了解决上述问题，本发明的辅助动力生成装置包括具有由2冲程或4冲程组成的内燃机和贮存使上述内燃机冷却后并循环的高温冷却水的锅炉、将上述内燃机的废气排出的排气管、但该排气管末端装有使未完全燃烧的气体进行二次燃烧并具一定规格的燃烧室所形成的外部盒体、含有为了使排放的废气在燃烧室进行二次燃烧的供给空气而设的一个以上的空气流入口、含有使和流入的空气混合在一起的未完全燃烧的气体进行二次燃烧而设的一个以上的加热器和控制加热器的开关部控制部、含有辅助动力生成装置，上述排气管与经由锅炉内部的加热管结合而成的锅炉，具备对置式热交换器装置且连结在上述锅炉的上部、为贮藏锅炉所产生的蒸气设置了蒸气贮藏器作为蒸气外燃机用的动力源。

本发明利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，使内燃机所排出的不完全燃烧气体进行二次燃烧，利用此时产生的燃烧热对流入锅炉的高温冷却水进行再加热，同时，通过装有高效率对置流式热交换装置的锅炉30达成如下效果。

1、内燃机所产成的不完全燃烧气体的排出量，以目前的常识可以认为，是在浪费着巨大的热能，也正如本发明所证实的那样，利用二次燃烧装置通过高效率热能回收可以避免极大的空气污染。换言之，事实为证，可以达成超越目前常规的热能回收-动力创造。

2、目前，作为锅炉的热源，使用的都是燃烧炉一类的燃烧装置，但按照本发明在进行动力创出-热能回收的情况下，可以认为比现有燃烧装置具有更大的效率，且用途广泛，对节省能源、防止环境污染起着积极的作用。

综上所述，本发明特殊结构的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在装置结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的装置具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1、表示兼用普通锅炉的内燃机剖面图。

图2、表示本发明内燃机的不完全燃烧气体二次燃烧装置的设计状态流程图。

图3、表示本发明内燃机的不完全燃烧气体二次燃烧装置的设计工作状态剖面图。

图4、表示本发明内燃机的不完全燃烧气体二次燃烧装置的图3“A”部放大剖面图。

10：内燃机                    11：汽缸

12：活塞                      20：水冷套筒  冷凝器

30：锅炉  对置流式热交换器    30a：贮汽罐

31：冷却水供水管              32：流入管

33：排气管                    34：加热管

40：蒸气透平或蒸气发动机      50：循环泵

51：止回阀、逆止阀            60：不完全燃烧气体二次燃烧装置

61：外部盒体                  62：空气流入口

63：电加热器  电热丝          64：开关部  控制部

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2、图3所示，本发明内燃机的不完全燃烧气体二次燃烧装置60，首先含有内燃机10和使上述内燃机冷却后贮藏其循环高温冷却水的锅炉30及排放上述内燃机废气的排气管33、再加上在上述排气管末端部位设置形成、为给上述锅炉30加热的加热管34，在如此形成的锅炉兼用的内燃机的基础上，不完全燃烧气体二次燃烧装置60就设置在上述排气管33的末端部位。

这种锅炉的形式，是根据对置式热交换装置的原理构成的，是以内燃机的热能回收为目的、能够最简洁、最高效的进行热能回收，是将这种锅炉的压力和热能同时并用于内燃机、得以充分利用动力和热能为目的的设计。

上述内燃机10，具有2冲程或4冲程的循环，通过混合器接受与空气混合的混合燃料的供给，在汽缸11中通过压缩及爆炸使活塞12的上下往复运动改变为旋转运动，从而使其产生动力。在上述内燃机10的外周面，因混合燃料的压缩及爆炸而产生高温热能，故为防止活塞12和汽缸11受到损伤，在外周面设有冷却效率优良的水冷套筒20，在上述水冷套筒的一侧，为供给冷却水，设有供给水管31，为使设置在与此相对应的位置上的上述内燃机10冷却后能流入锅炉30，设有流入管32，另外，在上述内燃机汽缸的局部设有排气管33，当混合燃料爆炸燃烧后可以排出废气。

上述锅炉30作为贮存装置，贮存流经内燃机10、从流入管32流入的高温冷却水，在其内部构成与排气管33结合而置的加热管34，主要为扩展与冷凝水的接触面积，不但以多数的毛细管分割开来，还把上述锅炉30和加热管34统一布置成曲折形态，以此来提高对置流式热能交换率热回收率。

而且，在锅炉30的上端部位设置形成一个使用由锅炉30产生蒸汽的涡轮机40，它是由将驱动上述涡轮机40的蒸汽以冷却水急剧冷凝后、并通过内燃机10的水冷套筒20向提供内燃机冷却水的循环泵50、和防止冷却水倒流的止回阀逆止阀51构成的。

此时，上述不完全燃烧气体二次燃烧装置60设置形成在内燃机10的排气管33的末端部，具有使来自内部的未完全燃烧的气体未透燃气体进行二次燃烧，并具一定规格的燃烧室所形成的外部盒体61。但是，上述外部盒体61需使用不仅耐燃烧热还要抗外压的耐久性强的特殊金属材料或陶瓷类材料做成。

而且，要在上述外部盒体61上形成一个以上的空气流入口62，为未完全燃烧的气体未透燃气体能够燃烧提供燃烧空气。这就要根据内燃机的特性、规模来装备适当的个数才最为理想。

再有，在不完全燃烧气体二次燃烧装置60的燃烧室中，临近空气流入口62装设一个以上的电热丝63，上述电热丝63通过横向曲折排布，可使未完全燃烧的气体未透燃气体提高二次燃烧的效率，对上述燃烧室所设置的一个以上的电热丝63分别装有可以控制上述电热丝63的开关部64。

如果按照这种状态的、本发明内燃机的不完全燃烧气体二次燃烧装置60，被内燃机10吸入的混合气体从汽缸11中通过活塞12的上下往复运动、压缩、爆炸之后经由排气管33流入不完全燃烧气体二次燃烧装置60的燃烧室，将上述不完全燃烧气体二次燃烧装置60的外部盒体61上所形成的一个以上的空气流入口62按燃烧室的长度方向、即、横向曲折错落排布，据此，废气就会通过电热丝63继续燃烧从而提高燃烧效率，实现完全燃烧是可以达到的。

一方面，根据上述不完全燃烧气体二次燃烧装置60的作用一旦使气体进行二次燃烧将会产生温度很高的燃烧热。此时，所发生的高温燃烧热通过排气管33经由上述锅炉中所设置的加热管34陆续排出的同时使锅炉30中的水冷却水

温度进一步提高，因此产生更多的蒸汽，从而可以有效地实施蒸汽透平或蒸气发动机的工作或提供大量的热能利用。

如图2及图3所示，本发明的这种内燃机不完全燃烧气体二次燃烧装置60作为一个实施例，上述不完全燃烧气体二次燃烧装置60设置在内燃机10和锅炉30之间的加热管34的中间部位，经由加热管34使气体陆续在其中间部位进行二次燃烧，通过这种热量使锅炉30达到均衡加热的目的。

本发明适用于发电所、发电机、电气及热力所必需的集成动力-热力装置、柴油机车、船舶、车房、大型柴油牵引车、温室、楼宇、工厂、医院、快餐、温水泳池、浴池、公寓等所有领域。适用于动力源或热能源或同时两者兼需的所有范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1、一种利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其特征在于：

含有具一定规格的燃烧室的外部盒体，利用与该内燃机连结的发电机或外接电源，使2冲程或4冲程的内燃机所排出的未完全燃烧的气体进行完全燃烧，

含有设置于上述外部盒体的、为二次燃烧提供空气的一个以上的空气流入口，

含有一个以上的电加热器，使流入的空气与未完全燃烧的气体相混合进行完全燃烧，

含有控制上述电加热器的开关部控制部，上述内容所构成的装置设置在内燃机排气管的一定部位。

2、一种利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其特征在于：

含有贮藏循环高温冷却水的锅炉，使上述2冲程或4冲程的内燃机通过水冷套筒进行循环冷却，

含有通过上述再燃装置再加热的加热管所连结的锅炉装置，贮存由上述锅炉产生的蒸汽的蒸汽贮存器连结在锅炉的上部，且装有可高效回收热能的内藏式对置流式热交换器，

上述蒸汽贮存器用于热力源或作为蒸气透平或蒸汽发动机的动力源，产生辅助动力及其他的动力源，其能够综合性、超前式的产生高效热能及动力的装置。

3、根据权利要求1或2所述的利用内燃机冷却水废热及废气再燃热能以对置流式热交换锅炉进行高效回收热能的动力发生装置、热能利用装置及其复合装置，其特征在于：

实现了高效回收热能，且由于使用了非常简洁的对置流式热交换装置，解决了以往过大的设置场所和需要充足资源的散热装置的问题，

冷却水把与蒸汽贮存器连结的蒸气透平或蒸汽发动机启动后的冷凝水通过循环泵和防止倒流的逆止阀送入内燃机的蒸汽套筒，或将新的冷却水送入蒸汽套筒，内燃机冷却后，重复上述循环的充分利用能源的装置，基于热能与动力称为同义语的理念，最大限度地回收动力发生装置产生的热能，对于冷却来说既不需要多余的动力，又不需要大型装置的节省资源、高效热能-动力的发生装置。

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