CN201891475U

CN201891475U - 发动机蒸汽助力系统

Info

Publication number: CN201891475U
Application number: CN2010205245159U
Authority: CN
Inventors: 唐硎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2020-09-10

Abstract

本实用新型涉及内燃机技术领域，尤其是一种发动机蒸汽助力系统。其包括冷凝器、泵、进水管、出水管、1～5级热交换器、蒸汽支管、蒸汽总管、汽包、汽轮机进气管、回汽管、疏水器、进水温度检测器、蒸汽温度压力检测器、排气温度检测器、检测控制器和调节器，5级热交换器连接发动机机体排气口，1级热交换器还分别连接排气管和出水管，排气管连接消音器，出水管依次和调节器、泵、进水管、冷凝器连接，泵轴通过传动耦合链与发动机输出轴连接，蒸汽支管连接蒸汽总管，蒸汽总管连接着汽包，汽包上设有汽轮机进气管和疏水器，本实用新型提高了内燃机的综合效率，节省了能源。

Description

发动机蒸汽助力系统

技术领域

本实用新型涉及内燃机技术领域，尤其是一种发动机蒸汽助力系统。

背景技术

内燃机的热效率很低，即使是高性能的四冲程发动机（包括车用活塞式汽油发动机），其热效率也不到30%。而排气热损失却高达40%以上，发动机机体排气口温度达800℃之高！如何利用这部分热能，并将其转变为发动机的动力输出，是各大发动机生产厂及研究机构的热门课题。

本设计就是研究如何将排气热能，高效产出具有一定温度、压力的循环水蒸气，利用水蒸气驱动蒸汽涡轮机，或涡轮发电机组发电，给电瓶充电、驱动电动机，或涡轮机输出轴以一定的速比耦合到发动机输出轴等等，有多种方案可供选择，无需供给额外的能源，即可提供“额外”的动力。

发明内容

为了克服现有的内燃机的热效率很低的不足，本实用新型提供了一种发动机蒸汽助力系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发动机蒸汽助力系统，包括冷凝器、泵、进水管、出水管、1级热交换器、2级热交换器、3级热交换器、4级热交换器、5级热交换器、蒸汽支管、蒸汽总管、汽包、汽轮机进气管、回汽管、疏水器、进水温度检测器、蒸汽温度压力检测器、排气温度检测器、检测控制器和调节器，所述5级热交换器连接发动机机体排气口，所述1级热交换器、2级热交换器、3级热交换器、4级热交换器依次和5级热交换器连接，所述1级热交换器还分别连接排气管和出水管，所述排气管连接消音器，所述出水管依次和水、汽调节器、泵、进水管、冷凝器连接，所述泵由传动耦合链连接到发动机输出轴而驱动，所述蒸汽支管连接蒸汽总管，所述蒸汽总管连接着汽包，所述汽包上设有将蒸汽引入汽轮发电机组的汽轮机进气管和疏水器，所述汽轮发电机组和冷凝器之间设有回汽管，所述出水管、发动机排气管和蒸汽总管上分别设有进水温度检测器、排气温度检测器和蒸汽温度压力检测器，其检测数据和来自发动机的有关数据一起输入检测控制器。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述1级热交换器、2级热交换器、3级热交换器、4级热交换器、5级热交换器均由壳体、连接器、内置热交换管、热交换管接头和保温层组成。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述疏水器可将水导入冷凝器而阻断蒸汽直接进入冷凝器。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述1级热交换器、2级热交换器、3级热交换器、4级热交换器和5级热交换器位于发动机的排气系统中。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述1级热交换器、2级热交换器、3级热交换器、4级热交换器和5级热交换器外喷涂保温层。

本实用新型的有益效果是，将排放的高温废气变成适量的高温高压蒸汽，并对上述蒸汽加以利用；从发动机机体排气口起，高温排气始终在保温套管中与水或蒸汽进行热交换。检测控制器可以根据检测到的进水温度、蒸汽温度压力、排气温度和来自发动机的燃烧数据，控制调节器为系统提供合适的水量，有效保证系统的稳定工作。本实用新型提高了内燃机的综合效率，节省了能源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型能量分布示意图；

图中1：5级热交换器；2：4级热交换器；3：3级热交换器；4：2级热交换器；5：1级热交换器；6：排气管；7：消音器；8：蒸汽支管；9：蒸汽总管；10：汽包；11：汽轮机进气管；12：汽轮发电机组；13：回汽管；14：疏水器；15：冷凝器；16：进水管；17：泵；18：出水管；19：传动耦合链；20：启动电机；21：壳体；22：连接器；23：内置热交换管；24：热交换管接头；25：保温层；26：进水温度检测器；27：蒸汽温度压力检测器；28：排气温度检测器；29：检测控制器；30：调节器；31：燃油燃气发动机。

具体实施方式

一种蒸汽助力发动机，包括5级热交换器1，4级热交换器2，3级热交换器3，2级热交换器4，1级热交换器5，排气管6，消音器7，蒸汽支管8，蒸汽总管9，汽包10，汽轮机进气管11，汽轮发电机组12，回汽管13，疏水器14，冷凝器15，进水管16，泵17，出水管18，传动耦合链19，启动电机/发电机/辅助动力电机20，壳体21，连接器22，内置热交换管23，热交换管接头24，保温层25，进水温度检测器26、蒸汽温度压力检测器27、排气温度检测器28、检测控制器29、调节器30和燃油燃气发动机31。

如图1是本实用新型的结构示意图，一种发动机蒸汽助力系统，包括冷凝器15、泵17、进水管16、出水管18、1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2、5级热交换器1、蒸汽支管8、蒸汽总管9、汽包10、汽轮机进气管11、回汽管13和疏水器14，进水温度检测器26、蒸汽温度压力检测器27、排气温度检测器28、检测控制器29和调节器30，所述5级热交换器1连接发动机机体排气口，所述1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2依次和5级热交换器1连接，所述1级热交换器5还分别连接排气管6和出水管18，所述排气管6连接消音器7，所述出水管18依次和水、汽调节器30、泵17、进水管16、冷凝器15连接，所述泵17由传动耦合链19连接到发动机输出轴而驱动，所述蒸汽支管8连接蒸汽总管9，所述蒸汽总管9连接着汽包10，所述汽包10上设有将蒸汽引入汽轮发电机组12的汽轮机进气管11和疏水器14，所述汽轮发电机组12和冷凝器15之间设有回汽管13。所述出水管18、发动机排气管1和蒸汽总管9上分别设有进水温度检测器26、排气温度检测器28和蒸汽温度压力检测器27，其检测数据和来自发动机的有关数据一起输入检测控制器29。检测控制器29按一定的数学模型自动分析以上检测数据，通过水汽调节器自动调节水汽流量，使系统始终工作在最合理的状态。

所述1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2、5级热交换器1均由壳体21、连接器22、内置热交换管23、热交换管接头24和保温层25组成。

所述疏水器14可将水导入冷凝器15而阻断蒸汽直接进入冷凝器15。

所述1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2和5级热交换器1位于发动机的排气系统中。所述热交换器“寄生”于发动机的排气系统中，无需另行考虑热交换器的形状与放置。

所述1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2和5级热交换器1外喷涂保温层。保温层可以有效提高热交换器的热交换效率，还可保护排气管免遭高温氧化，有效延长排气管的使用寿命。

所述1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2、5级热交换器1作为组件可替代发动机相应部件。

所述5级热交换器1处设有发动机排气管，所述4级热交换器2处设有排气连接管，所述3级热交换器3处设有消音器，所述2级热交换器4处设有排气连接管，所述1级热交换器5处设有消音器，所述汽轮发电机组12可以为汽轮机组或者发电机组，所述冷凝器15带有水箱，所述启动电机20也可以为发电机或者辅助动力电机，所述燃油燃气发动机31可以为燃油发动机或者燃气发动机。

所述进水管16位于排气管6的温度较低端，而回汽管13位于排气管6的温度最高处，水、汽温度差可以保持相对合理的水平，符合由水到汽温度逐渐升高、能量逐步增加的规律，热交换的效率较高。

所述汽包10可对由蒸汽总管9进入汽包10的蒸汽进行缓冲，使其温度、压力波动减小，有利于汽轮机较平稳的工作。

一种发动机蒸汽助力系统，包括冷凝器15、进水管16、泵17、出水管18、1～5级热交换器、蒸汽支管8、蒸汽总管9、汽包10、疏水器14、汽轮机进汽管11、回汽管13，1～5级热交换器由壳体21、连接器22、内置热交换管23、热交换管接头24和保温层25组成。泵17一端通过进水管16与冷凝器15相连，另一端通过出水管18与5级热交换器1的进水口连接，所述1级热交换器5、2级热交换器4、3级热交换器3、4级热交换器2、5级热交换器1均由壳体21、连接器22、内置热交换管23、热交换管接头24和保温层25组成。水通过热交换器组与发动机排出的高温废气进行充分的热交换后，形成具有一定温度、压力的水蒸气，水蒸气由蒸汽支管8导入蒸汽总管9，蒸汽总管9连接着汽包10，汽包10上设有将蒸汽引入汽轮发电机组12的汽轮机进气管11和疏水器14，疏水器14可将水导入冷凝器15而阻断蒸汽直接进入冷凝器15。汽轮机进气管11将汽包10中具有一定温度、压力、去除部分液态水的蒸汽导入汽轮机，驱动汽轮机旋转。汽轮机既可连接发电机发电，也可通过一定的方式耦合到发动机的输出轴提供“额外”的动力。检测控制器29可以根据检测到的进水温度、蒸汽温度压力、排气温度和来自发动机的燃烧数据，控制调节器为系统提供合适的水量，有效保证系统的稳定工作。

实施例：

发动机的热效率为25~28%；

排气热损占燃油燃烧总热量的40~45%；

至少排气热能中占燃油燃烧总热量的25%可被用于产生蒸汽；

涡轮/汽轮发电机组热电转换效率，以25%计算；

耦合机械效率（或电-电驱动效率）90%；

可能额外获得的效率为：0.25×0.25×0.9=5.6(%)；

占原发动机效率比例：5.6÷（25～28）=20～22.4(%)；

这意味着发动机可能在不增加燃油消耗的情况下增加20%左右的动力输出，或保持输出功率不变的情况下可以节约20%左右的燃油。

Claims

1.一种发动机蒸汽助力系统，包括冷凝器（15）、泵（17）、进水管（16）、出水管（18）、1级热交换器（5）、2级热交换器（4）、3级热交换器（3）、4级热交换器（2）、5级热交换器（1）、蒸汽支管（8）、蒸汽总管（9）、汽包（10）、汽轮机进气管（11）、回汽管（13）、疏水器（14）、进水温度检测器（26）、蒸汽温度压力检测器（27）、排气温度检测器（28）、检测控制器（29）和调节器（30），其特征是，所述5级热交换器（1）连接发动机机体排气口，所述1级热交换器（5）、2级热交换器（4）、3级热交换器（3）、4级热交换器（2）依次和5级热交换器（1）连接，所述1级热交换器（5）还分别连接排气管（6）和出水管（18），出水管（18）连接水、汽调节器（30），所述排气管（6）连接消音器（7），所述出水管（18）依次和水、汽调节器（30）、泵（17）、进水管（16）、冷凝器（15）连接，所述泵（17）由传动耦合链（19）连接到发动机输出轴而驱动，所述蒸汽支管（8）连接蒸汽总管（9），所述蒸汽总管（9）连接着汽包（10），所述汽包（10）上设有将蒸汽引入汽轮发电机组（12）的汽轮机进气管（11）和疏水器（14），所述汽轮发电机组（12）和冷凝器（15）之间设有回汽管（13），所述出水管（18）、发动机排气管（1）和蒸汽总管（9）上分别设有进水温度检测器（26）、排气温度检测器（28）和蒸汽温度压力检测器（27），其检测数据和来自发动机的有关数据一起输入检测控制器（29）。

2.根据权利要求1所述的发动机蒸汽助力系统，其特征是，所述1级热交换器（5）、2级热交换器（4）、3级热交换器（3）、4级热交换器（2）、5级热交换器（1）均由壳体（21）、连接器（22）、内置热交换管（23）、热交换管接头（24）和保温层（25）组成。

3.根据权利要求1所述的发动机蒸汽助力系统，其特征是，所述疏水器（14）可将水导入冷凝器（15）而阻断蒸汽直接进入冷凝器（15）。

4.根据权利要求1所述的发动机蒸汽助力系统，其特征是，所述1级热交换器（5）、2级热交换器（4）、3级热交换器（3）、4级热交换器（2）和5级热交换器（1）位于发动机的排气系统中。

5.根据权利要求1所述的发动机蒸汽助力系统，其特征是，所述1级热交换器（5）、2级热交换器（4）、3级热交换器（3）、4级热交换器（2）和5级热交换器（1）外喷涂保温层。