TWI262984B - Diesel generator set for underwater vehicle - Google Patents
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Description
1262984 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本創作係有關於一種水下載具柴油發電機組,尤指 一種應用於深海及長期潛航之水下載具柴油發電機組。 【先前技術】 核子動力式潛艇水下滯留時間長且潛航速率快,但因 為政治、經濟與環保的考量因素,並非一般國家可以使用 核子動力式潛艇。非核子動力潛艦的主要缺點則是潛艦的 水下滯留時間和維持水下快速潛航速率受到限制;而用於 海洋生態和深海探勘之科學研究船或一些商業用之潛航 器,其潛航時主要的動力來源是鉛蓄電池,但電池的能源 儲存和功率密度基本上受到限制,無法有效率地應用於深 海及長期潛航的載具動力源。 對於水下動力源而言,使用電池作為動力之來源,其 成本花費相當大,況且使用引擎當作動力來源,引擎廢氣 之處理與氧氣之提供相當不穩定,而一般對於引擎廢氣的 處理方法上,有海水沖刷式與化學吸收式兩種;然而,使 用海水沖刷式的設備較為龐大且廢氣去除效果也比較不 好,而化學吸收式雖然設備比較小且吸收效果較佳,但是 設備較分散且繁多,因此,一種便宜且廢氣處理效果佳之 水下動力源裝置係一值得開發之課題。 【發明内容】 有鑒於柴油引擎係廣泛地應用於陸地上車輛的自含 式動力源,只須提供燃油、空氣和冷卻流體就能夠可靠 地運轉。若可以從排放之廢氣中除去二氧化碳,且從進 1262984 氣端加入純氧後,再循環引進至引擎燃燒,並配合現代 化的自動控制,柴油引擎就可以形成一個水下動力系統 之絕氣動力源,而成為一個廉價運轉及高信賴的空氣獨 立發電源。 達到上述目的之水下載具柴油發電機組,包含:一 引擎單元,具有一引擎排氣端及一引擎進氣端;一廢氣 冷卻單元;一氧氣控制單元;一引擎廢氣處理單元;及 一汽水分離單元;引擎單元所排放之廢氣的處理流程係 由引擎排氣端送出,而經過廢氣冷卻單元使廢氣溫度降 低,再導入引擎廢氣處理單元進行廢氣的處理,後由氧 氣控制單元供應氧氣,並使汽水分離單元做水分的去除 工作,最後再將氣體經由引擎進氣端引進至該引擎單 元。 較佳地,該引擎廢氣處理單元係處理二氧化碳廢氣 之用。 較佳地,該引擎廢氣處理單元進一步包含攪拌器、 喷灑器及系統冷卻器。 較佳地,該氧氣控制系統進一步包含液態氧氣儲存 桶、氧氣蒸發器、電腦控制器、氧氣傳感器與氧氣控制 閥。 較佳地,該引擎單元係採臥式單缸直噴式引擎。 較佳地,該廢氣冷卻單元具有雙對向通道與鰭片, 其中一道通過冷卻水,另一道通過引擎單元廢氣。 較佳地,該汽水分離單元具有同向雙通道,其内含 有物理性吸水物質。 1262984 較佳地,該汽水分離單元可進一步包含第一段汽水 分離器及第二段汽水分離器。 本發明之效益:本發明水下載具柴油發電機組除 了可以提供商業用之潛航器外,還可以在封閉空間中提 供動力來源,而且本發明所提供之動力遠比電池來得持 久、便宜;另外若將二氧化碳控制在2.5%以下,本發 明即可運行5小時之久,且二氧化碳吸收系統之體積 大幅減小,使得本發明的運行狀況最佳化。 【實施方式】 雖然本發明將參閱含有本發明較佳實施例之所附 圖式予以充份描述,但在此描述之前應瞭解熟悉本行之 人士可修改在本文中所描述之發明,同時獲致本發明之 功效。因此,須暸解以下之描述對熟悉本行技藝之人士 而言為一廣泛之揭示,且其内容不在於限制本發明。 請參閱第一圖,係顯示本發明水下載具柴油發電機 組之方塊流程圖。本發明水下載具柴油發電機組,包 含:一引擎單元1、一廢氣冷卻單元2、一氧氣控制單 元3、一引擎廢氣處理單元4,主要係用以處理二氧化 碳廢氣,及一汽水分離單元5 ;當該引擎單元1所排放 之廢氣由引擎排氣端6送出,經過該廢氣冷卻單元2 時,該廢氣冷卻單元2將使廢氣的溫度降低,並且將冷 卻後之廢氣導入該引擎廢氣處理單元4以進行廢氣的處 理,此時,該氧氣控制單元3將提供氧氣而與該引擎廢 氣處理單元4處理後之廢氣混合,混合在一起之氧氣與 廢氣最後再進入至該汽水分離單元5,而該汽水分離單 1262984 元5將對廢氣進行水分的去除工作,最後再將該汽水分 離單元5所送出之氣體經由引擎進氣端7引進至該引擎 單元1,藉以產生動力進而發出電力供給水下載具使用。 下列所示之實施例並配合圖式詳細說明本發明之 裝置及實施方式。 請參閱第二圖,係顯示本發明水下載具柴油發電機 組較佳實施例之方塊流程圖。在此一實施例中,引擎發 電機11係採用臥式單缸直喷式引擎之發電機,該引擎 發電機11運轉時所產生之廢氣經由引擎排氣端6排至 廢氣冷卻器12,該廢氣冷卻器12設有雙對向通道(一通 道用以使冷卻水通過,另一通道用以使廢氣通過)與銅 製鰭片,具有冷卻水之通道及銅製鰭片可冷卻由該引擎 排氣端6所排出的廢氣,使其廢氣冷卻至80°C以下, 再將冷卻後之廢氣導入至二氧化碳吸收器13中;該二 氧化碳吸收器13設有兩座攪拌器、四座喷灑器及系統 冷卻器,該攪拌器貯存氫氧化鉀水溶液並加以攪拌,再 藉由該喷灑器喷灑氫氧化鉀水溶液以吸收廢氣中的二 氧化碳,而該系統冷卻器用以冷卻該二氧化碳吸收器 13、攪拌器及喷灑器。 液態氧氣儲存桶20提供液態氧氣予氧氣蒸發器19 中,該氧氣蒸發器19可將液態氧氣蒸發成氣態氧氣, 再使氣態氧氣經由氧氣控制器18進入到該二氧化碳吸 收器13中,而該氧氣控制器18設有電腦控制器、氧氣 傳感器與氧氣控制閥,用以檢測控制系統氧氣及輸送氣 態氧氣以供給系統使用,該電腦控制器讀取由該氧氣傳 1262984 感器所感測之氧氣濃度,並且依系統所設定的條件再決 定該氧氣控制閥的開關與否。 該二氧化碳吸收器13中的二氧化碳與氧氣之混合 氣體分別經過第一段汽水分離器14、第二段汽水分離器 15而進入至處理完廢氣與氧氣混合桶16,其中該第一 段汽水分離器14、第二段汽水分離器15具有同向雙通 道,且内含物理性吸收水粒珠,用以吸收廢氣中所含之 水氣。 而在該處理完廢氣與氧氣混合桶16中的二氧化碳 與氧氣之混合氣體需經過二氧化碳與氧氣濃度分析器 17之分析所含的氣體濃度高低,並使該氧氣控制器18 得以決定氧氣進氣量的多寡;當該處理完廢氣與氧氣混 合桶16中的二氧化碳與氧氣之混合氣體濃度含量若符 合系統所設定的條件時,該二氧化碳與氧氣之混合氣體 即可經由引擎進氣端7而進入至該引擎發電機1,以供 該引擎發電機1使用而產生動力。 本發明水下載具柴油發電機組之操作方法:首先起 動系統周邊設備(泵以及輸送馬達),將氫氧化鉀倒入 二氧化碳吸收器中,並添加水及使用攪拌器進行均勻攪 拌,且使氫氧化鉀水溶液之溫度冷卻至30°C左右,再發 動引擎進行初步的暖機,同時亦調整輸送氧氣量,使引 擎排放之廢氣經過處理與降溫後可再繼續利用供給燃 燒;直到引擎達到預定轉速,使得水下載具柴油發電機 組可以在與大氣隔離之下,產生電力輸出動力。 本發明水下載具柴油發電機組之操作步驟: 1262984 1、 檢查所有儀器設備(包括監測系統、電力供應系統等 線路是否正常),檢查系統中各管路是否有螺絲鬆脫 的現象,打開所有電源進行暖機的動作(至少需要30 分鐘以上)。 2、 檢查引擎各系統是否正常(如:油箱内燃油是否充 足;冷卻水是否洩漏;電瓶電壓是否達正常值;潤 滑油是否在滿位的位置;按住緊急停止閥,轉動飛 輪,檢查聯軸器是否運轉順暢,底座螺絲是否有鬆 • 脫的現象)。 3、 打開冷卻水總閥,檢查冷卻水系統是否正常流動。 4、 將氫氧化鉀粉末倒入二氧化碳吸收器中,加水至所 需的氫氧化鉀水溶液濃度,並且打開攪拌器進行攪 拌。 5、 設定氧氣控制器,將氧氣值設定在21%〜30%。 6、 試運轉引擎,利用引擎進氣負壓原理,將排氣端之 管路堵塞,檢查看看氧氣傳感器之濃度值是否下 降,以確定系統氣密,關閉引擎。
® 7、確認氫氧化鉀水溶液是否已達工作溫度(較佳30QC 〜40oC )。 8、待一切系統設備設定完善後,即可啟動引擎運作整 個系統。 本發明水下載具柴油發電機組之操作條件: 1、注意引擎運轉控制盤上的機油壓力錶、水溫錶和工 作電壓錶是否正常,倘若以上各錶發生異常,需先 暫停機器而檢查引擎是否發生故障。 1262984 2、 當引擎運轉時,氧氣值較佳不 氣值若超過40%的話,會使得潤二〇=,因為氧 塞而造成汽缸燒毀。 油不足以潤滑活 3、 當引擎運轉時,二氧化碳值較 、 為二氧化碳過多時,會造成彳丨擎:超過45%,因 停機。 纟然燒不正常而導致 4、 當二氧化碳值過高時,表示 法進行吸收二氧化碳,故需將^鉀水溶液已經無 新,且其更新過程需要小心謹慎氧=鉀f溶液更 溶液具有腐蝕作用而對人體有害。為虱氧化鉀水 5、 各儀器設備需定期維修檢查, 6 ,水溶液會造錢H設備—氧化 氫氧化鉀水溶液較佳避免超過以 化碳吸收效果不彰。 C,以免造成二氧 =之水下載具柴油發電_之操作條件可是情況 而要任思调整及變化,並不受特別之限制。 t發明之優點在t本發明水下載具柴油發電機組 =重要的是供氧系統與二氧化碳吸收系統,-旦氡氣供 應不%定或二氧化碳吸收效果不佳的話,極有可能會造 成弓 ^擎運轉停止或是發電效果不佳。故可設定一氡i控 制為使彳寸氧氣值能維持在某一定值以提供水下载具柴 油,電機組所需足夠的氧氣;加入氫氧化鉀水溶液吸收 作 一乳化碳,以降低二氧化碳值而使得引擎能正常地運 〇 在詳細說明本發明的較佳實施例之後,熟悉該項技 1262984 術人士可清楚的瞭解,在不脫離下述申請專利範圍與精 神下可進行各種變化與改變,而本發明亦不受限於說明 書之所舉實施例的實施方式。
12 1262984 【圖式簡單說明】 第一圖係顯示本發明水下載具柴油發電機組之方塊 流程圖。 第二圖係顯示本發明水下載具柴油發電機組較佳實 施例之方塊流程圖。 【主要元件符號說明】 1-—引擎單元 2…廢氣冷卻單元 • 3—氧氣控制單元 4- --引擎廢氣處理單元 5- —汽水分離單元 6- --引擎排氣端 7- —引擎進氣端 • 11 —引擎發電機 12…廢氣冷卻器 13 —二氧化碳吸收裔 14---第一段汽水分離器 15 —弟二段汽水分離為 16- 處理完廢氣與氧氣混合桶 17- —二氧化碳與氧氣濃度分析器 18- —氧氣控制器 19- --氧氣蒸發器 20- 液態乳氣儲存桶 13
Claims (1)
1262984 十、申請專利範圍: 1.一種^下載具柴油發電機組,包含: 山.一引擎單元,係具有一引擎排氣端及一引擎進氣 立而, 一廢氣冷卻單元; 一氧氣控制單元; 一引擎廢氣處理單元;及 一汽水分離單元; 引擎單元所排放之廢氣的處理流程係由引擎 ^ 出,纽過别述廢氣冷卻單元使廢氣的溫度降 導入前述引擎廢氣處理單元以進行廢氣的處理, 後由别述氧氣控制單元供應氧氣,並使前述汽水分離單 ^水分的去除工作,最後再將氣體經由引擎進氣端引 進至丽述引擎單元。 2·Χ申fit利範圍第1項之水下載具柴油發電機組,其中 廢氣處理單元係處理二氧化碳廢氣之用。 二、/^敬利乾圍第1項之水下載具柴油發電機組,其中 =統冷卻ΐ氣處理單元進—步包含攪拌11、喷麗器及 乂申十仏圍第1項之水下載具柴油發電機組,其中 制單S進—步包含液態氧氣儲存桶、氧氣 5.^=衷^控制器、氧氣傳感器與氧氣控制閥。 前、乾圍第1項之水下载具柴油發電機組,其中 』述引擎早元係採臥式單缸直噴式引擎。 .如申請專利範圍第1項之水下载具柴油發電機組,其中 14 1262984 前述廢氣冷卻單元具有雙對向通道與鰭片,其中一道 通過冷卻水,另一道通過引擎單元廢氣。 7. 如申請專利範圍第1項之水下載具柴油發電機組,其中 前述汽水分離單元具有同向雙通道,其内含有物理性 吸水物質。 8. 如申請專利範圍第1項之水下載具柴油發電機組,其中 前述汽水分離單元可進一歩包含第一段汽水分離器及 第二段汽水分離器。
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