專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)的熱效率很低，即使是高性能的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)(包括車用活塞式汽油發(fā)動(dòng) 機(jī))，其熱效率也不到30%。而排氣熱損失卻高達(dá)40%以上，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體排氣口溫度達(dá)800°C 之高！如何利用這部分熱能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，是各大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠及研 究機(jī)構(gòu)的熱門課題。本設(shè)計(jì)就是研究如何將排氣熱能，高效產(chǎn)出具有一定溫度、壓力的循環(huán)水蒸氣，利 用水蒸氣驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)，或渦輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，給電瓶充電、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，或渦輪機(jī)輸出 軸以一定的速比耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸等等，有多種方案可供選擇，無(wú)需供給額外的能源，即 可提供“額外”的動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)的熱效率很低的不足，本發(fā)明提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力 系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，包括冷 凝器/水箱、泵、進(jìn)水管、出水管、1級(jí)熱交換器/消音器2、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2、3 級(jí)熱交換器/消音器1、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、蒸汽 支管、蒸汽總管、汽包、汽輪機(jī)進(jìn)氣管、回汽管、疏水器、進(jìn)水溫度檢測(cè)器、蒸汽溫度壓力檢測(cè) 器、排氣溫度檢測(cè)器、檢測(cè)控制器和調(diào)節(jié)器，所述5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)體排氣口，所述1級(jí)熱交換器/消音器2、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2、3級(jí)熱交換器/消 音器1、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1依次和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接，所述1級(jí) 熱交換器/消音器2還分別連接排氣管和出水管，所述排氣管連接消音器，所述出水管依次 和水、汽調(diào)節(jié)器、泵、進(jìn)水管、冷凝器/水箱連接，所述泵由傳動(dòng)耦合鏈連接到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸 而驅(qū)動(dòng)，所述蒸汽支管連接蒸汽總管，所述蒸汽總管連接著汽包，所述汽包上設(shè)有將蒸汽引 入汽輪(發(fā)電)機(jī)組的汽輪機(jī)進(jìn)氣管和疏水器，所述汽輪(發(fā)電)機(jī)組和冷凝器/水箱之間設(shè) 有回汽管，所述出水管、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管和蒸汽總管上分別設(shè)有進(jìn)水溫度檢測(cè)器、排氣溫度檢 測(cè)器和蒸汽溫度壓力檢測(cè)器，其檢測(cè)數(shù)據(jù)和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)一起輸入檢測(cè)控制器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述1級(jí)熱交換器/消音器2、2級(jí)熱交 換器/排氣連接管2、3級(jí)熱交換器/消音器1、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1、5級(jí)熱交換器 /發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管均由殼體、連接器、內(nèi)置熱交換管、熱交換管接頭和保溫層組成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述疏水器可將水導(dǎo)入冷凝器/水箱而 阻斷蒸汽直接進(jìn)入冷凝器/水箱。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述1級(jí)熱交換器/消音器2、2級(jí)熱交 換器/排氣連接管2、3級(jí)熱交換器/消音器1、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管位于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述1級(jí)熱交換器/消音器2、2級(jí)熱交 換器/排氣連接管2、3級(jí)熱交換器/消音器1、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1和5級(jí)熱交換 器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管外噴涂保溫層。本發(fā)明的有益效果是，將排放的高溫廢氣變成適量的高溫高壓蒸汽，并對(duì)上述蒸 汽加以利用；從發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體排氣口起，高溫排氣始終在保溫套管中與水(蒸汽)進(jìn)行熱交換。 檢測(cè)控制器可以根據(jù)檢測(cè)到的進(jìn)水溫度、蒸汽溫度壓力、排氣溫度和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒數(shù) 據(jù)，控制調(diào)節(jié)器為系統(tǒng)提供合適的水量，有效保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。本發(fā)明提高了內(nèi)燃機(jī)的 綜合效率，節(jié)省了能源。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明能量分布示意圖中1 :5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管；2 4級(jí)熱交換器/排氣連接管1 ；3 3級(jí)熱交換 器/消音器1 ；4 2級(jí)熱交換器/排氣連接管2 ;5 :1級(jí)熱交換器/消音器2 ；6 排氣管；7 消音器；8 蒸汽支管；9 蒸汽總管；10 汽包；11 汽輪機(jī)進(jìn)氣管；12 汽輪(發(fā)電)機(jī)組；13 回汽管；14 疏水器；15 冷凝器/水箱；16 進(jìn)水管；17 泵；18 出水管；19 傳動(dòng)耦合鏈； 20 啟動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)/輔助動(dòng)力電機(jī)；21 殼體；22 連接器；23 內(nèi)置熱交換管；24 熱交 換管接頭；25 保溫層；26 進(jìn)水溫度檢測(cè)器；27 蒸汽溫度壓力檢測(cè)器；28 排氣溫度檢測(cè) 器；29 檢測(cè)控制器；30 調(diào)節(jié)器；31 :(燃油、燃?xì)?發(fā)動(dòng)機(jī)。
具體實(shí)施例方式一種蒸汽助力發(fā)動(dòng)機(jī)，包括5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1，4級(jí)熱交換器/排氣 連接管12，3級(jí)熱交換器/消音器13，2級(jí)熱交換器/排氣連接管24，1級(jí)熱交換器/消音 器25，排氣管6，消音器7，蒸汽支管8，蒸汽總管9，汽包10，汽輪機(jī)進(jìn)氣管11，汽輪(發(fā)電)機(jī) 組12，回汽管13，疏水器14，冷凝器/水箱15，進(jìn)水管16，泵17，出水管18，傳動(dòng)耦合鏈19， 啟動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)/輔助動(dòng)力電機(jī)20，殼體21，連接器22，內(nèi)置熱交換管23，熱交換管接頭 24，保溫層25，進(jìn)水溫度檢測(cè)器26、蒸汽溫度壓力檢測(cè)器27、排氣溫度檢測(cè)器28、檢測(cè)控制 器29、調(diào)節(jié)器30和(燃油、燃?xì)?發(fā)動(dòng)機(jī)31。如圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，包括冷凝器/水箱15、 泵17、進(jìn)水管16、出水管18、1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器/排氣連接管24、3級(jí) 熱交換器/消音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1、蒸汽 支管8、蒸汽總管9、汽包10、汽輪機(jī)進(jìn)氣管11、回汽管13和疏水器14，進(jìn)水溫度檢測(cè)器26、 蒸汽溫度壓力檢測(cè)器27、排氣溫度檢測(cè)器28、檢測(cè)控制器29和調(diào)節(jié)器30，所述5級(jí)熱交換 器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1連接發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體排氣口，所述1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器 /排氣連接管24、3級(jí)熱交換器/消音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12依次和5級(jí)熱 交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1連接，所述1級(jí)熱交換器/消音器25還分別連接排氣管6和出水 管18，所述排氣管6連接消音器7，所述出水管18依次和水、汽調(diào)節(jié)器30、泵17、進(jìn)水管16、冷凝器/水箱15連接，所述泵17由傳動(dòng)耦合鏈19連接到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸而驅(qū)動(dòng)，所述蒸汽 支管8連接蒸汽總管9，所述蒸汽總管9連接著汽包10，所述汽包10上設(shè)有將蒸汽引入汽 輪(發(fā)電)機(jī)組12的汽輪機(jī)進(jìn)氣管11和疏水器14，所述汽輪(發(fā)電)機(jī)組12和冷凝器/水 箱15之間設(shè)有回汽管13。所述出水管18、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1和蒸汽總管9上分別設(shè)有進(jìn)水 溫度檢測(cè)器26、排氣溫度檢測(cè)器28和蒸汽溫度壓力檢測(cè)器27，其檢測(cè)數(shù)據(jù)和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的 有關(guān)數(shù)據(jù)一起輸入檢測(cè)控制器29。檢測(cè)控制器29按一定的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)分析以上檢測(cè)數(shù) 據(jù)，通過(guò)水汽調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)水汽流量，使系統(tǒng)始終工作在最合理的狀態(tài)。所述1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器/排氣連接管24、3級(jí)熱交換器/消 音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1均由殼體21、連接 器22、內(nèi)置熱交換管23、熱交換管接頭24和保溫層25組成。所述疏水器14可將水導(dǎo)入冷凝器/水箱15而阻斷蒸汽直接進(jìn)入冷凝器/水箱 15。所述1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器/排氣連接管24、3級(jí)熱交換器/消 音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1位于發(fā)動(dòng)機(jī)的排 氣系統(tǒng)中。所述熱交換器“寄生”于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中，無(wú)需另行考慮熱交換器的形狀與 放置。所述1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器/排氣連接管24、3級(jí)熱交換器/消 音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1外噴涂保溫層。 保溫層可以有效提高熱交換器的熱交換效率，還可保護(hù)排氣管免遭高溫氧化，有效延長(zhǎng)排 氣管的使用壽命。所述1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器/排氣連接管24、3級(jí)熱交換器/消 音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1作為組件可替代發(fā) 動(dòng)機(jī)相應(yīng)部件。所述進(jìn)水管16位于排氣管6的溫度較低端，而回汽管13位于排氣管6的溫度最 高處，水、汽溫度差可以保持相對(duì)合理的水平，符合由水到汽溫度逐漸升高、能量逐步增加 的規(guī)律，熱交換的效率較高。所述汽包10可對(duì)由蒸汽總管9進(jìn)入汽包10的蒸汽進(jìn)行緩沖，使其溫度、壓力波動(dòng) 減小，有利于汽輪機(jī)較平穩(wěn)的工作。一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，包括冷凝器/水箱15、進(jìn)水管16、泵17、出水管18、1 5級(jí)熱交換器、蒸汽支管8、蒸汽總管9、汽包10、疏水器14、汽輪機(jī)進(jìn)汽管11、回汽管13，1 5級(jí)熱交換器由殼體21、連接器22、內(nèi)置熱交換管23、熱交換管接頭24和保溫層25組成。 泵17 —端通過(guò)進(jìn)水管16與冷凝器/水箱15相連，另一端通過(guò)出水管18與5級(jí)熱交換器 1的進(jìn)水口連接，所述1級(jí)熱交換器/消音器25、2級(jí)熱交換器/排氣連接管24、3級(jí)熱交 換器/消音器13、4級(jí)熱交換器/排氣連接管12、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管1均由殼體 21、連接器22、內(nèi)置熱交換管23、熱交換管接頭24和保溫層25組成。水通過(guò)熱交換器組與 發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣進(jìn)行充分的熱交換后，形成具有一定溫度、壓力的水蒸氣，水蒸氣由 蒸汽支管8導(dǎo)入蒸汽總管9，蒸汽總管9連接著汽包10，汽包10上設(shè)有將蒸汽引入汽輪(發(fā) 電)機(jī)組12的汽輪機(jī)進(jìn)氣管11和疏水器14，疏水器14可將水導(dǎo)入冷凝器/水箱15而阻 斷蒸汽直接進(jìn)入冷凝器/水箱15。汽輪機(jī)進(jìn)氣管11將汽包10中具有一定溫度、壓力、去除部分液態(tài)水的蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)既可連接發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可通過(guò)一 定的方式耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸提供“額外”的動(dòng)力。檢測(cè)控制器29可以根據(jù)檢測(cè)到的進(jìn) 水溫度、蒸汽溫度壓力、排氣溫度和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒數(shù)據(jù)，控制調(diào)節(jié)器為系統(tǒng)提供合適的 水量，有效保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
實(shí)施例
發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率為25 28% ；
排氣熱損占燃油燃燒總熱量的4(Γ45% ；
至少排氣熱能中占燃油燃燒總熱量的25%可被用于產(chǎn)生蒸汽；
渦輪/汽輪發(fā)電機(jī)組熱電轉(zhuǎn)換效率，以25%計(jì)算；
耦合機(jī)械效率(或電_電驅(qū)動(dòng)效率)90% ；
可能額外獲得的效率為0. 25X0. 25X0. 9=5. 6 (%)；
占原發(fā)動(dòng)機(jī)效率比例:5· 6+ (25 28) =20 22. 4 (%)；
這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)可能在不增加燃油消耗的情況下增加20%左右的動(dòng)力輸出，或保持輸 出功率不變的情況下可以節(jié)約20%左右的燃油。
權(quán)利要求
一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，包括冷凝器/水箱(15)、泵(17)、進(jìn)水管(16)、出水管(18)、1級(jí)熱交換器/消音器2(5)、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2(4)、3級(jí)熱交換器/消音器1(3)、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1(2)、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)、蒸汽支管(8)、蒸汽總管(9)、汽包(10)、汽輪機(jī)進(jìn)氣管(11)、回汽管(13)、疏水器(14)、進(jìn)水溫度檢測(cè)器(26)、蒸汽溫度壓力檢測(cè)器(27)、排氣溫度檢測(cè)器(28)、檢測(cè)控制器(29)和調(diào)節(jié)器(30)，其特征是，所述5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)連接發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體排氣口，所述1級(jí)熱交換器/消音器2(5)、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2(4)、3級(jí)熱交換器/消音器1(3)、4級(jí)熱交換器/排氣連接管1(2)依次和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)連接，所述1級(jí)熱交換器/消音器2(5)還分別連接排氣管(6)和出水管(18)，出水管(18)連接水、汽調(diào)節(jié)器(30)，所述排氣管(6)連接消音器(7)，所述出水管(18)依次和水、汽調(diào)節(jié)器(30)、泵(17)、進(jìn)水管(16)、冷凝器/水箱(15)連接，所述泵(17)由傳動(dòng)耦合鏈(19)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸而驅(qū)動(dòng)，所述蒸汽支管(8)連接蒸汽總管(9)，所述蒸汽總管(9)連接著汽包(10)，所述汽包(10)上設(shè)有將蒸汽引入汽輪(發(fā)電)機(jī)組(12)的汽輪機(jī)進(jìn)氣管(11)和疏水器(14)，所述汽輪(發(fā)電)機(jī)組(12)和冷凝器/水箱(15)之間設(shè)有回汽管(13)，所述出水管(18)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)和蒸汽總管(9)上分別設(shè)有進(jìn)水溫度檢測(cè)器(26)、排氣溫度檢測(cè)器(28)和蒸汽溫度壓力檢測(cè)器(27)，其檢測(cè)數(shù)據(jù)和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)一起輸入檢測(cè)控制器(29)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，其特征是，所述1級(jí)熱交換器/消音器 2 (5)、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2 (4)、3級(jí)熱交換器/消音器1 (3)、4級(jí)熱交換器/排 氣連接管1 (2)、5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)均由殼體(21)、連接器(22)、內(nèi)置熱交換 管(23)、熱交換管接頭(24)和保溫層(25)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，其特征是，所述疏水器(14)可將水導(dǎo) 入冷凝器/水箱(15)而阻斷蒸汽直接進(jìn)入冷凝器/水箱(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，其特征是，所述1級(jí)熱交換器/消音器 2 (5)、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2 (4)、3級(jí)熱交換器/消音器1 (3)、4級(jí)熱交換器/排 氣連接管1 (2)和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)，其特征是，所述1級(jí)熱交換器/消音器 2 (5)、2級(jí)熱交換器/排氣連接管2 (4)、3級(jí)熱交換器/消音器1 (3)、4級(jí)熱交換器/排 氣連接管1 (2)和5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)外噴涂保溫層。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種發(fā)動(dòng)機(jī)蒸汽助力系統(tǒng)。其包括冷凝器/水箱、泵、進(jìn)水管、出水管、1～5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、蒸汽支管、蒸汽總管、汽包、汽輪機(jī)進(jìn)氣管、回汽管、疏水器、進(jìn)水溫度檢測(cè)器、蒸汽溫度壓力檢測(cè)器、排氣溫度檢測(cè)器、檢測(cè)控制器和調(diào)節(jié)器，5級(jí)熱交換器/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體排氣口，1級(jí)熱交換器/消音器2還分別連接排氣管和出水管，排氣管連接消音器，出水管依次和調(diào)節(jié)器、泵、進(jìn)水管、冷凝器/水箱連接，泵軸通過(guò)傳動(dòng)耦合鏈與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸連接，蒸汽支管連接蒸汽總管，蒸汽總管連接著汽包，汽包上設(shè)有汽輪機(jī)進(jìn)氣管和疏水器，本發(fā)明提高了內(nèi)燃機(jī)的綜合效率，節(jié)省了能源。
文檔編號(hào)F01K23/10GK101956595SQ201010278028
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者唐硎 申請(qǐng)人:唐硎