專利名稱：發動機蒸汽助力系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機技術領域，尤其是一種發動機蒸汽助力系統。
背景技術：
內燃機的熱效率很低，即使是高性能的四沖程發動機(包括車用活塞式汽油發動 機)，其熱效率也不到30%。而排氣熱損失卻高達40%以上，發動機機體排氣口溫度達800°C 之高！如何利用這部分熱能，并將其轉變為發動機的動力輸出，是各大發動機生產廠及研 究機構的熱門課題。本設計就是研究如何將排氣熱能，高效產出具有一定溫度、壓力的循環水蒸氣，利 用水蒸氣驅動蒸汽渦輪機，或渦輪發電機組發電，給電瓶充電、驅動電動機，或渦輪機輸出 軸以一定的速比耦合到發動機輸出軸等等，有多種方案可供選擇，無需供給額外的能源，即 可提供“額外”的動力。
發明內容
為了克服現有的內燃機的熱效率很低的不足，本發明提供了一種發動機蒸汽助力 系統。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種發動機蒸汽助力系統，包括冷 凝器/水箱、泵、進水管、出水管、1級熱交換器/消音器2、2級熱交換器/排氣連接管2、3 級熱交換器/消音器1、4級熱交換器/排氣連接管1、5級熱交換器/發動機排氣管、蒸汽 支管、蒸汽總管、汽包、汽輪機進氣管、回汽管、疏水器、進水溫度檢測器、蒸汽溫度壓力檢測 器、排氣溫度檢測器、檢測控制器和調節器，所述5級熱交換器/發動機排氣管連接發動機 機體排氣口，所述1級熱交換器/消音器2、2級熱交換器/排氣連接管2、3級熱交換器/消 音器1、4級熱交換器/排氣連接管1依次和5級熱交換器/發動機排氣管連接，所述1級 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、汽調節器、泵、進水管、冷凝器/水箱連接，所述泵由傳動耦合鏈連接到發動機輸出軸 而驅動，所述蒸汽支管連接蒸汽總管，所述蒸汽總管連接著汽包，所述汽包上設有將蒸汽引 入汽輪(發電)機組的汽輪機進氣管和疏水器，所述汽輪(發電)機組和冷凝器/水箱之間設 有回汽管，所述出水管、發動機排氣管和蒸汽總管上分別設有進水溫度檢測器、排氣溫度檢 測器和蒸汽溫度壓力檢測器，其檢測數據和來自發動機的有關數據一起輸入檢測控制器。根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述1級熱交換器/消音器2、2級熱交 換器/排氣連接管2、3級熱交換器/消音器1、4級熱交換器/排氣連接管1、5級熱交換器 /發動機排氣管均由殼體、連接器、內置熱交換管、熱交換管接頭和保溫層組成。根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述疏水器可將水導入冷凝器/水箱而 阻斷蒸汽直接進入冷凝器/水箱。根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述1級熱交換器/消音器2、2級熱交 換器/排氣連接管2、3級熱交換器/消音器1、4級熱交換器/排氣連接管1和5級熱交換器/發動機排氣管位于發動機的排氣系統中。根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述1級熱交換器/消音器2、2級熱交 換器/排氣連接管2、3級熱交換器/消音器1、4級熱交換器/排氣連接管1和5級熱交換 器/發動機排氣管外噴涂保溫層。本發明的有益效果是，將排放的高溫廢氣變成適量的高溫高壓蒸汽，并對上述蒸 汽加以利用；從發動機機體排氣口起，高溫排氣始終在保溫套管中與水(蒸汽)進行熱交換。 檢測控制器可以根據檢測到的進水溫度、蒸汽溫度壓力、排氣溫度和來自發動機的燃燒數 據，控制調節器為系統提供合適的水量，有效保證系統的穩定工作。本發明提高了內燃機的 綜合效率，節省了能源。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明能量分布示意圖中1 :5級熱交換器/發動機排氣管；2 4級熱交換器/排氣連接管1 ；3 3級熱交換 器/消音器1 ；4 2級熱交換器/排氣連接管2 ;5 :1級熱交換器/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 汽輪機進氣管；12 汽輪(發電)機組；13 回汽管；14 疏水器；15 冷凝器/水箱；16 進水管；17 泵；18 出水管；19 傳動耦合鏈； 20 啟動電機/發電機/輔助動力電機；21 殼體；22 連接器；23 內置熱交換管；24 熱交 換管接頭；25 保溫層；26 進水溫度檢測器；27 蒸汽溫度壓力檢測器；28 排氣溫度檢測 器；29 檢測控制器；30 調節器；31 :(燃油、燃氣)發動機。
具體實施例方式一種蒸汽助力發動機，包括5級熱交換器/發動機排氣管1，4級熱交換器/排氣 連接管12，3級熱交換器/消音器13，2級熱交換器/排氣連接管24，1級熱交換器/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，汽輪機進氣管11，汽輪(發電)機 組12，回汽管13，疏水器14，冷凝器/水箱15，進水管16，泵17，出水管18，傳動耦合鏈19， 啟動電機/發電機/輔助動力電機20，殼體21，連接器22，內置熱交換管23，熱交換管接頭 24，保溫層25，進水溫度檢測器26、蒸汽溫度壓力檢測器27、排氣溫度檢測器28、檢測控制 器29、調節器30和(燃油、燃氣)發動機31。如圖1是本發明的結構示意圖，一種發動機蒸汽助力系統，包括冷凝器/水箱15、 泵17、進水管16、出水管18、1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器/排氣連接管24、3級 熱交換器/消音器13、4級熱交換器/排氣連接管12、5級熱交換器/發動機排氣管1、蒸汽 支管8、蒸汽總管9、汽包10、汽輪機進氣管11、回汽管13和疏水器14，進水溫度檢測器26、 蒸汽溫度壓力檢測器27、排氣溫度檢測器28、檢測控制器29和調節器30，所述5級熱交換 器/發動機排氣管1連接發動機機體排氣口，所述1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器 /排氣連接管24、3級熱交換器/消音器13、4級熱交換器/排氣連接管12依次和5級熱 交換器/發動機排氣管1連接，所述1級熱交換器/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、汽調節器30、泵17、進水管16、冷凝器/水箱15連接，所述泵17由傳動耦合鏈19連接到發動機輸出軸而驅動，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上設有將蒸汽引入汽 輪(發電)機組12的汽輪機進氣管11和疏水器14，所述汽輪(發電)機組12和冷凝器/水 箱15之間設有回汽管13。所述出水管18、發動機排氣管1和蒸汽總管9上分別設有進水 溫度檢測器26、排氣溫度檢測器28和蒸汽溫度壓力檢測器27，其檢測數據和來自發動機的 有關數據一起輸入檢測控制器29。檢測控制器29按一定的數學模型自動分析以上檢測數 據，通過水汽調節器自動調節水汽流量，使系統始終工作在最合理的狀態。所述1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器/排氣連接管24、3級熱交換器/消 音器13、4級熱交換器/排氣連接管12、5級熱交換器/發動機排氣管1均由殼體21、連接 器22、內置熱交換管23、熱交換管接頭24和保溫層25組成。所述疏水器14可將水導入冷凝器/水箱15而阻斷蒸汽直接進入冷凝器/水箱 15。所述1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器/排氣連接管24、3級熱交換器/消 音器13、4級熱交換器/排氣連接管12和5級熱交換器/發動機排氣管1位于發動機的排 氣系統中。所述熱交換器“寄生”于發動機的排氣系統中，無需另行考慮熱交換器的形狀與 放置。所述1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器/排氣連接管24、3級熱交換器/消 音器13、4級熱交換器/排氣連接管12和5級熱交換器/發動機排氣管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，還可保護排氣管免遭高溫氧化，有效延長排 氣管的使用壽命。所述1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器/排氣連接管24、3級熱交換器/消 音器13、4級熱交換器/排氣連接管12、5級熱交換器/發動機排氣管1作為組件可替代發 動機相應部件。所述進水管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 的規律，熱交換的效率較高。所述汽包10可對由蒸汽總管9進入汽包10的蒸汽進行緩沖，使其溫度、壓力波動 減小，有利于汽輪機較平穩的工作。一種發動機蒸汽助力系統，包括冷凝器/水箱15、進水管16、泵17、出水管18、1 5級熱交換器、蒸汽支管8、蒸汽總管9、汽包10、疏水器14、汽輪機進汽管11、回汽管13，1 5級熱交換器由殼體21、連接器22、內置熱交換管23、熱交換管接頭24和保溫層25組成。 泵17 —端通過進水管16與冷凝器/水箱15相連，另一端通過出水管18與5級熱交換器 1的進水口連接，所述1級熱交換器/消音器25、2級熱交換器/排氣連接管24、3級熱交 換器/消音器13、4級熱交換器/排氣連接管12、5級熱交換器/發動機排氣管1均由殼體 21、連接器22、內置熱交換管23、熱交換管接頭24和保溫層25組成。水通過熱交換器組與 發動機排出的高溫廢氣進行充分的熱交換后，形成具有一定溫度、壓力的水蒸氣，水蒸氣由 蒸汽支管8導入蒸汽總管9，蒸汽總管9連接著汽包10，汽包10上設有將蒸汽引入汽輪(發 電)機組12的汽輪機進氣管11和疏水器14，疏水器14可將水導入冷凝器/水箱15而阻 斷蒸汽直接進入冷凝器/水箱15。汽輪機進氣管11將汽包10中具有一定溫度、壓力、去除部分液態水的蒸汽導入汽輪機，驅動汽輪機旋轉。汽輪機既可連接發電機發電，也可通過一 定的方式耦合到發動機的輸出軸提供“額外”的動力。檢測控制器29可以根據檢測到的進 水溫度、蒸汽溫度壓力、排氣溫度和來自發動機的燃燒數據，控制調節器為系統提供合適的 水量，有效保證系統的穩定工作。
實施例
發動機的熱效率為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%可被用于產生蒸汽；
渦輪/汽輪發電機組熱電轉換效率，以25%計算；
耦合機械效率(或電_電驅動效率)90% ；
可能額外獲得的效率為0. 25X0. 25X0. 9=5. 6 (%)；
占原發動機效率比例:5· 6+ (25 28) =20 22. 4 (%)；
這意味著發動機可能在不增加燃油消耗的情況下增加20%左右的動力輸出，或保持輸 出功率不變的情況下可以節約20%左右的燃油。
權利要求
一種發動機蒸汽助力系統，包括冷凝器/水箱(15)、泵(17)、進水管(16)、出水管(18)、1級熱交換器/消音器2(5)、2級熱交換器/排氣連接管2(4)、3級熱交換器/消音器1(3)、4級熱交換器/排氣連接管1(2)、5級熱交換器/發動機排氣管(1)、蒸汽支管(8)、蒸汽總管(9)、汽包(10)、汽輪機進氣管(11)、回汽管(13)、疏水器(14)、進水溫度檢測器(26)、蒸汽溫度壓力檢測器(27)、排氣溫度檢測器(28)、檢測控制器(29)和調節器(30)，其特征是，所述5級熱交換器/發動機排氣管(1)連接發動機機體排氣口，所述1級熱交換器/消音器2(5)、2級熱交換器/排氣連接管2(4)、3級熱交換器/消音器1(3)、4級熱交換器/排氣連接管1(2)依次和5級熱交換器/發動機排氣管(1)連接，所述1級熱交換器/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、汽調節器(30)，所述排氣管(6)連接消音器(7)，所述出水管(18)依次和水、汽調節器(30)、泵(17)、進水管(16)、冷凝器/水箱(15)連接，所述泵(17)由傳動耦合鏈(19)連接到發動機輸出軸而驅動，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)上設有將蒸汽引入汽輪(發電)機組(12)的汽輪機進氣管(11)和疏水器(14)，所述汽輪(發電)機組(12)和冷凝器/水箱(15)之間設有回汽管(13)，所述出水管(18)、發動機排氣管(1)和蒸汽總管(9)上分別設有進水溫度檢測器(26)、排氣溫度檢測器(28)和蒸汽溫度壓力檢測器(27)，其檢測數據和來自發動機的有關數據一起輸入檢測控制器(29)。
2.根據權利要求1所述的發動機蒸汽助力系統，其特征是，所述1級熱交換器/消音器 2 (5)、2級熱交換器/排氣連接管2 (4)、3級熱交換器/消音器1 (3)、4級熱交換器/排 氣連接管1 (2)、5級熱交換器/發動機排氣管(1)均由殼體(21)、連接器(22)、內置熱交換 管(23)、熱交換管接頭(24)和保溫層(25)組成。
3.根據權利要求1所述的發動機蒸汽助力系統，其特征是，所述疏水器(14)可將水導 入冷凝器/水箱(15)而阻斷蒸汽直接進入冷凝器/水箱(15)。
4.根據權利要求1所述的發動機蒸汽助力系統，其特征是，所述1級熱交換器/消音器 2 (5)、2級熱交換器/排氣連接管2 (4)、3級熱交換器/消音器1 (3)、4級熱交換器/排 氣連接管1 (2)和5級熱交換器/發動機排氣管(1)位于發動機的排氣系統中。
5.根據權利要求1所述的發動機蒸汽助力系統，其特征是，所述1級熱交換器/消音器 2 (5)、2級熱交換器/排氣連接管2 (4)、3級熱交換器/消音器1 (3)、4級熱交換器/排 氣連接管1 (2)和5級熱交換器/發動機排氣管(1)外噴涂保溫層。
全文摘要
本發明涉及內燃機技術領域，尤其是一種發動機蒸汽助力系統。其包括冷凝器/水箱、泵、進水管、出水管、1～5級熱交換器/發動機排氣管、蒸汽支管、蒸汽總管、汽包、汽輪機進氣管、回汽管、疏水器、進水溫度檢測器、蒸汽溫度壓力檢測器、排氣溫度檢測器、檢測控制器和調節器，5級熱交換器/發動機排氣管連接發動機機體排氣口，1級熱交換器/消音器2還分別連接排氣管和出水管，排氣管連接消音器，出水管依次和調節器、泵、進水管、冷凝器/水箱連接，泵軸通過傳動耦合鏈與發動機輸出軸連接，蒸汽支管連接蒸汽總管，蒸汽總管連接著汽包，汽包上設有汽輪機進氣管和疏水器，本發明提高了內燃機的綜合效率，節省了能源。
文檔編號F01K23/10GK101956595SQ201010278028
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者唐硎 申請人:唐硎