專利名稱：殘氣動(dòng)力渦輪廢氣余能氣動(dòng)利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量以氣動(dòng)形式轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源短缺也日趨嚴(yán)重，節(jié)能已成為各國普遍關(guān)心的問 題。作為主要能源的石油，其供求矛盾尤為突出，因此對(duì)于汽車行業(yè)來說，如何降低燃油消 耗從而節(jié)省費(fèi)用，成為了研究的熱點(diǎn)和前沿。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣帶走了相當(dāng)于有效功率的熱能，此部分能量即使部分利用 也可大幅度改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。該領(lǐng)域的研究主要集中在基于郎肯循環(huán)的動(dòng)力渦輪發(fā) 電、吸收式制冷、熱能直接利用和溫差發(fā)電等領(lǐng)域。考慮到車用發(fā)動(dòng)機(jī)的用途及技術(shù)現(xiàn)狀， 吸收式制冷、熱能直接利用實(shí)效性較差，同時(shí)，郎肯循環(huán)發(fā)電方式效率很低，且系統(tǒng)較為龐 雜。溫差發(fā)電目前尚處于原理性研究階段，由于溫差發(fā)電材料成本很高，能量回收率很低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣余能利用裝置，利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量產(chǎn) 生能量密度較高的高壓壓縮空氣，然后利用氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的利用，從而 方便利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率降低燃料消耗量。本實(shí)用新型由控制器1、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器2、發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器3、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體4、 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管5、殘氣控制單元6、消音器7、殘氣動(dòng)力渦輪8、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9、壓氣機(jī)構(gòu)10、壓 氣出口控制單元11、升壓機(jī)構(gòu)12、升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元13、儲(chǔ)能器14、安全裝置15、儲(chǔ)能 器出口控制單元16和氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17組成，其中發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體4上置有發(fā)動(dòng)機(jī)工況 傳感器3，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管5上置有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器2，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管5入口與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī) 體4連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管5出口與殘氣動(dòng)力渦輪8連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管5與殘氣動(dòng)力渦 輪8之間置有殘氣控制單元6，殘氣動(dòng)力渦輪8兩端還分別與消音器7和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9連接； 殘氣動(dòng)力渦輪8、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9、壓氣機(jī)構(gòu)10、壓氣出口控制單元11、升壓機(jī)構(gòu)12、儲(chǔ)能器14、 安全裝置15和氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17相互串聯(lián)連接，其中壓氣機(jī)構(gòu)10與升壓機(jī)構(gòu)12之 間置有壓氣出口控制單元11 ；升壓機(jī)構(gòu)12與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)14之間置有升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元 13 ；安全裝置15與氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17之間置有儲(chǔ)能器出口控制單元16 ；發(fā)動(dòng)機(jī)排氣 傳感器2、發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器3、殘氣控制單元6、壓氣出口控制單元11、升壓機(jī)構(gòu)出口控制 單元13和儲(chǔ)能器出口控制單元16均由控制器1控制。壓氣機(jī)構(gòu)10出口壓縮氣體的狀態(tài)由壓氣出口控制單元11調(diào)整，調(diào)整后的壓縮氣 體進(jìn)入升壓機(jī)構(gòu)12。本實(shí)用新型殘氣動(dòng)力渦輪廢氣余能氣動(dòng)利用裝置，包括與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接的廢 氣直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪，與殘氣動(dòng)力渦輪8配合的壓氣裝置，將壓氣裝置出口的中等壓力壓 縮空氣升壓至高壓的升壓機(jī)構(gòu)12，將升壓機(jī)構(gòu)12高壓空氣作為能量源的氣動(dòng)機(jī)械能輸出裝置及實(shí)現(xiàn)各部分控制的電子控制系統(tǒng)。其特征在于廢氣直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪并利用壓縮空氣作為能量轉(zhuǎn)換的載體實(shí)現(xiàn)廢氣余能的機(jī)械能利用。本實(shí)用新型的工作過程是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器2可檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器3可檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，并傳送給控制器1。根據(jù)特定的判斷 原則，控制器1經(jīng)殘氣控制單元6控制通過殘氣動(dòng)力渦輪8的廢氣量，殘氣動(dòng)力渦輪8實(shí)現(xiàn) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。殘氣動(dòng)力渦輪8通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至壓氣機(jī)構(gòu)10，壓氣機(jī)構(gòu)10將 空氣壓縮至中等壓力，壓氣出口控制單元11將壓氣機(jī)構(gòu)10的出口壓力、出氣量控制在設(shè)定 范圍，并傳遞至升壓機(jī)構(gòu)12。升壓機(jī)構(gòu)12將空氣再次壓縮至高壓，以提升儲(chǔ)能密度。升壓 機(jī)構(gòu)出口控制單元13在控制器1控制下，實(shí)現(xiàn)氣流的單向定壓、定量，并傳遞至儲(chǔ)能器14。 儲(chǔ)能器14以高壓空氣形式儲(chǔ)存能量。安全裝置15可實(shí)現(xiàn)超過規(guī)定值后的減壓放氣，從而 保證儲(chǔ)能器14的可靠性。儲(chǔ)能器出口控制單元16在控制器1的控制下，保證空氣定壓、定 量傳遞至氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17，氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17可將高壓空氣的能量轉(zhuǎn)換為適 合發(fā)動(dòng)機(jī)利用的機(jī)械能形態(tài)。本實(shí)用新型的有益效果在于可不用借助額外工質(zhì)，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，可方便實(shí)現(xiàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)余能的回收和機(jī)械能利用，且結(jié)構(gòu)簡單、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)改動(dòng)較小。

圖1為殘氣動(dòng)力渦輪廢氣余能氣動(dòng)利用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖其中1.控制器2.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器3.發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器4.發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體 5.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管6.殘氣控制單元7.消音器8.殘氣動(dòng)力渦輪9.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10.壓氣 機(jī)構(gòu)11.壓氣出口控制單元12.升壓機(jī)構(gòu)13.升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元14.儲(chǔ)能器15.安 全裝置16.儲(chǔ)能器出口控制單元17.氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)闡述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器2和發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器3將感知信息傳送至控制器1，控制器1 按照已制定的策略控制殘氣控制單元6，使得適量的殘氣進(jìn)入殘氣動(dòng)力渦輪8，其余排氣通 過消音器7排入大氣。殘氣動(dòng)力渦輪8在殘氣的驅(qū)動(dòng)下開始旋轉(zhuǎn)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)壓 氣機(jī)構(gòu)10工作，產(chǎn)生中等壓力的壓縮空氣。壓氣出口控制單元11在控制器1的指令下，調(diào) 整中壓壓縮空氣狀態(tài)，并進(jìn)入升壓機(jī)構(gòu)12的低壓室。升壓機(jī)構(gòu)12將中等壓力壓縮空氣提 升至高壓狀態(tài)，從而提升能量密度。升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元13調(diào)節(jié)出口氣體狀態(tài)后，單向 進(jìn)入儲(chǔ)能器14。儲(chǔ)能器14附有安全裝置15調(diào)控內(nèi)部壓力，以確保儲(chǔ)能器14安全性。儲(chǔ)能 器出口控制單元16在控制器1的信號(hào)指引下，調(diào)整高壓空氣狀態(tài)進(jìn)入氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置 17。氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17在高壓空氣的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生適合發(fā)動(dòng)機(jī)利用的機(jī)械能。以上僅就發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施案例說明了本實(shí)用新型技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)原理，按此方案完 全可以利用到更多的燃燒式動(dòng)力機(jī)械中。本實(shí)用新型所涉及的殘氣動(dòng)力渦輪8可為徑流式渦輪機(jī)及其它可用結(jié)構(gòu)形式；壓 氣機(jī)構(gòu)10可為徑流，也可為其它任何可用形式；升壓機(jī)構(gòu)12為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的任何結(jié)構(gòu)；儲(chǔ)能 器14為耐壓容器其形狀，材料可任意；氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置17為能夠利用氣體壓差產(chǎn)生機(jī)械能的任意結(jié)構(gòu).
權(quán)利要求一種殘氣動(dòng)力渦輪廢氣余能氣動(dòng)利用裝置，由控制器(1)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器(2)、發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器(3)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體(4)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管(5)、殘氣控制單元(6)、消音器(7)、殘氣動(dòng)力渦輪(8)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)、壓氣機(jī)構(gòu)(10)、壓氣出口控制單元(11)、升壓機(jī)構(gòu)(12)、升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元(13)、儲(chǔ)能器(14)、安全裝置(15)、儲(chǔ)能器出口控制單元(16)和氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置(17)組成，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體(4)上置有發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器(3)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(5)上置有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器(2)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管(5)入口與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體(4)連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管(5)出口與殘氣動(dòng)力渦輪(8)連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管(5)與殘氣動(dòng)力渦輪(8)之間置有殘氣控制單元(6)，殘氣動(dòng)力渦輪(8)兩端還分別與消音器(7)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)連接；殘氣動(dòng)力渦輪(8)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)、壓氣機(jī)構(gòu)(10)、壓氣出口控制單元(11)、升壓機(jī)構(gòu)(12)、儲(chǔ)能器(14)、安全裝置(15)和氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置(17)相互串聯(lián)連接，其中壓氣機(jī)構(gòu)(10)與升壓機(jī)構(gòu)(12)之間置有壓氣出口控制單元(11)；升壓機(jī)構(gòu)(12)與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)(14)之間置有升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元(13)；安全裝置(15)與氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置(17)之間置有儲(chǔ)能器出口控制單元(16)；發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器(2)、發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器(3)、殘氣控制單元(6)、壓氣出口控制單元(11)、升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元(13)和儲(chǔ)能器出口控制單元(16)均由控制器(1)控制。
2.按權(quán)利要求1所述的殘氣動(dòng)力渦輪廢氣余能氣動(dòng)利用裝置，其特征在于所述的壓氣 機(jī)構(gòu)(10)其出口壓縮氣體的狀態(tài)由壓氣出口控制單元(11)調(diào)整，調(diào)整后的壓縮氣體進(jìn)入 升壓機(jī)構(gòu)(12)。
專利摘要殘氣動(dòng)力渦輪廢氣余能氣動(dòng)利用裝置屬發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量回收領(lǐng)域，本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上置有工況傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上置有排氣傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管入口與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管出口與殘氣動(dòng)力渦輪連接，殘氣動(dòng)力渦輪兩端還分別與消音器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；殘氣動(dòng)力渦輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓氣機(jī)構(gòu)、壓氣出口控制單元、升壓機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)能器、安全裝置和氣動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)工況傳感器、殘氣控制單元、壓氣出口控制單元、升壓機(jī)構(gòu)出口控制單元和儲(chǔ)能器出口控制單元由控制器控制；本實(shí)用新型不用借助額外工質(zhì)，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，可方便實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)余能的回收利用，結(jié)構(gòu)簡單、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)改動(dòng)小。
文檔編號(hào)F02B41/10GK201568135SQ20092027270
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者劉忠長, 沈照杰, 王丹, 田徑, 許允, 譚滿志, 隋菱歌, 韓永強(qiáng) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)