專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工及熱動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種熱動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)大約有相當(dāng)于燃料熱值的30%的熱量由排氣排到環(huán)境，白白浪費(fèi)，如何對(duì)內(nèi)燃機(jī)排氣余熱的利用一直是提高內(nèi)燃機(jī)效率的重要課題。已有許多方案被專(zhuān)利或正在研究開(kāi)發(fā)之中，然而，這些方案都具有機(jī)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，因此，需要發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱的動(dòng)力系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下
方案1:一種內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括葉輪壓氣機(jī)、尾氣熱交換器和透平，所述葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口與所述尾氣熱交換器的被加熱流體入口連通，所述尾氣熱交換器的被加熱流體出口與所述透平的工質(zhì)入口連通，所述尾氣熱交換器的被冷卻流體入口為內(nèi)燃機(jī)尾氣接口。方案2 :在方案I的基礎(chǔ)上,所述透平對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)輸出動(dòng)力。方案3 :在方案I的基礎(chǔ)上,所述透平的動(dòng)力輸出軸與負(fù)載連接。方案4 :在方案I的基礎(chǔ)上，在連通所述葉輪壓氣機(jī)和所述尾氣熱交換器的連通通道上設(shè)回?zé)崞?，所述透平的流體出口與所述回?zé)崞鬟B通。方案5 :在方案I的基礎(chǔ)上，在連通所述葉輪壓氣機(jī)和所述尾氣熱交換器的連通通道上設(shè)旁通管，所述旁通管與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣道連通。方案6 :在方案3的基礎(chǔ)上,所述負(fù)載設(shè)為發(fā)電機(jī)。方案7 :在方案3的基礎(chǔ)上,所述負(fù)載設(shè)為附屬壓氣機(jī)。方案8 :在方案3的基礎(chǔ)上，所述負(fù)載設(shè)為風(fēng)扇。方案9 :在方案8的基礎(chǔ)上，所述風(fēng)扇設(shè)為內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇。方案10 :在方案I至9任一方案的基礎(chǔ)上，所述葉輪壓氣機(jī)和所述尾氣熱交換器之間的連通通道上設(shè)有冷卻系統(tǒng)熱交換器，所述冷卻系統(tǒng)熱交換器設(shè)為內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱器。方案11 :在方案I至9任一方案的基礎(chǔ)上，所述內(nèi)燃機(jī)設(shè)為增壓內(nèi)燃機(jī)。方案12 :在方案I至9任一方案的基礎(chǔ)上，所述尾氣熱交換器設(shè)為對(duì)流熱交換器。方案13 :在方案I至9任一方案的基礎(chǔ)上，所述透平的工質(zhì)出口經(jīng)降溫器與所述葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通。方案14 :在方案I至9任一方案的基礎(chǔ)上,所述冷卻系統(tǒng)熱交換器設(shè)為對(duì)流熱交換器。方案15 :在方案13的基礎(chǔ)上，在由所述葉輪壓氣機(jī)、所述尾氣熱交換器、所述透平和所述降溫器構(gòu)成的閉合回路內(nèi)充有氣體工質(zhì)。
方案16 :在方案15的基礎(chǔ)上，所述氣體工質(zhì)為惰性氣體。本發(fā)明的原理是由所述葉輪壓氣機(jī)將空氣壓縮到一定壓力(例如2. 5個(gè)大氣壓)，被壓縮的空氣在所述尾氣熱交換器中吸收排氣的熱量獲得溫度升高，升溫后的壓縮空氣推動(dòng)所述透平產(chǎn)生動(dòng)力。本發(fā)明中，所謂的“尾氣熱交換器”是指利用內(nèi)燃機(jī)的排氣作為熱源，對(duì)其它流體進(jìn)行加熱的熱交換器。 本發(fā)明中，所謂的“冷卻系統(tǒng)熱交換器”是指將內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱流體中的熱傳給其它介質(zhì)的熱交換器。本發(fā)明中，所謂的“被加熱流體”是指在經(jīng)過(guò)熱交換過(guò)程，溫度被升高的流體。本發(fā)明中，所謂的“被冷卻流體”是指在經(jīng)過(guò)熱交換過(guò)程，溫度被降低的流體。本發(fā)明中，所謂的“內(nèi)燃機(jī)尾氣接口 ”是指與內(nèi)燃機(jī)的排氣道連通的接口。本發(fā)明中，所謂的“氣體工質(zhì)”包括惰性氣體(例如氬氣、氦氣等)等。本發(fā)明中，所謂的“透平”可設(shè)為渦輪。本發(fā)明中，為了提高進(jìn)入所述尾氣熱交換器的內(nèi)燃機(jī)的尾氣的溫度，可以將與本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)相連接的內(nèi)燃機(jī)的排氣道、排氣支管以及穿越缸蓋的排氣通道進(jìn)行隔熱處理。本發(fā)明中，在將所述負(fù)載設(shè)為發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)中，可取消內(nèi)燃機(jī)固有的發(fā)電機(jī)，并可將內(nèi)燃機(jī)的風(fēng)扇設(shè)為由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)風(fēng)扇，從而將這類(lèi)耗功機(jī)構(gòu)從內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出中卸載，進(jìn)而增加內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出能力。本發(fā)明中，可將內(nèi)燃機(jī)的全部或部分需要?jiǎng)恿Φ母郊?例如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)等)從內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出中卸載，將這些附件設(shè)為本發(fā)明中的所述負(fù)載。
本發(fā)明中，根據(jù)化工及熱動(dòng)力領(lǐng)域的公知技術(shù)，在必要的地方設(shè)置必要的部件、單元或系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以利用排氣余熱有效產(chǎn)生動(dòng)力。


圖1所示的是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖
2所示的是本發(fā)明實(shí)施例3所示的是本發(fā)明實(shí)施例4所示的是本發(fā)明實(shí)施例5所示的是本發(fā)明實(shí)施例6所示的是本發(fā)明實(shí)施例7所示的是本發(fā)明實(shí)施例8所示的是本發(fā)明實(shí)施例9所示的是本發(fā)明實(shí)施例
2的結(jié)構(gòu)示意圖3的結(jié)構(gòu)示意圖4的結(jié)構(gòu)示意圖5的結(jié)構(gòu)示意圖6的結(jié)構(gòu)示意圖7的結(jié)構(gòu)示意圖8的結(jié)構(gòu)示意圖9的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中
I葉輪壓氣機(jī)、2尾氣熱交換器、3透平、4冷卻系統(tǒng)熱交換器、5發(fā)電機(jī)、6風(fēng)扇、7旁通管、8回?zé)崞鳌?增壓內(nèi)燃機(jī)、10附屬壓氣機(jī)、11降溫器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖1所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括葉輪壓氣機(jī)1、尾氣熱交換器2和透平3，所述葉輪壓氣機(jī)I的工質(zhì)出口與所述尾氣熱交換器2的被加熱流體入口連通，所述尾氣熱交換器2的被加熱流體出口與所述透平3的工質(zhì)入口連通，所述尾氣熱交換器2的被冷卻流體入口為內(nèi)燃機(jī)尾氣接口，且所述尾氣熱交換器2設(shè)為對(duì)流熱交換器，即所述尾氣熱交換器2內(nèi)的被冷卻流體與所述尾氣熱交換器2內(nèi)的被加熱流體對(duì)流流動(dòng)。實(shí)施例2
如圖2所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述透平3對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)I輸出動(dòng)力，所述透平3的動(dòng)力輸出軸與作為負(fù)載的發(fā)電機(jī)5連接，所述葉輪壓氣機(jī)I和所述尾氣熱交換器2之間設(shè)有冷卻系統(tǒng)熱交換器4,所述冷卻系統(tǒng)熱交換器4設(shè)為內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱器，以利用所述內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱器中放出的熱量加熱所述葉輪壓氣機(jī)I中流出的工質(zhì)，且所述冷卻系統(tǒng)熱交換器4設(shè)為對(duì)流熱交換器，即所述冷卻系統(tǒng)熱交換器4內(nèi)的被冷卻流體與所述冷卻系統(tǒng)熱交換器4內(nèi)的被加熱流體對(duì)流流動(dòng)。實(shí)施例3
如圖3所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例2的區(qū)別在于所述內(nèi)燃機(jī)設(shè)為增壓內(nèi)燃機(jī)9，所述尾氣熱交換器2的被冷卻流體入口與所述增壓內(nèi)燃機(jī)9的渦輪工質(zhì)出口連通，所述負(fù)載設(shè)為風(fēng)扇6。實(shí)施例4
如圖4所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于所述風(fēng)扇6設(shè)為內(nèi)燃機(jī)的散熱器。實(shí)施例5
如圖5所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于在連通所述葉輪壓氣機(jī)I和所述尾氣熱交換器2的連通通道上設(shè)回?zé)崞?，所述透平3的流體出口與所述回?zé)崞?連通，目的是將所述透平3做功后的余熱再次利用，降低熱損耗，所述負(fù)載設(shè)為附屬壓氣機(jī)10。實(shí)施例6
如圖6所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述透平3對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)I輸出動(dòng)力，在連通所述葉輪壓氣機(jī)I和所述尾氣熱交換器2的連通通道上設(shè)旁通管7，所述旁通管7與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣道連通，即經(jīng)過(guò)所述壓氣機(jī)I后的一部分工質(zhì)作為所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣，另一部分工質(zhì)經(jīng)過(guò)所述尾氣熱交換器2進(jìn)入所述透平3。實(shí)施例7
如圖7所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例6的區(qū)別在于所述內(nèi)燃機(jī)設(shè)為增壓內(nèi)燃機(jī)9，所述尾氣熱交換器2的被冷卻流體入口與所述增壓內(nèi)燃機(jī)9的渦輪工質(zhì)出口連通，所述旁通管7與所述增壓內(nèi)燃機(jī)9的進(jìn)氣道上的壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通。實(shí)施例8
如圖8所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例7的區(qū)別在于所述葉輪壓氣機(jī)I的流體入口與所述增壓內(nèi)燃機(jī)9的進(jìn)氣道上的壓氣機(jī)的流體出口連通，所述旁通管7與所述增壓內(nèi)燃機(jī)9的燃燒室連通。實(shí)施例9
如圖9所示的內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述透平3的工質(zhì)出口經(jīng)降溫器11與所述葉輪壓氣機(jī)I的工質(zhì)入口連通，在由所述葉輪壓氣機(jī)1、所述尾氣熱交換器2、所述透平3和所述降溫器11構(gòu)成的閉合回路內(nèi)充有作為氣體工質(zhì)的氬氣，其中，所述閉合回路內(nèi)的承壓能力大于5Mpa。選擇性地，所述氣體工質(zhì)也可設(shè)為氦氣等惰性氣體或氮?dú)獾瓤稍谒鲩]合回路中作為不凝氣的氣體；所述閉合回路內(nèi)的承壓能力也可根據(jù)需要設(shè)為大于3Mpa、4Mpa、5Mpa、6Mpa、7Mpa、8Mpa、9Mpa、IOMpa 等。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括葉輪壓氣機(jī)(I)、尾氣熱交換器(2)和透平(3)，其特征在于所述葉輪壓氣機(jī)(I)的工質(zhì)出口與所述尾氣熱交換器(2)的被加熱流體入口連通，所述尾氣熱交換器(2)的被加熱流體出口與所述透平(3)的工質(zhì)入口連通，所述尾氣熱交換器(2 )的被冷卻流體入口為內(nèi)燃機(jī)尾氣接口。
2.如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述透平(3)對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)(I)輸出動(dòng)力。
3.如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述透平(3)的動(dòng)力輸出軸與負(fù)載連接。
4.如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在連通所述葉輪壓氣機(jī)(I)和所述尾氣熱交換器(2)的連通通道上設(shè)回?zé)崞?8)，所述透平(3)的流體出口與所述回?zé)崞?8)連通。
5.如權(quán)利要求1所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在連通所述葉輪壓氣機(jī)(I)和所述尾氣熱交換器(2 )的連通通道上設(shè)旁通管(7 )，所述旁通管(7 )與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣道連通。
6.如權(quán)利要求3所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載設(shè)為發(fā)電機(jī)(5)。
7.如權(quán)利要求3所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載設(shè)為附屬壓氣機(jī)(10)。
8.如權(quán)利要求3所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載設(shè)為風(fēng)扇(6)。
9.如權(quán)利要求8所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)扇(6)設(shè)為內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇。
10.如權(quán)利要求1至9任意之一所述內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪壓氣機(jī)(I)和所述尾氣熱交換器(2)之間的連通通道上設(shè)有冷卻系統(tǒng)熱交換器(4)，所述冷卻系統(tǒng)熱交換器(4 )設(shè)為內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)排氣余熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括葉輪壓氣機(jī)、尾氣熱交換器和透平，所述葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口與所述尾氣熱交換器的被加熱流體入口連通，所述尾氣熱交換器的被加熱流體出口與所述透平的工質(zhì)入口連通，所述透平對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)輸出動(dòng)力，所述尾氣熱交換器的被冷卻流體入口為內(nèi)燃機(jī)尾氣接口。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以利用排氣余熱有效產(chǎn)生動(dòng)力，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F01D15/08GK103016114SQ201210537469
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者靳北彪 申請(qǐng)人:摩爾動(dòng)力(北京)技術(shù)股份有限公司