專利名稱：廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分缸式柴油機(jī)的廢氣處理配套系統(tǒng)，特別是一種能夠?qū)⒎指资讲裼蜋C(jī)排出的廢氣中的化學(xué)能、熱能回收且重新利用的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，它還可以用在安裝有氣波增壓器的普通柴油機(jī)上。
背景技術(shù)：
目前的柴油機(jī)廢氣渦輪增壓，只是把柴油機(jī)排出的廢氣中的壓強(qiáng)能加以利用，并且是以增加排氣背壓為代價，而廢氣中的化學(xué)能和熱能沒有進(jìn)行任何利用就被排到大氣中。
目前的柴油機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中的渦輪需要耐1000℃左右的高溫，這樣就要求制造渦輪使用特殊的材料和特殊的工藝，制造成本較高，而且還需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速達(dá)10～13萬轉(zhuǎn)/分鐘，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)還需要浮動軸承和高標(biāo)準(zhǔn)機(jī)油，這種機(jī)油需要主機(jī)油泵供給，但是主機(jī)平常一般不使用這樣高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)油就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣不但造成了經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，也縮短了濾清器的清洗周期，機(jī)手受累，故障頻發(fā)，轉(zhuǎn)子軸疲勞折斷，增壓器爆裂時有發(fā)生，機(jī)手還需要執(zhí)行“小油門啟動，怠速五分鐘后再停車”的清規(guī)戒律，否則增壓器就被燒壞，因為有壓比，給機(jī)油封的負(fù)擔(dān)加大，稍有不好，機(jī)油就被吸走或吹走。
目前的柴油機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，如果要消除廢氣污染，就要另設(shè)柴油機(jī)后處理機(jī)構(gòu)，而且要消耗貴重金屬和增加油耗，還要對油進(jìn)行去硫處理，否則催化劑會中毒而失效，但除硫的過程中也會污染空氣。
目前的柴油機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，啟動性和加速性較差，從排氣量的變化到新進(jìn)氣壓力的建立，需要一定的時間，且啟動或加速時冒煙，污染比較嚴(yán)重，目前的柴油機(jī)，不管是增壓或非增壓，每個循環(huán)的進(jìn)氣量是個定值，每個循環(huán)的進(jìn)油量和過量空氣系數(shù)隨著工況的不同而變化，因此污染比較嚴(yán)重。
目前的柴油機(jī)的油路在冬天，特別是在我國北方地區(qū)經(jīng)常堵塞，在高原缺氧的情況下也可能堵塞，給行車帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⒎指资讲裼蜋C(jī)排出的廢氣中的化學(xué)能、熱能回收且重新利用且節(jié)約能源、大幅度降低污染的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，包括與柴油機(jī)的進(jìn)氣管連接的壓氣機(jī)、與柴油機(jī)的排氣管連接的換熱裝置，其特征是所述換熱裝置包括一個與排氣管連通的殼體和設(shè)在殼體內(nèi)的熱交換器、過熱蒸汽發(fā)生器、貯氣室，所述過熱蒸汽發(fā)生器、貯氣室位于熱交換器的頂部；所述熱交換器包括分隔設(shè)置第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、第四熱交換器、第五熱交換器；所述過熱蒸汽發(fā)生器為與第一熱交換器的水室和貯氣室連通的蛇形管；所述貯氣室設(shè)有蒸汽輸出管，所述蒸汽輸出管上設(shè)有與油門同步的氣閥，所述壓氣機(jī)同軸設(shè)有蒸汽輪機(jī)，所述蒸汽輸出管與蒸汽輪機(jī)連接。
以下是本發(fā)明上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)所述第一熱交換器的氣室通過設(shè)置在熱交換熱器的下方的吸氣壓氣機(jī)與和第二熱交換器的氣室連通。
所述貯氣室設(shè)有第一加熱管、第二加熱管，所述第一加熱管穿過貯氣室分別與第二熱交換器的氣室和第三熱交換器的氣室連通，所述第二加熱管穿過貯氣室分別與第四熱交換器的氣室和第五熱交換器的氣室連通。
所述第五熱交換器氣室的排氣管連接有除硫器。
所述熱交換器的下方設(shè)有微粒捕集器，所述微粒捕集器的進(jìn)氣管與第三熱交換器的氣室連通、出氣管與第四熱交換器的氣室連通，所述微粒捕集器內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯、再生電熱器。
所述吸氣壓氣機(jī)同軸設(shè)有大齒輪、小壓氣機(jī)和給換熱裝置供水的給水泵，所述小壓氣機(jī)的出氣管與微粒捕集器的進(jìn)氣管連通。
所述蒸汽輪機(jī)同軸還設(shè)有小齒輪、發(fā)電機(jī)，所述小齒輪與大齒輪嚙合連接，所述蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述發(fā)電機(jī)發(fā)出的電分別供給蓄電池、再生電熱器。
有益效果1、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，使柴油機(jī)排出的廢氣的溫度由900℃左右降至300℃左右，利用此熱能轉(zhuǎn)化蒸汽輪機(jī)的機(jī)械能，提高了柴油機(jī)的熱效率，降低了耗油率。
2、本發(fā)明采用的是個以廢氣為熱源的蒸汽輪機(jī)，它不用考慮渦輪耐溫問題，它的壓氣機(jī)軸承不一定是耐十萬轉(zhuǎn)速的浮動軸承，可以用軸瓦或球軸承，這樣一來，機(jī)油被吸走或吹走的負(fù)擔(dān)小了，不僅減小了機(jī)油耗率，還減少了事故的發(fā)生。
3、本發(fā)明使高溫分離的燃料復(fù)合，使其反應(yīng)放出熱能加以利用，微粒捕集器的設(shè)置，使高溫分離的燃料中的微粒被陶瓷濾芯過濾掉，當(dāng)微粒過多時，開啟再生電熱器，借助于小壓氣機(jī)，通入二次空氣，再生電熱器就會把微粒燒掉，使其再生，而燒微粒所釋放的熱量又被熱交換器里的水吸收，變?yōu)榭衫玫母邏赫羝?，使廢氣中的化學(xué)能減小到最小程度，降污是不添加任何設(shè)備，不消耗任何原料的情況下進(jìn)行的，不只是降污，還伴隨著節(jié)能。
4、本發(fā)明特別適應(yīng)于分缸式柴油機(jī)，原柴油機(jī)附件(像機(jī)油泵、水泵、風(fēng)扇等)都是主機(jī)帶動，分缸式柴油機(jī)是電力帶動，因為電能是由廢氣的熱能轉(zhuǎn)化而來，因此沒有成本，進(jìn)排氣門、轉(zhuǎn)移閥、噴油泵等，都可以電力帶動，變?yōu)闊o凸輪軸柴油機(jī)，再加上微機(jī)控制，可以變?yōu)椤翱勺兣淦飨到y(tǒng)”的柔性柴油機(jī)，來適應(yīng)于各種工況，過去的柴油機(jī)都是排氣壓力高于環(huán)境壓力，進(jìn)氣壓力低于環(huán)境壓力，使用本發(fā)明后，排氣壓力低于環(huán)境壓力，進(jìn)氣壓力高于環(huán)境壓力，過去叫換氣損失，現(xiàn)在變成換氣收入了，內(nèi)燃機(jī)學(xué)上，都是把以上幾項耗功記在摩擦耗功的賬本上，現(xiàn)在不計這些耗功，還有換氣收入，如果這個收入等于或大于純摩擦耗功，機(jī)械效率就等于或大于1，實際功率等于或大于指示功率，使柴油機(jī)的實際功率和熱效率大大提高了。
5、本發(fā)明設(shè)有與柴油機(jī)油門同步的氣閥，要加速，油門加大，控制蒸汽輪機(jī)的氣閥也加大，使壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速得到提高，因此進(jìn)氣量就增大，也就是說噴油多時進(jìn)氣也多，噴油少時進(jìn)氣也少，所以各種工況下空燃比恒定，污染也就少出，所以它有良好的啟動性和加速性。
6、本發(fā)明除硫器的設(shè)置，使柴油機(jī)排出的廢氣得以凈化，降低了污染，同時也降低了對燃料的要求。
7、本發(fā)明所排出的廢水蒸汽，給油箱油路加熱，這樣冬天油路堵塞的問題就不存在了，+20#和0#柴油一樣使用，在高原缺氧的情況下，把氣門開的大一些，壓力機(jī)轉(zhuǎn)速高一些，壓比加大就解決了，廢氣蒸汽還可以作為冬天供暖的熱源。
8、本發(fā)明最適應(yīng)于分缸式柴油機(jī)，因為分缸式柴油機(jī)排出的廢氣微高于環(huán)境壓力，在加上氣波增壓器后可以應(yīng)用于普通柴油機(jī)上，加氣波增壓器的目的是把普通柴油機(jī)的廢氣壓強(qiáng)能得到充分利用。
9、因為熱交換器本身就是一個良好的消聲器，因此減小了排氣噪聲。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式
實施例，如圖所示，氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，包括與柴油機(jī)1的進(jìn)氣管34連接的壓氣機(jī)2、與柴油機(jī)1的排氣管4連接的換熱裝置，所述換熱裝置包括一個與排氣管4連通的殼體31和設(shè)在殼體內(nèi)的熱交換器、過熱蒸汽發(fā)生器3、貯氣室7，所述過熱蒸汽發(fā)生器3、貯氣室7位于熱交換器的頂部，所述熱交換器包括分隔設(shè)置第一熱交換器8、第二熱交換器9、第三熱交換器10、第四熱交換器11、第五熱交換器12，所述第一熱交換器8的氣室通過設(shè)置在熱交換熱器的下方的吸氣壓氣機(jī)27與和第二熱交換器9的氣室連通。
所述過熱蒸汽發(fā)生器3為與第一熱交換器8的水室和貯氣室7連通的蛇形管，其作用是將熱交換器所產(chǎn)生的飽和水蒸汽先受熱變?yōu)檫^熱水蒸汽，再存入貯氣室7中，所述貯氣室7的頂部設(shè)有安全閥20、氣壓表19，所述貯氣室7的頂部設(shè)有蒸汽輸出管32，所述蒸汽輸出管32上設(shè)有與油門同步的氣閥28，所述壓氣機(jī)2同軸設(shè)有蒸汽輪機(jī)5，所述蒸汽輸出管32與蒸汽輪機(jī)5連接。
所述貯氣室7設(shè)有第一加熱管29、第二加熱管16，所述第一加熱管29穿過貯氣室7分別與第二熱交換器9的氣室和第三熱交換器10的氣室連通，所述第二加熱管16穿過貯氣室7分別與第四熱交換器11的氣室和第五熱交換器13的氣室連通。
所述第五熱交換器13氣室的排氣管連接有除硫器13，所述熱交換器的下方設(shè)有微粒捕集器22，所述微粒捕集器22的進(jìn)氣管與第三熱交換器10的氣室連通、出氣管與第四熱交換器11的氣室連通，所述微粒捕集器22內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯21、再生電熱器23。
所述吸氣壓氣機(jī)27同軸設(shè)有大齒輪33、小壓氣機(jī)24和給換熱裝置供水的給水泵25，所述小壓氣機(jī)24的出氣管與微粒捕集器22的進(jìn)氣管連通。
所述蒸汽輪機(jī)5同軸還設(shè)有小齒輪26、發(fā)電機(jī)6，所述小齒輪26與大齒輪33嚙合連接，所述蒸汽輪機(jī)5轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)6發(fā)電，所述發(fā)出的電分別供給蓄電池30、再生電熱器23。
其主要流程是從柴油機(jī)中排出的約900℃的廢氣經(jīng)排氣管4進(jìn)入過熱蒸汽發(fā)生器3，其作用是把從第一熱交換器8出來的飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，存入貯氣室7中，廢氣從過熱蒸汽發(fā)生器3進(jìn)入第一熱交換器8，經(jīng)吸氣壓氣機(jī)27進(jìn)入第二熱交換器9，把第一熱交換器8及第一熱交換器8以前的空間吸成負(fù)壓，把第一熱交換器8的空間壓成較高的壓力，其作用是減小排氣阻力，使換氣損失變?yōu)閾Q氣收入，還能使廢氣迅速降溫，使高溫分離的燃料復(fù)合，廢氣從第二熱交換器9中進(jìn)入貯氣室7的第一加熱管29，從貯氣室7的外壁返回向下進(jìn)入第三熱交換器10，廢氣中的熱能在第三熱交換器10中被吸收后，廢氣進(jìn)入微粒捕集器22，廢氣中的微粒被陶瓷濾芯21過濾掉，當(dāng)微粒過多時，啟動小壓氣機(jī)24，通入二次空氣，再生電熱器23就會把微粒燒掉，使其再生，而燒微粒釋放出的熱量又被換熱裝置中的水所吸收，變?yōu)榭衫玫母邏赫羝?，廢氣從微粒捕集器22中出來后進(jìn)入第四熱交換器11，經(jīng)換熱后進(jìn)入貯氣室7的第二加熱管16，從貯氣室7的外壁返回向下進(jìn)入第五熱交換器12，再次換熱，從第五熱交換器12中出來的廢氣進(jìn)入除硫器13，除硫器13中的循環(huán)泵15將石灰水14抽到頂端從噴頭17中噴下，將廢氣中的SO2和CO2吸收，然后廢氣經(jīng)設(shè)在除硫器13頂部的濾清器18濾去石灰水泡沫進(jìn)入大氣中，廢氣通過三上兩下，從第五熱交換器12中出來時，溫度大約在300℃，貯氣室7的壓力是1℃MPa，熱交換器的水溫大約是160℃，熱交換后的廢氣的溫度在300℃左右，還有很大的沸騰勢。
貯氣室7里的過熱蒸汽經(jīng)與油門同步氣閥28通到蒸汽輪機(jī)5使其工作，蒸汽輪機(jī)5帶動壓氣機(jī)2給柴油機(jī)1增壓，同時帶動發(fā)電機(jī)6發(fā)電，發(fā)電機(jī)6發(fā)出的電由蓄電池16貯存，蒸汽輪機(jī)5通過小齒輪26與大齒輪33變速后，帶動吸氣壓氣機(jī)27、給水泵25和產(chǎn)生二次空氣的小壓氣機(jī)24運(yùn)行。
10排連接的分缸式柴油機(jī)，熱交換器用落后的列管式，體積為0.11立方，經(jīng)計算功率可達(dá)250KW，如果用先進(jìn)的翹板式熱交換器體積還要小，貯氣室的體積為0.0118立方，也就是說體積不大，不但可以用于飛機(jī)或輪船，完全可以用在汽車上。
本發(fā)明將柴油機(jī)排出的廢氣中的化學(xué)能、熱能回收且重新利用，節(jié)約了能源、大幅度降低了污染，因此具有很好的實用價值和推廣價值。
本發(fā)明最適用于分缸式柴油機(jī)，因為分缸式柴油機(jī)排出的廢氣的壓力微高于環(huán)境壓力，與本發(fā)明配套使用，更加節(jié)約能源、降低污染。
權(quán)利要求
1.廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，包括與柴油機(jī)(1)的進(jìn)氣管(34)連接的壓氣機(jī)(2)、與柴油機(jī)(1)的排氣管(4)連接的換熱裝置，其特征是所述換熱裝置包括一個與排氣管(4)連通的殼體(31)和設(shè)在殼體內(nèi)的熱交換器、過熱蒸汽發(fā)生器(3)、貯氣室(7)，所述過熱蒸汽發(fā)生器(3)、貯氣室(7)位于熱交換器的頂部；所述熱交換器包括分隔設(shè)置第一熱交換器(8)、第二熱交換器(9)、第三熱交換器(10)、第四熱交換器(11)、第五熱交換器(12)；所述過熱蒸汽發(fā)生器(3)為與第一熱交換器(8)的水室和貯氣室(7)連通的蛇形管；所述貯氣室(7)設(shè)有蒸汽輸出管(32)，所述蒸汽輸出管(32)上設(shè)有與油門同步的氣閥(28)，所述壓氣機(jī)(2)同軸設(shè)有蒸汽輪機(jī)(5)，所述蒸汽輸出管(32)與蒸汽輪機(jī)(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，其特征是所述第一熱交換器(8)的氣室通過設(shè)置在熱交換熱器的下方的吸氣壓氣機(jī)(27)與和第二熱交換器(9)的氣室連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，其特征是所述貯氣室(7)設(shè)有第一加熱管(29)、第二加熱管(16)，所述第一加熱管(29)穿過貯氣室(7)分別與第二熱交換器(9)的氣室和第三熱交換器(10)的氣室連通，所述第二加熱管(16)穿過貯氣室(7)分別與第四熱交換器(11)的氣室和第五熱交換器(13)的氣室連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，其特征是所述第五熱交換器(13)的氣室的排氣管連接有除硫器(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，其特征是所述熱交換器的下方設(shè)有微粒捕集器(22)，所述微粒捕集器(22)的進(jìn)氣管與第三熱交換器(10)的氣室連通、出氣管與第四熱交換器(11)的氣室連通，所述微粒捕集器(22)內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯(21)、再生電熱器(23)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，其特征是所述吸氣壓氣機(jī)(27)同軸設(shè)有大齒輪(33)、小壓氣機(jī)(24)和給換熱裝置供水的給水泵(25)，所述小壓氣機(jī)(24)的出氣管與微粒捕集器(22)的進(jìn)氣管連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，其特征是所述蒸汽輪機(jī)(5)同軸還設(shè)有小齒輪(26)、發(fā)電機(jī)(6)，所述小齒輪(26)與大齒輪(33)嚙合連接，所述蒸汽輪機(jī)(5)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)(6)發(fā)電，所述發(fā)出的電分別供給蓄電池(30)、再生電熱器(23)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廢氣蒸汽渦輪增壓系統(tǒng)，包括與柴油機(jī)的進(jìn)氣管連接的壓氣機(jī)、與柴油機(jī)的排氣管連接的換熱裝置，所述換熱裝置包括一個與排氣管連通的殼體和設(shè)在殼體內(nèi)的熱交換器、過熱蒸汽發(fā)生器、貯氣室，所述過熱蒸汽發(fā)生器、貯氣室位于熱交換器的頂部，所述熱交換器包括分隔設(shè)置第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、第四熱交換器、第五熱交換器，所述貯氣室設(shè)有蒸汽輸出管，所述蒸汽輸出管上設(shè)有與油門同步的氣閥，所述壓氣機(jī)同軸設(shè)有蒸汽輪機(jī)，所述蒸汽輸出管與蒸汽輪機(jī)連接，本發(fā)明將內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的化學(xué)能、熱能回收且重新利用，節(jié)約了能源、大幅度降低了污染。
文檔編號F02G5/02GK1987064SQ20061007027
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者張建元 申請人:張建元