[发明专利]一种将内燃机排气费热转换成机械能的装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是热能转换成机械能的技术领域。

背景技术

现有内燃机广泛的应用在各个领域中，其中汽车应用的数量是最多的，给人类生活带来了诸多便利，但其热/机转换效率一般是在25％～40％之间，其余60％～75％的热能无法利用而需要向外排放，同时因燃料不能完全燃烧，并且温度很高，达600℃以上，其尾气将向空气中排放大量的高温污染气体，使空气受到严重的污染，具统计这些是造成地球环境变暖的主要原因之一。给人类将来的生活环境带来了无法挽回的损失与破坏。

发明内容

本发明是为了克服现有内燃机热转换效率低(在25％～40％之间)，燃烧不完全而向空气中排放大量的高温污染气体的问题。进而提出了一种将内燃机排气费热转换成机械能的装置。

它由小涡轮总成、叶轮总成、大涡轮总成、低温换热器、高温换热器5、减速耦合器组成；

内燃机的高温排气出口与小涡轮总成的进气口连通，小涡轮总成的出气口通过高温换热器的高温进气口、高温换热器、高温换热器的低温出气口、低温换热器的第一高温进气口、低温换热器、低温换热器的第一低温出气口与外界空气连通，小涡轮总成的主轴与叶轮总成的主轴连接，叶轮总成的进气口与外界空气连通，叶轮总成的出气口通过低温换热器的低温进气口、低温换热器、低温换热器的高温出气口、高温换热器的低温进气口、高温换热器、高温换热器的高温出气口与大涡轮总成的进气口连通，大涡轮总成的出气口通过低温换热器的第二高温进气口、低温换热器、低温换热器的第二低温出气口与外界空气连通，大涡轮总成的主轴与减速耦合器的输入轴连接，减速耦合器的输出轴为机械动力输出轴；小涡轮总成与大涡轮总成的功率比为1∶2至1∶4(视内燃机的高温排气出口的排气温度而定，按气体热学定理的气体受热膨胀比例计算)。

本发明能将现有内燃机的排气热能直接高效的转换成机械能，柴油机的排气温度在650℃左右，本装置的热能/机械能转换率能达20％至50％；汽油机的排气温度在1000℃左右，本装置的热能/机械能转换率能达30％至65％。其综合节油率能达20％至40％。使排气温度大幅度降低，达到200℃以下，实现节能减排的目的。

它还具运转平稳、结构简单、对材料要求低、使用方便、维护费用低、成本低廉、功率/重量比大的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由小涡轮总成1、叶轮总成2、大涡轮总成3、低温换热器4、高温换热器5、减速耦合器6组成；

内燃机7的高温排气出口7-1与小涡轮总成1的进气口连通，小涡轮总成1的出气口通过高温换热器5的高温进气口、高温换热器5、高温换热器5的低温出气口、低温换热器4的第一高温进气口、低温换热器4、低温换热器4的第一低温出气口与外界空气连通，小涡轮总成1的主轴与叶轮总成2的主轴连接，叶轮总成2的进气口与外界空气连通，叶轮总成2的出气口通过低温换热器4的低温进气口、低温换热器4、低温换热器4的高温出气口、高温换热器5的低温进气口、高温换热器5、高温换热器5的高温出气口与大涡轮总成3的进气口连通，大涡轮总成3的出气口通过低温换热器4的第二高温进气口、低温换热器4、低温换热器4的第二低温出气口与外界空气连通，大涡轮总成3的主轴与减速耦合器6的输入轴连接，减速耦合器6的输出轴为机械动力输出轴；小涡轮总成1与大涡轮总成3的功率比为1∶2至1∶4(视内燃机7的高温排气出口7-1的排气温度而定，按气体热学定理的气体受热膨胀比例计算)。

低温换热器4、高温换热器5可选用逆流式换热方式的热交换器，其结构形式可选圆桶式、平板式等。其材料选用耐高温不锈钢、铍铜、陶瓷、石棉等耐高温材料制成。

小涡轮总成1、叶轮总成2、大涡轮总成3可选用现有涡轮增压器的部件修改组装而成；其轴的润滑方式也可选用现有涡轮增压器的液体轴承。

本装置的发热部分都应处在保温绝热的壳体中，以防止热量的散失。

工作原理：当内燃机7启动工作后，其排气口7-1将排出高温高压的气体，此气体将推动小涡轮总成1高速旋转，达到每分10万转以上，小涡轮总成1的出气口排出的气体的温度还相当的高，可达500℃以上；小涡轮总成1通过主轴带动叶轮总成2高速转动，叶轮总成2将外界常温空气吸入并压缩，使其产生一定的压力，压比值在1∶4左右，此高压气体经过低温换热器4、高温换热器5中时，将小涡轮总成1的出气口排出的气体的热能转换过来，而受热膨胀，其体积能膨胀到原来的2倍之4倍左右(视加热温度而定，按气体热学定理的气体受热膨胀比例计算)，然后去推动大涡轮总成3高速旋转做功，大涡轮总成3的出气口的气体热能通过低温换热器4回热到系统中，使热能的利用率进一步提高。