一种内燃机余热综合利用系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及内燃机余热利用技术领域，具体涉及一种内燃机余热综合利用系统。


背景技术：

2.从内燃机的能源平衡来看，输出的有效功率一般只占燃油燃烧总热量的30％
‑
45％(柴油机)或20％
‑
30％(汽油机)，除了不到10％用于克服摩擦等功率损耗之外，其余的余热能量主要通过排气(200
‑
700℃)和冷却介质(冷却水、机油散热等，85
‑
120℃)被排放到大气中。因此将内燃机的余热能高效转化再利用是提高总能效率，是降低油耗和减少污染物排放的一个有效途径。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型实施例提供一种内燃机余热综合利用系统，以解决现有技术中内燃机余热能量利用率较低的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
5.根据本实用新型实施例的第一方面，一种内燃机余热综合利用系统，包括：
6.水箱，所述水箱外接冷水供给设备，并由冷水供给设备向水箱内输送冷水；
7.内燃机，所述内燃机设置在水箱内，包括机体和做功装置，所述做功装置设置在机体内，以所述机体内构成燃烧室，并由机体隔离水溶液和做功装置，使冷水与做功装置构成一级换热，并形成热水；
8.循环管路，所述循环管路设置在水箱的外部，包括输水管以及回流管，所述输水管和回流管分别连接水箱和外界的供热设备，以水箱内的热水经输水管进入供热设备换热，并由换热后形成的冷却水经回流管流回水箱内；
9.涡轮增压器，所述涡轮增压器设置在水箱的外部，其一端通过排气管与内燃机的燃烧室呈连通设置，且涡轮增加器的另一端通过进气管与内燃机的燃烧室呈连通设置，其中，所述排气管设置在水箱内，使排气管内的废气与水箱内的冷水构成二级换热。
10.进一步地，所述水箱包括上水箱和下水箱，所述机体的顶部置于上水箱内固定，且机体的底部置于下水箱内固定，并与下水箱呈一体设置，在机体内设置有水道，并由水道连通上水箱和下水箱，其中，所述下水箱上设有连接冷水供给设备的进水口，所述上水箱上设有连接供热设备的出水口，并在上水箱和下水箱之间设有密封垫。
11.进一步地，所述输水管的一端连接上水箱的出水口，另一端连接于供热设备的工质入口，所述回流管的一端连接于供热设备的工质出口，另一端连接下水箱的进水口，其中，所述输水管的管路上设置有循环水泵。
12.进一步地，所述涡轮增压器的一端为进气端，另一端为排气端，且涡轮增压器的排气端连接有消音器，所述内燃机的顶部分别形成有连通燃烧室的进气门和排气门，所述进气门通过进气管与涡轮增压器的进气端连接，所述排气门通过排气管与涡轮增压器的排气
端连接，其中，所述排气管的管体呈蛇形走向设置在上水箱内，并在上水箱上分别安装有供于进气管和排气管连接的管接头。
13.进一步地，所述上水箱包括箱体和箱盖，所述箱体的顶部呈开放设置，所述箱盖扣合在箱体的顶开口上，其中，所述上水箱和下水箱的外壁上均设置有隔热棉层。
14.进一步地，所述做功装置包括曲柄连杆机构，在水箱的外部设有发电机，所述发电机与内燃机的曲轴同轴连接，以所述内燃机构成发电机的驱动源，其中，所述发电机通过电路外接电网。
15.进一步地，所述输水管的管路上设有电加热设备，所述电加热设备与发电机电路连接，以所述发电机供电于电加热设备，并辅热流至供热设备的水溶液。
16.进一步地，所述内燃机余热综合利用系统还包括主控器，在水箱的内部设有温度传感器，并在内燃机内设有灭火电磁阀，所述主控器分别与温度传感器、灭火电磁阀通过电路连接，其中，所述发电机外接有电源设备，且电源设备与主控器通过电路连接，并由温度传感器获取水箱内的温度信号输送给主控器，主控器根据预设的高温信号控制灭火电磁阀停止内燃机运行；
17.或主控器根据预设的低温信号控制电源设备通电给发电机，基于电生磁，由发电机带动内燃机的曲柄转动。
18.进一步地，所述内燃机为单缸或多缸结构，其中，所述内燃机机体的顶端于燃烧室内设有喷油头，在机体的外部设有燃料管路，所述燃料管路的一端于水箱内连接喷油头，另一端于水箱的外部外接燃料输送设备，并在机体的燃烧室内设有火花塞，所述火花塞上连接有导线，所述导线外接点火电源。
19.本实用新型实施例具有如下优点：基于内燃机在工作中产生大量的温度，通过将内燃机的机体设置于水箱内，由水箱内的冷水与内燃机做功产生的热量进行换热，从而收集内燃机的热量，并通过水循环将热量输送至外界的供热设备，进行换热，并使换热后的冷却水再回到水箱内继续换热，同时给内燃机起到冷却降温的效果，以提高内燃机余热的利用效率，另外，利用涡轮增压器提高内燃机的做功效率，并将涡轮增压器的排气管设置在水箱内，使内燃机内产生的高温废气与水箱的冷水换热，从而收集内燃机产生的所有热量，进一步提高内燃机的余热利用率，具有较好的经济效益和能源再利用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
21.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
22.图1为本实用新型实施例提供的一种内燃机余热综合利用系统的整体结构示意
图；
23.图2为本实用新型实施例提供的一种内燃机余热综合利用系统的内燃机起动原理框图。
24.图中：1、水箱；11、上水箱；111、出水口；112、箱盖；12、下水箱；121、进水口；13、隔热棉层；14、密封垫；15、管接头；2、内燃机；21、机体；22、做功装置；3、循环管路；31、输水管；32、回流管；33、循环水泵；4、涡轮增压器；41、排气管；42、进气管；43、消音器；5、供热设备；6、发电机；7、电加热设备；8、主控器；81、温度传感器；82、灭火电磁阀；9、电源设备。
具体实施方式
25.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.实施例
27.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种内燃机余热综合利用系统，包括水箱1、内燃机2、循环管路3以及涡轮增压器4，具体设置如下：
28.水箱1用于外接冷水供给设备，从而由冷水供给设备向水箱1内输送冷水。内燃机2设置在水箱1内，其可优选为单缸或多缸结构，包括机体21和做功装置22。做功装置22包括曲柄连杆机构，其设置在机体21内，以使机体21内构成燃烧室，并由机体21隔离水溶液和做功装置22，使冷水与做功装置22构成一级换热，并形成热水。具体的，基于内燃机2的结构，水箱1包括上水箱11和下水箱12，由机体21的顶部置于上水箱11内固定，机体21的底部置于下水箱12内固定，并与下水箱12呈一体设置。在机体21内设置有水道211，由水道211连通上水箱11和下水箱12。基于上述结构，在下水箱12上设有连接冷水供给设备的进水口121，在上水箱11上设有连接供热设备5的出水口111，并优选的在上水箱11和下水箱12之间设有密封垫14，以防止上水箱11和下水箱12之间漏水的情况。
29.其中，在内燃机2机体21的顶端于燃烧室内设有喷油头，并在机体21的外部设有燃料管路，由燃料管路的一端于水箱1内连接喷油头，另一端于水箱1的外部外接燃料输送设备，并在机体21的燃烧室内设有火花塞，在火花塞上连接有导线，由导线外接点火电源，从而通过选择进油或进气的方式向内燃机2的燃烧室内喷入燃料，再由点火电源启动火花塞，以点火启动内燃机2的运行。
30.基于上述布置结构，上水箱11包括箱体和箱盖112，箱体的顶部呈开放设置，箱盖112扣合在箱体的顶开口上，通过箱盖112的设置，以便于操作人员通过上水箱11的顶开口，对上水箱11的内部管路以及内燃机2等部件进行装配或拆卸。优选的，在上水箱11和下水箱12的外壁上均设置有隔热棉层13，以确保水箱1内的热量不容易散发到外界。
31.如上所述，循环管路3设置在水箱1的外部，包括输水管31以及回流管32。输水管31和回流管32分别连接水箱1和外界的供热设备5，供热设备5包括家庭内的供热设施，例如暖气、散热片等，使水箱1内的热水经输水管31进入供热设备5换热，起到外界供暖作用，并由换热后形成的冷却水经回流管32流回水箱1内，以对内燃机2起到一个降温的作用。具体的，
输水管31的一端连接上水箱11的出水口111，另一端连接于供热设备5的工质入口；回流管32的一端连接于供热设备5的工质出口，另一端连接下水箱12的进水口121。其中，在输水管31的管路上设置有循环水泵33，以便于通过循环水泵33使下水箱12内的水进入上水箱11内，并将水箱1内的水抽送至供热设备5。
32.涡轮增压器4设置在水箱1的外部，其一端通过排气管41与内燃机2的燃烧室呈连通设置，且涡轮增加器4的另一端通过进气管42与内燃机2的燃烧室呈连通设置。具体的，涡轮增压器4的一端为进气端，另一端为排气端，且涡轮增压器4的排气端连接有消音器43。另外，在内燃机2置于上水箱11内的顶部分别形成有连通燃烧室的进气门和排气门，使进气门通过进气管42与涡轮增压器4的进气端连接，且排气门通过排气管41与涡轮增压器4的排气端连接。其中，排气管41设置在水箱内，使排气管41内的废气与水箱1内的冷水构成二级换热，从而收集内燃机2产生的所有热量，进一步提高内燃机2的余热利用率，并由排气管41内换热后的低温风进入涡轮增压器4，又能给涡轮增压器4降低温度提高使用寿命。优先的，排气管41的管体呈蛇形走向设置在上水箱11内，利用蛇形管体的布置，以增加废气在水箱1内的流动路径，以提高废气与水箱1内水溶液的换热效率。另外，在上水箱11上分别安装有供于进气管42和排气管41连接的管接头15，管接头15优选为外牙直通对接管件，使管接头15的一端置于上水箱11内，另一端置于上水箱11外部，以便于进气管42和排气管41接入上水箱11内，且避免漏水。
33.另一种优选的实施方式为：在水箱1的外部设有发电机6，将发电机6与内燃机2的曲轴同轴连接，使内燃机2构成发电机6的驱动源。从而充分利用内燃机2做功产生的动能，并使其转化为电能。优选的，将发电机6通过电路外接入电网，以提高经济效益。另外，基于上述布置结构，在输水管31的管路上设有电加热设备7，将电加热设备7与发电机6电路连接，以使发电机6供电于电加热设备7，并辅热流至供热设备5的水溶液，以提高换热效率。
34.另一种优选的实施方式为：结合图2所示，内燃机余热综合利用系统还包括主控器8。在水箱1的内部设有温度传感器81，并在内燃机2内设有灭火电磁阀82，将主控器8分别与温度传感器81、灭火电磁阀82通过电路连接，由温度传感器81获取水箱1内的温度信号并输送给主控器8，主控器8获取温度信号，并根据预设定的温度最高值，当获取的温度信号值高于设定的温度最高值，由主控器8控制灭火电磁阀82启动，以停止内燃机2运行。
35.基于上述布置形式，将发电机6外接有电源设备9，并将电源设备9与主控器8通过电路连接，当内燃机2熄火后，由温度传感器81获取水箱1内的温度信号，并输送给主控器8，主控器8获取温度信号，并根据预设定的温度最低值，当获取的温度信号值低于设定的温度最低值，由主控器8根据温度信号控制电源设备9通电给发电机6一段启动电源，基于电生磁原理，此时发电机6短暂的作为电动机使用，并由发电机6带动内燃机2的曲柄转动，以辅助点火装置，启动内燃机2运行，并当内燃机2彻底启动后，电源设备9停止给发电机6供电，并由内燃机2驱动发电机6给外界供电。
36.本实用新型实施例基于内燃机2在工作中产生大量的温度，通过将内燃机2设置于水箱1内，由水箱1内的冷水与内燃机2做功产生的热量进行换热，从而收集内燃机2的热量，并通过水循环将热量输送至外界的供热设备5，进行换热，并使换热后的冷却水再回到水箱1内继续换热，同时给内燃机2起到冷却降温的效果，以提高内燃机2余热的利用效率，另外，利用涡轮增压器4提高内燃机2的做功效率，并将涡轮增压器4的排气管设置在水箱1内，使
内燃机2内产生的高温废气与水箱1的冷水换热，从而收集内燃机2产生的所有热量，进一步提高内燃机2的余热利用率，具有较好的经济效益和能源再利用。
37.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。