CN102207020A - 一种内燃机冷却循环系统 - Google Patents

Abstract

一种内燃机冷却循环系统，包括底座油池、带水冷却通道的水分配器与带油冷却通道的分油器，该水冷却通道与油冷却通道设置在螺杆膨胀机出口端的蒸发器中，该蒸发器与螺杆膨胀机之间设有冷凝器，螺杆膨胀机入口端设有转速控制阀，冷凝器与蒸发器之间依次设有工质泵与单向阀，单向阀流向与油冷却通道、水冷却通道流向相反；本发明优点是合理配置现有内燃机润滑、冷却循环系统与双工质螺杆膨胀机发电机系统，从而省掉了现有的油冷却器与水冷却器两大部件，由此生成既可提高内燃机效率又可改善周边环境热污染的新型内燃机冷却循环系统，它具有显著社会效益与经济效益，而且不会破坏现有内燃机系统的功能与运行可靠性。

Description

一种内燃机冷却循环系统

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域；具体指一种内燃机冷却循环系统领域；本发明可以回收所述内燃机工作部件冷却过程中的余热，以提高它的运行效率，同时又可减少对周边环境的热污染。

背景技术

内燃机作为当前一种最广泛应用的动力机械，国内外年产量巨大；其中，我国在2009年产量达6700万台，总功率为11.3亿千瓦；该年内燃机所消耗的燃油约占我国当年石油总消耗量的60％左右。

目前，国内外大多数内燃机的运行效率约为40～46％；其中所产生的大部分热量被内燃机运行过程中的排出废气和冷却循环系统中的冷却水带走，该冷却水带走的热量约占燃料总热量的10～22％。

所述内燃机工作部件主要分为运动部件81与固定部件8两大类：运动部件如曲轴、活塞、连杆、齿轮、轴承等，在运行中需要对其润滑与冷却，目前是依靠润滑油循环系统来实现的，而该润滑油循环系统中的润滑油又是通过冷却循环系统中的循环冷却水(或风)来实现冷却的；固定部件如缸体、缸盖，排气管等，在运行中也需要对其冷却，也是通过冷却循环系统中的冷却水来实现的。

所述内燃机冷却循环系统目前多数是闭式循环，它由润滑油的冷却循环和冷却水的冷却循环所组成。该润滑油和冷却水的热量，由开式的水(或风)冷带走，并且再循环使用；该开式的水(或风)冷带走的热量通常均排放于周边环境中，不仅浪费了大量燃料，又造成对周边环境的热污染。

所述运动部件润滑油冷却循环系统其工作过程是：由内燃机底座2集油池中的高温润滑油，通过粗过滤器3进入油泵4，该高温润滑油的压力升高后进入精过滤器5，过滤后的清洁的高温润滑油通过油冷却器冷却后变成低温润滑油进入分油器1，该分油器把清洁的低温润滑油分别配送到内燃机的各运动部件81进行润滑与冷却，然后，该低温润滑油的油温为逐渐升高，变成高温润滑油再回到所述底座集油池中，如图2所示；这样，不断地循环把运动部件的热量带走，使内燃机运行保持在额定温升范围内。

所述油冷却器的冷却源是由开式的水(或风)冷来提供的；它包括冷却水(或风)入口、冷却水(或风)出口，它们都是开式循环，该开式循环过程中，所述油冷却水出口会把热量带到环境中，从而对环境造成热污染。

所述固定部件冷却循环系统其工作过程是：由固定部件8中的高温冷却水进入水泵9并压力升高后进入水过滤器10，清洁的高温冷却水再进入水冷却器，经过冷却后的低温清洁水进入水分配器7，该水分配器把清洁低温的水分别配送到内燃机的各固定部件进行冷却后，水温升高，该高温水再进入水泵9；这样连续循环工作，把各固定件的热量带走，使保持在额定温升范围内。所述水冷却器的冷却源是由开式水(或风)冷来提供的；它包括冷却水(或风)入口、冷却水(或风)出口，他们都是开式循环，该开式循环过程中，所述冷却水出口同样会把热量带到环境中，并对环境造成热污染；如图2所示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术状况，提供一种既可提高内燃机效率、又可减少对周边环境热污染的内燃机冷却循环系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种内燃机冷却循环系统，包括一带集油池的内燃机底座，该底座上设有固定部件与运动部件，该运动部件设有分油器，该分油器中润滑油进入各个运动部件进行润滑与冷却后，进入所述底座，再经过滤器、油泵与油冷却通道回流至所述分油器；所述固定部件设有水分配器，该水分配器中冷却水进入各个固定部件进行冷却后，经水泵与水冷却通道，回流至所述水分配器；其特征在于：所述油冷却通道、所述水冷却通道设置在螺杆膨胀机出口端的蒸发器中；所述螺杆膨胀机与所述蒸发器之间，设有冷凝器。

采用以上油冷却通道、水冷却通道设置在螺杆膨胀机出口端蒸发器中的结构，省掉了原有的油冷却器与水冷却器两大部件，实现了既可以回收内燃机冷却过程中的余热、又可以减少对周边环境的热污染的双重效益。

为了切实提高内燃机效率，作为优选，所述螺杆膨胀机连接一发电机，螺杆膨胀机通过联轴接带动发电机旋转。

为了实现所述发电机的预定转速，发出优质电供用户使用，作为优选，所述螺杆膨胀机的入口端设有转速控制阀，该转速控制阀可控制所述螺杆膨胀机的转速，当工质气体的压力达到预先设计好的饱和蒸汽压力时，所述转速控制阀才开启，该转速控制阀开启的大小由预先设计好的所述发电机的转速来控制。

为了使工质蒸发成饱和气体，形成有一定压力的蒸汽工质，作为进一步优选，所述冷凝器与所述蒸发器之间依次设有工质泵与单向阀；该蒸发器来的高压力蒸汽工质经蝶式转速控制阀进入螺杆膨胀机作功后压力降低、温度降至临介温度进入所述冷凝器，经冷凝来实现过冷后成为液体工质，再由工质泵经过单向阀把液体工质输送到蒸发器中。

为了提高冷却效益，作为优选，所述油冷却通道流向、所述水冷却通道流向与所述单向阀的流向相反。

为了提高运行效益与使用寿命，作为优选，所述固定部件与所述水冷却通道之间，依次设有水泵与水过滤器。

为了提高冷却效益与使用寿命，作为优选，所述内燃机底座集油池与所述油冷却通道之间，依次设有粗过滤器、油泵与精过滤器。

本发明与现有技术相比，其优点是：由于合理配置了现有内燃机润滑冷却循环与双工质螺杆膨胀机发电的两个系统，省掉了油冷却器与水冷却器两大部件，从而生成既可提高内燃机效率又可改善对周边环境热污染的新型内燃机冷却循环系统；与此同时，不会破坏现有内燃机系统的功能与运行可靠性。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为一种现有技术的系统示意图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1示出本发明的一个实施方式，包括一带集油池的内燃机底座2，该底座上装有多个内燃机的固定部件8与多个内燃机的运动部件81；

在运动部件中设有分油器1，该分油器分别将润滑油送入各个运动部件进行润滑与冷却，然后流回所述内燃机底座2集油池中。

该内燃机底座集油池中的高温润滑油，通过粗过滤器3进入油泵4，该高温润滑油的压力升高后进入精过滤器5，过滤后的清洁的高温润滑油通过油冷却通道11并冷却后变成低温润滑油进入分油器1，该分油器把清洁的低温润滑油分别配送到内燃机的各运动部件进行润滑与冷却，然后，该低温润滑油的油温为逐渐升高，变成高温润滑油再回到底座集油池中；这样，不断地循环把各运动部件的热量带走，使内燃机运行保持在额定温升范围内，从而实现正常、安全运行。

所述固定部件中设有水分配器7，该固定部件的高温冷却水从出口处进入水泵9，并压力升高后进入水过滤器10，清洁的高温冷却水通过水冷却通道6并经过冷却后的低温清洁水再进入水分配器7，由水分配器把清洁低温水配送到内燃机的各固定部件8，各固定部件经冷却后，水温升高，该高温水再从固定部件冷却水出口处进入水泵9；这样连续循环工作，把各固定件的热量带走，使内燃机运行保持在额定温升范围内，从而实现正常、安全运行。

油冷却通道11、水冷却通道6是蛇形或盘管式管道，它们设置在螺杆膨胀机14出口端的蒸发器18中；该螺杆膨胀机14同轴连接一发电机13。

由于蒸发器18中接入油冷却通道11，因而可以省略原有内燃机中油冷却器，就能实现润滑油循环中的高温油从油冷却通道进入蒸发器后，被蒸发器中的工质蒸发气体吸热后，使其油温减低，并通过分油器1流向内燃机润滑油循环系统。

同样地，蒸发器18中接入水冷却通道6，因而可以省略原有内燃机中水冷却器，就能实现冷却循环系统中的高温水进入蒸发器并被蒸发器中的工质蒸发气体吸热后，使其水温度降低，并流入内燃机冷却循环系统。

从油冷却通道11来的高温油和从水冷却通道6来的高温水，给蒸发器提供了热源，使其蒸发器中的工质蒸发并变成气体的同时，又使油冷却通道中的油与水冷却通道中的水两者温度降低。低温油从通过分油器，流向内燃机润滑油循环系统，确保油循环系统正常工作，低温水通过水分配器流入内燃机冷却循环系统，同样确保冷却水循环系统正常工作。

螺杆膨胀机14与蒸发器18之间，设有冷凝器15；螺杆膨胀机的入口端设有转速控制阀12，该转速控制阀可控制螺杆膨胀机的转速。

冷凝器15与蒸发器18之间依次设有工质泵16与单向阀17，该单向阀的流向与冷却油、却水的通道流向相反。

冷凝器的冷凝管进口151与冷却油冷水进口、冷却水冷水入口相连，该冷凝器的冷凝管出口152与冷却油冷水出口、冷却水冷水出口相连。因而可以省略原有内燃机中油冷却器与水冷却器，就能实现利用原来的开式水冷(或冷风)作为冷源，来冷却冷凝器中的气体或者液体工质使之全部成为液体工质。

冷凝管进口151与冷凝管出口152的两个端头分别与原有内燃机中的油冷却器、水冷却器的开式水(或风)冷的进水口与出水口相连接。

本发明是利用内燃机润滑系统中温度升高的润滑油和冷却系统中温度升高的冷却水，进入蒸发器18中来加热低沸点工质，产生饱和蒸汽；该饱和蒸汽进入螺杆膨胀机14作功，并带动发电机13发电。

进入蒸发器18中的润滑油，温度降低后回到内燃机润滑油系统的分油器1中，再进入内燃机的各个运动部件81进行润滑与冷却；同时，进入蒸发器18中的水，温度降低后回到内燃机冷却系统的水分配器7中，再进入内燃机的各个固定部件8，对该固定部件进行冷却。

从油冷却通道11流入的高温油和从水冷却通道6流入的高温水，给蒸发器提供了热源，使其蒸发器中的工质蒸发变成气体的同时，又使油和水的温度降低。低温油经过油分配器把清洁低温的油分别配送到内燃机各运动部件润滑与冷却后，油温升高，回到内燃机底座集油池，再经过粗过滤器进入油泵，润滑油的压力升高后进入精过滤器，再经过油冷却通道进入蒸发器，这样连续不断地循环，不断地给蒸发器提供热源，使其蒸发器中的工质蒸发变成气体的同时，又获得清洁低温油，确保内燃机各运动部件润滑冷却系统正常工作。

从水冷却通道6流入水分配器的低温清洁的水，配送到内燃机各固定部件后，水温升高，高温水从固定部件冷却水出口进入水泵，并压力升高后进入水过滤器，冷却固定部件后的高温水再进入蒸发器；这样，不断地循环地给蒸发器提供热源，使其蒸发器中的工质蒸发变成气体的同时，又获得清洁低温水，确保内燃机固定部件冷却系统工作正常。

从蒸发器来的高压蒸汽工质，经转速控制阀，进入螺杆膨胀机，膨胀作功后，压力降低、温度降至临介温度，进入冷凝器15，经冷凝实现过冷后成为液体工质，由工质泵16通过单向阀17把液体工质输送到蒸发器18中，再经油冷却通道来的高温油与水冷却通道来的高温水加热，使工质蒸发成饱和气体，形成有一定压力的蒸汽工质。当工质气体的压力达到预先设计好的饱和蒸汽压力时，转速控制阀才开启，开启大小由预先设计好的发电机转速来控制，使其螺杆膨胀机通过联轴接带动发电机13的转速，满足发电机的额定转速，发出优质电供用户使用。

本发明是将现有的内燃机润滑循环冷却系统与双工质循环螺杆膨胀机发电系统两者结合且重新合理配置，构成一个既可以回收所述内燃机工作部件冷却过程中的余热以提高内燃机运行效率、又不会破坏原内燃机系统的功能、同时还可以减少对周边环境热污染的新型内燃机冷却循环系统。

以下列出本实施例的一组设计数据及其各流程节点的物理参数：

内燃机功率为1000千瓦、润滑油量为15T/h、进机油温为65℃、出机油温为95℃、冷却水量为20T/h、进机水温为65℃，出机水温为95℃，

节点	151	152	61	111	62	112	181	141	153
										物理参数
工质	水	水	油	水	油	水	R152a	R152a	R152a
										温度℃	25	30	65	65	95	95	54	35	32
压力MPa	0.07	0.05	0.6	0.3	0.6	0.3	1.3	0.84	0.84
										流量T/h	155	155	15	20	15	20	12	12	12
物理状态	液	液	液	液	液	液	气	气	液
										流量m3/h							2900	4858	13.6

本实施例的螺杆膨胀机理论膨胀功率为29.7KW，发电机实际发电能力为20KW以上，提高内燃机的效率为2％左右。

Claims (8)

1.一种内燃机冷却循环系统，包括一带集油池的内燃机底座，该底座上设有固定部件与运动部件，该运动部件设有分油器，该分油器中的润滑油进入各个运动部件进行润滑与冷却后，经油冷却通道回流至所述分油器；该固定部件设有水分配器，该水分配器中的冷却水进入各个固定部件进行冷却后，经水冷却通道，回流至所述水分配器；其特征在于：所述油冷却通道(11)、所述水冷却通道(6)设置在螺杆膨胀机(14)出口端的蒸发器(18)中；所述螺杆膨胀机(14)与所述蒸发器(18)之间，设有冷凝器(15)。

2.根据权利要求1所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机(14)同轴连接一发电机(13)。

3.根据权利要求2所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机(14)的入口端设有转速控制阀(12)，该转速控制阀可控制所述螺杆膨胀机的转速。

4.根据权利要求1所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述冷凝器(15)与所述蒸发器(18)之间依次设有工质泵(16)与单向阀(17)。

5.根据权利要求4所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述油冷却通道(11)、所述水冷却通道(6)与所述单向阀(17)的流向相反。

6.根据权利要求4所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述冷凝器(15)的冷凝管进口(151)与冷凝管出口(152)与所述冷却水的进、出口相连。

7.根据权利要求1所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述固定部件(8)与所述水冷却通道(6)之间，依次设有水泵(9)与水过滤器(10)。

8.根据权利要求1所述内燃机冷却循环系统，其特征在于：所述内燃机底座(2)集油池与所述油冷却通道(11)之间，依次设有粗过滤器(3)、油泵(4)与精过滤器(5)。

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