增壓柴油機富氧進氣裝置的製作方法
2023-06-03 03:45:11 1
專利名稱：增壓柴油機富氧進氣裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用高分子膜分離技術的增壓柴油機富氧進氣裝置。
背景技術：
目前，傳統的增壓柴油機進氣裝置主要包括空氣濾清器、壓氣機、中冷器、進氣管等，其進入氣缸參與燃燒的是含氧量為21％(體積百分比)的空氣。柴油機要實現能量高效轉換，氣缸內必須有充足的氧氣，因氣缸的容積有限，每循環進入氣缸的氧氣量也有限，再加上混合氣形成的速度和質量所限，使得傳統的柴油機氣缸內能完全燃燒的燃油量有限，從而使柴油機的功率提高受到限制，且由於缺氧，燃油燃燒不完全，經濟性下降，排放變差。顯然，提高進入柴油機氣缸中的含氧量，即富氧進氣，在循環供油量不變的前提下，可促進燃油充分燃燒，提高能量轉換效率，降低CO，HC的排放，提高柴油機的效率，在過量空氣係數不變的前提下，可燃燒更多的燃油，提高柴油機的做功能力。試驗表明25％的富氧氣流隨燃料一起噴入柴油機，不僅可以減少NOX的生成，且可以減少70％固體粒子的排放，降低燃料消耗量5％～7％。
發明內容
為了克服現有柴油機的比功率、比重量、效率、排放等方面的不足，本發明提供一種增壓柴油機富氧進氣裝置，該富氧進氣裝置不僅能提高柴油機的升功率和效率，而且能改善柴油機的排放性能，降低柴油機單位功率的重量(比重量)。
膜法空氣分離技術，主要是利用空氣中各組分透過膜時的滲透速率不同，在壓力差的驅動下，滲透率相對較慢的氣體如氮氣，一氧化碳等氣體被滯留在膜的滯留側，而滲透率相對較快的氧氣透過膜，在膜的滲透側被富集，從而製得富氧氣體。在製備含氧40％以下的空氣時，膜法空氣分離技術具有節能顯著，裝置簡單，起動速度快等優點，有著巨大的發展潛力。
增壓柴油機富氧進氣裝置，包括空氣濾清器，對過濾空氣進行增壓的渦輪壓氣機，對增壓空氣進行冷卻的中冷器，冷卻後空氣送入柴油機的氣缸參與燃燒，燃燒後的廢氣能量被增壓器的渦輪利用，用以驅動壓氣機，還包括對過濾空氣進行氧氣富集的高分子膜法空氣分離裝置，過濾空氣經鼓風機送入高分子膜法空氣分離裝置，用以驅動富集氧氣的真空泵，對富集氧氣進行乾燥的氣水分離器和脫溼器。
高分子膜法空氣分離裝置由空氣分配箱、高分子富氧膜、真空均分器和外殼組成，非對稱高分子卷式或平板式膜是由一層厚度為0.1～1μm的緻密膜層(均質層)支撐，在一張高密多孔的底材(多孔層)上構成的。氣體分離過程在緻密膜層中發生，分離所得到的富氧濃度為21％～30％，高分子富氧膜為多層非對稱高分子卷式膜或平板式膜，富氧膜的材料採用聚二甲基矽氧烷(PDMS)及其改性產品或含三甲基矽烷基的高分子材料。高分子膜法空氣分離裝置的數量根據柴油機的功率為一個或多個，採用多個時其聯接方式為並聯聯接。
本發明適應於缸數為4～16缸，功率為100～4500kW的多缸大功率柴油機。
具體工作過程為空氣經濾清器過濾後，由鼓風機送入高分子膜法空氣分離裝置，膜分離裝置利用空氣中各組分透過膜時的滲透速率不同，在真空泵提供壓力差的驅動下，滲透速率相對較快的氧氣透過膜，形成富氧空氣，富氧空氣經過氣水分離器和脫溼器後，得到的乾燥富氧空氣經過渦輪增壓器的壓氣機進行增壓，經中冷器冷卻後，送入柴油機的氣缸參與燃燒，燃燒後的廢氣能量被增壓器的渦輪利用，用以驅動壓氣機。
本發明的有益效果是富氧進氣，加快了燃油的燃燒速度，促進完全燃燒，減少廢氣的排放量，煙度大大降低(1波許值以下)，增加每循環燃油的燃燒量，提高熱量利用率，從而可以提高柴油機的效率3％～5％，強化柴油機的做功能力，25％的富氧可提高功率22％，降低柴油機汙染物的排放。
圖1是本發明的結構原理圖。
圖2是本發明採用二個高分子膜法空氣分離裝置實施例原理圖。
圖3是本發明的高分子膜法空氣分離裝置結構圖。
具體實施例方式
圖1、2中，空氣濾清器1，鼓風機2，高分子膜法空氣分離裝置3，真空泵4，氣水分離器5，脫溼器6，壓氣機7，中冷器8，柴油機9，渦輪10，壓氣機7與渦輪10並聯。空氣濾清器1要求能過濾10μm以上的灰塵，阻力小於35mmH2O，鼓風機2的全壓為3～5kPa，風量為富氧空氣量的7～10倍；圖1中高分子膜法空氣分離裝置3的數量為1個；真空泵4要求在65～75kPa範圍內有較大的抽氣速率，真空泵上應裝有調節閥和真空表；氣水分離器5選用擋板式或渦旋式，分離效率高，阻力損失小；脫溼器6採用氯化鋰吸附脫溼；壓氣機7採用離心式，根據柴油機的增壓要求，可採單級或多級壓縮；中冷器8採用全鋁管帶式或封條式，用來冷卻壓氣機7中出來的增壓富氧空氣，以提高柴油機的充氣效率；廢氣渦輪10回收柴油機排氣的能量，用以驅動壓氣機7。
圖2中，採用二個高分子膜法空氣分離裝置3並聯，並安裝相應的調節閥，以滿足大功率的需要，也可以是在一組膜失效後，另一組投入工作，保證整個系統能連續工作。
圖3中，高分子膜法空氣分離裝置3由空氣分配箱11、高分子富氧膜12、真空均分器13和外殼14組成，空氣經空氣管進入空氣分配箱均勻分布，滲透率較快的氧氣在真空泵提供的壓力差的驅動下，透過高分子膜12形成富氧空氣，並在真空均分器13內富集排出，富氮空氣從空氣分配箱11上部排空。高分子富氧膜由非對稱高分子卷式或平板式膜是由一層緻密膜層(均質層)支撐，在一張高密多孔的底材(多孔層)上構成，氣體分離過程就在這一緻密膜層中發生，分離所得到的富氧濃度為21％～30％，高分子富氧膜用二塊多孔的分布板14夾緊，並用外殼15密封保護。
權利要求
1.增壓柴油機富氧進氣裝置，包括空氣濾清器，對過濾空氣進行增壓的渦輪壓氣機，對增壓空氣進行冷卻的中冷器，冷卻後空氣送入柴油機的氣缸參與燃燒，燃燒後的廢氣能量被增壓器的渦輪利用，用以驅動壓氣機，其特徵在於還包括對過濾空氣進行氧氣富集的高分子膜法空氣分離裝置，過濾空氣經鼓風機送入高分子膜法空氣分離裝置，用以驅動富集氧氣的真空泵，對富集氧氣進行乾燥的氣水分離器和脫溼器。
2.根據權利要求1所述的進氣裝置，其特徵在於所述高分子膜法空氣分離裝置由空氣分配箱、高分子富氧膜、真空均分器和外殼組成，非對稱高分子卷式或平板式膜是由一層厚度為0.1～1μm的緻密膜層支撐，在一張高密多孔的底材上構成的。
3.根據權利要求1和2所述的進氣裝置，其特徵在於高分子膜法空氣分離裝置的數量根據柴油機的功率為一個或多個，採用多個時其聯接方式為並聯聯接。
4.根據權利要求1所述的進氣裝置，其特徵在於適應於缸數為4～16缸、功率為100～4500kW的多缸大功率柴油機。
全文摘要
增壓柴油機富氧進氣裝置，空氣經濾清器過濾後，由鼓風機送入高分子膜法空氣分離裝置，膜分離裝置利用空氣中各組分透過膜時的滲透速率不同，在真空泵驅動下，滲透速率相對較快的氧氣透過膜，形成富氧空氣，富氧空氣經過氣水分離器和脫溼器後，經過渦輪增壓器的壓氣機進行增壓，經中冷器冷卻後，送入柴油機的氣缸參與燃燒。本發明的有益效果是富氧進氣，加快了燃油的燃燒速度，促進完全燃燒，減少廢氣的排放量，煙度大大降低，增加每循環燃油的燃燒量，提高熱量利用率，從而可以提高柴油機的效率3％～5％，強化柴油機的做功能力，25％的富氧可提高功率22％，降低柴油機汙染物的排放。
文檔編號F02B37/00GK1873196SQ20061003163
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月11日 優先權日2006年5月11日
發明者蔣紹堅, 蔣受寶, 艾元方 申請人:中南大學