Устройство для использования энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

,нагнетате .иены в ед , выполнены теплообме ны в маги ла иэ наг бину.2. Устр чающе полнены в лообменник об к, лопатки ту в виде поверх их полости нк одачи рабочег но вторичную н и те ный бл полыми ника и траль етател едибины осте юче 228.8 ойство по и. 1, о е с. я тем, что лоп ниде цилиндрически л икитру о и 2, ото лопапо окруж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ ПАГЕНТУ.(56) 1. Патент Великобритании В 751192, кл. 7(2) В опублик.1957, (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ. ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГА.ТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее лойаточную турбинуработающую на выхлопных газах двигателя, втбрич ную турбину, работающую на рабочем теле, подогреваемом выхлопными газами, нагнетатель этого рабочего тела и теплообменник, размещенный в магистрали подачи рабочего тела из нагнетателя во вторичную турбину, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД путем совместного использования кинетической и тепловой энергии, лопаточная турбина,3. Устройство по пп, 1личающеесятем, ч тки расположены равномерноности4, Устройство по п, 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что цилиндри-ческие трубки расположены равномернопо окружностям разного диаметра.5, Устройство по п. 4 о.т л ич а ю щ е е с я тем, что трубки,расположенные по окружности разногодиаметра, смещены одна относительнодругой в угловом направлении,б. Устройство по пп. 2-5, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что наружныеповерхности трубок снабжены профильныья ныступами для понышения сопротивления потоку.Изобретение относится к использо-ванию энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.Известно устройство для использования энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее лопаточиую турбину, работающуюна выхлопных газах двигателя, вторичную турбину, работающую иа рабо-чем теле, подогреваемом выхлопнымигазами, нагнетатель этого рабочеготела и теплообменник, размещенныйв магистрали подачи рабочего тела изнагнетателя во вторичную турбину ИВ известном устройстве в лопаточкой турбинеиспользуется кинематическая энергия выхлопных газов, а вутилизационной - теряемая тепловаяэнергия, Раздельное использованиекинетической и тепловой энергии непозволяет использовать оба эти видаэнергии с достаточно высокой .эффективностью.Цель изобретения - повышение КПДпутем совместного использования кинетической и тепловой энергии,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для использования энергии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем лопаточную турбину, работающуюна выхлопных газах двигателя, вторичную .турбину, работающую на рабочем теле, подогреваемом выхлопнымгазами, нагнетатель этого рабочеготела и теплообменник, размещенныйв магистрали подачи рабочего телаиз нагнетателя во вторичную Фурбину,лопаточная турбина, нагнетатель итеплообменник объединены в единыйблок и лопатки турбины выполненыполыми в виде поверхностей теплообменника и их полости включены в магистраль подачи рабочего тела изнагнетателя во вторичную турбину.Лопатки могут быть выполнены ввиде цилиндрических трубок.Лопатки расположены равномернопо окружности.Цилиндрические трубки могут бытьрасположены равномерно пЬ окружностям разного диаметра.Трубки, расположенные на окружностях разного диаметра, могут бытьсмещены одна относительно другой вугловом направлении,. Наружные поверхности трубок могутбыть снабжены профильными выступамидля повышения сопротивления потоку,На фиг, 1 показана принципиальная схема. устройства; на фиг2баланс энергии двигателя внутреннего сгорания; иа фиг, 3 - пояснениеиспользования кинетической энергиивыхлопных газов двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 4 - схематическое.изображение объединенного блока;на фиг, 5 - то же, продольный разрез; на фиг. б - поперечный разрезблока по фиг, 5; на фиг 7 - поперечный разрез блока, у которого лопатки выполнены в. виде цилиндрических трубок; на фиг. 8 - то же, прирасположении трубок на окружностяхразного диаметра со смещением в уг.ловом направлении; на фиг, 9 - раз- .рез А-А на фиг. 8; на. фиг. 10 - се"чение трубки с профильными выступами10 на наружной поверхности,К двигателю 1 внутреннего сгорания подключена лопаточная турбина 2,работающая на его выхдопных газахи расположенная,с нагнетателем 3 и15 утилизационной турбиной 4 на общемвалу 5,Обе турбины, нагнетатель 3и теплообменник б объединены в блок7. Газовпускная магистраль 8 турбины 2 подключена к выхлопному коллектору двигателя, а выхлопной патрубок 9 - к теплообменнику б, Черезвсасывающий трубопровод 10 в нагнетатель 3 поступает рабочее тело,которое затем поступает в магист 25 раль 11, теплообменник б и черезвоздушный трубопровод 12 - в утилизационную турбину 4 и далее по трубопроводу 13 в выхлопную трубу 14.На фиг. 4 показан блок 7, в кото.ром турбина 15, работающая на выхЗ 0 лопных газах, размещена между нагие.тателем 16 и утилизационной турбиной 17. Вращающийся ротор 18 блокаразмещен в неподвижном корпусе 19 ивместе с корпусом образует узел 20.35 Продольный. разрез этого узла показан на фиг, 5, а поперечный нафиг, б. Впускные патрубки 21 предусмотрены для, подачи выхлопных газовв корпусе 19. Центральная труба 2240 снабжена отверстиями 23. Торцы 24и 25 корпуса 19 образуют опоры дляцентральной трубы 22, .причем турбинные лопатки выполнены с полостями 26и торец 24 имеет отверстия 27 длявыхлопа из утилизационной турбины.В левой части 28 нагнетателя 16 выполнено отверстие 29 для всасываниявоздуха, а с противоположной стороны в корпусе 19 предусмотрено отвер"500.стие 30 для отвода выхлопных газов,Таким образом, полости лопаток включены в.магистраль подачи рабочеготела иэ нагнетателя в утидиэационнуктурбину, а полые лопатки являютсятеплообменником. Мощность утилизаци-онной турбины может передаваться надвигатель через привод 31 и расходоваться на привод вспомогательныхагрегатов, например на,привод генератора,б 0Лопатки могут быть выполнены профилированными, как показано нафиг. 6, или в виде цилиндрическихтрубок 32 (фиг. 7) и расположены равномерно по окружности (фиг. б. и 7),1074414 или по окружностям разного диаметра (фиг, 8), причем в последнем случаетрубки, расположенные на окружностях разного диаметра, смещены одна односительно другой в угловом направлении. Лопатки 32, выполненные в виде трубок, могут быть снабжены иа наружноФ поверхности профильными выступами 33 любой конфигурации для повышения сопротивления потоку, В .случае выполнения в виде трубок лопаточную турбину выполняют с выпускными патрубками 34 касательными к ее корпусу, Устройство может быть также снабжено вецомым элементом 35 для передачи можности двигателя 1 или вспомогательным агрегатам.После запуска двигателя 1 выхлоп ные газы приводят во вращение турбину 2, а последняя - нагнетатель 3. .Всасываемый и сжимаемый в нагнетателе воздух подводится через магистраль 11 в теплообменник 6. В тот же; .теплообменник поступают выхлопные газы из выхлопного патрубка 9, В теплообменнике происходит теплообмен между выхлопными газами .и .воздухом, нагретый воздух поступает в утилизационную турбину и там расширяется, отдавая энергию, и через трубопровод 13 отводится в выхлопную трубу 14, а затем в атмосферу.Если турбины, нагнетатель и теп-. лообменник объединены в блок , атеплообменник выполнен в виде поло".стей в лопатках турбины, работающей на выхлопных газах, то,. как показано на фиг. 4-10, после запуска двигателя 1 его выхлопные газы черезвпускные патрубки 21 подводятся к турбине 15, работающей на выхлопных газах, Эта турбина приводит нагнетатель .16.Последний сжимает воздух, подает его через полости 26 в лопатках турбины 15 к утилизационной турбине 17. В полостях лопаток этот воэдук нагревается теплом выхлопных газов и они служат поверхностями теплообменника. Полости лопаток включены в магистраль подачи воздуха из нагнетателя в утилизационную турбину 17, в которой воздух расширяется, совершая полезную работу.Таким образом, в турбине 15 происходит совместное использование ки 4нетической энергии для превращенияв работу и тепловой энергии, которая передается сжатому рабочему телу(воздух) для последующего.превращения в работу в утилизационной турбине.Если лопатки выполнены в виде цилиндрических трубок, то отвод отработавших на лопатках выхлопных газовосуществляется не через отверстие 3010 в торце корпуса, а через специальнопредусмотренный выпускной патрубок,. расположенный тангенциально к цилиндрической поверхности корпуса,Профильные выступы на наружной.15 поверхности трубок, повышающие соп,ротивление потоку, улучшают теплооб.мен между газами с рабочим телом иулучшают, использование тепловой энергии,20В качестве рабочего тела можетбыть использован не только воздух,но также и вода илидругой испаряемый агент, например фреон, толуол25 и т.п, В этом. случае нагнетатель 16должен быть заменен насосом,.Исследованиями энергетическогобаланса автомобиля установлено распределение энергии в двигателе внутреннего сгорания с принудительнымзажиганием и водяным охлаждением.Из подводимогос топливом тепла око-.ло 35 теряется с выхлопными газами,около 20 - с охлаждающей водой иоколо 20 - через тепловое излучение.Так что только 25 эффективно прев ращается в работу (фиг, 2), Изэтогоследует, что значительная часть энергии теряется с выхлопными газами,Это потери с одной стороны, кинети 40 ческой энергии (скорость выхлопныхгазов) и, с .другой стороны, тепловой энергии (высокая температура выхлопных газов) . 45 Известно, что вследствие неполно,го расширения в цилиндрах двигателячасть теоретически достижимой мощности теряется. Это мощность потерь С,составляет в зависимости от эксплуатационного режима двигателя 20-40индикаторной мощности Ы (фиг. 3).Устройство позволяет использовать энергию этих потерь совместно,что повышает его КПД., Раушская н тираж 52 ВНИИПИ Государст по делам изобр 3035, Москва, Ж-З