喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010465472.X (22)申请日 2020.05.28 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大学北洋园校区 (72)发明人 刘海峰孔祥恩郑尊清尧命发 (74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代 理事务所 12201 代理人 李素兰 (51)Int.Cl. F02M 25/022(2006.01) F02M 25/028(2006.01) F01N 5/02(2006.01) (54)发明名称 一种喷水清洁燃烧发动。

2、机蒸馏水发生装置 (57)摘要 本发明公开了一种喷水清洁燃烧发动机蒸 馏水发生装置， 第一水箱中装有第一水位传感 器， 水位数字显示器接收第一水位传感器的信号 并显示水位。 第一水箱依次连接第一水泵、 水滤 清器、 热交换器的管程、 第一冷凝器的管程、 第二 冷凝器的管程和第二水箱。 在热交换器管程膨胀 段、 第二水箱、 第一冷凝器管程膨胀段中分别装 有第三水位传感器、 第二水位传感器和压力传感 器。 这三个传感器向主控芯片传输信号， 经放大 处理后， 分别向第三电磁控制阀、 第一电磁控制 阀和第一水泵、 第二电磁控制阀输出控制信号控 制其开启与关闭。 在第一冷凝器和第二冷凝器中 形成的蒸馏水。

3、都流入第二水箱。 燃料的能量利用 效率得到了提高。 同时， 安装此装置后实现了蒸 馏水自供。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 111692019 A 2020.09.22 CN 111692019 A 1.一种喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置， 包括第一水箱(9)， 其特征在于： 开在所 述的第一水箱(9)下部的出水口通过管线依次连接第一水泵(8)、 水滤清器(7)以及热交换 器(6)的管程入口， 所述的第一冷凝器(11)的冷凝管末端的膨胀段(1106)的顶部通过第一 蒸汽输出管(1104)依次连接第二电磁控制阀(1103)以及第二冷凝器(12)的冷凝管的入口， 所述的第二冷凝器(。

4、12)的冷凝管末端的膨胀段(1204)的顶部通过安装有蒸汽溢出阀 (1201)的第二蒸汽输出管(1202)与大气连通， 所述的第一冷凝器(11)的冷凝管末端的膨胀 段(1106)的底部通过安装有第一电磁控制阀(1102)的第一蒸馏水输出管(1105)与第二水 箱(13)顶部的进水口相连并且第二冷凝器(12)的冷凝管末端的膨胀段(1204)的底部通过 管道与第二水箱(13)顶部的进水口相连， 一个发动机气缸的排气管(2)依次连接热交换器 (6)的壳程的进口(606)以及热交换器(6)的壳程出口(607)； 所述的第二水箱(13)底部的出 水口通过输水管线依次连接第二水泵(15)以及安装在发动机气。

5、缸进气管(1)上的电磁高压 水雾化喷嘴(16)； 开在所述的热交换器(6)的膨胀段(603)下部的出水口通过管道与开在热交换器(6)外 壳上的液态水出口(604)的一端相连， 所述的液态水出口(604)的另一端通过安装有第三电 磁控制阀(610)的回水管(601)与开在第一水箱(9)顶部的加水口(901)连通； 开在所述的热 交换器(6)的膨胀段(603)上部的蒸汽出口通过管道与开在热交换器(6)外壳上的蒸汽出口 (605)的一端相连， 所述的蒸汽出口(605)的另一端通过蒸汽管道(602)与第一冷凝器(11) 的管程入口相连； 在所述的第一水箱(9)、 第二水箱(13)以及热交换器(6)的膨。

6、胀段(603)上分别安装有 第一水位传感器(902)、 第二水位传感器(1301)、 第三水位传感器(609)， 一个水位数字显示 器(14)与第一水位传感器(902)相连接， 一个主控芯片(10)通过控制线分别与第一水泵 (8)、 第一电磁控制阀(1102)、 第二电磁控制阀(1103)、 第三电磁控制阀(610)、 第二水位传 感器(1301)、 第三水位传感器(609)以及压力传感器(1101)相连。 2.根据权利要求1所述的所述的喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置， 其特征在于： 所 述的第一水位传感器(902)、 第二水位传感器(1301)和第三水位传感器(609)采用浮筒式液 位传感。

7、器、 浮球式液位传感器或静压式液位传感器。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111692019 A 2 一种喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置 技术领域 0001 本发明涉及内燃机， 具体涉及一种喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置。 背景技术 0002 研究发现， 柴油机掺水燃烧能够改善燃烧过程， 降低NOx的排放， 提高燃油经济性， 掺水方法主要有： 水乳化燃料、 燃烧室内喷水和进气管喷水等。 0003 缸内直接喷水机技术， 是通过将水与发动机的燃料混合乳化后， 通过发动机的供 油系统送入气缸参与燃烧。 进气道喷水技术， 在进气管内设置水雾化喷嘴， 随进气向燃烧室 内供水。 无论哪一种喷水技术。

8、， 都需要相应的供水装置， 而且所用的水必须为蒸馏水， 否则 会因水中的杂质及矿物质等物质损坏发动机活塞和缸壁， 缩短内燃机的使用寿命。 0004 内燃机在运行过程中， 因燃烧排出的废气， 会产生很多的热量， 目前这部分余热并 没有被到很好地利用系统。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服已有技术的缺点， 提供一种实现对喷水系统能够自供蒸馏 水， 同时提高了能源利用效率的喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置。 0006 本发明的一种喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置， 包括第一水箱， 开在所述的 第一水箱下部的出水口通过管线依次连接第一水泵、 水滤清器以及热交换器的管程入口， 所述的第一冷凝器的。

9、冷凝管末端的膨胀段的顶部通过第一蒸汽输出管依次连接第二电磁 控制阀以及第二冷凝器的冷凝管的入口， 所述的第二冷凝器的冷凝管末端的膨胀段的顶部 通过安装有蒸汽溢出阀的第二蒸汽输出管与大气连通， 所述的第一冷凝器的冷凝管末端的 膨胀段的底部通过安装有第一电磁控制阀的第一蒸馏水输出管与第二水箱顶部的进水口 相连并且第二冷凝器的冷凝管末端的膨胀段的底部通过管道与第二水箱顶部的进水口相 连， 一个发动机气缸的排气管依次连接热交换器的壳程的进口以及热交换器的壳程出口； 所述的第二水箱底部的出水口通过输水管线依次连接第二水泵以及安装在发动机气缸进 气管上的电磁高压水雾化喷嘴； 0007 开在所述的热交换器的。

10、膨胀段下部的出水口通过管道与开在热交换器外壳上的 液态水出口的一端相连， 所述的液态水出口的另一端通过安装有第三电磁控制阀的回水管 与开在第一水箱顶部的加水口连通； 开在所述的热交换器的膨胀段上部的蒸汽出口通过管 道与开在热交换器外壳上的蒸汽出口的一端相连， 所述的蒸汽出口的另一端通过蒸汽管道 与第一冷凝器的管程入口相连； 0008 在所述的第一水箱、 第二水箱以及热交换器的膨胀段上分别安装有第一水位传感 器、 第二水位传感器、 第三水位传感器， 一个水位数字显示器与第一水位传感器相连接， 一 个主控芯片通过控制线分别与第一水泵、 第一电磁控制阀、 第二电磁控制阀、 第三电磁控制 阀、 第二水。

11、位传感器、 第三水位传感器以及压力传感器相连。 0009 本方法的有益效果是： 说明书 1/4 页 3 CN 111692019 A 3 0010 可实现蒸馏水自供， 不必专门去加蒸馏水； 利用排气余热生产蒸馏水， 提高了燃料 的能量利用效率。 附图说明 0011 图1是本发明的一种喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置的结构示意图。 0012 图2是图1所示的装置中的热交换器的结构示意图。 具体实施方式 0013 以下参照附图并通过具体实施例对本发明作进一步的说明： 0014 如图1所示， 本发明的一种喷水清洁燃烧发动机蒸馏水发生装置， 包括第一水箱9， 开在所述的第一水箱9下部的出水口通过管线依。

12、次连接第一水泵8、 水滤清器7以及热交换 器6的管程入口， 所述的第一冷凝器的冷凝管末端的膨胀段1106的顶部通过第一蒸汽输出 管1104依次连接第二电磁控制阀1103以及第二冷凝器12的冷凝管的入口， 所述的第二冷凝 器12的冷凝管末端的膨胀段1204的顶部通过安装有蒸汽溢出阀1201的第二蒸汽输出管 1202与大气连通。 所述的第一冷凝器11的冷凝管末端的膨胀段1106的底部通过安装有第一 电磁控制阀1102的第一蒸馏水输出管1105与第二水箱13顶部的进水口相连并且第二冷凝 器12的冷凝管末端的膨胀段1204的底部通过管道与第二水箱13顶部的进水口相连。 一个发 动机气缸的排气管2依次连。

13、接热交换器6的壳程的进口606以及热交换器6的壳程出口607。 0015 所述的第二水箱13底部的出水口通过输水管线依次连接第二水泵15(第二水泵15 由控制发动机喷油喷水策略的ECU控制， 本发明不涉及喷油喷水策略的控制。 )以及安装在 发动机气缸进气管1上的电磁高压水雾化喷嘴16。 0016 开在所述的热交换器6的膨胀段603下部的出水口通过管道与开在热交换器6外壳 上的液态水出口604的一端相连， 所述的液态水出口604的另一端通过安装有第三电磁控制 阀610的回水管601与开在第一水箱9顶部的加水口901连通； 开在所述的热交换器6的膨胀 段603上部的蒸汽出口通过管道与开在热交换器6。

14、外壳上的蒸汽出口605的一端相连， 所述 的蒸汽出口605的另一端通过蒸汽管道602与第一冷凝器11的管程入口相连。 0017 在所述的第一水箱9、 第二水箱13以及热交换器6的膨胀段603上分别安装有第一 水位传感器902、 第二水位传感器1301、 第三水位传感器609。 所述的第一水位传感器902、 第 二水位传感器1301和第三水位传感器609可采用浮筒式液位传感器、 浮球式液位传感器或 静压式液位传感器。 0018 一个水位数字显示器14与第一水位传感器902相连接， 当液位低于1/5水箱高度时 需人工向第一水箱9中加水； (水位数字显示器与水位传感器均是现有产品)。 0019 一个。

15、主控芯片10通过控制线分别与第一水泵8、 第一电磁控制阀1102、 第二电磁控 制阀1103、 第三电磁控制阀610、 第二水位传感器1301、 第三水位传感器609以及压力传感器 1101相连。 0020 所述的主控芯片10主要执行以下功能： 1、 接收来自第二水位传感器1301的液位信 号， 经过放大处理后， 向第一电磁控制阀1102和第一水泵8输出控制信号。 2、 接收来自压力 传感器1101的压力信号， 经过放大处理后， 向第二电磁控制阀1103输出控制信号。 3、 接收来 自第三水位传感器609的液位信号， 经过放大处理后， 向第三电磁控制阀610输出控制信号。 说明书 2/4 页 。

16、4 CN 111692019 A 4 具体控制过程如下： 0021 1、 当第二水箱13内水位达到4/5水箱高度时， 第二水位传感器1301将液位信号传 输至主控芯片10， 经过放大处理后向第一水泵8和第一电磁控制阀1102输出控制信号， 使第 一水泵8停止工作， 同时使第一电磁控制阀1102关闭， 蒸馏水发生装置暂停工作； 当水位下 降到1/3水箱高度时， 第二水位传感器1301将液位信号传输至主控芯片10， 经过放大处理后 向第一水泵8和第一电磁控制阀1102输出控制信号， 使第一电磁控制阀1102打开， 同时使第 一水泵8开始工作， 蒸馏水发生装置开始工作。 0022 2、 膨胀段110。

17、6内装有压力传感器1101， 当膨胀段1106内的压力增大到0.3MPa时， 压力传感器1101将压力信号传输至主控芯片10， 经过放大处理后向第二电磁控制阀1103输 出控制信号， 使第二电磁控制阀1103打开， 蒸汽进入第二冷凝器12。 0023 3、 当膨胀段603中液态水液位高于膨胀段603的1/3高度时， 第三水位传感器609将 液位信号传输至主控芯片10， 经过放大处理后向第三电磁控制阀610输出控制信号， 使第三 电磁控制阀610打开， 液态水从膨胀段603下方的出口流出。 0024 所述的热交换器6的结构简图如图2所示， 工作过程如下： 水流经水滤清器7后通过 热交换器6的进口。

18、608进入热交换器6的管程， 水经加热可能会液态水和水蒸气同时存在， 然 后流过管程后流入管程末端的热交换器的膨胀段603。 当膨胀段603中液态水液位高于膨胀 段603的1/3高度时， 第三水位传感器609将液位信号传输至主控芯片10， 经过放大处理后向 第三电磁控制阀610输出控制信号， 使第三电磁控制阀610打开， 液态水从膨胀段603下方的 出口流出， 该出口与液态水出口604相连， 之后液态水经回水管601流回第一水箱9； 蒸汽从 膨胀段603上方的出口排出， 该出口与蒸汽出口605相连， 之后蒸汽经蒸汽管道602进入第一 冷凝器11。 0025 发动机气缸为现有结构， 图中： 3为。

19、进气阀、 4为排气阀、 5为活塞。 0026 采用本装置的工作过程如下: 0027 外部水源由加水口901进入第一水箱9， 第一水箱9内置有第一水位传感器902， 第 一水位传感器902将箱内水位信号传递给水位数字显示器14， 当液位低于1/5水箱高度时需 向第一水箱9中加水。 第一水箱9内的水由第一水泵8泵出， 进入水滤清器7， 将水中直径较大 的杂质过滤后， 水流进入热交换器6的管程。 热交换器6内设有螺旋形管道， 且水流方向与排 气方向相反， 目的是强化换热。 水在热交换器6内一部分受热蒸发变为蒸汽， 一部分仍为液 态水， 液态水返回第一水箱9， 蒸汽进入第一冷凝器11。 冷凝器采用风扇。

20、或者其他方式进行 辅助散热。 在第一冷凝器11中的蒸汽一部分被冷凝成蒸馏水， 一部分仍为蒸汽。 蒸馏水与蒸 汽进入冷凝管末端的膨胀段1106， 上下分层， 上层为蒸汽， 下层为蒸馏水。 在该膨胀段1106 内装有压力传感器1101， 当膨胀段1106内的压力增大到0.3MPa时， 压力传感器1101将压力 信号传输至主控芯片10， 经过放大处理后向第二电磁控制阀1103输出控制信号， 使第二电 磁控制阀1103打开， 蒸汽进入第二冷凝器12， 蒸馏水通过第一电磁控制阀1102进入第二水 箱13(装置工作过程中第一电磁控制阀1102处于开启状态， 装置暂停工作时， 第一电磁控制 阀1102关闭)。

21、。 蒸汽进入第二冷凝器12后， 仍有可能一部分被冷凝成蒸馏水， 一部分仍为蒸 汽， 进入冷凝管末端的膨胀段1204后， 下层的蒸馏水通过第二蒸馏水输出管1203进入第二 水箱13， 上层的蒸汽通过蒸汽溢出阀1201排进大气。 第二水箱13内置有第二水位传感器 1301， 当水位达到4/5水箱高度时， 第二水位传感器1301将液位信号传输至主控芯片10， 经 说明书 3/4 页 5 CN 111692019 A 5 过放大处理后向第一水泵8和第一电磁控制阀1102输出控制信号， 使第一水泵8停止工作， 同时使第一电磁控制阀1102关闭， 蒸馏水发生装置暂停工作； 当水位下降到1/3水箱高度 时， 第二水位传感器1301将液位信号传输至主控芯片10， 经过放大处理后向第一水泵8和第 一电磁控制阀1102输出控制信号， 使第一电磁控制阀1102打开， 同时使第一水泵8开始工 作， 蒸馏水发生装置开始工作。 第一冷凝器11的第一蒸馏水输出管1105与第二水箱13入水 口相连。 第二水箱13中的水通过第二水泵15输送至电磁高压水雾化喷嘴16。 说明书 4/4 页 6 CN 111692019 A 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 111692019 A 7 。