專利名稱：增壓柴油機(jī)富氧進(jìn)氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高分子膜分離技術(shù)的增壓柴油機(jī)富氧進(jìn)氣裝置。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的增壓柴油機(jī)進(jìn)氣裝置主要包括空氣濾清器、壓氣機(jī)、中冷器、進(jìn)氣管等，其進(jìn)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(jī)要實(shí)現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)換，氣缸內(nèi)必須有充足的氧氣，因氣缸的容積有限，每循環(huán)進(jìn)入氣缸的氧氣量也有限，再加上混合氣形成的速度和質(zhì)量所限，使得傳統(tǒng)的柴油機(jī)氣缸內(nèi)能完全燃燒的燃油量有限，從而使柴油機(jī)的功率提高受到限制，且由于缺氧，燃油燃燒不完全，經(jīng)濟(jì)性下降，排放變差。顯然，提高進(jìn)入柴油機(jī)氣缸中的含氧量，即富氧進(jìn)氣，在循環(huán)供油量不變的前提下，可促進(jìn)燃油充分燃燒，提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低CO，HC的排放，提高柴油機(jī)的效率，在過量空氣系數(shù)不變的前提下，可燃燒更多的燃油，提高柴油機(jī)的做功能力。試驗(yàn)表明25％的富氧氣流隨燃料一起噴入柴油機(jī)，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(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有柴油機(jī)的比功率、比重量、效率、排放等方面的不足，本發(fā)明提供一種增壓柴油機(jī)富氧進(jìn)氣裝置，該富氧進(jìn)氣裝置不僅能提高柴油機(jī)的升功率和效率，而且能改善柴油機(jī)的排放性能，降低柴油機(jī)單位功率的重量(比重量)。
膜法空氣分離技術(shù)，主要是利用空氣中各組分透過膜時(shí)的滲透速率不同，在壓力差的驅(qū)動(dòng)下，滲透率相對(duì)較慢的氣體如氮?dú)?，一氧化碳等氣體被滯留在膜的滯留側(cè)，而滲透率相對(duì)較快的氧氣透過膜，在膜的滲透側(cè)被富集，從而制得富氧氣體。在制備含氧40％以下的空氣時(shí)，膜法空氣分離技術(shù)具有節(jié)能顯著，裝置簡單，起動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 增壓柴油機(jī)富氧進(jìn)氣裝置，包括空氣濾清器，對(duì)過濾空氣進(jìn)行增壓的渦輪壓氣機(jī)，對(duì)增壓空氣進(jìn)行冷卻的中冷器，冷卻后空氣送入柴油機(jī)的氣缸參與燃燒，燃燒后的廢氣能量被增壓器的渦輪利用，用以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，還包括對(duì)過濾空氣進(jìn)行氧氣富集的高分子膜法空氣分離裝置，過濾空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送入高分子膜法空氣分離裝置，用以驅(qū)動(dòng)富集氧氣的真空泵，對(duì)富集氧氣進(jìn)行干燥的氣水分離器和脫濕器。
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(duì)稱高分子卷式或平板式膜是由一層厚度為0.1～1μm的致密膜層(均質(zhì)層)支撐，在一張高密多孔的底材(多孔層)上構(gòu)成的。氣體分離過程在致密膜層中發(fā)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(duì)稱高分子卷式膜或平板式膜，富氧膜的材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其改性產(chǎn)品或含三甲基硅烷基的高分子材料。高分子膜法空氣分離裝置的數(shù)量根據(jù)柴油機(jī)的功率為一個(gè)或多個(gè)，采用多個(gè)時(shí)其聯(lián)接方式為并聯(lián)聯(lián)接。
本發(fā)明適應(yīng)于缸數(shù)為4～16缸，功率為100～4500kW的多缸大功率柴油機(jī)。
具體工作過程為空氣經(jīng)濾清器過濾后，由鼓風(fēng)機(jī)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(shí)的滲透速率不同，在真空泵提供壓力差的驅(qū)動(dòng)下，滲透速率相對(duì)較快的氧氣透過膜，形成富氧空氣，富氧空氣經(jīng)過氣水分離器和脫濕器后，得到的干燥富氧空氣經(jīng)過渦輪增壓器的壓氣機(jī)進(jìn)行增壓，經(jīng)中冷器冷卻后，送入柴油機(jī)的氣缸參與燃燒，燃燒后的廢氣能量被增壓器的渦輪利用，用以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)。
本發(fā)明的有益效果是富氧進(jìn)氣，加快了燃油的燃燒速度，促進(jìn)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(huán)燃油的燃燒量，提高熱量利用率，從而可以提高柴油機(jī)的效率3％～5％，強(qiáng)化柴油機(jī)的做功能力，25％的富氧可提高功率22％，降低柴油機(jī)污染物的排放。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明采用二個(gè)高分子膜法空氣分離裝置實(shí)施例原理圖。
圖3是本發(fā)明的高分子膜法空氣分離裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1、2中，空氣濾清器1，鼓風(fēng)機(jī)2，高分子膜法空氣分離裝置3，真空泵4，氣水分離器5，脫濕器6，壓氣機(jī)7，中冷器8，柴油機(jī)9，渦輪10，壓氣機(jī)7與渦輪10并聯(lián)?？諝鉃V清器1要求能過濾10μm以上的灰塵，阻力小于35mmH2O，鼓風(fēng)機(jī)2的全壓為3～5kPa，風(fēng)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(shù)量為1個(gè)；真空泵4要求在65～75kPa范圍內(nèi)有較大的抽氣速率，真空泵上應(yīng)裝有調(diào)節(jié)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?。幻摑衿?采用氯化鋰吸附脫濕；壓氣機(jī)7采用離心式，根據(jù)柴油機(jī)的增壓要求，可采單級(jí)或多級(jí)壓縮；中冷器8采用全鋁管帶式或封條式，用來冷卻壓氣機(jī)7中出來的增壓富氧空氣，以提高柴油機(jī)的充氣效率；廢氣渦輪10回收柴油機(jī)排氣的能量，用以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)7。
圖2中，采用二個(gè)高分子膜法空氣分離裝置3并聯(lián)，并安裝相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥，以滿足大功率的需要，也可以是在一組膜失效后，另一組投入工作，保證整個(gè)系統(tǒng)能連續(xù)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(jīng)空氣管進(jìn)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(qū)動(dòng)下，透過高分子膜12形成富氧空氣，并在真空均分器13內(nèi)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(duì)稱高分子卷式或平板式膜是由一層致密膜層(均質(zhì)層)支撐，在一張高密多孔的底材(多孔層)上構(gòu)成，氣體分離過程就在這一致密膜層中發(fā)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，并用外殼15密封保護(hù)。
權(quán)利要求
1.增壓柴油機(jī)富氧進(jìn)氣裝置，包括空氣濾清器，對(duì)過濾空氣進(jìn)行增壓的渦輪壓氣機(jī)，對(duì)增壓空氣進(jìn)行冷卻的中冷器，冷卻后空氣送入柴油機(jī)的氣缸參與燃燒，燃燒后的廢氣能量被增壓器的渦輪利用，用以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，其特征在于還包括對(duì)過濾空氣進(jìn)行氧氣富集的高分子膜法空氣分離裝置，過濾空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送入高分子膜法空氣分離裝置，用以驅(qū)動(dòng)富集氧氣的真空泵，對(duì)富集氧氣進(jìn)行干燥的氣水分離器和脫濕器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于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(duì)稱高分子卷式或平板式膜是由一層厚度為0.1～1μm的致密膜層支撐，在一張高密多孔的底材上構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于高分子膜法空氣分離裝置的數(shù)量根據(jù)柴油機(jī)的功率為一個(gè)或多個(gè)，采用多個(gè)時(shí)其聯(lián)接方式為并聯(lián)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于適應(yīng)于缸數(shù)為4～16缸、功率為100～4500kW的多缸大功率柴油機(jī)。
全文摘要
增壓柴油機(jī)富氧進(jìn)氣裝置，空氣經(jīng)濾清器過濾后，由鼓風(fēng)機(jī)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(shí)的滲透速率不同，在真空泵驅(qū)動(dòng)下，滲透速率相對(duì)較快的氧氣透過膜，形成富氧空氣，富氧空氣經(jīng)過氣水分離器和脫濕器后，經(jīng)過渦輪增壓器的壓氣機(jī)進(jìn)行增壓，經(jīng)中冷器冷卻后，送入柴油機(jī)的氣缸參與燃燒。本發(fā)明的有益效果是富氧進(jìn)氣，加快了燃油的燃燒速度，促進(jìn)完全燃燒，減少廢氣的排放量，煙度大大降低，增加每循環(huán)燃油的燃燒量，提高熱量利用率，從而可以提高柴油機(jī)的效率3％～5％，強(qiáng)化柴油機(jī)的做功能力，25％的富氧可提高功率22％，降低柴油機(jī)污染物的排放。
文檔編號(hào)F02B37/00GK1873196SQ20061003163
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者蔣紹堅(jiān), 蔣受寶, 艾元方 申請(qǐng)人:中南大學(xué)