專利名稱：一種真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種節(jié)能減排的環(huán)境友好型裝置，具體是對內(nèi)燃機(jī)廢氣余熱利用的一種
直O(jiān)
背景技術(shù)：
近年來，隨著全球能源消耗日益增加、環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與能 源環(huán)境的矛盾更加突出，節(jié)能減排逐漸成為新時期各行各業(yè)工作的重中之重。在能源動力 中，新能源技術(shù)正在逐步開發(fā)，完全取代石油資源還需相當(dāng)長的時間，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)相當(dāng) 成熟，汽油機(jī)、柴油機(jī)等傳統(tǒng)動力仍將在各個行業(yè)中發(fā)揮重要作用，內(nèi)燃機(jī)如何高效節(jié)能減 排在這能源結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)變的過渡期就顯得至關(guān)重要。汽油機(jī)、柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的熱效率只有30-45%，燃料燃燒總熱量的55% -70%以 排出廢氣和冷卻水循環(huán)散熱等方式被帶到大氣中，此部分能量未得到利用，此外，內(nèi)燃機(jī)等 熱機(jī)排放的廢氣余熱對環(huán)境還有嚴(yán)重?zé)嵛廴?，因此如何高效利用這部分能量對于內(nèi)燃機(jī)的 節(jié)能減排是關(guān)鍵的，設(shè)計一套高效的熱機(jī)能量回收利用裝置具有重要的使用價值及現(xiàn)實意 義。目前利用內(nèi)燃機(jī)余熱的裝置、機(jī)構(gòu)不少，但是熱利用效率不高，而且機(jī)構(gòu)龐大，噪 音大，還難以普遍推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，采用一種真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，提高熱機(jī)的 利用效率，且達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪音低的目的，可應(yīng)用于非移動設(shè)備和移動設(shè)備的內(nèi) 燃機(jī)上，本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，其特征在于所述廢氣能量回收利用裝置包括圓筒形的真空保溫筒身，位于真空保溫筒身中間 的廢氣-水熱交換器，位于廢氣-水熱交換器兩端的廢氣消音器和兩端的連接部件；所述真空保溫筒身為雙層套筒，內(nèi)層加熱內(nèi)膽和外層保護(hù)外殼之間為真空；所述廢氣-水熱交換器為封閉水箱，兩端的熱交換器前板和熱交換器后板之間設(shè) 置多根高溫導(dǎo)熱管，熱交換器前板和熱交換器后板上分別開設(shè)一根待加熱進(jìn)水管和一根待 加熱出水管；在所述廢氣-水熱交換器的水箱內(nèi)垂直于水箱軸線設(shè)置若干折流板，折流板的直 徑小于水箱的直徑，以交叉偏心的位置固定在水箱側(cè)壁，折流板上開設(shè)與水箱中高溫導(dǎo)熱 管數(shù)量相同、位置相應(yīng)的孔，高溫導(dǎo)熱管密封穿套于孔內(nèi)；所述廢氣消音器的結(jié)構(gòu)為，自兩端的熱交換器前板和熱交換器后板分別向外側(cè)連 接兩錐形的漸擴(kuò)管和漸縮管，在漸擴(kuò)管和漸縮管中分別置入開口朝外廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo) 出管，廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管呈圓筒形的杯狀，在廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管的壁部和底 部開設(shè)多個通氣孔；
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所述連接部件為法蘭盤或螺紋連接口 ；所述水管和氣管的進(jìn)、出方向可以是同向，也可以是逆向。進(jìn)一步的是，最兩端的折流板固定在開設(shè)待加熱進(jìn)水管或待加熱出水管一側(cè)的水 箱壁上。進(jìn)一步的是，所述高溫導(dǎo)熱管以焊接方式穿套固定于折流板上的孔內(nèi)。進(jìn)一步的是，所述水管和氣管的進(jìn)、出方向是逆向。采用本技術(shù)方案，在廢氣-水熱交換器封閉水箱內(nèi)，兩端的熱交換器前板和熱交 換器后板之間設(shè)置多根高溫導(dǎo)熱管，熱交換器前板和熱交換器后板上分別開設(shè)一根待加熱 進(jìn)水管和一根待加熱出水管，待加熱冷水經(jīng)過在封閉水箱內(nèi)與多根高溫導(dǎo)熱管充分接觸、 換熱可以得到很高的熱量，而封閉水箱又處在真空保溫筒身的雙層套筒內(nèi)，內(nèi)層加熱內(nèi)膽 和外層保護(hù)外殼之間為真空，使得換熱、加熱后的水溫不易向外界散發(fā)，在待加熱出水管中 能取得較高溫度的熱水。高溫的廢氣不是直接、簡單地由進(jìn)出氣管進(jìn)入和排出，而是經(jīng)過了 “自兩端的熱交 換器前板和熱交換器后板分別向外側(cè)連接兩錐形的漸擴(kuò)管和漸縮管，在漸擴(kuò)管和漸縮管中 分別置入開口朝外廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管，廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管呈圓筒形的杯狀， 在廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管的壁部和底部開設(shè)多個通氣孔”，由此，急速的進(jìn)、出氣被瞬間 細(xì)化、分散、減弱了，隨之高分貝的噪音也得到降低。所述廢氣_水高效熱交換器，由若干導(dǎo)熱管和多個折流板部件組成，導(dǎo)熱管束穿 套在多個折流板部件上，兩者在結(jié)合處焊接，導(dǎo)熱管將流入的廢氣分成多路，使熱交換更充 分。多根導(dǎo)熱管軸向之間由折流板部件起導(dǎo)流作用，使被加熱水加熱更充分。所述折 流板部件為前后折流板位置錯開，使被加熱水曲折前進(jìn)，加長待加熱水在加熱水箱中的滯 留時間。其結(jié)構(gòu)為，在折流板部件上鉆一系列孔，用于使導(dǎo)熱管穿過它。折流板的圓心與導(dǎo) 熱管的定位圓心為偏心結(jié)構(gòu)，其偏心值為e，導(dǎo)熱管定位圓心與折流板圓心偏心位置可以視 折流板個數(shù)而定，如需4個，則每個折流板偏心位置可轉(zhuǎn)過90°。在水箱加熱器中不同位置 折流板的偏心方向設(shè)計不同，目的是使折流板能在不同的方向上與水箱壁產(chǎn)生間隙，使待 加熱水流通。廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管呈圓筒形的杯狀，在廢氣導(dǎo)入管和廢氣導(dǎo)出管的壁部和 底部開設(shè)多個通氣孔，可以增大廢氣流通面積。其底板可以是帶圓孔的弧形板，也可以是無 弧度的直板。所述廢氣消音部件包括廢氣流入部件和廢氣流出部件兩個部分，廢氣流入部件是 由廢氣導(dǎo)入管和漸擴(kuò)管焊接而成，廢氣流出部件是由廢氣導(dǎo)出管和漸縮管焊接而成。所述 漸擴(kuò)管和漸縮管呈錐形，其漸擴(kuò)、漸縮結(jié)構(gòu)使廢氣能量在其中被吸收，使廢氣能量得到消 耗，降低熱機(jī)的排氣噪聲。漸擴(kuò)管的漸擴(kuò)效果還可降低廢氣流速，減少熱交換器前板受到的廢氣沖擊，使整 個裝置工作更可靠。廢氣導(dǎo)入管與廢氣導(dǎo)出管，在管子的圓周開有多排廢氣通過孔，增大排氣面積，可 以減小對熱交換器前板受到的廢氣沖擊和降低噪音。所述進(jìn)出水部件中一進(jìn)水管接頭可以位于整個裝置的廢氣出口端，出水管接頭可以位于在整個裝置的廢氣入口端，如此配置使得被加熱水冷流和廢氣熱源兩者逆流換熱， 可以得到更高的出水溫度，提高熱轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果①該裝置采用獨特雙層套筒的真空隔熱結(jié)構(gòu)，以減少整個裝置熱損失，提高換熱 效率。②該裝置采用的廢氣_水熱交換器熱管由導(dǎo)熱銅管、外殼和折流板組成，其構(gòu)造 簡單、緊湊。③導(dǎo)熱管采用多管束加熱設(shè)計，使換熱更充分。④在多束導(dǎo)熱管上設(shè)有折流板，使待加熱的液體流程增加，換熱更充分。⑤通過本裝置后的廢氣能量被大大吸收，廢氣噪聲降低。⑥廢氣進(jìn)出管采用多孔結(jié)果，殼側(cè)采用漸擴(kuò)管形式，廢氣對熱交換器的沖擊減少， 提高整體裝置的使用可靠性。⑦被加熱水冷流和廢氣熱源為逆流換熱，提高熱轉(zhuǎn)換效率。該裝置還具有體積小，重量輕，阻力小，傳熱系數(shù)高，以及無運動部件等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置的一種實施方式結(jié)構(gòu)剖視 示意圖；圖2是圖1的零件指示圖；圖3是本發(fā)明的折流板以偏心方式固定在水箱側(cè)壁的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置配置在汽車上的一種實施 方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，0是廢氣能量回收利用裝置(本發(fā)明)、1是廢氣導(dǎo)出管、2是待加熱出水管、 3是加熱內(nèi)膽、5是導(dǎo)熱管、6是漸擴(kuò)管、7是法蘭盤、8是廢氣導(dǎo)入管、9是待加熱進(jìn)水管、10 是熱交換器前板、12是外殼、13是折流板、14是熱交換器后板、15是漸縮管。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。一種真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，所述廢氣能量回收利用裝置包括圓筒形的真空保溫筒身I，位于真空保溫筒身I 中間的廢氣-水熱交換器II，位于廢氣-水熱交換器II兩端的廢氣消音器III和兩端的連 接部件IV ；所述真空保溫筒身I為雙層套筒，內(nèi)層加熱內(nèi)膽3和外層保護(hù)外殼12之間為真 空；所述廢氣-水熱交換器II為封閉水箱，兩端的熱交換器前板10和熱交換器后板 14之間設(shè)置多根高溫導(dǎo)熱管5，熱交換器前板10和熱交換器后板14上分別開設(shè)一根待加 熱進(jìn)水管9和一根待加熱出水管2 ；在所述廢氣-水熱交換器II的水箱內(nèi)垂直于水箱軸線設(shè)置若干折流板13，折流板 13的直徑小于水箱的直徑，以交叉偏心的位置固定在水箱側(cè)壁，折流板13上開設(shè)與水箱中高溫導(dǎo)熱管5數(shù)量相同、位置相應(yīng)的孔，高溫導(dǎo)熱管5密封穿套于孔內(nèi)；所述廢氣消音器III的結(jié)構(gòu)為，自兩端的熱交換器前板10和熱交換器后板14分 別向外側(cè)連接兩錐形的漸擴(kuò)管6和漸縮管15，在漸擴(kuò)管6和漸縮管15中分別置入開口朝外 廢氣導(dǎo)入管8和廢氣導(dǎo)出管1，廢氣導(dǎo)入管8和廢氣導(dǎo)出管1呈圓筒形的杯狀，在廢氣導(dǎo)入 管8和廢氣導(dǎo)出管1的壁部和底部開設(shè)多個通氣孔；所述連接部件IV為法蘭盤7或螺紋連接口 ；所述水管和氣管的進(jìn)、出方向可以是同向，也可以是逆向。最兩端的折流板13固定在開設(shè)待加熱進(jìn)水管9或待加熱出水管2 —側(cè)的水箱壁 上。本技術(shù)方案可以保證水箱中的水流經(jīng)較長的路徑，獲得較大的熱量。所述高溫導(dǎo)熱管5以焊接方式穿套固定于折流板13上的孔內(nèi)，折流板13也以焊 接方式固定于水箱內(nèi)壁。所述水管和氣管的進(jìn)、出方向為逆向。經(jīng)計算和試驗，逆向方式獲得的熱效率更
尚ο以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作詳細(xì)說明。實施例一如圖4所示為兩套系統(tǒng)，系統(tǒng)一可加熱座椅(圖中實線回路)，通過廢氣能量回收 利用裝置0，將熱水泵入加熱坐墊，由坐墊中一系列管路將熱水可控地流過駕駛座椅，為其 加熱，加熱過的水則通過管路流回?zé)崮芑厥绽醚b置進(jìn)行加熱，為下一次坐墊加熱做準(zhǔn)備。 因此，有了該裝置冬天的駕乘更舒適，系統(tǒng)二(圖中虛線回路)，該系統(tǒng)可為駕乘人員提供暖風(fēng)。該系統(tǒng)由本發(fā)明廢氣能 量回收利用裝置0，發(fā)熱器、給水泵，冷卻水箱組成。熱水發(fā)生器通過吸收熱機(jī)排出的廢熱，加熱來自冷卻水箱的水，并由水泵將加熱 過的水送入發(fā)熱器中發(fā)熱，并由風(fēng)扇將該部分熱能吹入駕駛室，給駕乘人員供暖。此外，由于發(fā)動機(jī)工作并非穩(wěn)態(tài)，當(dāng)熱機(jī)在高負(fù)荷下工作，尾氣熱能大，被加熱水 的溫度也自然高，而當(dāng)熱機(jī)負(fù)荷小時，則正相反，因此得有處理器處理來自熱水發(fā)生器的水 溫傳感器傳來的溫度信息，控制水泵的排量，使熱水穩(wěn)定在合適的溫度值上。實施例二該裝置安裝在非移動設(shè)備的熱機(jī)上，如發(fā)電機(jī)組，將其通過法蘭與發(fā)動機(jī)排氣管 相連，熱機(jī)工作時，待加熱的水和進(jìn)水管相連，進(jìn)入該裝置的熱交換器，和熱交換器內(nèi)通過 的廢氣充分交換熱量后，經(jīng)過出水管流出，可用作洗澡熱水等。以1. 8L的發(fā)動機(jī)為例，各部 件的幾何尺寸取以下值熱機(jī)排氣管的直徑d3 = 50mmD-夕卜殼直徑D = 128mmCl1-加熱內(nèi)膽直徑Cl1 = UOmmd2-導(dǎo)熱管直徑d2 = ianrn ；d3-熱機(jī)排氣管直徑 d3 = 50mmL1-外殼長度L1 = 280mmL2-漸縮(擴(kuò))管高度 L2 = 80mm遵循如下關(guān)系式D= di+Smm; |； = 0,285 ； = 0.457 ； (I1 d2 d3 =10 1 4. 17 d3 = 2. 56經(jīng)試驗取得較好的熱效率c
權(quán)利要求
1.一種真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，其特征在于所述廢氣能量回收利用裝置包括圓筒形的真空保溫筒身(I)，位于真空保溫筒身(I) 中間的廢氣-水熱交換器(II)，位于廢氣-水熱交換器(II)兩端的廢氣消音器(III)和兩 端的連接部件(IV)；所述真空保溫筒身(I)為雙層套筒，內(nèi)層加熱內(nèi)膽(3)和外層保護(hù)外殼(12)之間為真空；所述廢氣-水熱交換器(II)為封閉水箱，兩端的熱交換器前板(10)和熱交換器后板 (14)之間設(shè)置多根高溫導(dǎo)熱管(5)，熱交換器前板(10)和熱交換器后板(14)上分別開設(shè) 一根待加熱進(jìn)水管(9)和一根待加熱出水管(2)；在所述廢氣-水熱交換器(II)的水箱內(nèi)垂直于水箱軸線設(shè)置若干折流板(13)，折流板 (13)的直徑小于水箱的直徑，以交叉偏心的位置固定在水箱側(cè)壁，折流板(13)上開設(shè)與水 箱中高溫導(dǎo)熱管(5)數(shù)量相同、位置相應(yīng)的孔，高溫導(dǎo)熱管(5)密封穿套于孔內(nèi)；所述廢氣消音器(III)的結(jié)構(gòu)為，自兩端的熱交換器前板(10)和熱交換器后板(14) 分別向外側(cè)連接兩錐形的漸擴(kuò)管(6)和漸縮管(15)，在漸擴(kuò)管(6)和漸縮管(15)中分別置 入開口朝外廢氣導(dǎo)入管(8)和廢氣導(dǎo)出管(1)，廢氣導(dǎo)入管(8)和廢氣導(dǎo)出管(1)呈圓筒形 的杯狀，在廢氣導(dǎo)入管(8)和廢氣導(dǎo)出管(1)的壁部和底部開設(shè)多個通氣孔；所述連接部件(IV)為法蘭盤(7)或螺紋連接口 ；所述水管和氣管的進(jìn)、出方向可以是同向，也可以是逆向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，其特征在于最兩端的 折流板(13)固定在開設(shè)待加熱進(jìn)水管(9)或待加熱出水管(2) —側(cè)的水箱壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，其特征在于所述高溫 導(dǎo)熱管(5)以焊接方式穿套固定于折流板(13)上的孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，其特征在于所述水管 和氣管的進(jìn)、出方向為逆向。
全文摘要
本發(fā)明是一種節(jié)能減排裝置，一種真空結(jié)構(gòu)式熱機(jī)廢氣能量回收利用裝置，包括圓筒形的真空保溫筒身(I)，位于真空保溫筒身(I)中間的廢氣-水熱交換器(II)，位于兩端的廢氣消音器(III)和兩端的連接部件(IV)；所述真空保溫筒身(I)的內(nèi)層加熱內(nèi)膽(3)和外層保護(hù)外殼(12)之間為真空；在所述廢氣-水熱交換器(II)的水箱內(nèi)垂直于水箱軸線設(shè)置若干折流板(13)，折流板(13)的直徑小于水箱的直徑，以交叉偏心的位置固定在水箱側(cè)壁，高溫導(dǎo)熱管(5)密封穿套于孔內(nèi)；本發(fā)明具有雙層套筒的真空隔熱結(jié)構(gòu)以減少整個裝置熱損失，提高換熱效率。在多束導(dǎo)熱管上設(shè)有折流板，使待加熱的液體流程增加，換熱更充分。廢氣噪聲降低，構(gòu)造簡單緊湊，體積小，重量輕，阻力小，傳熱系數(shù)高，無運動部件等優(yōu)點。
文檔編號F01N5/02GK102102564SQ20111000097
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者張雯, 方祖華, 沈丹墨, 沈杰, 許建政, 車子君 申請人:上海師范大學(xué)