CN101117907A - 天燃气发动机尾气消声和余热回收装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天燃气发动机尾气消声和余热回收装置及系统，该装置包括：一外壳体，由上盖、下盖和筒体构成；一尾气通道，由隔层与所述上盖、隔层与隔层之间或者隔层与所述下盖构成；一冷却水通道，由所述上盖、热交换管和所述下盖构成；还包括：一尾气进口管，其位于所述尾气通道顶端，焊接于所述筒体壁上；一尾气出口管，其位于所述尾气通道底端，穿透并焊接于所述下盖上；一冷却水进口管，其焊接于所述下盖外壁；一冷却水出口管，其焊接于所述上盖外壁侧面。该系统是在发动机冷却水余热回收系统增设一发动机尾气消声和余热回收装置，对发动机尾气进行消声处理并使发动机尾气与发动机冷却水进行热交换。
Description
技术领域
本发明涉及空调领域，尤其涉及一种用于天燃气发动机驱动的燃气热泵空调中发动机尾气消声和余热回收装置及系统。
背景技术
GHP(GAS HEAT PUMP，燃气热泵空调)是一种利用清洁能源的大功率、高性能空调系统。燃气热泵空调和电力热泵空调的制冷、制热结构完全相同，而区别在于燃气热泵空调的压缩机采用燃气发动机驱动，电力热泵空调的压缩机由电动机驱动。
燃气发动机为往复运动机械，将往复运动转变为回转运动，则可以驱动发电机组，进行燃气热泵空调的驱动。燃气热泵空调的发电效率一般为20～35％，热电综合利用效率一般为80％。
燃气热泵空调系统一般都具有发动机冷却循环水和排放尾气的余热回收系统，余热回收的主要对象为400～600℃的发动机排放尾气和85～90℃的发动机冷却循环水，可用于提高空调的供热能力或者进行其他形式的供暖。
中国专利00201116.6公开了一种天燃气发动机余热回收利用装置，由保温输水管道、阀门、散热器、风扇、热水贮能罐组成，天燃气发动机排气管上装有烟水换能器，在散热器水管上连接有水水换热器，烟水换能器与水水换热器间有保温输水管道连通，保温输水管道通过循环热水泵与热水贮能罐连通，使用该套装置即可将大量排放的余热回收。
上述天燃气发动机余热回收利用装置主要用于油田等大型发动机组，其缺点是设备过于复杂，如果用于燃气热泵空调系统会导致成本增高，且上述装置无法实现余热回收的自动控制。
如前所述，燃气热泵空调系统中余热回收的主要对象包括400～600℃的发动机排放尾气，当天燃气发动机工作时，一个工作冲程内，发动机排气门打开，尾气排出，此时，初始的排气压力达到0.3-0.5Mpa，温度高达400～600℃，同时，由于发动机的排气间歇性，排放尾气呈脉动形式，如果直接排放到大气中，会造成强烈的气流脉动噪声，并且排放尾气中带有未燃烧完全的火焰或者火星，会对环境造成危害，因此需要在发动机尾气排放处安装消声装置，以减小排放尾气的噪声和消除尾气中未燃烧完全的火焰或者火星，使尾气安全的进入大气环境中。
消声装置的基本原理为：通过多次的变换排气气流的方向，或者重复的使气流通过收缩又扩大的断面，或者将气流分割为许多小支流并沿着不平滑的平面流动等，以消耗排气气流的能量，衰减排气气流的压力，降低排气气流的噪声。
中国专利01206363.0公开了一种专用于天燃气发动机的排气消声装置，其是在位于排气管的出口端设置有消声器，该消声器内固定有带有有序小孔的钢板，并在钢板和消声器的外壳之间设置有吸声材料，利用赫姆霍兹共振器原理降低声能，大大降低发动机排气口的噪声污染。
在现有技术的燃气热泵空调系统中，余热回收装置和尾气消声装置是独立设置的，其缺点是会造成整体系统体积庞大，成本高。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种天燃气发动机尾气消声和余热回收装置及系统，该装置同时集成尾气消声和余热回收功能，该系统能够根据发动机冷却水的温度自动调节发动机冷却水的循环回路，以解决现有技术中余热回收装置和尾气消声装置独立设置而引起的燃气热泵空调整体系统体积庞大，成本高等缺陷。
为实现本发明的目的，本发明提供一种天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，包括：
一外壳体，该外壳体由上盖(1)、下盖(10)和筒体(9)构成；
一尾气通道，该尾气通道由隔层(5)与所述上盖(1)、隔层与隔层之间或者隔层(5)与所述下盖(10)构成；
一冷却水通道，该冷却水通道由所述上盖(1)、热交换管(8)和所述下盖(10)构成。
本发明的装置还包括：
一尾气进口管(3)，其位于所述尾气通道顶端，焊接于所述筒体(9)壁上；
一尾气出口管(7)，其位于所述尾气通道底端，穿透并焊接于所述下盖(10)上；
一冷却水进口管(6)，其焊接于所述下盖(10)外壁；
一冷却水出口管(4)，其焊接于所述上盖(1)外壁侧面。
一排空管(2)，其焊接于所述上盖(1)顶部。
所述上盖(1)、下盖(10)和筒体(9)为中空结构，且该筒体(9)夹有保温层。
所述隔层(5)上开有多个小孔，且各隔层之间小孔位置对称。
所述隔层(5)覆盖有吸音层。
所述热交换管(8)为中空结构，其穿过所述隔层(5)并焊接于所述上盖(1)和所述下盖(10)。
一种天燃气发动机尾气消声和余热回收系统，包括发动机冷却水余热回收系统，还包括：
一发动机尾气消声和余热回收装置，其对发动机尾气进行消声处理并使发动机尾气与发动机冷却水进行热交换。
根据发动机冷却水温度自动调节发动机冷却水的循环回路：
当发动机冷却水温度小于50摄氏度时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度介于50至56摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→套管换热器(14)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
和
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度介于56至60摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→套管换热器(14)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度介于60至66摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→套管换热器(14)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
和
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→水散热器(19)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度大于66摄氏度时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→水散热器(19)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)。
实施本发明，在原有发动机冷却水余热回收系统中增设发动机尾气消声和余热回收装置，在对发动机尾气进行消声处理的同时将尾气中的高温余热进行回收，回收的余热与发动机冷却水进行热交换，进一步提高发动机冷却水携带的热量，则可以进一步提高传递给燃气热泵空调冷却剂的热量，更大程度的提高燃气热泵空调的供热能力。
附图说明
图1是本发明天燃气发动机尾气消声和余热回收装置的示意图；
图2是本发明天燃气发动机尾气消声和余热回收系统发动机冷却水循环示意图。
图中
| 1.上盖 | 9.筒体 | 17.缓冲罐 |
| 2.排空管 | 10.下盖 | 18.温度自动调节阀(60℃) |
| 3.尾气进口管 | 11.水泵 | 19水散热器 |
| 4.冷却水出口管 | 12.尾气消声和余热回收装置 | |
| 5.隔层 | 13.发动机冷却装置 | |
| 6.冷却水进口管 | 14.套管换热器 | |
| 7.尾气出口管 | 15.温度自动调节阀(50℃) | |
| 8.热交换管 | 16.冷却剂贮存器 |
具体实施方式
本发明提供了一种天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，如图1所示，该装置包括：
由上盖1、下盖10和筒体9构成的外壳体，上盖1、下盖10和筒体9均为中空结构，其中，筒体9中夹有保温层，该三者采用焊接形式结合，以达到连接牢固、密封性好的效果；
该装置内部由隔层5、热交换管8构成内腔结构，隔层5的材料可选择304耐腐蚀不锈钢，隔层5上覆盖有吸音层，吸音层的材料可选择耐高温吸音棉，隔层5上开有许多小孔，且各隔层之间小孔的位置是对称的，由隔层与上盖1、隔层与隔层之间以及隔层与下盖10构成可供发动机尾气流动的上下通透的尾气通道；热交换管8采用不锈钢管，为中空结构，各不锈钢管通过焊接形式连接于上盖1和下盖10之间，并穿过前述的隔层，由上盖1、热交换管8和下盖10的中空结构构成上下通透的冷却水通道；
该装置还包括有：位于尾气通道顶端，焊接于筒体9壁上的尾气进口管3，和位于尾气通道底端，穿透并焊接于下盖10上的尾气出口管7；以及焊接于下盖10外壁的冷却水进口管6、焊接于上盖1外壁侧面的冷却水出口管4和焊接于上盖1顶部的排空管2。
本发明装置的原理是：
发动机排放的高压(0.3-0.5Mpa)、高温(400～600℃)尾气通过尾气进口管3进入尾气通道，尾气在尾气通道中回转流动，并通过隔层上的小孔自顶端至底端流动，最终通过尾气出口管7排出，因为各隔层上覆盖有吸音层，且尾气不断的通过隔层上的小孔以小支流的形式自上而下流动，尾气气流的脉动能量被吸收减弱，因此本发明的装置起到了尾气消声的效果；
同时，本发明提供了天燃气发动机尾气消声和余热回收系统，并在该系统中设计了新的发动机冷却水循环回路，发动机冷却水在水泵的推动下，首先通过冷却水进口管6进入冷却水通道，并通过热交换管8自下而上流动，最终通过冷却水出口管4进入发动机冷却水循环回路；
自上而下流动的高压高温发动机尾气与自下而上流动的发动机冷却水通过热交换管8交换热量，设置于上盖1顶部的排空管2用于排出发动机冷却水中的气泡，经过升温的发动机冷却水进入发动机冷却水的循环回路，而经过降温的发动机尾气通过尾气出口管7排出并通过排气管排放到大气中。
参阅图2，本发明中天燃气发动机尾气消声和余热回收系统发动机冷却水循环回路如图所示，发动机冷却水在水泵11的推动下首先进入上述尾气消声和余热回收装置12进行发动机冷却水-发动机尾气的换热工作，经过升温后的发动机冷却水进入发动机冷却水的循环回路，通过常规的发动机冷却装置13的冷却水回路对发动机进行降温处理，以维持发动机的正常运转，从发动机冷却装置13排出的发动机冷却水通过如图所示的套管换热器14-温度自动调节阀15-温度自动调节阀18或者水散热器19-温度自动调节阀18，流入缓冲罐17中，并在水泵11的作用下，周而复始的进行发动机冷却水的循环；缓冲罐17中的具有一定热量的发动机冷却水将热量传递给冷却剂贮存器16中的冷却剂，可进一步提高燃气热泵空调的供热能力。
其中，用于发动机冷却水循环驱动的水泵可选择磁吸旋转水泵，其功率为110/115瓦，适用电压为交流220伏，水泵正常工作时的流量为15升/分钟，扬程为7.2米。
本发明中，如表1所示，可根据发动机冷却水的温度自动调节发动机冷却水的循环回路：
表1
| 编号 | 发动机冷却水温度 | 温度自动调节阀15(50℃) | 温度自动调节阀18(60℃) |
| 1 | ＜50℃ | ①关 | ④关 |
| ②开 | ⑤开 | ||
| ③开 | ⑥开 | ||
| 2 | 50至56℃ | ①开 | ④关 |
| ②开 | ⑤开 | ||
| ③开 | ⑥开 | ||
| 3 | 56至60℃ | ①开 | ④关 |
| ②关 | ⑤开 | ||
| ③开 | ⑥开 | ||
| 4 | 60至66℃ | ①开 | ④开 |
| ②关 | ⑤开 | ||
| ③开 | ⑥开 | ||
| 5 | ＞66℃ | ①开 | ④开 |
| ②关 | ⑤关 | ||
| ③开 | ⑥开 |
当发动机冷却水温度小于50摄氏度时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵11→尾气消声和余热回收装置12→发动机冷却装置13→温度自动调节阀15→温度自动调节阀18→缓冲罐17→水泵11；
当发动机冷却水温度介于50至56摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵11→尾气消声和余热回收装置12→发动机冷却装置13→套管换热器14/温度自动调节阀15→温度自动调节阀18→缓冲罐17→水泵11；
即发动机冷却水一部分先通过套管换热器14，再通过温度自动调节阀15、温度自动调节阀18流入缓冲罐17；一部分直接通过温度自动调节阀15、温度自动调节阀18流入缓冲罐17。
当发动机冷却水温度介于56至60摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵11→尾气消声和余热回收装置12→发动机冷却装置13→套管换热器14→温度自动调节阀15→温度自动调节阀18→缓冲罐17→水泵11；
即发动机冷却水全部先通过套管换热器14，再通过温度自动调节阀15、温度自动调节阀18流入缓冲罐17。
当发动机冷却水温度介于60至66摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵11→尾气消声和余热回收装置12→发动机冷却装置13→(套管换热器14→温度自动调节阀15)/水散热器19→温度自动调节阀18→缓冲罐17→水泵11；
即发动机冷却水一部分先通过套管换热器14，再通过温度自动调节阀15、温度自动调节阀18流入缓冲罐17；一部分先通过水散热器19，再通过温度自动调节阀18流入缓冲罐17。
当发动机冷却水温度大于66摄氏度时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵11→尾气消声和余热回收装置12→发动机冷却装置13→水散热器19→温度自动调节阀18→缓冲罐17→水泵11；
即发动机冷却水全部先通过水散热器19，再通过温度自动调节阀18流入缓冲罐17。
实施本发明，在原有发动机冷却水余热回收系统中增设发动机尾气消声和余热回收装置，在对发动机尾气进行消声处理的同时将尾气中的高温余热进行回收，回收的余热与发动机冷却水进行热交换，进一步提高发动机冷却水携带的热量，则可以进一步提高传递给燃气热泵空调冷却剂的热量，更大程度的提高燃气热泵空调的供热能力。
上述本发明的文字及附图说明仅为用以阐述本发明的实施例，并非用以限定本发明，本发明中的装置及装置中各部件的搭配可根据不同的工作环境以及工作参数等进行相应设计，任何在本发明思想的基础上所作的变动与更改，都应包括在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求为准。
Claims (9)
1.一种天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于，包括：
一外壳体，该外壳体由上盖(1)、下盖(10)和筒体(9)构成；
一尾气通道，该尾气通道由隔层(5)与所述上盖(1)、隔层与隔层之间或者隔层(5)与所述下盖(10)构成；
一冷却水通道，该冷却水通道由所述上盖(1)、热交换管(8)和所述下盖(10)构成。
2.根据权利要求1所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于，还包括：
一尾气进口管(3)，其位于所述尾气通道顶端，焊接于所述筒体(9)壁上；
一尾气出口管(7)，其位于所述尾气通道底端，穿透并焊接于所述下盖(10)上；
一冷却水进口管(6)，其焊接于所述下盖(10)外壁；
一冷却水出口管(4)，其焊接于所述上盖(1)外壁侧面。
3.根据权利要求1-2任一项所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于，还包括：
一排空管(2)，其焊接于所述上盖(1)顶部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于：所述上盖(1)、下盖(10)和筒体(9)为中空结构，且该筒体(9)夹有保温层。
5.根据权利要求1-3任一项所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于：所述隔层(5)上开有多个小孔，且各隔层之间小孔位置对称。
6.根据权利要求1-3任一项所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于：所述隔层(5)覆盖有吸音层。
7.根据权利要求1-3任一项所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收装置，其特征在于：所述热交换管(8)为中空结构，其穿过所述隔层(5)并焊接于所述上盖(1)和所述下盖(10)。
8.一种天燃气发动机尾气消声和余热回收系统，包括发动机冷却水余热回收系统，其特征在于，还包括：
一发动机尾气消声和余热回收装置，其对发动机尾气进行消声处理并使发动机尾气与发动机冷却水进行热交换。
9.根据权利要求8所述的天燃气发动机尾气消声和余热回收系统，其特征在于，根据发动机冷却水温度自动调节发动机冷却水的循环回路：
当发动机冷却水温度小于50摄氏度时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度介于50至56摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→套管换热器(14)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；和
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度介于56至60摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→套管换热器(14)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度介于60至66摄氏度之间时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→套管换热器(14)→温度自动调节阀(15)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
和
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→水散热器(19)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)；
当发动机冷却水温度大于66摄氏度时，发动机冷却水的循环回路为：
水泵(11)→尾气消声和余热回收装置(12)→发动机冷却装置(13)→水散热器(19)→温度自动调节阀(18)→缓冲罐(17)→水泵(11)。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103061947A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 浙江大学宁波理工学院 | 发动机冷启动预热装置 |
| CN104564268A (zh) * | 2013-10-23 | 2015-04-29 | 洛阳蓝海实业有限公司 | 一种瓦斯发电余热回收装置 |
| CN106640333A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-10 | 重庆道同动力机械设备有限公司 | 消声器的循环水冷却装置 |
| CN107664346A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-02-06 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种热泵尾气消音热回收装置 |
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2006
- 2006-08-01 CN CNA2006101040143A patent/CN101117907A/zh active Pending
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| CN103061947B (zh) * | 2012-12-28 | 2015-12-09 | 浙江大学宁波理工学院 | 发动机冷启动预热装置 |
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