CN103829801B - 车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，包括汽化器、冷凝水箱和饮水器；所述汽化器包括连接直管和螺旋管，所述连接直管内壁设有与螺旋管匹配的螺旋槽，螺旋管旋合于螺旋槽中，所述连接直管的外壁设有两个中空圆柱形凸台，所述圆柱形凸台的通孔与螺旋槽连通，所述螺旋管的两端密封连接有连接焊管，连接焊管与圆柱形凸台形成进水口和出汽口；所述冷凝水箱上设有出水接口，冷凝水箱内设有冷凝管，所述汽化器的进水口与冷凝水箱的出水接口连接，所述汽化器的出汽口与冷凝管的进汽端连接，所述冷凝管的出水端与饮水器连接。该饮水装置有效利用发动机余热使水汽化后冷凝得到干净卫生的蒸馏水供饮用，节约能源，减少汽车排放热量。

Description

车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置

技术领域

本发明属于汽车节能技术领域，特别是发动机余热利用，具体是涉及一种车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置。

背景技术

在发动机燃料的总热量中，仅有30％-45％的热量转变为有效功，其余55％-70％都损失掉了。其中，主要有废气带走，其次经过冷却液散失。对应于柴油发动机废气带走的热量达25％-45％，排温700-900K。如何提高热能的利用率或利用废气的能量，达到节能目的，一直是汽车及发动机研究者追求的目标。在发动机废气可用能量的利用中，废气涡轮增压技术是成功的典范。目前，国内发动机余热利用主要以车用暖风系统为主，很多大客车都装有发动机废气加热水暖系统。该技术可利用部分废气热量，但非常有限。

在漫长的旅途中，长途客车上的许多乘客会口渴难耐，但又无法下车购买饮用水，而感到烦恼和焦躁。然而，现在一般的长途客车缺少方便乘客的饮水装置，其主要原因是自来水欠清洁卫生，供应开水既不经济又受到量的限制。如何解决长途客车乘客饮水困难且喝到经济卫生洁静的纯净水一直是困扰长途客车业界的难题。

中国实用新型专利授权公告号CN2504133Y推荐有“饮水保障车”，它利用发动机排气尾气经换热器供暖，以防止储水罐内的水结冰。饮水保障车是在卡车二类底盘上专门改装的，可将水净化的专用饮水车。

发明内容

本发明的目的是提供一种车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，在发动机原有的排气背压不受影响，不额外增加排气损失前提下，利用柴油机排出的废气中的高温获取蒸气，经过冷凝获得蒸馏水，来解决乘客旅途中缺少干净卫生的饮用水的问题。

本发明的技术方案是这样的：一种车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，其特征在于：包括汽化器、冷凝水箱和饮水器；所述汽化器包括连接直管和螺旋管，所述连接直管内壁设有与螺旋管匹配的螺旋槽，螺旋管旋合于螺旋槽中；所述连接直管的外壁设有两个中空圆柱形凸台，所述圆柱形凸台的通孔与螺旋槽连通；所述螺旋管的两端密封连接有连接焊管，所述连接焊管穿过圆柱形凸台通孔，与圆柱形凸台密封连接形成进水口和出汽口；所述冷凝水箱上设有出水接口，冷凝水箱内设有蛇形布置的冷凝管，冷凝管的一端为进汽端，另一端为出水端；所述汽化器的进水口与冷凝水箱的出水接口连接；所述汽化器的出汽口与冷凝管的进汽端连接；所述冷凝管的出水端与饮水器连接。

优选的，所述圆柱形凸台由连接直管的外壁向螺旋管的切线方向延伸形成；所述中空圆柱形凸台的轴线沿着连接直管内壁的螺旋槽中径切线方向延伸。

优选的，还包括控制系统，所述汽化器的进水口通过阀门与冷凝水箱的出水接口连接，所述控制系统包括用于反馈加速踏板位置信息的传感器、根据位置信号发送动作信号的ECU和根据动作信号动作的执行器；所述执行器是控制阀门的步进电机。

优选的，所述冷凝水箱内沿横向间隔设置若干散热片，散热片与蛇形冷凝管匹配连接且固牢于水箱底部。

优选的，所述冷凝管的进汽端高度高于冷凝管的出水端高度。

优选的，所述冷凝水箱设置在车厢顶部，所述冷凝水箱底部设有喷淋装置。

本发明所提供的技术方案的优点在于，利用发动机尾气的余热能量通过汽化器实现水的汽化，经冷凝器冷凝成蒸馏水且积聚于饮水机中，成为用于客车乘客的饮用水。汽化器内部排气通道直径与原排气管内径相等，发动机原有的排气背压不受影响，保证较佳的汽化效果。作为汽化腔体的螺旋管内置于汽化器连接直管，与连接直管的螺旋道旋合匹配，起到良好的换热作用，有利于水的汽化蒸发。控制系统可根据汽车发动机运行工况有效控制进入汽化器的水流量，进而确保水的完全汽化。水为冷却介质，冷凝管呈后高前低倾斜放置于水箱内，利于冷凝水的排出；散热片间隔有序，将水箱内空间沿横向分隔为多个互相连通的储水空间，既可加大散热面积，增加冷凝效果，又可阻尼水箱内储水在汽车行进过程中的震荡，起到防振降噪的作用。预置于车厢后顶部的多个喷淋装置与冷凝水箱底部贯通，一旦车厢失火，水自动喷淋，起到消防灭火的作用，一定程度上减缓了车辆的火灾隐患。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明装置应用于汽车时结构布局示意图。

图3为汽化器结构示意图。

图4为汽化器连接直管结构示意图。

图5为图4的AA剖视示（旋转）意图。

图6为冷凝水箱结构示意图。

图7为图6的BB剖视示意图。

图8为控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

请参见图1至图5，车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置包括汽化器1、冷凝水箱2和饮水器3。汽化器1是从冷凝水箱2流入汽化器1的水由液态经吸收发动机余热热量形成水蒸气实现汽化的关键部件，其包括连接直管13和螺旋管14。连接直管13两端均采用螺栓通过法兰与原汽车排气管道17固接。为保证良好的汽化效果，采用材料为奥氏体的不锈钢管绕制成螺旋管14，该螺旋管14的内径或称小径与原排气管17内径相同，如此不影响原发动机的排气背压，保证排气的顺畅。为了保证螺旋管14的径向定位，保持与连接直管13的良好贴合，在连接直管13内壁加工有与螺旋管14匹配的类似于内螺纹的螺旋槽21，且全部贯通，螺旋管14旋合于螺旋槽21中。

在连接直管13两端近法兰处的外壁上，铸有两个中空圆柱形凸台15；所述中空圆柱形凸台15的轴线沿着连接直管13内壁的螺旋槽21中径切线方向延伸。圆柱形凸台15内加工有垂直于凸台端面的内螺纹，螺纹孔公称直径较大以方便施焊。装配时，将一定长度的螺旋管14旋入连接直管13的螺旋槽内，直至螺旋管14一端与中空圆柱形凸台15对应，此时螺旋管14的另一端与另一个中空圆柱形凸台15对应。连接焊管16的直径略小于螺旋管14的管材内径，下端有一段曲率半径与螺旋管14中径相同的弧形段，以保证连接焊管16下端能局部深入螺旋管14，确保焊固。所述的连接焊管16通过中空圆柱形凸台15插入螺旋管14内，沿周向采用氩弧焊进行焊接。在连接焊管16的直管部分的对应位置放置圆形垫片20，并沿周向采用氩弧焊进行焊固。在已焊的圆形垫片20上端面放上铜垫圈19，通过压紧螺母18实现端面密封，如此保证了本部件的密封性，防止了气、水的渗漏。由此两个中空圆柱形凸台15处分别形成汽化器1的进水口4和出汽口5。

在本发明的实施例中，连接焊管16与螺旋管14的焊固保证了汽化器1的进水口4处和出汽口5处的密封；通过压紧螺母18及焊固的圆形垫片20与铜垫圈19的端面密封，防止了尾气的逸漏。中空圆柱形凸台15两端经压紧螺母18的旋合，使螺旋管14与连接直管13的螺旋槽贴合稳固，起到了防松减振的作用。

在本发明的又一实施例中，铸造的连接直管13所用的材料与原排气管17的材料相同，内壁加工有与螺旋管14相匹配的螺旋槽。在连接直管13的两端铸有一体的法兰盘，所述的连接直管13的法兰盘与原排气管17法兰盘通过螺栓紧固连接；所述的法兰盘中间夹有紫铜垫，保证排气管重新连接的密封性。连接直管13的直径经过扩大，使得螺旋管14的内径与原排气管17直径相同，这样对尾气的排放不会造成任何的影响。使用时将本装置直接安装在内燃机排气管上，螺旋管14可直接吸收柴油机废气中的高温，在较短的时间内产生水蒸气。该结构毋需改变内燃机总体结构，安装较为方便。

请参见图6及图7，冷凝水箱2置于客车车厢后顶部，冷凝水箱2侧壁设有观察水位的透明连通管7，以方便观察水箱中的水量；冷凝水箱2上部设有加水口9，加水口9配置空气阀和蒸汽阀，以平衡水箱中的压力；冷凝水箱2下部设有放水口8，放水口8安装放水阀，用于放掉积水。在冷凝水箱2的中下部位置有一出水接口23，该出水接口23装配有经步进电机控制的阀门，阀门开度与发动机负荷呈正相关，以调控进入汽化器的进水量。该阀门通过管道与位于发动机排气管的汽化器1的进水口4相连。冷凝水箱2与车厢顶部6之间用橡胶石棉垫隔热、防震并固定于车厢上。水箱上部两侧呈圆角，以降低汽车行驶时的风阻；其高度、宽度优选与车顶通风罩外形等高宽且与车身匹配。冷凝水箱内2设有蛇形布置的冷凝管12，冷凝管12的进汽端22高度高于冷凝管12的出水端24高度，使冷凝管12呈前低后高的倾斜布置，以利于冷凝管12内凝结的蒸馏水从出水端流出。汽化器1的出汽口5通过管道与冷凝管12的进汽端22连接，冷凝管12的出水端24通过管道与饮水器3连接。

为固定冷凝管12并增强冷凝效果，在冷凝水箱2内沿横向间隔设置了多片散热片11，散热片11与蛇形冷凝管12匹配处施焊固接，散热片11下部固牢于水箱2底部。散热片11间隔有序，将水箱2内空间沿横向分隔为多个互相连通的储水空间，既可加大散热面积，增加冷凝效果，又可阻尼水箱内储水在汽车行进过程中的震荡，起到防振降噪的作用。

作为本发明的预留功能，冷凝水箱2底部安装有数个与车厢后顶部贯通的喷淋装置10，可利用冷凝水箱2中的储水起到消防灭火作用。所述的喷淋装置10优选的是玻璃球洒水喷头。玻璃球洒水喷头的玻璃球体内，充有热膨胀系数高的有机溶液，常温下，球体外壳可承受一定的支撑力，保证喷头的密封性能；一旦车厢失火，有机溶液温度升高而膨胀，直至玻璃体破碎，球座，密封件失去支撑后被水冲脱，从而开始喷水灭火。

为使流入汽化器1内的水能够完全汽化，本装置还包括一套控制系统，请参见图8，该系统由传感器25、ECU和控制冷凝水箱2出水接口23处阀门的步进电机26组成。加速踏板位置传感器25安装在加速踏板27处，无油门拉线，而是通过电信号向发动机ECU提供踏板位置和加速信号。ECU包括两部分：信息处理模块和电机驱动电路模块。信息处理模块接收来自加速踏板的位置传感器25的信号，经过处理后得到阀门28的最佳开度，并把相应的电压信号发送到步进电机26驱动电路模块。步进电机26驱动电路模块接收来自信息处理模块的信号，控制电机转动相应的角度，使阀门28达到或保持相应的开度，以调节水量。由于水的汽化潜热较大，为了保证进入汽化螺旋管14的水完全汽化，因此，控制发动机在设定的运行工况时，方可通过总控制开关，使系统开始工作。该过程由电信号进行判断和控制。

在本发明的实施例中，当驾驶员踩下加速踏板27时，加速踏板的位置传感器25将加速踏板位移量信号转换为电压信号传给ECU，ECU通过对当前所处的工况进行计算和逻辑处理后，发出控制信号，再经过功率放大，控制进水阀门步进电机26驱动，步进电机26按照ECU给定的角度驱动阀门28运转到所需要的开度；电子阀门控制系统的目标信号实际上是由发动机管理系统在优化性能的前提下计算出来，驾驶员并不能直接控制阀门28的开度。

通过步进电机26控制放水阀门28的开度控制，使得进入汽化器1的水流量与发动机的负荷匹配，实现了水的完全汽化。水蒸气沿管路进入冷凝水箱2的蛇形冷凝管12与冷凝水箱2内的水进行热交换后凝结成水从冷凝管12内排出流入饮水器3，即得到了干净卫生的蒸馏水，可直接饮用。

综上所述，本发明在不改变汽车发动机原排气管的内部排气通道的前提下，采用内置式螺旋管14，提高了换热效率；冷凝水箱2置于客车车厢后顶部，与车顶通风罩外形匹配，对汽车的风阻影响较小；蛇形冷凝管12呈后高前低倾斜放置于水箱内，利用水箱内的水作为冷却介质，成为水冷式冷凝器；柵架式的水冷冷凝器散热片11既增加了冷凝效果；又可阻尼水震荡，起到防振降噪的作用；水箱的底部装有多个与车厢顶部贯通的用于消防灭火的喷淋装置10，可在一定程度上消除汽车火灾隐患。

本发明采用电子控制装置，根据发动机负荷调节水流量，实现水的全部汽化。

本发明有效地利用了发动机的余热，使水汽化，经冷凝后成为蒸馏水，供乘客饮用。

本发明符合国家节能政策，具有推广和应用前景。

Claims (5)

1.一种车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，其特征在于：包括汽化器(1)、冷凝水箱(2)和饮水器(3)；所述汽化器(1)包括连接直管(13)和螺旋管(14)，所述连接直管(13)内壁设有与螺旋管(14)匹配的螺旋槽(21)，螺旋管(14)旋合于螺旋槽(21)中，所述连接直管(13)的外壁设有两个中空圆柱形凸台(15)，所述圆柱形凸台(15)的通孔与螺旋槽(21)连通，所述螺旋管(14)的两端密封连接有连接焊管(16)，所述连接焊管(16)穿过圆柱形凸台(15)通孔，与圆柱形凸台(15)密封连接形成进水口(4)和出汽口(5)，所述圆柱形凸台(15)由连接直管(13)的外壁向螺旋管(14)的切线方向延伸形成；所述中空圆柱形凸台(15)的轴线沿着连接直管(13)内壁的螺旋槽(21)的中径切线方向延伸；所述冷凝水箱(2)上设有出水接口(23)，冷凝水箱(2)内设有蛇形布置的冷凝管(12)，冷凝管(12)的一端为进汽端(22)，另一端为出水端(24)；所述汽化器(1)的进水口(4)与冷凝水箱(2)的出水接口(23)连接，所述汽化器(1)的出汽口(5)与冷凝管(12)的进汽端(22)连接，所述冷凝管(12)的出水端(24)与饮水器(3)连接。

2.根据权利要求1所述的车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，其特征在于：还包括控制系统，所述汽化器(1)的进水口(4)通过阀门与冷凝水箱(2)的出水接口(23)连接，所述控制系统包括用于反馈加速踏板位置信息的传感器(25)、根据位置信号发送动作信号的ECU和根据动作信号动作的执行器(26)，所述执行器(26)是控制阀门的步进电机。

3.根据权利要求1所述的车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，其特征在于：所述冷凝水箱(2)内沿横向间隔设置若干散热片(11)，散热片(11)与蛇形冷凝管(12)匹配连接且固牢于水箱(2)底部。

4.根据权利要求1所述的车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，其特征在于：所述冷凝管(12)的进汽端(22)高度高于冷凝管(12)的出水端(24)高度。

5.根据权利要求1所述的车用柴油发动机余热蒸馏饮水装置，其特征在于：所述冷凝水箱(2)设置在车厢顶部(6)，所述冷凝水箱(2)底部设有喷淋装置(10)。