CN103954149A - 一种利用柴油机废气的热水供给装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种利用柴油机废气的热水供给装置及其控制方法，包括双筒体、蒸汽罐、蒸汽喷射器、储水箱，双筒体包括外壳体和内壳体，内壳体位于外壳体里，内壳体与外壳体之间形成废气通道，内壳体里安装加热管，柴油机废气进入加热管后，流经废气通道后排放至大气，内壳体下端设置热水出口，热水出口连接外壳体外的用热单元，内壳体上端分别设置给水口和蒸汽出口，蒸汽出口与外筒体外的蒸汽罐、蒸汽喷射器相连，蒸汽喷射器引射入口与储水箱相连，蒸汽喷射器出口通过三通电磁阀一端与用热单元相连，另一端与储水箱相连，给水口连接外接水源或储水箱。本发明不额外消耗能量，同时实现了对低温水、高温水以及高温水蒸汽需求的智能控制。

Description

一种利用柴油机废气的热水供给装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机附加装置及控制方法，具体地说是柴油机废气利用装置及控制方法。

背景技术

在发动机中，燃料燃烧产生能量的20—45%是由排气带走的，排气所携带的这部分能量如未加以充分利用，将会造成能源的极大浪费。为此，人们便设计出了诸多余热回收装置，以响应节能减排的政策。发动机余热回收就是其中的代表之一，如汽车尾气保温技术、利用尾气余热实现发动机预热等等，另一方面，在日常生活中，电加热水仍是热水供应的主要方式，如船舶上的热水供应以及一些寒冷条件下油田的热水供应。基于以上信息，利用柴油机高温尾气余热来加热水变成为了一举两得的方式，在已有的方式中，如专利201320081256.0，利用柴油机尾气分别通过热换列管和蒸汽发生器产生热水和水蒸汽。再如专利201320102039.5，通过直接通过电动水泵带动循环水与尾气消声管进行换热以获得热水供应，这些技术在实现充分利用尾气能量的同时，仍有部分值得改进的地方。如在专利201320081256.0中，将热水和水蒸汽分开获取不仅增加了装置的复杂性，还会加大散热量从而降低柴油机尾气的利用效率；该专利中采用的循环水泵、多级离心泵等会额外消耗电能。再如专利201320102039.5中，通过加热管缠绕在消声器这种方式取得加热水，热量散失较大，换热效果不高；热水的循环通过电动水泵来实现，要保证热水的的持续供应，水泵需要长时间连续工作，这就额外消耗了大量电能。同时，在诸多的柴油机尾气利用中，仍需添加保温材料对装置进行保温，未就热水或者水蒸汽的循环控制加以研究，这也是值得改进的地方。

发明内容

本发明的目的在于提供适应于船舶或者油田基地等场所的热水供应的一种利用柴油机废气的热水供给装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种利用柴油机废气的热水供给装置，其特征是：包括双筒体、蒸汽罐、蒸汽喷射器、储水箱，双筒体包括外壳体和内壳体，内壳体位于外壳体里，内壳体与外壳体之间形成废气通道，内壳体里安装加热管，柴油机废气进入加热管后，流经废气通道后排放至大气，内壳体下端设置热水出口，热水出口通过第一管路连接外壳体外的用热单元，内壳体上端分别设置给水口和蒸汽出口，蒸汽出口通过第二管路与外筒体外的蒸汽罐、蒸汽喷射器相连，蒸汽喷射器引射入口与储水箱相连，蒸汽喷射器出口通过三通电磁阀一端与用热单元相连，另一端与储水箱相连构成低温水回路，给水口通过第三管路连接外接水源或储水箱。

本发明一种利用柴油机废气的热水供给装置还可以包括：

1、蒸汽喷射器引射入口与储水箱之间的管路上安装第一控制电磁阀，第三管路上安装第二控制电磁阀，蒸汽罐和蒸汽喷射器之间的第二管路上安装第三电磁阀，蒸汽出口与蒸汽罐之间的第二管路上安装第四电磁阀、压力传感器、温度传感器，第一管路上安装第五电磁阀，内壳体里设置液位探测器，第一-第五控制电磁阀、三通电磁阀、液位探测器、压力传感器和温度传感器均连接柴油机ECU。

2、所述的加热管为翅片式加热管、U型加热管和/或螺旋加热管。

本发明一种利用柴油机废气的热水供给控制方法，其特征是：采用如下热水供给装置：包括双筒体、蒸汽罐、蒸汽喷射器、储水箱，双筒体包括外壳体和内壳体，内壳体位于外壳体里，内壳体与外壳体之间形成废气通道，内壳体里安装加热管，柴油机废气进入加热管后，流经废气通道后排放至大气，内壳体下端设置热水出口，热水出口通过第一管路连接外壳体外的用热单元，内壳体上端分别设置给水口和蒸汽出口，蒸汽出口通过第二管路与外筒体外的蒸汽罐、蒸汽喷射器相连，蒸汽喷射器引射入口与储水箱相连，蒸汽喷射器出口通过三通电磁阀一端与用热单元相连，另一端与储水箱相连构成低温水回路，给水口通过第三管路连接外接水源或储水箱；蒸汽喷射器引射入口与储水箱之间的管路上安装第一控制电磁阀，第三管路上安装第二控制电磁阀，蒸汽罐和蒸汽喷射器之间的第二管路上安装第三电磁阀，蒸汽出口与蒸汽罐之间的第二管路上安装第四电磁阀、压力传感器、温度传感器，第一管路上安装第五电磁阀，内壳体里设置液位探测器，第一-第五控制电磁阀、三通电磁阀、液位探测器、压力传感器和温度传感器均连接柴油机ECU；

ECU采集压力传感器信号P，根据用热单元发出的命令请求对控制电磁阀以及三通电磁阀发出指令：

当P＞1bar时，打开第四控制电磁阀阀，反之关闭：

（1）当用热单元无命令请求时：

当P＞4bar，打开第一控制电磁阀和第三控制电磁阀，控制三通电磁阀使蒸汽喷射器出口与储水箱之间的管道连通，其他控制电磁阀呈关闭状态，高温水蒸汽进入蒸汽喷射器开始工作，加热冷水并带动水循环，低温水回路工作；

当P＜4bar，关闭第一控制电磁阀和第三控制电磁阀；

（2）当用热单元有命令请求时：

①用热单元发出高温水命令请求：若满足P＞6bar,打开第五控制电磁阀，高温热水由热水出口与用热单元连通，其他控制电磁阀呈关闭状态；

②用热单元发出低温水命令请求：若满足P＞4bar，打开第一控制电磁阀和第三控制电磁阀，控制三通电磁阀使蒸汽喷射器出口与用热单元之间的管道连通，蒸汽喷射器出口与储水箱之间管道关闭，其他控制电磁阀呈关闭状态，低温水引入用热单元；

③用热单元发出高温水蒸汽请求：若满足P＞6bar，打开第三控制电磁阀，三通电磁阀连通蒸汽喷射器出口与用热单元之间的管道，蒸汽喷射器出口与储水箱之间管道关闭，其他控制电磁阀呈关闭状态，高温水蒸汽经蒸汽喷射器送至用热单元。

本发明一种利用柴油机废气的热水供给控制方法还可以包括：

1、ECU接收液位探测器的液位信号，当液位信号低于设定值，打开第二控制电磁阀，给水口与外接水源或储水箱相连，对内壳体进行给水。

本发明的优势在于：本发明基于最大程度利用尾气余热的原则，利用柴油机尾气余热来加热及保温水，同时通过智能控制实现了用热单元对低温水、高温水以及高温水蒸汽需求。整个装置实现了智能化控制，不需要消耗额外能量，通过二次废气的再循环省去了保温材料，有效防止了装置中热量的散失，提高了尾气余热的利用率。利用加热水产生的高温水蒸汽通过蒸汽喷射器引射冷水，完成混合加热形成低温水，并驱动水循环，省去了循环水泵。适应于船舶或者油田基地等场所的热水供应。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括蒸汽喷射器3、蒸汽罐6、由外壳体10和内壳体11构成的双筒体、翅片式加热管12、压力传感器8、温度传感器9、ECU控制单元以及控制电磁阀2、4、5、7、16、19。其特征在于柴油机排气通过废气入口与加热管12相通，加热管出口15通过一段弯管与二次废气入口17相连，废气出口接入大气。蒸汽罐6入口通过管道与蒸汽出口21相连，其间设置有温度传感器9、压力传感器8以及电磁阀7，蒸汽罐6出口通过管道与蒸汽喷射器3工作蒸汽入口相连，其间设置有电磁阀5，蒸汽喷射器3引射入口同储水箱1相连，其间设置有电磁阀2，蒸汽喷射器3出口通过三通电磁阀19一端与储水箱1形成回路，一端连接至用热单元18。电磁阀15安装在内壳体热水出口14与用热单元18之间输水管道之间。其中，所有电磁阀指令均由控制单元发出。

双筒体主要包括外壳体11和内壳体10，双筒体底部依次设置有废气出口、废气入口、热水出口、加热管出口、二次废气入口，双筒体顶部设置有蒸汽出口21和给水口20，内壳体11中注水，内壳体11与外壳体10通过底盘连接为一体，两者之间为中空。

蒸汽喷射器3出口通过一个三通电磁阀(19)分别与储水箱(1)和用热单元(18)相连。

内壳体11中布置翅片式加热管，以增加换热，管数可根据需要设置为单根或者多根，也可设置为U型管，螺旋管等。

加热管出口15通过一段弯管与二次废气入口17相通，加热管中的废气完成加热后经弯管通入内壳体11与外壳体10之间的夹层中，

蒸汽喷射器3根据需求可以设置为单喷嘴或多喷嘴。

整个装置包括三部分：

（Ⅰ）废气回路。柴油机排气通过废气入口与加热管12相连，加热管出口15通过一段弯管与与二次废气入口17连接，废气进入内壳体11和外壳体10之间的夹层，最终通过废气出口排入大气，夹层中的废气可以实现对内壳体的保温效果。

（Ⅱ）水回路。双筒体顶部和底部分别设置有给水口20和热出水口14，给水口20通过管道与外接水源相连，其间设置有电磁阀4，热出水口14通过输水管道与用热单元18相连构成高温水路，其间设置有电磁阀16；蒸汽喷射器3引射入口与储水箱1相连，其间设置有电磁阀2，蒸汽喷射器3出口通过三通电磁阀19一端与储水箱1形成低温水回路，另一端通过输水管道与用热单元18连接，构成低温水路。其中，用热单元18可在热水及低温水输水管道末端，选择加以手动阀或者水龙头以方便热水和温水的使用。

（Ⅲ）水蒸汽回路。蒸汽出口21与蒸汽罐6入口相连，其间设置有电磁阀7、温度传感器9和压力传感器8。高温水蒸汽沿着管道进入蒸汽罐6中，蒸汽罐6出口与蒸汽喷射器3工作蒸汽入口相连，高温工作水蒸气通过蒸汽喷射器3喷嘴喷入形成超音速气流引射冷水，完成汽液两相流体的充分混合后经过扩散管减速升压，以一定的压力和温度从蒸汽喷射器3出口排出，经过三通电磁阀19，分别与储水箱1形成低温水回路以及用热单元连通，蒸汽喷射器3实现了冷水的加热以及低温水回路的循环。其中，低温水回路可以在满足用热单元温水需求的前提下，可以接入供暖管道，实现小范围内温水循环供暖。

该装置的控制方案如下：

温度传感器和压力传感器将采集到的信号传给控制单元，控制单元再根据用热单元发出的命令请求对电磁阀发出指令。

当P＞1bar时，控制单元打开阀7，反之关闭：

（1）用热单元无命令请求。

当P＞4bar，控制单元打开电磁阀2和5，三通电磁阀19接通低温水回路，即蒸汽喷射器3出口与储水箱1之间的管道连通，其他电磁阀呈关闭状态。高温水蒸汽进入蒸汽喷射器3开始工作，加热冷水并带动水循环，低温水回路工作。

当P＜4bar，控制单元关闭电磁阀2和5，

（2）用热单元有命令请求。

①用热单元发出高温水命令请求。若满足P＞6bar,控制单元打开电磁阀16，高温热水由热水出口14通过输水管道与用热单元18连通，其他电磁阀呈关闭状态。由于内壳体中的压力高于外界压力，高温水可利用压力差自行排出送至用户单元。反之关闭。

②用热单元发出低温水命令请求。若满足P＞4bar，控制单元打开电磁阀2和5，电磁阀19接通低温水路，即蒸汽喷射器3出口与用热单元18之间的管道连通，蒸汽喷射器3出口与储水箱1之间管道关闭，其他电磁阀呈关闭状态。低温水引入用热单元18供其试用。

③用热单元发出高温水蒸汽要求。若满足P＞6bar，控制单元打开电磁阀5，三通电磁阀19连通蒸汽喷射器3出口与用热单元18之间的管道，蒸汽喷射器3出口与储水箱1之间管道关闭，其他电磁阀呈关闭状态。高温水蒸汽经蒸汽喷射器3送至用热单元18。

此外，控制单元接收液位探测器13的信号，当液位信号低于设定值，用户可以自行设置，控制单元打开电磁阀4，进行给水。给水口可与外接冷水源相连，也可以与储水箱1连接，将引入储水箱1的水作为补给水。

通过以上控制方法，可以满足用热单元18不同的用热需求。

Claims (5)

1.一种利用柴油机废气的热水供给装置，其特征是：包括双筒体、蒸汽罐、蒸汽喷射器、储水箱，双筒体包括外壳体和内壳体，内壳体位于外壳体里，内壳体与外壳体之间形成废气通道，内壳体里安装加热管，柴油机废气进入加热管后，流经废气通道后排放至大气，内壳体下端设置热水出口，热水出口通过第一管路连接外壳体外的用热单元，内壳体上端分别设置给水口和蒸汽出口，蒸汽出口通过第二管路与外筒体外的蒸汽罐、蒸汽喷射器相连，蒸汽喷射器引射入口与储水箱相连，蒸汽喷射器出口通过三通电磁阀一端与用热单元相连，另一端与储水箱相连构成低温水回路，给水口通过第三管路连接外接水源或储水箱。

2.根据权利要求1所述的一种利用柴油机废气的热水供给装置，其特征是：蒸汽喷射器引射入口与储水箱之间的管路上安装第一控制电磁阀，第三管路上安装第二控制电磁阀，蒸汽罐和蒸汽喷射器之间的第二管路上安装第三电磁阀，蒸汽出口与蒸汽罐之间的第二管路上安装第四电磁阀、压力传感器、温度传感器，第一管路上安装第五电磁阀，内壳体里设置液位探测器，第一-第五控制电磁阀、三通电磁阀、液位探测器、压力传感器和温度传感器均连接柴油机ECU。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用柴油机废气的热水供给装置，其特征是：所述的加热管为翅片式加热管、U型加热管和/或螺旋加热管。

4.一种利用柴油机废气的热水供给控制方法，其特征是：采用如下热水供给装置：包括双筒体、蒸汽罐、蒸汽喷射器、储水箱，双筒体包括外壳体和内壳体，内壳体位于外壳体里，内壳体与外壳体之间形成废气通道，内壳体里安装加热管，柴油机废气进入加热管后，流经废气通道后排放至大气，内壳体下端设置热水出口，热水出口通过第一管路连接外壳体外的用热单元，内壳体上端分别设置给水口和蒸汽出口，蒸汽出口通过第二管路与外筒体外的蒸汽罐、蒸汽喷射器相连，蒸汽喷射器引射入口与储水箱相连，蒸汽喷射器出口通过三通电磁阀一端与用热单元相连，另一端与储水箱相连构成低温水回路，给水口通过第三管路连接外接水源或储水箱；蒸汽喷射器引射入口与储水箱之间的管路上安装第一控制电磁阀，第三管路上安装第二控制电磁阀，蒸汽罐和蒸汽喷射器之间的第二管路上安装第三电磁阀，蒸汽出口与蒸汽罐之间的第二管路上安装第四电磁阀、压力传感器、温度传感器，第一管路上安装第五电磁阀，内壳体里设置液位探测器，第一-第五控制电磁阀、三通电磁阀、液位探测器、压力传感器和温度传感器均连接柴油机ECU；

ECU采集压力传感器信号P，根据用热单元发出的命令请求对控制电磁阀以及三通电磁阀发出指令：

当P＞1bar时，打开第四控制电磁阀阀，反之关闭：

（1）当用热单元无命令请求时：

当P＞4bar，打开第一控制电磁阀和第三控制电磁阀，控制三通电磁阀使蒸汽喷射器出口与储水箱之间的管道连通，其他控制电磁阀呈关闭状态，高温水蒸汽进入蒸汽喷射器开始工作，加热冷水并带动水循环，低温水回路工作；

当P＜4bar，关闭第一控制电磁阀和第三控制电磁阀；

（2）当用热单元有命令请求时：

①用热单元发出高温水命令请求：若满足P＞6bar,打开第五控制电磁阀，高温热水由热水出口与用热单元连通，其他控制电磁阀呈关闭状态；

②用热单元发出低温水命令请求：若满足P＞4bar，打开第一控制电磁阀和第三控制电磁阀，控制三通电磁阀使蒸汽喷射器出口与用热单元之间的管道连通，蒸汽喷射器出口与储水箱之间管道关闭，其他控制电磁阀呈关闭状态，低温水引入用热单元；

③用热单元发出高温水蒸汽请求：若满足P＞6bar，打开第三控制电磁阀，三通电磁阀连通蒸汽喷射器出口与用热单元之间的管道，蒸汽喷射器出口与储水箱之间管道关闭，其他控制电磁阀呈关闭状态，高温水蒸汽经蒸汽喷射器送至用热单元。

5.根据权利要求4所述的一种利用柴油机废气的热水供给控制方法，其特征是：ECU接收液位探测器的液位信号，当液位信号低于设定值，打开第二控制电磁阀，给水口与外接水源或储水箱相连，对内壳体进行给水。