CN112127976A - 一种船用发动机余热回收利用系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种余热回收利用系统及其方法。将发动机高温废气作为热源，通过在排气歧管和排气歧管水套，然后利用排气歧管内的高温废气与排气歧管水套内的低温水进行热交换，获得高温热水，为下一阶段热能利用提供热源。水利用热能进行热交换。本发明提供了一种结构简单，合理利用空间，能有效降低对排气歧管的热疲劳损伤，提高排气歧管的可靠性和寿命，热能回收效果好，节能环保的船用发动机余热回收系统及其方法；解决现有技术中存在的船用发动机的余热回收系统复杂，对排气歧管的材质和耐高温性能要求高，排气歧管使用寿命短的技术问题。

Description

一种船用发动机余热回收利用系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种余热回收利用系统及其方法，尤其涉及一种船用发动机余热回收利用系统及其方法。
背景技术
发动机的内燃烧的热能将有很大的一部分由废气带走，经由排气歧管到消声器排出。由于发动机废气温度过高，致使常规发动机的排气歧管的温度可以达到400℃到600℃，甚至更高，这是一个很好的热源。另外，船用发动机的安装空间比较大，特别是中大型船的安装空间。现在的余热回收利用方法中很多是采用朗肯循环和动力涡轮技术。
如中国专利：“一种船用发动机的排气余热回收系统（CN201910282763.2）”，包括工质箱、工质泵、蒸发器、排气三通控制阀、预热控制阀、做功控制阀、活塞式膨胀机、冷却散热装置、冷凝器及其连接管路等。工质泵通过连接管路抽取工质箱中的工质，并输送到蒸发器的工质进口处，流入蒸发器的液态工质通过热交换原理吸收船用发动机排气的热量形成过热蒸汽。过热蒸汽首先通过开启的预热控制阀对膨胀机进行预热，以使之快速地进入做功准备状态。当膨胀机满足设定的做功条件时，关闭预热控制阀，同时开启做功控制阀，使过热蒸汽推动膨胀机做功。经过膨胀机做功后的乏汽将进入冷凝器，经过换热冷却的乏汽将凝结为低温液态水，最后将返回到工质箱。
还有，中国专利“一种适用于船用低速发动机废热能量回收的余热利用系统（CN201910299879.7）”，包括高温有机朗肯循环子系统和低温有机朗肯循环子系统。系统中空气冷却器为两段式设计，分为高温段和低温段；高温有机朗肯循环子系统通过废气换热器、过热器、蒸发器、预热器和空气冷却器高温段来回收发动机排气和扫气空气的能量，产生日用蒸汽和输出电能；低温有机朗肯循环子系统通过缸套水冷却器和空气冷却器低温段来回收缸套冷却水和扫气空气的能量，输出电能。
但是这些系统都很复杂，而且对于发动机的废气出来损伤最大的排气歧管，并没有一个很好的方法去解决。
发明内容
本发明提供了一种结构简单，合理利用空间，能有效降低对排气歧管的热疲劳损伤，提高排气歧管的可靠性和寿命，热能回收效果好，节能环保的船用发动机余热回收系统及其方法；解决现有技术中存在的船用发动机的余热回收系统复杂，对排气歧管的材质和耐高温性能要求高，排气歧管使用寿命短的技术问题。
本发明的上述技术效果是通过下述技术方案完成的：一种船用发动机余热回收利用系统，包括高温热质水循环和工作热质水循环；
其中高温热质水循环为：船用发动机的高温废气由排气歧管排出，排气歧管连接有消声器；在排气歧管外设有排气歧管水套，高温废气将排气歧管水套内的水加热，排气歧管水套连接有换热器装置，换热器装置包括换热器管道和位于换热器管道外的换热器水箱，排气歧管水套的出水口通过管道连接有换热器管道的一端，换热器管道的另一端的与排气歧管水套的进水口相接；
其中的工作热质水循环为：上述换热器水箱内的出水口通过管道连接有热水箱，在热水箱一侧还设有常温水箱，常温水箱与热水箱出水均通过阀体控制，常温水箱和热水箱的出水管均连接在三通阀上，三通阀的另一出口通过管道连接热利用装置，热利用装置内安装有未用水回收出水口，通过管道连接到常温水箱进水口，常温水箱的出水口通过管道连接到换热器水箱的进水口。
发动机的废气温度高，将其作为热源，通过在排气歧管内进行热交换，获得高温热水，为下一阶段热能提供热源，节能环保。同时在排气歧管外设置排气歧管水套，废气的高温和低温水进行热交换，降低了排气歧管的材料耐高温性能要求，降低了成本，提高了排气歧管的使用寿命。
在高温热质水循环过程中，经过热交换的排气歧管内的高温水再经过换热器的进行热交换降温，然后再回流到排气歧管水套内。
工作热质水循环能将热能有效利用，而热能消耗过的水质能再次作为常温水进行二次利用，节约成本，循环利用。热利用装置有两种方式，一种是不损失利用方式，比如给座位床铺加热的加热器，还有一种是消耗利用方式，比如作为热水器进行热水供给洗涮等。
作为优选，所述的消声器外也设有消声器水套，换热器管道的出水口通过管道与消声器水套的进水口连接，消声器水套的出水口通过管道连接在排气歧管水套的进水口。在消声器部分也设计消声器水套，将经过热交换以后的消声器水套内的出水再次作为排气歧管水套的进水，降低进水与排气歧管水套内水的温差，在有效对消声器进行热交换的同时，又不会产生气变。
作为优选，所述的排气歧管水套内设有温度传感器和排气安全阀。对排气歧管水套内的温度进行监测，排气歧管与排气歧管水套内的水质进行热交换时，将可能产生的气体可以通过排气安全阀排出。
作为优选，所述的热利用装置外接有废水箱。在热利用装置为消耗使用，比如洗澡等时，废水装入废水箱中。
一种船用发动机余热回收利用方法，包括高温热质水循环的余热回收方法和工作热质水循环的余热回收方法；
其中高温热质水循环的余热回收方法为：
将船用发动机产生废气排入到排气歧管内，排气歧管内的废气通过消声器排出，排气歧管内的高温废气通过管壁与排气水套内的水介质进行热交换，将水加热后，高温水通过排气歧管水套的出口进入到热交换器水箱内的换热管道内，使换热管道温度升高，换热管道与换热水箱内的水进行热交换，经过换热后的换热管道内的低温水通过管道回流至排气歧管水套内，完成高温热质水循环的余热回收；
其中工作热质水循环的余热回收方法为：
经过上述的热交换的换热水箱内的高温水通过管道进入到热水箱内存储，并由热水箱出水管经由阀门控制流量与常温水箱的出水进行混合，然后进入到热利用装置内，经过热利用装置对热能利用完毕后，如是无损失利用，低温水回流至常温水箱，常温水箱的出水阀调整流量进入到换热水箱内。如是有损失利用热水，如洗涮等，废水将进入废水箱保存。
作为优选，在高温热质水循环的余热回收方法中，换热管道内的热水经过换热水箱的换热后形成低温水，低温水进入消声器水套内，消声器水套内的水被消声器内的废气间接加热，加热后的热水从消声器水套的出口进入到排气歧管水套内，对排气歧管内的高温废气的热能进行吸收，形成高温热水进入到下一个高温热质水循环。
作为优选，热利用装置内的热量利用分为不损失利用和消耗利用，不损失利用的热利用装置的低温水回流至常温水箱进行下一循环，而消耗利用的废水将装入废水箱中储存再处理。
因此，本发明的一种船用发动机余热回收利用系统及其方法具备下述优点：结构简单，利用排气歧管水套内的低温水与排气歧管内的高温废气进行热交换，降低了对排气歧管的材料耐高温性能的要求，从而降低成本；提高了排气歧管的可靠性和寿命；发动机的余热利用，有利于船舶的节能环保；由于发动机废气温度降低，提高消声器的寿命和材料要求降低。
附图说明
图1是本发明的实施例1内的一种船用发动机余热回收利用系统的示意图。
图2是图1内的排气歧管及其排气歧管水套示意图。
图3是图1内的消声器及其消声器水套的示意图。
图4是实施例2船用发动机余热回收利用系统的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
如图1和2和3所示， 一种船用发动机余热回收利用系统，包括高温热质水循环和工作热质水循环。
高温热质水循环为：船用发动机1的高温废气由排气歧管2排出，排气歧管2连接有消声器6，发动机燃烧废气由发动机1进入到排气歧管2，再经由排气歧管2进入消声器6，最后排到大气中。
在排气歧管2外设有排气歧管水套3，排气歧管水套3上安装有温度传感4器监测排气歧管水套内的水温，还有排气安全阀5，用于将经过换热后气化的气体排出。高温废气将排气歧管水套3内的水加热，排气歧管水套3连接有换热器。换热器装置包括换热器管道7和位于换热器管道7外的换热器水箱8，排气歧管水套3的出水口14通过管道连接有换热器管道7的一端，换热器管道7的另一端的与消声器水套17的进水口15相接，消声器水套17套接在消声器6外，消声器水套17的出水口16通过管道连接着排气歧管水套的进水口13。消声器水套17的水质通过泵18输送到排气歧管水套3内，形成下一个热质循环。
工作热质水循环为：上述换热器水箱8内的出水口通过管道连接有热水箱9，在热水箱9一侧还设有常温水箱10，常温水箱10与热水箱9均通过阀体控制，常温水箱10和热水箱9的出水管均连接在三通阀上，三通阀的另一出口通过管道连接热利用装置11，如果是不损失利用，热利用装置11的出水口通过管道连接到常温水箱10进水口，常温水箱10的出水口通过管道连接到换热器水箱8的进水口，进行下一个循环。如果是消耗使用，热利用装置的输出连接到废水箱12内。热水箱和常温水箱内装有水泵，用来提供水循环动力。
一种船用发动机余热回收利用方法，包括高温热质水循环的余热回收方法和工作热质水循环的余热回收方法；
其中高温热质水循环的余热回收方法为：
船用发动机产生废气排入到排气歧管内，排气歧管内的废气通过消声器排出，排气歧管内的高温废气与排气水套内的水介质通过管壁进行热交换，将水加热后，高温水通过排气歧管水套的出口进入到热交换器水箱内的换热管道内，使换热管道温度升高，换热管道与换热水箱内的水进行热交换，经过换热后的换热管道内的低温水通过管道进入消声器水套内，消声器水套内的水被消声器内的废气加热，加热后的热水从消声器水套的出口进入到排气歧管水套内对排气歧管废气进行热能吸收，形成高温热水进入到下一个高温热质水循环。
其中工作热质水循环的余热回收方法为：
经过上述的热交换的换热水箱内的高温水通过管道进入到热水箱内存储，并由热水箱出水管经由阀门控制流量与常温水箱的出水进行混合，然后进入到热利用装置内，经过热利用装置对热能利用完毕后，如果是不损失利用，低温水回流至常温水箱，常温水箱的出水阀调整流量进入到换热水箱内，进行下一个循环。如果是消耗使用，废水进入废水箱存储以待下步船靠岸处理。
实施例2：
如图4所示，与实施例1不同的是，船用发动机1的高温废气由排气歧管2排出，排气歧管2连接有消声器6，发动机的燃烧废气由发动机1进入到排气歧管2，再经由排气歧管2进入消声器6，最后排到大气中。
在排气歧管2外设有排气歧管水套3。排气歧管水套3上安装有温度传感4器监测排气歧管水套内的水温，还有排气安全阀5，用于将经过换热后气化的气体排出。高温废气将排气歧管水套3内的水加热，排气歧管水套3连接有换热器。换热器包括换热器管道7和位于换热器管道7外的换热器水箱8，排气歧管水套3的出水口14通过管道连接有换热器管道7的一端，换热器管道7的另一端通过管道连接着排气歧管水套3的进水口13。换热器管道7内的水质通过泵18输送到排气歧管水套3内形成下一个热质循环。热水箱和常温水箱内装有水泵，用来提供水循环动力。

Claims (7)

1.一种船用发动机余热回收利用系统，其特征在于：包括高温热质水循环和工作热质水循环；
其中高温热质水循环为：船用发动机的高温废气由排气歧管排出，排气歧管连接有消声器；在排气歧管外设有排气歧管水套，高温废气将排气歧管水套内的水加热，排气歧管水套连接有换热器装置，换热器装置包括换热器管道和位于换热器管道外的换热器水箱，排气歧管水套的出水口通过管道连接有换热器管道的一端，换热器管道的另一端的与排气歧管水套的进水口相接；
其中的工作热质水循环为：上述换热器水箱内的出水口通过管道连接有热水箱，在热水箱一侧还设有常温水箱，常温水箱与热水箱出水均通过阀体控制，常温水箱和热水箱的出水管均连接在三通阀上，三通阀的另一出口通过管道连接热利用装置，热利用装置内安装有未用水回收出水口，未用水回收出水口通过管道连接到常温水箱进水口，常温水箱的出水口通过管道连接到换热器水箱的进水口。
2.根据权利要求1所述的一种船用发动机余热回收利用系统，其特征在于：所述的消声器外也设有消声器水套，换热器管道的出水口通过管道与消声器水套的进水口连接，消声器水套的出水口通过管道连接在排气歧管水套的进水口。
3.根据权利要求1或2所述的一种船用发动机余热回收利用系统，其特征在于：所述的排气歧管水套内设有温度传感器和排气阀。
4.根据权利要求1或2所述的一种船用发动机余热回收利用系统，其特征在于：所述的热利用装置外接有废水箱。
5.根据权利要求1所述的一种船用发动机余热回收利用方法，其特征在于：包括高温热质水循环的余热回收方法和工作热质水循环的余热回收方法；
其中高温热质水循环的余热回收方法为：
将船用发动机产生废气排入到排气歧管内，排气歧管内的废气通过消声器排出，排气歧管内的高温废气通过管壁与排气水套内的水介质进行热交换，将水加热后，高温水通过排气歧管水套的出口进入到热交换器水箱内的换热管道内，使换热管道温度升高，换热管道与换热水箱内的水进行热交换，经过换热后的换热管道内的低温水通过管道回流至排气歧管水套内，完成高温热质水循环的余热回收；
其中工作热质水循环的余热回收方法为：
经过上述的热交换的换热水箱内的高温水通过管道进入到热水箱内存储，并由热水箱出水管经由阀门控制流量与常温水箱的出水进行混合，然后进入到热利用装置内，经过热利用装置对热能利用完毕后，低温水回流至常温水箱，常温水箱的出水阀调整流量进入到换热水箱内。
6.根据权利要求5所述的一种船用发动机余热回收利用方法，其特征在于：在高温热质水循环的余热回收方法中，换热管道内的热水经过换热水箱的换热后形成低温水，低温水进入消声器水套内，消声器水套内的水被消声器内的废气加热，加热后的热水从消声器水套的出口进入到排气歧管水套内对排气歧管废气进行热能吸收，形成高温热水进入到下一个高温热质水循环。
7.根据权利要求5所述的一种船用发动机余热回收利用方法，其特征在于：热利用装置内的热量利用分为不损失利用和消耗利用，不损失利用的热利用装置的低温水回流至常温水箱进行下一循环，而消耗利用的废水经过废水箱排出。
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