CN113482753B - 一种船用柴油机余热利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船用柴油机余热利用系统及方法，所述船用柴油机余热利用系统包括柴油机尾气余热回收装置、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀和热管式换热器，所述柴油机尾气余热回收装置的尾气出口通过第一三通电磁阀与热管式换热器热媒入口连通，所述热管式换热器热媒出口通过第二三通电磁阀与尾气排放管路连通，所述热管式换热器冷媒入口与外界空气连通，所述热管式换热器冷媒出口与柴油机涡轮增压器连通，再与柴油机连通。本发明将柴油机的进气加热，使得柴油机气缸内燃烧的热量用来加热气体本身的热量少了，用来做功热量多了，从而提高燃烧效率，可以节省燃油。
Description
技术领域
本发明涉及余热回收技术，尤其涉及一种船用柴油机余热利用系统及方法。
背景技术
目前柴油机余热回收系统也很多，主要有两种，一是在柴油机排出尾气管路上旁路一部分，旁路出来的尾气驱动另一个动力涡轮，动力涡轮再驱动发电机来发电；二是柴油机尾气进入余热锅炉，吸收尾气的高温热量产生蒸汽，驱动蒸汽轮机发电，同时还产生生活热水。
这些回收方式都是回收余热用在其它用途，对于柴油机本身工作没有促进作用。而且余热回收后排放的尾气仍然有很高的温度。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前柴油机余热回收效率低的问题，提出一种船用柴油机余热利用系统，回收柴油机尾气的热量，再加热柴油机的进气，该系统能提高柴油机进气温度，使得柴油机气缸内燃烧气体温度更高，可以减少燃油量。但是由于柴油机进气温度提高，密度下降，同样体积空气含氧量减少，所以在柴油机工作在高工况下时，该余热利用系统不工作，恢复原来柴油机的工作状态。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种船用柴油机余热利用系统，包括柴油机尾气余热回收装置、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀和热管式换热器，所述柴油机尾气余热回收装置的尾气出口通过第一三通电磁阀与热管式换热器热媒入口连通，所述热管式换热器热媒出口通过第二三通电磁阀与尾气排放管路连通，所述热管式换热器冷媒入口与外界空气连通，所述热管式换热器冷媒出口与柴油机涡轮增压器连通，再与柴油机连通。
进一步地，所述柴油机尾气余热回收装置依次通过第一三通电磁阀、第二三通电磁阀与尾气排放管路连通。
进一步地，所述热管式换热器由水平隔板分为上下叠置的上箱和下箱，所述水平隔板中穿设有热管组，所述热管组贯穿在上箱和下箱中。
进一步地，所述上箱入口设置有滤芯。
进一步地，所述下箱与尾气排放管路连通，即下箱内通入柴油机高温尾气，所述上箱与外界空气连通，即上箱通入空气，吸入的空气先经过滤芯过滤后在上箱中被热管组加热。
进一步地，所述热管组包括多组排列的热管。
进一步地，所述热管内部抽真空后罐装有传热介质，所述热管的下端(在锅炉下箱部分)为蒸发端，热管的上端(在锅炉上箱部分)为冷凝端。传热介质在蒸发端吸热沸腾蒸发后上升到热管上端，即冷凝端，在冷凝端又放热冷凝，回流到下端继续吸热沸腾蒸发。热管是无温差高效传热的器件，具有传热快，效率高特点。
进一步地，所述热管上加装有翅片。
进一步地，所述柴油机尾气余热回收装置包括但不限于余热锅炉。
本发明的另一个目的还公开了一种船用柴油机余热利用方法，采用上述系统，当柴油机工作在低工况下，即经济运行模式时，第一三通电磁阀和第二三通电磁阀切换管路，使尾气排放管路里的尾气进入热管式换热器，加热柴油机的进气，提高热柴油机进气温度，使得柴油机气缸内燃烧气体温度更高，可以减少燃油量；当柴油机工作在高工况下，即高功率运行模式时，第一三通电磁阀和第二三通电磁阀切换管路，使尾气排放管路里的尾气直接排放到空气中，不再进入热管式换热器，进入柴油机的空气没有受热膨胀，密度小，相同体积空气氧气含量高，提高燃烧功率。
本发明船用柴油机余热利用系统及方法，与现有技术相比较具有以下优点：
1)本发明船用柴油机余热利用方法，将回收的余热用来加热柴油机的进气，提高柴油机进气温度，使得柴油机气缸内燃烧气体温度更高，可以减少燃油量。
2)本发明热管式换热器的下箱通入柴油机高温尾气，热管式换热器的上箱通入空气，热管纵向贯穿上箱和下箱，所述热管能将下箱的高温热量传递至上箱加热空气。
3)由于进入柴油机气缸的空气是热空气，热膨胀使得氧气量减少，所以在特殊工况下，柴油机要求高功率输出时，两个三通电磁阀切换关闭旁路，尾气直接排放，这样热管式换热器不进行热交换，空气不被加热，从而增加进入柴油机的氧气量，保证柴油机高功率工作。在经济工况下，两个三通电磁阀再切换打开旁路，尾气进入热管式换热器进行热交换后再排出，加热后的空气进入柴油机。
4)热管式换热器的旁路可以设置在现有尾气余热回收装置后，即尾气余热回收装置排放的尾气温度还是可以再回收的，从而进一步降低了尾气排放温度，可以更好地达到环保要求。
附图说明
图1为用柴油机余热利用系统的结构示意图。
图2为热管式换热器结构示意图
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种船用柴油机余热利用系统，如图1-2所示，包括柴油机尾气余热回收装置3、第一三通电磁阀11、第二三通电磁阀12和热管式换热器2，所述柴油机尾气余热回收装置3的尾气出口通过第一三通电磁阀11与热管式换热器2热媒入口连通，所述热管式换热器2热媒出口通过第二三通电磁阀12与尾气排放管路6连通，所述热管式换热器2冷媒入口与外界空气连通，所述热管式换热器2冷媒出口与柴油机涡轮增压器4连通，再与柴油机5连通。尾气排放管路6可以直接是柴油机排烟管，也可以是现有余热锅炉或其它余热回收装置的排放管。热管式换热器是高效的换热器，可以将尾气的热量更充分地回收。同时加热空气，加热后的空气输送到柴油机涡轮增压器，由涡轮增压器进入柴油机的扫气系统从而进入气缸参加燃烧。
所述余热回收装置的尾气排放管路依次通过第一三通电磁阀11、第二三通电磁阀12与尾气排放管路6连通。两个三通电磁阀是在现有尾气排放管路6上建立一支旁路，将尾气导出加以利用。
所述热管式换热器2由水平隔板分为上下叠置的上箱21和下箱23，所述水平隔板中穿设有热管组，所述热管组贯穿在上箱21和下箱23中。所述上箱21入口设置有滤芯22。
所述下箱23与余热回收装置的尾气排放管路6连通，即下箱23内通入柴油机高温尾气，所述上箱21与外界空气连通，即上箱21通入空气，吸入的空气先经过滤芯22过滤后在上箱21中被热管组加热。
所述热管组包括多组排列的热管24。所述热管24内部抽真空后罐装有传热介质，所述热管的下端(在锅炉下箱23部分)为蒸发端，热管的上端(在锅炉上箱21部分)为冷凝端。传热介质在蒸发端吸热沸腾蒸发后上升到热管上端，即冷凝端，在冷凝端又放热冷凝，回流到下端继续吸热沸腾蒸发。热管是无温差高效传热的器件，具有传热快，效率高特点。所述热管24上加装有翅片。
本发明船用柴油机余热利用系统工作原理：是在现有柴油机尾气排放管路上安装两个三通电磁阀和热管式换热器，形成尾气排放管路的一个旁路。所述尾气排放管路可以直接是柴油机的尾气排放管路，也可以是柴油机其它的尾气余热回收装置的排放管路。通过第一三通电磁阀和第二三通电磁阀的切换，可以使尾气排放管路的尾气通过第一三通电磁阀进入热管式换热器，再通过第二三通电磁阀回到尾气排放管路，再排入大气；第一三通电磁阀和第二三通电磁阀的不切换时，尾气排放管路的尾气通过第一三通电磁阀和第二三通电磁阀直接排入大气，不进入旁路的热管式换热器。
本实施例还公开了采用上述系统的船用柴油机余热利用方法，该方法将余热回收装置3的尾气(回收的余热)用来加热柴油机的进气，提高柴油机进气温度，使得柴油机气缸内燃烧气体温度更高，可以减少燃油量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种船用柴油机余热利用方法，其特征在于，采用船用柴油机余热利用系统，当柴油机工作在低工况下，即经济运行模式时，第一三通电磁阀（11）和第二三通电磁阀（12）切换管路，使尾气排放管路（6）里的尾气进入热管式换热器（2），加热柴油机的进气，提高柴油机进气温度，使得柴油机气缸内燃烧气体温度更高，可以减少燃油量；当柴油机工作在高工况下，即高功率运行模式时，第一三通电磁阀（11）和第二三通电磁阀（12）切换管路，使尾气排放管路（6）里的尾气直接排放到空气中，不再进入热管式换热器（2）；
所述船用柴油机余热利用系统，包括柴油机尾气余热回收装置（3）、第一三通电磁阀（11）、第二三通电磁阀（12）和热管式换热器（2），所述柴油机尾气余热回收装置（3）的尾气出口通过第一三通电磁阀（11）与热管式换热器（2）热媒入口连通，所述热管式换热器（2）热媒出口通过第二三通电磁阀（12）与尾气排放管路（6）连通，所述热管式换热器（2）冷媒入口与外界空气连通，所述热管式换热器（2）冷媒出口与柴油机涡轮增压器（4）连通，再与柴油机（5）连通；
所述柴油机尾气余热回收装置（3）依次通过第一三通电磁阀、第二三通电磁阀与尾气排放管路（6）连通；
所述热管式换热器（2）由水平隔板（25）分为上下叠置的上箱（21）和下箱（23），所述水平隔板（25）中穿设有热管组（24），所述热管组（24）贯穿在上箱（21）和下箱（23）中；
所述热管组包括多组排列的热管（24），所述热管（24）内部抽真空后罐装有传热介质；所述热管的下端为蒸发端，热管的上端为冷凝端；传热介质在蒸发端吸热沸腾蒸发后上升到热管上端，即冷凝端，在冷凝端又放热冷凝，回流到下端继续吸热沸腾蒸发。
2.根据权利要求1所述船用柴油机余热利用方法，其特征在于，所述上箱（21）入口设置有滤芯（22）。
3.根据权利要求1所述船用柴油机余热利用方法，其特征在于，所述下箱（23）与尾气排放管路（6）连通，所述上箱（21）与外界空气连通。
4.根据权利要求1所述船用柴油机余热利用方法，其特征在于，所述热管（24）上加装有翅片。
5.根据权利要求1所述船用柴油机余热利用方法，其特征在于，所述余热回收装置为余热锅炉。
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