CN1419092A - 内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是利用内燃机缸套余热预热的吸收式制冷装置，特别是涉及吸收式制冷装置系统中的预热器，属于空调制冷采暖等技术领域。主要包括吸收器、溶液换热器、预热器、发生器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂或者以氨为制冷剂，以氨水溶液为吸收剂，其中，预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔组成；或者预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔组成。将溴化锂溶液或者氨水溶液充注在气缸体冷却空腔和气缸盖冷却空腔以冷却内燃机，于是现有内燃机的冷却水系统就不用了，整个装置结构简单、紧凑。

Description

内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置

技术领域

本发明涉及的是利用内燃机缸套余热预热的吸收式制冷装置，特别是涉及吸收式制冷装置系统中的预热器，属于空调制冷采暖等技术领域。

背景技术

内燃机的实用效率一般为25％～40％左右，约占燃料发热量1/2以上的能量被发动机循环冷却水及排气带走，其中，冷却水所带走热量占燃料发热量的25％～35％左右，排气所带走热量占燃料发热量的25％～45％左右，如何回收和利用这部分余热来为人们的生活服务，从而提高内燃机燃料的利用率，是世界各国目前都在研究的课题。在已有技术中，专利申请号99116689“汽车用溴化锂吸收式制冷装置”，给出了一种利用发动机高温冷却液作为热源，以无毒的水为制冷剂，以溴化锂水溶液为吸收剂来制冷的制冷装置，以取代对大气有污染的氟利昂压缩式制冷机，然而，此方案需要有冷却水系统，汽车发动机自身的冷却水系统还必须存在以保证发动机的冷却，由于汽车的空间十分有限，从而这种方案的结构就显得非常庞杂。所以，这一针对汽车发动机的余热利用方案是不可行的。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本发明提出的一种内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置，结合内燃机冷却水套的结构特点及内燃机冷却水系统的工作原理和吸收式制冷装置系统中预热器的结构特点及其工作原理，指出将溴化锂溶液或者氨水溶液直接充注在气缸体冷却空腔和气缸盖冷却空腔以冷却内燃机，于是现有内燃机的冷却水系统就不用了，内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热溴化锂溶液或者氨水溶液，预热后的溴化锂溶液或者氨水溶液在发生器中被内燃机排气余热加热。

本发明提出的一种内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置，主要包括吸收器、溶液换热器、预热器、发生器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂或者以氨为制冷剂，以氨水溶液为吸收剂，其中，预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔组成；或者预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔组成；或者预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔组成；或者预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔组成；或者预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔、气门座及气门座冷却空腔组成；或者预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔、气门座及气门座冷却空腔组成。

这里提到的气缸套，又称汽缸套或缸套；气缸体又称汽缸体或缸座。

现以预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔组成，且空腔内充注溴化锂溶液和预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔组成，且空腔内充注氨水溶液来说明本发明原理：

对于湿式缸套内燃机冷却水系统中气缸体及气缸盖冷却水套的工作原理，冷却液从机体进水管口进入由汽缸套和气缸体构成的冷却水套，吸收气缸体和汽缸套的热后流入气缸盖冷却空腔，吸收气缸盖的热后从气缸盖回水管口流出。当内燃机冷却空腔里的冷却液换成溴化锂溶液，溴化锂溶液从机体进水管口进入由汽缸套和气缸体构成的冷却水套，吸收气缸体和汽缸套的热后流入气缸盖冷却空腔，吸收气缸盖的热后从气缸盖回水管口流出。可以看出，当内燃机冷却空腔里的冷却液换成溴化锂溶液后，其工作原理基本相同，都是液体(水和乙二醇、溴化锂溶液)流经内燃机冷却空腔吸热后离开，使内燃机得到冷却，因此，可将溴化锂溶液直接充注在湿式缸套内燃机气缸体冷却空腔及气缸盖冷却空腔中，既使湿式缸套内燃机的冷却得到保证，又可以利用内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热溴化锂溶液，从而使内燃机的余热得到充分利用。同理分析后可知，可将氨水溶液直接充注在湿式缸套内燃机气缸体冷却空腔及气缸盖冷却空腔中，既使湿式缸套内燃机的冷却得到保证，又可以利用内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热氨水溶液，从而使内燃机的余热得到充分利用。

对于干式缸套内燃机冷却水系统中气缸体及气缸盖冷却水套的工作原理，冷却液从机体进水管口进入气缸体水套，吸收气缸体和汽缸套的热后流入气缸盖冷却空腔，吸收气缸盖的热后从气缸盖回水管口流出。当内燃机冷却空腔里的冷却液换成氨水溶液，氨水溶液从机体进水管口进入气缸体水套，吸收气缸体和汽缸套的热后流入气缸盖冷却空腔，吸收气缸盖的热后从气缸盖回水管口流出。可以看出，当内燃机冷却空腔里的冷却液换成氨水溶液后，其工作原理基本相同，都是液体(水和乙二醇、氨水溶液)流经内燃机冷却空腔吸热后离开，使内燃机得到冷却，因此，可将氨水溶液直接充注在干式缸套内燃机气缸体冷却空腔及气缸盖冷却空腔中，既使干式缸套内燃机的冷却得到保证，又可以利用内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热氨水溶液，从而使内燃机的余热得到充分利用。同理分析后可知，可将溴化锂溶液直接充注在干式缸套内燃机气缸体冷却空腔及气缸盖冷却空腔中，既使干式缸套内燃机的冷却得到保证，又可以利用内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热溴化锂溶液，从而使内燃机的余热得到充分利用。

对于预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔组成或者预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔组成或者预热器由湿式缸套活塞式内燃机气缸套、气缸体及其相互密合而成的冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔、气门座及气门座冷却空腔组成或者预热器由干式缸套活塞式内燃机气缸体及其冷却空腔、气缸盖及气缸盖冷却空腔、气门座及气门座冷却空腔组成四种情况，通过相同的分析可知，可将溴化锂溶液或者氨水溶液直接充注于预热器空腔内。

从以上的分析可知：一种内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置，将溴化锂溶液或者氨水溶液直接充注在气缸体冷却空腔和气缸盖冷却空腔以冷却内燃机，内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热溴化锂溶液或者氨水溶液，预热后的溴化锂溶液或者氨水溶液在发生器中被内燃机排气余热加热。

本发明提出的上述内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置作为空调或者冷冻装置广泛应用，譬如配装于发电设备；或者配装于机动车辆，譬如汽车、冷藏车、卡车、坦克、装甲车、铁路牵引机车、轨道车；或者配装于机动船舶，譬如轮船、油轮、渔轮、舰艇、潜艇；或者配装于机械设备，譬如挖掘机、推土机、铺路机、铺管机等。

本发明的有益效果在于，与现有的内燃机余热利用装置相比，直接将溴化锂溶液或者氨水溶液充注在气缸体冷却空腔和气缸盖冷却空腔以冷却内燃机，于是现有内燃机的冷却水系统就不用了，内燃机燃烧室及汽缸内的散热预热溴化锂溶液或者氨水溶液，预热后的溴化锂溶液或者氨水溶液在发生器中被内燃机排气余热加热，使内燃机的预热得到充分利用，而且整个装置结构简单、紧凑。

附图说明

图1活塞式内燃机湿式缸套及气缸盖结构示意图；

图2是活塞式内燃机干式缸套及气缸盖结构示意图；

图3是内燃机缸套余热预热单效溴化锂吸收式制冷装置系统原理图；

图4是内燃机缸套余热预热氨吸收式制冷装置系统原理图。

图中：1、预热器进口，2、气缸体，3、气缸盖，4、气缸盖冷却空腔，5、预热器出口，6、汽缸套，6′、汽缸套，7、气缸体冷却空腔，8、溶液泵，9、溶液换热器，10、预热器，11、发生器，12、截止阀，12′、截止阀，13、冷凝器，14、节流阀，15、蒸发器，16、吸收器17、精馏塔，18、回流冷凝器，19、过冷器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施做进一步的描述：

实施例1

如图1和图3所示，一种内燃机缸套余热预热单效溴化锂吸收式制冷装置，主要包括吸收器16、溶液换热器9、预热器10、发生器11、冷凝器13、蒸发器15、溶液泵8、以水为制冷剂，以溴化锂水溶液为吸收剂，其中预热器10由湿式缸套活塞式内燃机气缸套6、气缸体2及其相互密合而成的气缸体冷却空腔7、气缸盖3及气缸盖冷却空腔4组成。吸收器16的出口通过接管与溶液泵8的进口连接。溶液泵8的出口通过接管与溶液换热器9的管程的进口连接。溶液换热器9的管程出口通过接管与预热器进口1连接。预热器出口5通过接管与发生器11的上部左侧管口相连。发生器11的下部管口通过接管与溶液换热器9的壳程进口相连。溶液换热器9的壳程出口通过接管与吸收器16的进口相连。发生器11上部右侧出口通过接管与截止阀12的一端连接，截止阀12的另一端通过接管与冷凝器13的进口连接。冷凝器13的出口通过接管与节流阀14的进口连接。节流阀14的出口通过接管与蒸发器15的进口连接。蒸发器15的出口通过接管连在溶液换热器9与吸收器16之间的接管上。截止阀12′的一端连在发生器11与截止阀12之间的接管上，截止阀12′的另一端连在蒸发器15与节流阀14之间的接管上。

内燃机缸套余热预热单效溴化锂吸收式机组工作时，从吸收器16流出的稀溶液，经溶液泵升压流经溶液换热器9后进入预热器10，吸收气缸体2、汽缸套6和气缸盖3的热后进入发生器11。稀溶液在溶液换热器9中被来自发生器11的浓溶液加热，再在预热器10中吸收汽车发动机燃烧室及气缸盖内的散热，溴化锂溶液预热后流入发生器11，在发生器11中被汽车发动机排气加热，浓缩成浓溶液。从发生器11流出的浓溶液，经溶液换热器9进入吸收器16。浓溶液在溶液换热器9中向来自吸收器16的稀溶液放热，再在吸收器16中吸收来自蒸发器15的冷剂蒸汽或者冷剂水，稀释成稀溶液，同时，向冷却空气放出溶液的吸收热。这样，完成了单效溴化锂吸收式循环的溶液回路。在发生器11中产生的冷剂蒸汽，流入冷凝器13，在其中向冷却空气放热，冷凝成冷剂水。从冷凝器13流出的冷剂水，经节流阀14节流后进入蒸发器15。冷剂水在蒸发器15中蒸发，同时吸收汽车车室内的热量，使之降温而产生制冷效果。在蒸发器15中产生的冷剂蒸汽，进入吸收器16，完成了单效溴化锂吸收式制冷循环的制冷剂回路，达到了汽车制冷的要求。当从发生器11中产生的冷剂蒸汽，不流经冷凝器13，而是流经截止阀12′后进入蒸发器15，在蒸发器15里放热被冷却，同时释放出热以加热汽车车室内的空气，使之升温而产生加热效果。在蒸发器15中产生的冷剂水，进入吸收器16，完成了单效溴化锂吸收式采暖循环的制冷剂回路，达到了汽车采暖的要求。调节截止阀12、12′各自开度的大小，可实现汽车在夏天制冷、冬天采暖以及既不制冷又不采暖的要求。

本实施例的效果是，一个内燃机缸套余热预热单效溴化锂吸收式制冷装置系统不但实现了汽车空调制冷、采暖的目的，而且完全可以代替现有汽车发动机冷却水系统，使整个汽车装置结构简化，紧凑。由于单效溴化锂内燃机缸套余热预热吸收式机组以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，解决了现有汽车空调制冷剂带来的环境污染问题。由于内燃机缸套余热预热单效溴化锂吸收式机组直接将溴化锂溶液充注在汽车发动机气缸体冷却空腔和气缸盖冷却空腔进行预热，采用汽车发动机排气余热来驱动的单效溴化锂吸收式机组，很好的解决了因现有汽车空调功耗大而可能引起水箱过热，影响汽车动力性这一问题，且降低了汽车发动机油耗，节约了能源。

实施例2

如图2和图4所示，一种内燃机缸套余热预热氨吸收式制冷装置系统，主要包括吸收器16、溶液换热器9、预热器10、发生器11、冷凝器13、蒸发器15、溶液泵8、精馏塔17、回流冷凝器18、过冷器19，以氨为制冷剂，以氨水溶液为吸收剂，其中预热器10由干式缸套活塞式内燃机气缸体2及其气缸体冷却空腔7、气缸盖3及气缸盖冷却空腔4组成。吸收器16的出口通过接管与溶液泵8的进口连接。溶液泵8的出口通过接管与溶液换热器9的管程的进口连接。溶液换热器9的管程出口通过接管与预热器进口1相连。预热器出口5通过接管与精馏塔17的左侧进口管相连。精馏塔17下部出口管与发生器11的上部管口相连。发生器11下部管口通过接管与溶液换热器9的壳程进口相连。溶液换热器9的壳程出口通过接管与吸收器16的进口相连。精馏塔17上部左侧出口管通过接管与回流冷凝器18的下部左侧进口管相连。回流冷凝器18的下部右侧出口管通过接管与精馏塔17上部右侧的进口管连接。回流冷凝器18的上部出口管通过接管与冷凝器13的进口连接。冷凝器13的出口通过接管与节流阀14的进口连接。节流阀14的出口通过接管与过冷器19的管程进口连接。过冷器19的管程出口通过接管与蒸发器15的进口连接。蒸发器15的出口通过接管与过冷器19的壳程进口连接。过冷器19的壳程出口通过接管连在吸收器16和溶液换热器9之间的接管上。

该装置工作时，从吸收器16流出的氨水浓溶液，经溶液泵升压流经溶液换热器9吸收从发生器11回流的稀氨水溶液的热后进入预热器10，吸收气缸体2、汽缸套6′和气缸盖3的热后进入精馏塔17，并流向发生器11，在发生器11中被内燃机尾气的加热，产生氨蒸汽，氨蒸汽上升进入精馏塔17的上部和回流冷凝器18，与下降的回流冷凝液进行换热。从发生器11流出稀氨水溶液，经溶液换热器9进入吸收器16。稀氨水溶液在溶液换热器9中向来自吸收器16的浓氨水溶液放热，再在吸收器16中吸收来自蒸发器15的氨蒸气，同时，向冷却空气放出溶液的吸收热。这样，完成了氨吸收式循环的溶液回路。从回流冷凝器18出来的氨蒸汽，流入冷凝器13，在其中向冷却空气放热，冷凝成氨液。从冷凝器13流出的氨液，经节流阀14节流后进入过冷器19，在过冷器19中进一步被来自蒸发器15的氨蒸气冷却。从过冷器19中流出的氨液进入蒸发器15，氨液在蒸发器15中蒸发，产生氨蒸气，氨蒸气流经过冷器19冷却来自节流阀14的氨液后进入吸收器16，完成了该装置的制冷剂回路。

本实施例的效果是，一种氨余热吸收式制冷装置，实现了利用内燃机燃烧室及气缸盖的散热预热氨水溶液，采用内燃机排气余热来驱动的氨吸收式机组制冷装置，为人们提供制冷、冷冻及冷藏服务，采暖及生活用热水；此装置又可以作为第一类吸收式热泵，用于采暖，降低了船用柴油机的油耗，节约了能源。

本发明广泛适用于发电设备、机动车辆、机动船舶、机械设备等。

Claims (3)

1、一种内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置，主要包括吸收器(16)、溶液换热器(9)、预热器(10)、发生器(11)、冷凝器(13)、蒸发器(15)、溶液泵(8)、以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂或者以氨为制冷剂，以氨水溶液为吸收剂，其特征在于：

预热器(10)由湿式缸套活塞式内燃机气缸套(6)、气缸体(2)及其相互密合而成的气缸体冷却空腔(7)组成；

或者预热器(10)由干式缸套活塞式内燃机气缸体(2)及其气缸体冷却空腔(7)组成；

或者预热器(10)由湿式缸套活塞式内燃机气缸套(6)、气缸体(2)及其相互密合而成的气缸体冷却空腔(7)、气缸盖(3)及气缸盖冷却空腔(4)组成；

或者预热器(10)由干式缸套活塞式内燃机气缸体(2)及其气缸体冷却空腔(7)、气缸盖(3)及气缸盖冷却空腔(4)组成；

或者预热器(10)由湿式缸套活塞式内燃机气缸套(6)、气缸体(2)及其相互密合而成的气缸体冷却空腔(7)、气缸盖(3)及气缸盖冷却空腔(4)、气门座及气门座冷却空腔组成；

或者预热器(10)由干式缸套活塞式内燃机气缸体(2)及其气缸体冷却空腔(7)、气缸盖(3)及气缸盖冷却空腔(4)、气门座及气门座冷却空腔组成。

2、根据权利要求1所述的内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置，以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，其特征在于：预热器10由湿式缸套活塞式内燃机气缸套6、气缸体2及其相互密合而成的气缸体冷却空腔7、气缸盖3及气缸盖冷却空腔4空腔组成，吸收器(16)的出口通过接管与溶液泵(8)的进口连接，溶液泵(8)的出口通过接管与溶液换热器(9)的管程的进口连接，溶液换热器(9)的管程出口通过接管与预热器进口(1)连接，预热器出口(5)通过接管与发生器(11)的上部左侧管口相连，发生器(11)的下部管口通过接管与溶液换热器(9)的壳程进口相连，溶液换热器(9)的壳程出口通过接管与吸收器(16)的进口相连，发生器(11)上部右侧出口通过接管与截止阀(12)的一端连接，截止阀(12)的另一端通过接管与冷凝器(13)的进口连接，冷凝器(13)的出口通过接管与节流阀(14)的进口连接，节流阀(14)的出口通过接管与蒸发器(15)的进口连接，蒸发器(15)的出口通过接管连在溶液换热器(9)与吸收器(16)之间的接管上，截止阀(12′)的一端连在发生器(11)与截止阀(12)之间的接管上，截止阀(12′)的另一端连在蒸发器(15)与节流阀(14)之间的接管上。

3、根据权利要求1所述的内燃机缸套余热预热吸收式制冷装置，以氨为制冷剂，以氨水溶液为吸收剂，其特征在于：还包括精馏塔(17)、回流冷凝器(18)、过冷器(19)，预热器10由干式缸套活塞式内燃机气缸体2及其气缸体冷却空腔7、气缸盖3及气缸盖冷却空腔4组成，吸收器(16)的出口通过接管与溶液泵(8)的进口连接，溶液泵(8)的出口通过接管与溶液换热器(9)的管程的进口连接，溶液换热器(9)的管程出口通过接管与预热器进口(1)相连，预热器出口(5)通过接管与精馏塔(17)的左侧进口管相连，精馏塔(17)下部出口管与发生器(11)的上部管口相连，发生器(11)下部管口通过接管与溶液换热器(9)的壳程进口相连，溶液换热器(9)的壳程出口通过接管与吸收器(16)的进口相连，精馏塔(17)上部左侧出口管通过接管与回流冷凝器(18)的下部左侧进口管相连，回流冷凝器(18)的下部右侧出口管通过接管与精馏塔(17)上部右侧的进口管连接，回流冷凝器(18)的上部出口管通过接管与冷凝器(13)的进口连接，冷凝器(13)的出口通过接管与节流阀(14)的进口连接，节流阀(14)的出口通过接管与过冷器(19)的管程进口连接，过冷器(19)的管程出口通过接管与蒸发器(15)的进口连接，蒸发器(15)的出口通过接管与过冷器(19)的壳程进口连接，过冷器(19)的壳程出口通过接管连在吸收器(16)和溶液换热器(9)之间的接管上。

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