熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其由依次排列的廢氣余熱回收裝置的蒸發段(3)、廢氣余熱回收裝置的絕熱段(10)和廢氣余熱回收裝置的冷凝段(17)組成，它們通過焊接方式與外殼(9)連接為一個整體。本實用新型使用重力式熱管技術而不是傳統換熱器技術來增強內燃機廢氣余熱的回收量，布置靈活，使用方便；通過分割熱管工質區域，增加蒸發段中隔壁、絕熱段中隔壁、絕熱段內壁區域組成的區域，增強了相較于傳統重力式熱管的換熱性能；在排氣廢氣熱量較大時，可以根據要求通過串聯多個裝置的方式增加裝置的熱吸收量。
【專利說明】熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及余熱回收裝置，特別是一種熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置。
【背景技術】
[0002]內燃機是當今世界中使用的最廣泛的原動力機械，內燃機由于其功率范圍廣，轉速范圍寬，在各行各業得到了廣泛的使用，其發出的功率范圍約占世界動力裝置總功率的90%以上。大至船舶、電廠，小至汽車，摩托車等，內燃機作為原動力機械有著廣泛的應用。
[0003]隨著現代技術的發展，內燃機的熱效率不斷地提高，然而，以目前的最先進的內燃機為例，汽油機的熱效率不超過30%，柴油機的熱效率不超過40%，蒸汽輪機其熱效率最高，也不超過50%，因此，大部分化石燃料產生的能量都以熱的形式白白的浪費了。這些散熱的熱量當中，廢氣中的余熱占據有很大一部分。若能將這些廢氣散失掉的熱量進行回收利用，則可以節約大量的能源，提高能源的綜合利用效率。現在已有技術來實現內燃機廢氣的余熱回收利用。但是由于所采用的技術方法對內燃機技術的理解上的偏差，在實際的使用當中卻存在使用不便、布置不靈活，甚至降低內燃機熱效率的問題。
[0004]現在所使用的內燃機的余熱回收裝置，在設計的過程當中，并沒有考慮到余熱回收裝置對于內燃氣排氣的影響情況，這樣造成了余熱回收的利用效率很高，但卻造成了內燃機自身的效率降低的情況；其次，對于熱電聯供裝置及分布式能源系統中，沒有很好的規劃回收余熱的使用途徑，造成了回收能量的浪費；再次，現今存在的內燃機廢氣余熱回收裝置是使內燃機廢氣經過一個換熱器型的換熱裝置，換熱裝置的體積及相關伺服機構體積龐大，使用不靈活。
【發明內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種新型的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，以克服上述現有技術存在的缺陷。
[0006]本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是:由依次排列的廢氣余熱回收裝置的蒸發段、廢氣余熱回收裝置的絕熱段和廢氣余熱回收裝置的冷凝段組成，它們通過焊接方式與外殼連接為一個整體。
[0007]所述廢氣余熱回收裝置的蒸發段，包括漸變型流道、翅片、蒸發段熱管工質流道以及填充在漸變型流道外壁與外殼之間的蒸發段絕熱及支撐材料，其中漸變型流道和與之焊接相連的翅片構成了回收內燃機廢氣熱量的翅片式漸變流道，該翅片式漸變流道通過蒸發段熱管工質流道與內燃機廢氣進行熱量交換。
[0008]所述廢氣余熱回收裝置的絕熱段，設有以短桿支撐焊接結構固定至外殼上的依次排列的蒸發段中隔壁、冷凝段中隔壁、絕熱段中隔壁，以及連通的絕熱段熱管工質蒸汽流道、絕熱段熱管工質液體流道；在絕熱段熱管工質蒸汽流道外壁至外殼之間填充有絕熱段絕熱及支撐材料，絕熱段中隔壁采用短桿支撐焊接方式固定絕熱段內壁；所述絕熱段內壁，其上端焊接至冷凝段管壁上，其外側包裹有絕熱段吸液層。
[0009]所述蒸發段中隔壁采用縮口工藝制成，構成尖嘴形狀。
[0010]所述冷凝段中隔壁采用擴口工藝制成，構成喇叭口形狀。
[0011]所述廢氣余熱回收裝置的冷凝段，由冷凝段絕熱及支撐材料、冷凝段換熱區域、冷凝段吸液層、冷凝段管壁、冷凝段熱管工質液體流道、冷凝段中隔壁和冷凝段局部組成，其中冷凝段管壁焊接在外殼上；冷凝段吸液層包裹在冷凝段管壁外側，與絕熱段吸液層成為整體；絕熱段絕熱及支撐材料填充至外殼內側至冷凝段換熱區域外側之間；冷凝段熱管工質液體流道位于廢氣余熱回收裝置的冷凝段內，其與冷凝段換熱區域和絕熱段熱管工質液體流道連通；冷凝段中隔壁采用短桿支撐焊接方式固定在外殼上；冷凝段局部位于廢氣余熱回收裝置的冷凝段下部，其與廢氣余熱回收裝置的冷凝段和廢氣余熱回收裝置的絕熱段相連。
[0012]所述冷凝段局部由冷凝段吸液層、冷凝段管壁、絕熱段內壁、絕熱段熱管工質液體流道、絕熱段吸液層、絕熱段中隔壁構成，形成冷凝效果強化區域。
[0013]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0014]1.相對于傳統的換熱器型內燃機廢氣余熱回收裝置來說，使用重力式熱管技術而不是傳統換熱器技術來增強內燃機廢氣余熱的回收量，布置靈活，使用方便。
[0015]2.相對于傳統熱管技術而言，通過分割熱管工質區域，增加蒸發段中隔壁、絕熱段中隔壁、絕熱段內壁區域組成的區域，增強了相較于傳統重力式熱管的換熱性能。
[0016]3.通過創建由漸變型流道和翅片區域組成的漸變型翅片式流道，在較少增加廢氣排氣壓力的情況下，有效的增加了裝置蒸發區域吸收熱量的效率，并且對內燃機自身的性能影響較小。
[0017]4.采用整體式熱管技術，可以根據實際的使用要求靈活地增減換熱裝置個數，在排氣廢氣熱量較大時，可以根據要求通過串聯多個裝置的方式增加裝置的熱吸收量。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0018]圖1是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置整體示意圖。
[0019]圖2是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置蒸發段示意圖。
[0020]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0021]圖4是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置蒸發段結構圖。
[0022]圖5是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置蒸發段結構局部細節。
[0023]圖6是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置絕熱段結構圖。
[0024]圖7是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置蒸發段示意圖。
[0025]圖8是圖7的B-B剖視圖。
[0026]圖9是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置冷凝段結構圖。
[0027]圖10是熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置冷凝段結構局部細節。
[0028]圖中:1.內燃機廢氣；2.吸熱工質流體；3.廢氣余熱回收裝置的蒸發段；4.漸變型流道；5.翅片；6.蒸發段熱管工質流道；7.蒸發段中隔壁；8.蒸發段絕熱及支撐材料；
9.外殼；10.廢氣余熱回收裝置的絕熱段；11.絕熱段絕熱及支撐材料；12.絕熱段熱管工質蒸汽流道；13.絕熱段內壁；14.絕熱段熱管工質液體流道；15.絕熱段吸液層；16.絕熱段中隔壁；17.廢氣余熱回收裝置的冷凝段；18.冷凝段絕熱及支撐材料；19.冷凝段換熱區域；20.冷凝段吸液層；21.冷凝段管壁；22.冷凝段熱管工質液體流道；23.冷凝段中隔壁；24.冷凝段局部；25.蒸發段局部。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例以及附圖對本實用新型作進一步說明，但不限于本實用新型。
[0030]本實用新型提供的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其結構如圖1所示，由廢氣余熱回收裝置的蒸發段3、廢氣余熱回收裝置的絕熱段10和廢氣余熱回收裝置的冷凝段17三部分組成，它們通過外殼9采用焊接方式連接為一個整體，由此可以減少廢氣回收裝置體積，增加廢氣回收裝置使用的靈活性。
[0031]所述廢氣余熱回收裝置的蒸發段3，其結構如圖2-圖5和圖7-圖8所示，包括:漸變型流道4、翅片5、蒸發段熱管工質流道6、蒸發段絕熱及支撐材料8。其中:漸變型流道4和與之相連的翅片5均可采用銅質，采用焊接的方式連接，由此構成了回收內燃機廢氣熱量的翅片式漸變流道，這樣，可以在不增加內燃機排氣背壓的情況下，實現回收內燃機廢氣的目的，提高回收的熱量的質量。外殼9為鋼制，通過焊接的方式連成整體；蒸發段絕熱及支撐材料8填充在漸變型流道4外壁與外殼9之間。
[0032]所述蒸發段3中，由漸變型流道4擴展了流道直徑，增加了廢氣與熱管工質之間的換熱面積(相對于排氣管圓管表面積來說)；外加翅片5的存在，增加了換熱的表面面積，大大的增強了換熱功能；另外，漸變型流道4的尺寸可以根據內燃機廢氣I的流量來設計出最優管徑，可以顯著減小廢氣的流動阻力，從而達到增強換熱功能，降低廢氣排氣壓力的目的。
[0033]所述廢氣余熱回收裝置的絕熱段10，其結構如圖6所示，由絕熱段絕熱及支撐材料11、絕熱段熱管工質蒸汽流道12、絕熱段內壁13、絕熱段熱管工質液體流道14、絕熱段吸液層15、絕熱段中隔壁16、蒸發段中隔壁7、外殼9、冷凝段中隔壁23組成。其中:外殼9由鋼板焊接而成，絕熱段內壁13、蒸發段中隔壁7、冷凝段中隔壁23、絕熱段中隔壁16均為圓銅管加工而成，蒸發段中隔壁7、冷凝段中隔壁23、絕熱段中隔壁16通過短桿支撐焊接結構固定至外殼9上，蒸發段中隔壁7采用縮口工藝制成，冷凝段中隔壁23采用擴口工藝制成；絕熱段絕熱及支撐材料11填充至絕熱段熱管工質蒸汽流道12外壁至外殼9之間；絕熱段吸液層15包裹在絕熱段內壁13外側。絕熱段內壁13采用銅管制造，按照圖要求加工成圖紙形狀，并采用短桿支撐焊接方式固定在絕熱段中隔壁16上，絕熱段內壁13上端焊接至冷凝段管壁21上。
[0034]所述絕熱段絕熱及支撐材料11采用玻璃纖維及包裹玻璃纖維的鋼制殼子組成，其作用是減少向空氣散失的熱量，提高廢氣熱量回收的效果。
[0035]所述絕熱段中隔壁16，其作用是:將絕熱段10中的熱管區域分成氣相端和液相端，利用熱管工質冷熱段比重不同，增加熱管工質的流通性，從而增加重力式熱管的廢熱回收效率。
[0036]所述廢氣余熱回收裝置的冷凝段17，其結構如圖9和圖10所示，由冷凝段絕熱及支撐材料18、冷凝段換熱區域19、冷凝段吸液層20、冷凝段管壁21、冷凝段熱管工質液體流道22、冷凝段中隔壁23、冷凝段局部24和外殼9組成。其中:冷凝段管壁21由圓管制成，焊接至外殼9上；冷凝段吸液層20包裹在冷凝段管壁21外側，與絕熱段吸液層15成為整體；絕熱段絕熱及支撐材料18填充至外殼9內側至冷凝段換熱區域19外側之間；外殼9為鋼制，采用焊接的方式連成整體。
[0037]所述冷凝段局部24由冷凝段吸液層20、冷凝段管壁21、絕熱段內壁13、絕熱段熱管工質液體流道14、絕熱段吸液層15、絕熱段中隔壁16共同構成，形成冷凝效果強化區域。其中:冷凝段中隔壁23由圓銅管采用擴管制成，并采用短桿支撐焊接方式固定在外殼9上；冷凝段吸液層20包裹在冷凝段管壁21外側，與絕熱段吸液層15成為一體；冷凝段管壁21采用焊接的方式固定在外殼9上；絕熱段絕熱及支撐材料18填充至外殼9至冷凝段換熱區域19外側之間。該冷凝段局部的工作過程是:氣化后的熱管工質經由絕熱段熱管工質蒸汽流道12浮升至冷凝段吸液層20附近，放熱并液化成熱管工質液體，經由冷凝段吸液層20及絕熱段吸液層15回到熱管工質蒸發區域6，完成熱管工質放熱循環。
[0038]所述絕熱段絕熱及支撐材料18采用玻璃纖維及包裹玻璃纖維的鋼制殼子組成，其作用是減少向空氣散失的熱量，提高廢氣熱量回收的效果。
[0039]上述漸變型流道4、絕熱段內壁13、絕熱段吸液層15、絕熱段中隔壁16、蒸發段中隔壁7構成蒸發段局部25，形成蒸發效果強化區域。其中:蒸發段中隔壁7由圓筒管采用縮口工藝制成，并采用短桿支撐焊接方式固定在外殼9上；絕熱段吸液層15包裹在絕熱段內壁13外側；絕熱段內壁13下端采用焊接的方式封口。該蒸發段局部的工作過程是:漸變型流道4吸收熱量的蒸發熱管工質，氣化后由于浮升力作用，經由蒸發段中隔壁7外側向上運動至絕熱段；絕熱段吸液層15中冷凝的液態工質在重力作用下，滴至漸變型流道4外壁上，補充熱管工質完成熱管工質吸熱循環。
[0040]所述熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置的蒸發段3與內燃機排氣管路的連接采用法蘭連接；廢氣余熱回收裝置的冷凝段17與吸熱工質流體2管路采用法蘭連接。
[0041]本實用新型提供的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其在實現對內燃機的排氣廢熱利用回收的同時，極少的降低回收裝置對于內燃機排氣背壓的影響情況；主要采用的是循環重力式熱管的技術方法，來回收內燃機中廢氣的熱能，回收的熱能用于加熱熱電聯供裝置的供熱熱源及分布式能源系統中的吸收式制冷裝置的熱源。具體工作過程如下:
[0042]內燃機廢氣I經由漸變型流道4、翅片5共同組成的漸變型翅片式廢氣流道放熱，熱量通過管壁傳遞到蒸發段熱管工質流道6區域，蒸發段熱管工質流道6區域熱管工質產生氣化形成熱蒸汽流經絕熱段熱管工質蒸汽流道12區域并向上運動；熱管工質熱蒸汽由絕熱段熱管工質蒸汽流道12區域流到冷凝段換熱區域19中，并在冷凝段吸液層20區域發生冷凝現象并放熱，放出的熱量經由冷凝段管壁21管壁傳遞到吸熱工質流體2中，實現加熱吸熱工質流體2的功能；熱管工質蒸汽在冷凝段吸液層20區域上冷凝形成熱管工質液體順著冷凝段吸液層20區域流到絕熱段吸液層15區域中；絕熱段吸液層15中的熱管工質液體因為重力作用，向下流動到蒸發段熱管工質流道6區域中；熱管工質液體在絕熱段吸液層15區域下端形成液滴，液滴滴到蒸發段熱管工質流道6區域與管壁接觸再次氣化形成熱管工質熱蒸汽，完成整個工作循環。
[0043]在熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置連續工作時，由于重力及浮升力作用，會在蒸發段熱管工質流道6及冷凝段換熱區域19之間形成壓力差，其中蒸發段熱管工質流道6換熱區域為高壓區，冷凝段換熱區域19為低壓區域，蒸發段熱管工質流道6內的高壓驅使熱管蒸汽向上運動。但由于蒸發段中隔壁7、絕熱段內壁13、冷凝段中隔壁23的存在，會在冷凝段熱管工質液體流道22及絕熱段熱管工質液體流道14中形成反向的壓差區域，其中冷凝段熱管工質液體流道22為高壓區域，絕熱段熱管工質液體流道14為低壓區域，驅使液態熱管工質向下運動。因此，蒸發段熱管工質流道6、冷凝段換熱區域19、冷凝段熱管工質液體流道22、絕熱段熱管工質液體流道14的存在，增加了熱管工質的流動性，從而增強了熱管的換熱能力。
【權利要求】
1.一種熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征在于：由依次排列的廢氣余熱回收裝置的蒸發段（3)、廢氣余熱回收裝置的絕熱段（10)和廢氣余熱回收裝置的冷凝段（17)組成，它們通過焊接方式與外殼（9)連接為一個整體。
2.根據權利要求I所述的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征是所述廢氣余熱回收裝置的蒸發段（3)，包括漸變型流道（4)、翅片（5)、蒸發段熱管工質流道￠)以及填充在漸變型流道（4)外壁與外殼（9)之間的蒸發段絕熱及支撐材料（8)，其中漸變型流道（4)和與之焊接相連的翅片（5)構成了回收內燃機廢氣（I)熱量的翅片式漸變流道，該翅片式漸變流道通過蒸發段熱管工質流道（6)與內燃機廢氣（I)進行熱量交換。
3.根據權利要求I所述的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征是所述廢氣余熱回收裝置的絕熱段（10)，設有以短桿支撐焊接結構固定至外殼（9)上的依次排列的蒸發段中隔壁（7)、冷凝段中隔壁（23)、絕熱段中隔壁（16)，以及連通的絕熱段熱管工質蒸汽流道(12)、絕熱段熱管工質液體流道（14);在絕熱段熱管工質蒸汽流道（12)外壁至外殼（9)之間填充有絕熱段絕熱及支撐材料（11)，絕熱段中隔壁（16)采用短桿支撐焊接方式固定絕熱段內壁（13);所述絕熱段內壁（13)，其上端焊接至冷凝段管壁（21)上，其外側包裹有絕熱段吸液層（15)。
4.根據權利要求3所述的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征是所述蒸發段中隔壁（7)采用縮口工藝制成，構成尖嘴形狀。
5.根據權利要求3所述的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征是所述冷凝段中隔壁（23)采用擴口工藝制成，構成喇叭口形狀。
6.根據權利要求I所述的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征是所述廢氣余熱回收裝置的冷凝段（17)，由冷凝段絕熱及支撐材料（18)、冷凝段換熱區域（19)、冷凝段吸液層（20)、冷凝段管壁（21)、冷凝段熱管工質液體流道（22)、冷凝段中隔壁（23)和冷凝段局部（24)組成，其中冷凝段管壁（21)焊接在外殼（9)上；冷凝段吸液層（20)包裹在冷凝段管壁（21)外側，與絕熱段吸液層（15)成為整體；絕熱段絕熱及支撐材料（18)填充至外殼(9)內側至冷凝段換熱區域（19)外側之間；冷凝段熱管工質液體流道（22)位于廢氣余熱回收裝置的冷凝段（17)內，其與冷凝段換熱區域（19)和絕熱段熱管工質液體流道（14)連通；冷凝段中隔壁（23)采用短桿支撐焊接方式固定在外殼（9)上；冷凝段局部（24)位于廢氣余熱回收裝置的冷凝段（17)下部，其與廢氣余熱回收裝置的冷凝段（17)和廢氣余熱回收裝置的絕熱段（10)相連。
7.根據權利要求6所述的熱管式內燃機廢氣余熱回收裝置，其特征是所述冷凝段局部(24)由冷凝段吸液層（20)、冷凝段管壁（21)、絕熱段內壁（13)、絕熱段熱管工質液體流道(14)、絕熱段吸液層（15)、絕熱段中隔壁（16)構成，形成冷凝效果強化區域。
【文檔編號】F02G5/02GK204253208SQ201420689474
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】錢作勤, 鄧君, 程君林, 張凌杰 申請人:武漢理工大學