阅读说明：本技术 一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置 (Engine exhaust energy recovery and noise reduction composite device ) 是由 丁传安 王武林 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置,属于发动机节能与排气后处理技术领域,包括排气进口管、排气出口管、热管换热管段、冷却水夹套、排气侧环形通道、多孔圆形隔板、膨胀腔、共振腔、中间腔体,装置由筒壁与排气侧外层管壁间围成空间组成冷却水夹套,水夹套上部布置热管换热段,热管竖直放置。利用冷却水夹套和高效相变换热的热管换热段,能有效回收发动机排气余热,使环境进水温度升高25～35℃,同时利用排气进口管具有的穿孔管消声结构和膨胀腔、共振腔、中间腔体及排气侧环形通道等结构,能有效消除低、中频噪声；实现了柴油机排气余热回收与消声降噪的一体化结构设计,具有节约能源与保护环境的双重功能。(The invention discloses an engine exhaust energy recovery and noise reduction composite device, which belongs to the technical field of engine energy saving and exhaust aftertreatment, and comprises an exhaust inlet pipe, an exhaust outlet pipe, a heat pipe heat exchange pipe section, a cooling water jacket, an exhaust side annular channel, a porous circular partition plate, an expansion cavity, a resonant cavity and an intermediate cavity, wherein the device is formed by a space enclosed by a cylinder wall and an outer pipe wall of the exhaust side to form the cooling water jacket, the upper part of the water jacket is provided with the heat pipe heat exchange section, and a heat pipe is vertically arranged. The exhaust waste heat of the engine can be effectively recovered by utilizing the cooling water jacket and the heat pipe heat exchange section of efficient phase change heat exchange, the ambient inlet water temperature is increased by 25-35 ℃, and meanwhile, low and medium frequency noise can be effectively eliminated by utilizing the perforated pipe silencing structure, the expansion cavity, the resonant cavity, the middle cavity, the exhaust side annular channel and other structures of the exhaust inlet pipe; the integrated structure design of the exhaust waste heat recovery and noise elimination of the diesel engine is realized, and the dual functions of energy saving and environment protection are achieved.)

一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置

技术领域

本发明涉及发动机排气能量回收与降噪声的复合装置，具体涉及一种既能回收发动机排气余热，又能有效降低排气噪声的装置，属于发动机节能与排气后处理相关技术领域。

背景技术

发动机排气温度较高，通常带走的能量损失占燃料总热量的30～40％，是发动机能量损失最大的部分，也是造成传统发动机的热效率较低的主要原因之一。但目前发动机的排气热量一般均不进行回收，其原因一是在发动机排气系统中布置热量的回收装置在结构布置上存在一定难度，二是由于发动机通常是变工况运行，故余热回收量亦随负荷变化而变化，增加了热量回收利用方法选择的难度；三是在排气系统中布置热量回收系统，可能增加排气系统的阻力，对经济性带来一定影响。同时，因柴油机的压缩比高、最大爆发压力大，排气噪声污染一般较汽油机更为严重，现有柴油机排气后处理系统安装的排气***降噪效果在满足日趋严格的国标噪声限制方面已面临更多的挑战。

发明内容

本发明是克服现有发动机排气热量一般不能加以有效利用、致使发动机热效率均维持在一个较低水平的缺陷，通过对发动机排气后处理系统的内部结构和参数进行优化，设计一种能将排气能量回收和噪声控制有机组合、并且在结构上较为紧凑的一体式装置，实现既提高发动机的热效率和经济性，又能有效降低发动机排气噪声以满足国标对噪声控制的要求。

根据本发明提供的一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置，用于内燃机排气系统中，安装在废气流过包括排气系统和环境之间的开口的排气系统对应的尾管(未示出)之前。优选地，该装置是装配状态下水平排列设置，包括排气进口管、排气出口管、热管换热管段、冷却水夹套、排气侧环形通道、膨胀腔、共振腔、中间腔体、多孔圆形隔板、回收降噪器筒壁。回收降噪装置右侧连接有横截面为圆形的排气进口管，回收降噪装置左侧连接有横截面为圆形的排气出口管，所述回收降噪器筒壁与排气侧外层管壁、回收降噪器右侧壁板和回收降噪器左侧壁板围成空间组成了冷却水夹套。为强化排气与水的热交换效果，所述冷却水夹套上部布置有热管换热管段，所述热管换热管段在排气侧外层管壁的分隔下，内部分为换热器气侧和换热器水侧。由于两侧换热系数存在差异，水侧换热强度明显高于气侧换热强度，应使换热器气侧内热管长度显著大于换热器水侧热管长度，其长度比例包括并不限于，换热器气侧热管长度与水侧热管长度之比为2∶1。为强化气侧换热效果，扩张换热面积，换热器气侧内热管上套有热管翅片。所述热管采用竖直放置状态，以利用重力实现工作介质在管内循环，热管管内工作介质的选择，根据工作温度范围为20～250℃下余热回收需要，以水或甲苯作为工作介质。

所述排气进口管依次穿过回收降噪器右侧壁板、右侧腔体端部档板，多孔圆形隔板，与膨胀腔相通；排气出口管与回收降噪器左侧壁板连接。回收降噪装置内部有中段部分截面为椭圆形的排气侧外层管壁，排气侧外层管壁左端连接到回收降噪装置左侧壁板上，排气侧外层管壁右端与右侧腔体端部档板连接。排气侧外层管壁内部有截面为圆形的排气侧内层管壁，排气侧内层管壁左端有喇叭形通道口，使共振腔与排气出口管相通；排气侧内层管壁右端也有呈收缩状的喇叭形通道口，使中间腔体与右侧腔体相通。排气侧内层管壁内部连接有膨胀腔隔板、多孔圆形隔板，膨胀腔隔板、多孔圆形隔板与排气侧内层管壁保持无间隙连接。排气侧外层管壁、排气侧内层管壁、右侧腔体端部挡板和回收降噪器左侧壁板共同组成了排气侧环形通道，所述排气侧环形通道的右端部分空间为右侧腔体；所述排气侧内层管壁的右段部分与多孔圆形隔板右侧组成的内部空间为中间腔体；膨胀腔隔板右侧、多孔圆形隔板左侧与排气侧内层管壁中间段部分组成的空间为膨胀腔；膨胀腔隔板左侧与排气侧内层管壁左段部分组成的空间为共振腔。

排气进口管在中间腔体中的管段部分的管壁上开有进口管管壁小孔，本实施例小孔为均匀分布，孔径为7mm。所述多孔圆形隔板上开有小孔，本实施例小孔为均匀分布，孔径为7mm。

应用本发明的技术方案，柴油机的排气高速流入排气进口管后，部分排气流入膨胀腔，部分排气通过进口管管壁小孔流入中间腔体，流入膨胀腔的排气受膨胀腔隔板的阻挡，折流返回通过多孔圆形隔板上小孔也流入中间腔体；排气在膨胀腔和中间腔体内来回反射流动、能量衰减，实现消声降噪的目的。所述两部分排气在中间腔体汇集后向右流动进入右侧腔体，受右侧腔体端板挡板阻挡，调头向左流动并进入排气侧内层管壁和排气侧外层管壁之间的排气侧环形通道，排气流经环形通道时，能量进一步衰减；此过程并伴随排气与冷却水的热量交换与降温过程，即排气在环形通道中部和下部向左流动过程中，直接以间壁换热的方式，通过排气侧外层管壁与水夹套中的冷却水热交换；同时，另有部分在环形通道上部的排气流经热管换热器，还可实现高效换热，即所述排气与换热器气侧内所布置的热管蒸发段的管内工质换热，管内工质吸热升温气化，沿热管内向上流动进入热管冷凝段；排气在此流动过程中高效换热并降温后，通过排气出口管再经尾管排向大气。来自冷却进水口的进水进入冷却水夹套后，一部分流经热管换热器水侧，与热管冷凝段管内的工质进行高效热交换，管内工质放热降温冷凝，沿热管内壁向下流动到热管蒸发段，形成热管管内工质的反复循环，同时换热器水侧的进水被加热升温；另有部分进水以间壁换热方式，被排气侧环形通道内的排气加热升温，两部分被加热进水在水夹套内汇合后，从冷却出水口流出。

本实施例提供的一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置，具有如下有益效果：

1.本发明能有效回收发动机排气余热。装置利用冷却水夹套，特别通过配置的具有高效相变换热特点的热管换热器，强化了水气换热效果，能有效回收发动机排气的余热，回收的热量数额、比例和对经济性的改善程度，主要与发动机的排量大小和当前工作负荷有关，在稳定工况、中等以上负荷状态下，并且冷却水流量控制与发动机排量保持匹配情况下，可使环境状态下的冷却进水经排气加热，温度升高25～35℃，发动机热效率提高2～3％。要特别说明的是，该装置和热量回收方法特别适合用于较大排量的船用柴油机或柴油发电机组的排气余热回收，因为上述设备运行工况较稳定，且回收装置所提供的热水，正可方便的满足船舶上乘员或固定式发电设备周边人员的淋浴、采暖等生活用途。

2.本发明结构紧凑、空间布置合理。将水夹套的间壁换热与热管换热器的相变换热相结合的设计，显著提高了排气余热回收的换热效率，具有结构很紧凑的特点；热管采用竖直放置利用重力实现工质循环，热管内不另需布置管芯，简化了热管换热器结构。

3.本发明可实现余热回收与消声降噪功能的有效组合。装置利用排气进口管具有的穿孔管消声结构和膨胀腔、共振腔、中间腔体及排气侧环形通道等结构，能有效消除低、中频噪声。装置的一体化设计利用排气侧环形通道、水夹套和热管换热管段的组合，优化了排气后处理整体系统，使装置拥有节约能源与保护环境的双重功能。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置的结构示意图。

图2为示出了图1中的A-A位置剖切后得到的发动机排气能量回收与降噪声复合装置的横截面示意图。

图中各标号表示：

1回收降噪装置 2排气出口管 3膨胀腔隔板 4膨胀腔 5热管冷凝段 6换热器水侧7换热器气侧 8热管换热管段 9热管蒸发段 10热管翅片 11冷却进水口 12右侧腔体 13排气进口管 14回收降噪器右侧壁板 15右侧腔体端部档板 16进口管管壁小孔 17排气侧环形通道 18排气侧外层管壁 19中间腔体 20排气侧内层管壁 21回收降噪器筒壁 22多孔圆形隔板 23冷却出水口 24共振腔 25回收降噪器左侧壁板 26冷却水夹套

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种发动机排气能量回收与降噪声复合装置，如图1和图2所示，回收降噪装置1用于并未示出的内燃机排气系统中，安装在废气流过包括排气系统和环境之间的排气系统对应的尾管(未示出)之前。优选地，回收降噪装置是装配状态下水平排列设置，包括排气进口管13、排气出口管2、热管换热管段8、冷却水夹套26、排气侧环形通道17、膨胀腔4、共振腔24、中间腔体19、多孔圆形隔板22、回收降噪器筒壁21。所述回收降噪装置右侧连接有横截面为圆形的排气进口管13，回收降噪装置左侧连接有横截面为圆形的排气出口管2，所述回收降噪器筒壁21与排气侧外层管壁18、回收降噪器右侧壁板14和回收降噪器左侧壁板25围成空间组成了冷却水夹套26。所述冷却水夹套上部布置有热管换热管段8，所述热管换热管段在排气侧外层管壁18的分隔下，内部分为换热器气侧7和换热器水侧6，换热器气侧7内热管长度大于换热器水侧6内热管长度，其长度比例包括并不限于，换热器气侧热管长度与水侧热管长度之比为2∶1；，所述的换热器气侧内热管上套有热管翅片10。所述热管采用竖直放置状态，以利用重力实现工作介质在管内循环，热管管内工作介质的选择，根据工作温度范围为20～250℃下余热回收需要，以水或甲苯作为工作介质。

所述排气进口管13依次穿过回收降噪器右侧壁板14、右侧腔体端部档板15，多孔圆形隔板22，与膨胀腔4相通；排气出口管2与回收降噪器左侧壁板25连接。回收降噪装置内部有中段部分截面为椭圆形的排气侧外层管壁18，所述排气侧外层管壁18左端连接到回收降噪器左侧壁板25上，排气侧外层管壁右端与右侧腔体端部档板15连接。所述排气侧外层管壁内部有截面为圆形的排气侧内层管壁20，所述排气侧内层管壁左端有喇叭形通道口，使共振腔24与排气出口管2相通；排气侧内层管壁右端也有呈收缩状的喇叭形通道口，使中间腔体19与右侧腔体12相通。所述排气侧内层管壁内部连接有膨胀腔隔板3、多孔圆形隔板22，膨胀腔隔板3、多孔圆形隔板22与排气侧内层管壁保持无间隙连接。排气侧外层管壁18、排气侧内层管壁20、右侧腔体端部挡板15和回收降噪器左侧壁板25共同组成了排气侧环形通道17，所述排气侧环形通道的右端部分空间为右侧腔体12；所述排气侧内层管壁的右段部分与多孔圆形隔板22右侧组成的内部空间为中间腔体19；膨胀腔隔板3右侧、多孔圆形隔板22左侧与排气侧内层管壁20中间段部分组成的空间为膨胀腔4；膨胀腔隔板3左侧与排气侧内层管壁左段部分组成的空间为共振腔24。

排气进口管13在中间腔体19中的管段部分的管壁上开有进口管管壁小孔16，本实施例小孔为均匀分布，孔径为7mm。所述多孔圆形隔板22上开有小孔，本实施例小孔为均匀分布，孔径为7mm。

发动机的排气高速流入排气进口管13后，排气分别流入膨胀腔4或通过进口管管壁小孔16流入中间腔体19，流入膨胀腔4的排气又折流经多孔圆形隔板22流入中间腔体19；所述两部分排气汇集后进入右侧腔体12，调头向左流入排气侧环形通道17，此过程能量进一步衰减并伴随热交换与降温过程，即排气在环形通道中部和下部向左流动过程中，以间壁换热方式与水夹套中水换热；在环形通道上部的排气流经热管换热管段8，与换热器气侧7内所布置的热管蒸发段9的管内工质换热，管内工质吸热升温气化，沿管内向上流入热管冷凝段5；排气在此过程中高效换热降温后，通过排气出口管经尾管排出。来自冷却进水口11的进水进入冷却水夹套后，一部分流经热管换热器水侧6被加热升温；另有部分进水以间壁换热方式被加热升温，两部分被加热进水汇合后，从冷却出水口23流出。

以上实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。