Устройство для утилизации тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК F02G5/02 F28D15/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам использования вторичных энергоресурсов, в частности тепла отработавших газов двигателя.

Целью изобретения является повышение эффективности установки путем обеспечения возможности регулирования теплосъема.

На чертеже представлена принципиальная схема установки.

Теплообменник 1 снабжен тепловыми трубами 2 и соединен при помош,и подводя- ш.его трубопровода 3 с выхлопной трубой 4 двигателя 5 внутреннего сгорания. Вертикальный канал 6 теплообменника предназначен для теплоносителя системы 7 обогрева помеш,ения. Вертикальный канал 8 заполнен сыпучим материалом. Тепловые трубы 2 установлены в перегородке рядами и под нижним рядом тепловых труб в канале 8 размеш,ен срез сопла 9 подвода газов из трубопровода 3. Ниже сопла 9 размещена воздухораспределительная решетка 10, установленная на выходе из патрубка 11 подвода воздуха, а на входе в патрубок установлен регулируемый дроссель 12. Испарительная часть тепловых труб размещена в сыпучем материале, а конденсационная - в потоке теплоносителя системы обогрева помещения.

Выходное отверстие канала 8 подключено к пылеуловителю 13, а выходное отверстие последнего - к вентилятору 14 отсоса газов, снабженному регулируемым приводом. Устройство снабжено трубой 15 перепуска газов и органом 16 ее перекрытия. Регулятор 17 температуры связан с регулируемым дросселем 12 и с регулируемым приводом вентилятора 14. Дополнительно регулятор 17 температуры связан с органом 16 перекрытия трубы 15 перепуска газов.

Трубопровод 3 может быть выполнен либо жестким, либо в виде гибкого металлического рукава.

В процессе работы двигателя газы из выхлопной трубы 4 двигателя 5 внутреннего сгорания .по трубопроводу 3 через сопло 9 подаются в нижнюю часть канала 8 теплообменника 1. Из патрубка 11 подвода воздуха под воздухораспределительную решетку 10 поступает воздух. Когда скорость воздуха достигает критической величины, при которой сопротивление слоя становится равным его весу, слой сыпучего теплоносителя приобретает текучесть и переходит в псевдоожижен- ное состояние. Смесь отработавших газов и воздуха поступает из теплообменника в пылеуловитель 13, после которого очищенные газы вентилятором 14 выбрасываются в атмосферу.

На случай аварийной остановки вентилятора 14 предусматривается обводная труба 15 и орган 16 ее отключения, подсоединенный к регулятору 17.

Для полустационарных автомобилей, например тягачей с ограниченным радиусом действия, подводящий трубопровод 3 выпол0

няется в виде гибкого металлического рукава.

В условиях высокого тепло- и массообме- на в псевдоожиженном слое отработавщие

газы снижают свою температуру, отдавая часть тепла частицам материала слоя, которые передают полученное тепло испарительным зонам труб 2, расположенным в слое.

Частицы сажи, являющиеся продуктом неполного сгорания жидкого топлива и содержащиеся в отработавших газах, осаждаются на частицах материала псевдоожижен- ного слоя.

Тепло, воспринятое поверхностями нагре5 ва тепловых труб в псевдоожиженном слое, используется для подогрева воздуха в системе 7 обогрева помещения.

Величина поверхности нагрева тепловых труб по расчетам составляет менее 1% суммарной поверхности частиц материала псев0 доожиженного слоя, в связи с чем на поверхности нагрева осаждается менее 1% частиц сажи.

Коэффициент теплоотдачи от псевдоожи- женного слоя к испарительной части тепло5 вых труб по экспериментальным данным в 8Н2 раз больше, чем от конденсационной части к нагреваемому воздуху. Поэтому для сохранения постоянной величины теплового потока величина поверхности конденсационной части должна быть в 8-12 раз больше,

0 чем испарительной, т.е. отношение длины трубы испарительной части к длине трубы конденсационной части должно составлять 1:8 - 1:12. Значение 1:8 справедливо при использовании относительно крупных частиц (с эквивалентным диаметром более 1 мм) ма5 териала псевдоожиженного слоя, значение 1:12 - при использовании относительно мелких частиц (с эквивалентным диаметром менее 0,5 мм).

Материал сыпучего теплоносителя должен быть инертным по отношению к отра ботавшнм газам, не вступать с ним в реакцию, прочным, чтобы не было его истирания в слое, иметь плотность, значительно превышающую плотность частиц сажи, что необходимо для обеспечения отдува частиц

с сажи из слоя. В качестве такого материала может быть использован, например, кварцевый песок с эквивалентным диаметром частиц, равным 0,3-1,0 мм.

В условиях интенсивного перемешивания и соударений частиц материала псевдоожи0 женного слоя осевшие частицы сажи отделяются от частиц материала слоя и труб поверхностей нагрева. Размеры теплообменника и, следовательно, скорости газовоздушной смеси в псевдоожиженном слое выбираются таким образом, чтобы гидравлическое

5 сопротивление частицы сажи превысило ее вес. При этом частицы сажи уносятся потоком газовоздушной смеси из теплообменника. Частицы материала сыпучего теплоносителя, имеющие значительно больший вес, из псевдоожиженного слоя не выносятся.

Таким образом частицы сажи не загрязняют поверхности нагрева, последние имеют максимальное восприятие тепла.

Воздух для ожижения слоя забирается снаружи, если теплообменник размещен в помещении, где установлены только стационарные двигатели внутреннего сгорания, например в помещении дизельной электростанции. В случае размещения теплообменника в помещениях, в которых повыщен- ный обмен воздуха является полезным, например в производственных помещениях автомобильных гаражей, воздух для ожижения слоя забирается из помещения, что улучшает санитарные условия в нем. Количество воздуха для ожижения слоя по экспериментальным данным должно составлять 20% от количестве выхлопных газов.

Подача воздуха под газораспределительную рещетку исключает возможность забивания частицами сажи отверстий решетки. Возможность регулирования теплосъема реализована изменением степени открытия дросселя на входе в патрубок подвода воздуха под газораспределительную решетку и частоты вращения вентилятора отсоса газов.

Регулирование теплосъема производится для возможности поддержания пос гоянного уровня температуры воздуха в обогреваемом помещении при колебаниях температуры наружного воздуха и нагрузки двигателя внутреннего сгорания. Диапазон изменения количества подаваемого воздуха определяется необходимостью поддержания материала кипящего слоя в ожиженном состоянии: минимальное количество ограничивается скоростью начала псевдоожижения, максимальное - скоростью уноса материала. В пределах этого диапазона величина необходимой скорости будет определяться температурой воздуха в обогреваемом помещении, которая измеряется электроконтактным термометром (не показан), соединенным с регу

лятором 17, воздействующим на дроссель 12 и на привод вентилятора 14. Воздух в патрубок 11 поступает из атмосферы за счет не- больщого разрежения (30-50 н/м ) под воздухораспределительной решеткой 10 и величина разрежения зависит не только от сечения дросселя, но и от частоты вращения вентилятора. Воздействуя на дроссель и на частоту, можно регулировать приток воздуха и интенсивность теплосъема.

Формула изобретения

1.Устройство для утилизации тепла отработавших газов двигателя внутреннего

15 сгорания, содержащее теплообменник с вертикальными каналами для потока газов и для теплоносителя системы обогрева помещения, разделенными перегородкой,и с тепловыми трубами, установленными в перегородке рядами, сопло подвода газов и патру бок подвода воздуха к нижней части канала для потока газов, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения возможности регулирования теплосъема, устройство дополнительно снабжено

25 вентилятором отсоса газов с регулируемым приводом, регулятором температуры, регулируемым дросселем и воздухораспределительной решеткой, причем регулируемый дроссель и воздухораспределительная решетка установлены на входе и на выходе из патрубка

30 подвода воздуха, сопло подвода газов размещено между решеткой и нижним рядом тепловых труб, канал для потока газов заполнен сыпучим теплоносителем, а регулятор температуры связан с регулируемым дросселем и регулируемым приводом венти35 лятора отсоса газов.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено трубой перепуска газов и органом ее перекрытия, а регулятор температуры дополнительно связан с послед40

ним.

Изобретение относится к средствам использования вторичных ресурсов - утилизации тепла. Целью изобретения является повышение эффективности установки путем обеспечения возможности регулирования теплосъема. Установка содержит теплообменник с вертикальными каналами, заполненными сыпучим теплоносителем, для потока газов и теплоносителя системы обогрева помещения. Каналы разделены перегородкой. В перегородке рядами установлены тепловые трубы. Система регулирования включает вентилятор отсоса газов с регулируемым приводом, регулятор т-ры, регулируемый дроссель и воздухораспределительную решетку 10. В процессе работы двигателя газы из выхлопной трубы 4 подаются в нижнюю часть канала 8. Из патрубка 11 подвода воздуха под решетку 10 поступает воздух. При достижении скорости воздуха критической величины слой сыпучего теплоносителя приобретает текучесть и переходит в псевдо- ожиженное состояние. Газы охлаждаются, отдавая тепло испарительным зонам труб, расположенным в слое. Возможность регулирования теплосъема реализована изменением степени открытия дросселя в патрубке подвода воздуха под решетку 10 и частоты вращения вентилятора отсоса газов. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. i (Л т /« fS со IND 00 )