Устройство для утилизации тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

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 псевдоожиженное 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 )

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Su 4 F 02 G 5 02, F 28 Р 15 00

@ в ю д f с гг ° оя p g

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3885903/25-06 (22) 17.04.85 (46) 07.07.87. Бюл. № 25 (71) Донецкий политехнический институт и Донецкий филиал Всесоюзного научноисследовательского института по очистке технологических газов, сточных вод и использованию вторичных энергоресурсов предприятиями черной металлургии (72) Н. Г. Николаенко, Т. N. Сахарнова, Н. Г. Земляной, В. Л. Кондрацкий и Т. Н. Царенкова (53) 621.43.068.9 (088.8) (56) Патент ФРГ № 2707196, кл. F 02 G 5/02, опублик. 1978.

Авторское свидетельство СССР № 496442, кл. F 28 D 15/00, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ

ТЕПЛА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к средствам использования вторичных ресурсов — утилизации тепла. Целью изобретения является повышение эффективности установки путем обеспечения возможности регулирования теп,.SU„„1321879 A 1 лосъема. 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 псевдоожиженное 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.

1321879

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 помощи подводящего трубопровода 3 с выхлопной трубой 4 двигателя 5 внутреннего сгорания. Вертикальный канал 6 теплообменника предназначен для теплоносителя системы 7 обогрева помещения. Вертикальный канал 8 заполнен сыпучим материалом. Тепловые трубы 2 установлены в перегородке рядами и под нижним рядом тепловых труб в канале 8 размещен срез сопла 9 подвода газов из трубопровода 3. Ниже сопла 9 размещена воздухораспределвгельная 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 псевдоожиженное 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 выполняется в виде гибкого металлического рукава.

В условиях высокого тепло- и массообмена в псевдоожиженном слое отработавшие

5 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 псевдоожиженного слоя.

Тепло, воспринятое поверхностями нагре1 ва тепловых труб в псевдоожиженном слое, используется для подогрева воздуха в системе 7 обогрева помещения.

Величина поверхности нагрева тепловых труб по расчетам составляет менее 1Я суммарной поверхности частиц материала псев20 доожиженного слоя, в связи с чем на поверхности нагрева осаждается менее 1Я частиц сажи.

Коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к испарительной части тепловых труб по экспериментальным данным в

8..-12 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, 30 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) ма3 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 отра40 ботавшим 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

4 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 псевдоожи 0 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

55 сопротивление частицы сажи превысило ее вес. При этом частицы сажи уносятся потоком газовоздушной смеси из теплообменника. Частицы материала сыпучего теплоно1321879

Формула изобретения

Составитель М. Файн

Редактор А. Шандор Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 2734/25 Тираж 503 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сителя, имеюшие 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 помешении, где установлены только стационарные двигатели внутреннего сгорания, например в помешении дизельной электростанции. В случае размещения теплообменника в помещениях, в которых повышенный 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

20о/ от количестве выхлопных газов.

Подача воздуха под газораспределительную решетку 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 регулятором 17, воздействующим на дроссель 12 и на привод вентилятора 14. Воздух в патрубок 11 поступает из атмосферы за счет небольшого разрежения (30 — 50 н/м ) под

5 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

10 воздуха и интенсивность теплосъема.

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