專利名稱：換熱消聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明是一種具有熱交換功能和消聲性能相組合、同時(shí)進(jìn)行換熱和消聲的換熱消聲器，它涉及熱工學(xué)、流體力學(xué)和聲學(xué)。
背景技術(shù)：
:內(nèi)燃機(jī)種類之一的柴油機(jī)，因具有熱效率高、功率范圍大、良好的啟動性和機(jī)動性以及裝置簡單、造價(jià)低廉、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，一直廣泛地應(yīng)用在各種艦船艇、內(nèi)燃機(jī)車、公路商乘運(yùn)輸、動力發(fā)電、地質(zhì)石油勘探鉆井、農(nóng)機(jī)動力、工程機(jī)械和軍用各種車輛裝備等。我國柴油機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒岙?dāng)量占燃料燃燒發(fā)熱量的30 % 45 %，其余55 % 70 %的能量90%通過柴油機(jī)的冷卻水散熱和高溫尾氣排熱而損失掉了。冷卻水余熱因品質(zhì)較好，在車輛采暖和有些船舶已有廣泛利用，但占大部分熱損失的高溫尾氣余熱，因其是周期性擾流脈動高溫、高噪、高速混合氣體，單獨(dú)加裝換熱器一方面將要影響柴油機(jī)的工作性能，同時(shí)還要滿足抗震動、沖擊、腐蝕及安全性和空間布置等要求，所以很難回收，只能排放至大氣中。與此同時(shí)，裝有內(nèi)燃機(jī)的各種整套裝置，除內(nèi)燃機(jī)輸出的軸功率外，還需要其它用能和日常綜合系統(tǒng)耗能，如空調(diào)、海水淡化、制冰冷凍、重油預(yù)熱加溫、捕撈漁網(wǎng)拖動及電力供應(yīng)等，特別是軍用艦艇和裝備車輛(移動導(dǎo)彈發(fā)射車等)，為提高其隱蔽性和戰(zhàn)斗力，還需要降低柴油機(jī)排氣溫度和尾管管口的輻射噪聲，以防止聲納和紅外等偵查工具捕捉目標(biāo)。以上說明，一方面需要內(nèi)燃機(jī)排氣降溫降噪和整套裝置輔助用能需要，另一方面大量高溫排氣白白浪費(fèi)造成環(huán)境熱污染，因?yàn)椴裼蜋C(jī)余熱回收利用是降低能耗的關(guān)鍵技術(shù)措施之一，如何將柴油機(jī)排氣余熱回收，用于裝置輔助系統(tǒng)用能，提高能源利用效率、減少熱排放污染，同時(shí)不影響原柴油機(jī)的工作特性，又滿足艦艇隱蔽性需要，其關(guān)鍵是解決換熱消聲一體化技術(shù)問題
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:以內(nèi)燃機(jī)排氣余熱、余壓能量回收為目的，采用小孔噴注、反相對沖、熱聲效應(yīng)等先進(jìn)消聲原理和復(fù)合消聲原理，并結(jié)合強(qiáng)化換熱技術(shù)，提供一種突出以不同溫度、噪聲波反相的氣流多次摻混，逐步降低噪聲氣流溫度的結(jié)構(gòu)流道，且具有抗震性能強(qiáng)、流動阻力小、換熱系數(shù)高、消聲量大，同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱交換功能和聲熱轉(zhuǎn)換性能的換熱消聲器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:換熱消聲器，它是一個(gè)兩端為截頂圓錐的圓柱形、外層帶保溫的殼體以及殼體兩端分別設(shè)有熱工質(zhì)進(jìn)口、熱工質(zhì)出口和冷工質(zhì)進(jìn)口、冷工質(zhì)出口構(gòu)成的裝置，殼體內(nèi)設(shè)7個(gè)長度和直徑不等的同心管套裝并通過導(dǎo)管和堵板構(gòu)成相間隔的冷工質(zhì)吸熱通道和熱工質(zhì)放熱消聲通道，其由中心向外依次為冷工質(zhì)導(dǎo)出管、熱工質(zhì)入口腔、熱工質(zhì)內(nèi)腔、冷工質(zhì)內(nèi)腔、熱工質(zhì)中腔、冷工質(zhì)外腔、熱工質(zhì)外腔和冷工質(zhì)預(yù)熱腔，殼體內(nèi)上端設(shè)有冷工質(zhì)上集腔和熱工質(zhì)出口腔、下端設(shè)有冷工質(zhì)下集腔和集灰集水腔，冷工質(zhì)內(nèi)腔上端通過導(dǎo)出管與冷工質(zhì)上集腔連通，冷工質(zhì)外腔下端通過導(dǎo)入管與冷工質(zhì)下集腔連通，冷工質(zhì)內(nèi)、外腔通道并聯(lián)后通過冷工質(zhì)上集腔、冷工質(zhì)導(dǎo)出管、冷工質(zhì)出口及冷工質(zhì)下集腔、冷工質(zhì)預(yù)熱腔、冷工質(zhì)入口連接相通，以此形成由外層向里的向心式S形冷工質(zhì)吸熱通道；熱工質(zhì)入口、熱工質(zhì)入口腔、熱工質(zhì)內(nèi)腔、冷工質(zhì)內(nèi)腔導(dǎo)出管的管外通道、熱工質(zhì)中腔以及冷工質(zhì)外腔導(dǎo)入管的管外通道、熱工質(zhì)外腔、熱工質(zhì)出口腔、熱工質(zhì)出口連接相通，以此形成由中心向外層的離心式S形熱工質(zhì)放熱消聲通道。本發(fā)明的技術(shù)效果:它是集先進(jìn)消聲原理和強(qiáng)化換熱技術(shù)于一體的具有節(jié)能減排功能的元件，它解決了在不高于現(xiàn)有同類消聲器功率損失比技術(shù)的前提下，消聲量(插入損失)在30dB(A)以上，優(yōu)于現(xiàn)有同類消聲器，并實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲能量、余熱能量和余壓能量回收，排氣能量回收率達(dá)60% 80%以上；換熱消聲器具有制造結(jié)構(gòu)簡單、體積不大于同類消聲器、堅(jiān)固耐用、抗震性能強(qiáng)、圓形承壓力強(qiáng)、冷熱工質(zhì)流動阻力小等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明換熱消聲器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明換熱消聲器A-A剖面3為本發(fā)明換熱消聲器B-B剖面圖
具體實(shí)施方式
:如圖1所示，換熱消聲器，包括保溫殼體1，殼體I的兩端分別設(shè)有熱工質(zhì)進(jìn)口 2、熱工質(zhì)出口 3和冷工質(zhì)進(jìn)口 4、冷工質(zhì)出口 5 ;殼體I內(nèi)設(shè)有7個(gè)長度和直徑不等的同心管套裝并通過導(dǎo)管和堵板構(gòu)成相間隔的冷工質(zhì)吸熱通道和熱工質(zhì)放熱消聲通道，其由中心向外依次為冷工質(zhì)導(dǎo)出管6、熱工質(zhì)入口腔7、熱工質(zhì)內(nèi)腔8、冷工質(zhì)內(nèi)腔9、熱工質(zhì)中腔10，冷工質(zhì)外腔11、熱工質(zhì)外腔12和冷工質(zhì)預(yù)熱腔13 ;殼體I內(nèi)的上端設(shè)有冷工質(zhì)上集腔14和熱工質(zhì)出口腔15、下端設(shè)有冷工質(zhì)下集腔16和集灰集水腔27 ;冷工質(zhì)內(nèi)腔9的上端通過導(dǎo)出管17與冷工質(zhì)上集腔14連通，冷工質(zhì)外腔11的下端通過導(dǎo)入管18與冷工質(zhì)下集腔16連通，冷工質(zhì)內(nèi)腔9和導(dǎo)出管17與冷工質(zhì)外腔11和導(dǎo)入管18構(gòu)成的兩通道并聯(lián)后，通過冷工質(zhì)上集腔14、冷工質(zhì)導(dǎo)出管6、冷工質(zhì)出口 5以及冷工質(zhì)下集腔16、冷工質(zhì)預(yù)熱腔13、冷工質(zhì)入口 4連接相通，以此形成由外層向里的向心式S形冷工質(zhì)吸熱通道；熱工質(zhì)入口
2、熱工質(zhì)入口腔7、熱工質(zhì)內(nèi)腔8、導(dǎo)出管17的管外通道、熱工質(zhì)中腔10以及導(dǎo)入管18的管外通道、熱工質(zhì)外腔12、熱工質(zhì)出口腔15、熱工質(zhì)出口 3連接相通，以此形成由中心向外層的離心式S形熱工質(zhì)放熱消聲通道。所述熱工質(zhì)入口腔7的外層相鄰?fù)墓苁窍虏繛榈葟降墓鼙谏祥_有若干長條孔
21、上部為錐管的管壁上開有若干小圓孔23的氣流分割噴注管19，其下端等徑部分插入至熱工質(zhì)入口管20的上部內(nèi)，熱工質(zhì)入口管20的上部管壁上開有與長條孔21面積相同、形狀相同、數(shù)量相等的長條孔22，兩孔上下錯(cuò)位對應(yīng)封堵。所述熱工質(zhì)內(nèi)腔8的下端通過排水排灰孔28與集灰集水腔27相通。如圖1、2所示，在熱工質(zhì)中腔10的上部和熱工質(zhì)外腔12的上部用若干個(gè)連管24連通。如圖1、3所示，熱工質(zhì)中腔10的下端和熱工質(zhì)外腔12的下端通過若干個(gè)導(dǎo)管25和導(dǎo)管26與集灰集水腔27相通。
所述熱工質(zhì)中腔10和熱工質(zhì)外腔12的里壁圓管上焊接有螺旋翅片29。工作過程簡述:內(nèi)燃機(jī)在中小工況下運(yùn)行時(shí)，排氣由熱工質(zhì)入口 2進(jìn)入至熱工質(zhì)入口腔7中，煙氣一方面對冷工質(zhì)導(dǎo)出管6放熱，一方面通過錐管19上的小孔23噴入熱工質(zhì)內(nèi)腔8中，此過程噪聲氣流被分割，中高頻噪聲消除較大，部分噪聲通過錐管反射回入口管2 ;同時(shí)，進(jìn)入熱工質(zhì)內(nèi)腔8中的噪聲氣流噴至其外壁，正好對冷工質(zhì)內(nèi)腔9的里壁面放熱，之后流至熱工質(zhì)內(nèi)腔8的上部，再通過導(dǎo)出管17的管外通道流入熱工質(zhì)中腔10的上部，此時(shí)因該處截面擴(kuò)大，氣流速度下降，又因排氣量較小及排氣溫度較低，少部分氣流通過連管24進(jìn)入熱工質(zhì)外腔12的上部，大部分氣流將在中腔10向下做螺旋旋流放熱，并通過導(dǎo)入管18的管外通道進(jìn)入熱工質(zhì)外腔12的下部，再在熱工質(zhì)外腔12向上做螺旋旋流放熱，排氣熱量大部通過通道壁面降溫，最后與連管24來的氣流匯合，兩股匯合氣流有溫差和反向?qū)_以及熱聲效應(yīng)，混合并再通過熱工質(zhì)出口腔15進(jìn)一步膨脹，使中低頻噪聲在此消除較大，最后通過出口 3排出。此時(shí)除擴(kuò)張消聲外，導(dǎo)管25和26與集灰集水腔27起到了共振腔消聲的作用。內(nèi)燃機(jī)在額定工況下，排氣量和排氣溫度均達(dá)到額定設(shè)計(jì)值，由于排氣溫度較高，使錐形噴注管19產(chǎn)生熱膨脹下移，將排氣入口處的孔21和22重合開通，少部分排氣通過該孔進(jìn)入集灰集水腔27膨脹后，再通過管25與熱工質(zhì)中腔來的排氣進(jìn)行反相對沖，通過管26再與對沖后的排氣進(jìn)行反相噪聲的干涉，同時(shí)兩對沖反相的排氣因有溫差又產(chǎn)生熱聲效應(yīng)，使得噪聲進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成熱能。本發(fā)明采用內(nèi)燃機(jī)噪聲氣體降溫方法使噪聲氣流粘性減小，一方面減薄換熱面與噪聲氣體之間的層流邊界層，有利于噪聲氣體對流放熱，同時(shí)也使氣流的平均速度、噪聲傳播速度、變化幅值和頻率大幅降低，噪聲氣流和換熱壁面的阻力摩擦也降低，減少因換熱面增加而產(chǎn)生的沿程阻力損失。本發(fā)明噪聲氣流首先經(jīng)過錐管噴口消聲，因錐管小孔總面積大于換熱消聲器噪聲氣流的入口總面積1.5 2倍以上，使錐管噴注過程的阻力影響很小。本發(fā)明噪聲氣流以S形離心式流動，在兩處180°回轉(zhuǎn)處的截面積大于兩螺旋換熱流通截面積，外熱腔螺旋換熱截面積又大于中熱腔螺旋換熱截面積，使排氣流的總通截面積大于常規(guī)消聲器流通截面積，排氣流速較一般消聲器低，排氣噪聲的聲功率、阻力損失及再生噪聲均較低。內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲級隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加呈直線上升，本發(fā)明設(shè)計(jì)的可調(diào)輔助流道開通，有利于消聲和換熱，降低大工況時(shí)的排氣阻力，使排氣背壓較常規(guī)消聲器對發(fā)動機(jī)影響更小。中、外熱腔加裝螺旋翅片使噪聲氣流螺旋流動，一方面增加廢熱噪氣流的流動速度、強(qiáng)化擾動以提高換熱系數(shù)，同時(shí)也增加換熱面積，并加強(qiáng)了套管的結(jié)構(gòu)承受力，冷工質(zhì)更適用低溫有機(jī)工質(zhì)。腔27有集灰集水、中小工況共振消聲、大工況起擴(kuò)張消聲和輔助通道等多種作用。本發(fā)明提供的柴油機(jī)排氣消聲器，消聲量在30dB(A)以上，排氣溫度降至200°C以下，柴油機(jī)排氣余熱能回收率達(dá)60% 80%以上。
權(quán)利要求
1.熱消聲器，包括保溫殼體1，殼體I的兩端分別設(shè)有熱工質(zhì)進(jìn)口2、熱工質(zhì)出口 3和冷工質(zhì)進(jìn)口 4、冷工質(zhì)出口 5 ;殼體I內(nèi)設(shè)有7個(gè)長度和直徑不等的同心管套裝并通過導(dǎo)管和堵板構(gòu)成相間隔的冷工質(zhì)吸熱通道和熱工質(zhì)消聲放熱通道，其由中心向外依次為冷工質(zhì)導(dǎo)出管6、熱工質(zhì)入口腔7、熱工質(zhì)內(nèi)腔8、冷工質(zhì)內(nèi)腔9、熱工質(zhì)中腔10，冷工質(zhì)外腔11、熱工質(zhì)外腔12和冷工質(zhì)預(yù)熱腔13 ;殼體I內(nèi)的上端設(shè)有冷工質(zhì)上集腔14和熱工質(zhì)出口腔15、下端設(shè)有冷工質(zhì)下集腔16和集灰集水腔27 ;冷工質(zhì)內(nèi)腔9的上端通過導(dǎo)出管17與冷工質(zhì)上集腔14連通，冷工質(zhì)外腔11的下端通過導(dǎo)入管18與冷工質(zhì)下集腔16連通，冷工質(zhì)內(nèi)腔9和導(dǎo)出管17與冷工質(zhì)外腔11和導(dǎo)入管18構(gòu)成的兩通道并聯(lián)后，通過冷工質(zhì)上集腔14、冷工質(zhì)導(dǎo)出管6、冷工質(zhì)出口 5以及冷工質(zhì)下集腔16、冷工質(zhì)預(yù)熱腔13、冷工質(zhì)出口 4連接相通；熱工質(zhì)入口 2、熱工質(zhì)入口腔7、熱工質(zhì)內(nèi)腔8、導(dǎo)出管17的管外通道、熱工質(zhì)中腔10以及導(dǎo)入管18的管外通道、熱工質(zhì)外腔12、熱工質(zhì)出口腔15、熱工質(zhì)出口 3連接相通。
2.按權(quán)利要求1所述的換熱消聲器，其特征在于，所述熱工質(zhì)入口腔7的外層相鄰?fù)墓苁窍虏繛榈葟降墓鼙谏祥_有若干長條孔21、上部為錐管的管壁上開有若干小圓孔23的氣流分割噴注管19，其下端等徑部分插入至熱工質(zhì)入口管20的上部內(nèi)，熱工質(zhì)入口管20的上部管壁上開有與長條孔21面積相同、形狀相同、數(shù)量相等的長條孔22，兩孔上下錯(cuò)位對應(yīng)封堵。
3.按權(quán)利要求1所述的換熱消聲器，其特征在于，所述熱工質(zhì)內(nèi)腔8的下端通過排水排灰孔28與集灰集水腔27相通。
4.按權(quán)利要求1所述的換熱消聲器，其特征在于，所述熱工質(zhì)中腔10的上部和熱工質(zhì)外腔12的上部用若干個(gè)連管24連通。
5.按權(quán)利要求1所述的換熱消聲器，其特征在于，所述熱工質(zhì)中腔10的下端和熱工質(zhì)外腔12的下端通過若干個(gè)導(dǎo)管25和導(dǎo)管26與集灰集水腔27相通。
6.按權(quán)利要求1所述的換熱消聲器，其特征在于，所述熱工質(zhì)中腔10和熱工質(zhì)外腔12的內(nèi)壁圓管上焊接有螺旋翅片29。
全文摘要
換熱消聲器是采用小孔噴注分割、反相對沖、熱聲效應(yīng)等先進(jìn)消聲原理和復(fù)合式消聲理論以及強(qiáng)化傳熱技術(shù)，由8層不同長度、不同直徑的圓管套裝在一個(gè)軸線上，通過導(dǎo)管和堵板形成柴油機(jī)排氣由中心向外的離心式S形放熱消聲通道和吸熱工質(zhì)由外層向里的向心式S形吸熱通道，突出以不同溫度、噪聲波反相的氣流多次摻混，逐步降低噪聲氣流溫度的結(jié)構(gòu)流道，再通過兩端加裝的冷、熱工質(zhì)進(jìn)出口，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)排氣余熱、余壓能量及噪聲能回收。
文檔編號F01N3/02GK103089372SQ20121003280
公開日2013年5月8日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者劉福貴 申請人:劉莞欣