柴油机余热利用装置及控制方法与流程

1.本发明涉及柴油机技术领域，具体而言，尤其涉及一种柴油机余热利用装置及控制方法。


背景技术：

2.中速柴油机在启动过程中，根据其特性要求及环境温度影响，要求其冷却水温度需在20℃时才允许启动，40℃时才允许加载工作。目前采用高温水预热器对高温水进行加热，具体的，启动柴油机前先将高温水加热器开启，高温水自柴油机流出，经高温水加热器后流入柴油机，当高温水温度达到20℃时，启动柴油机，关闭高温水加热器，提高柴油机转速至额定转速，空载下等待柴油机高温水温度达到规定温度40℃时开始加载运行，此过程俗称“打温”。
3.现有技术中，“打温”时间太长，柴油机从接到启动指令开始无法在极短的时间内达到加载应用状态，而现有柴油机柴油的热效率基本在40％左右，提高柴油机热效率就成为了研究的重点。
4.有鉴于此，本发明提供了一种柴油机余热利用装置及控制方法，利用柴油机的排气余热来提高柴油机的燃油热效率，从而缩短“打温”时间。


技术实现要素：

5.根据上述提出“打温”时间太长的技术问题，而提供一种柴油机余热利用装置及控制方法。本发明主要利用柴油机的排气余热加热柴油机流出的水流，使水流快速达到规定温度流向柴油机，从而使柴油机也能够快速达到加载运行状态。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一方面，本发明提供了一种柴油机余热利用装置，包括：
8.柴油机；
9.第一管道，一端连通所述柴油机的出水口，另一端连通有加热器；
10.第二管道，一端连通所述加热器，另一端连通所述柴油机的进水口；
11.排烟管，一端与所述柴油机的排气口连通，所述排烟管外套有水套，所述水套包括进水端和排水端；
12.温控阀，包括第一端口、第二端口和第三端口；
13.第三管道，一端在所述柴油机与所述加热器之间连通所述第一管道，另一端连通所述第一端口；
14.第四管道，一端连通所述第二端口，另一端连通所述进水端；
15.调温阀，包括第四端口和第五端口；
16.第五管道，一端连通所述第三端口，另一端连通所述第四端口；
17.第六管道，一端连通所述排水端，另一端在所述第三端口与所述第四端口之间连通所述第五管道；
18.第七管道，一端连通所述第五端口，另一端连通水泵；
19.第八管道，一端连通所述水泵，另一端在所述加热器与所述柴油机的进水口之间连通所述第二管道。
20.进一步地，所述第四管道设有第一截止阀，所述第六管道设有第二截止阀；
21.所述第六管道在所述第二截止阀与所述排水管之间设有放水阀。
22.进一步地，所述第一管道在所述第三管道与所述加热器之间设有第三截止阀；
23.所述第二管道在所述第八管道与所述加热器之间设有第四截止阀。
24.进一步地，所述调温阀还包括第六端口；
25.第九管道，一端连通所述第六端口，另一端连通冷却器；
26.第十管道，一端在所述第三管道与所述第三截止阀之间连通所述第一管道，另一端连通所述冷却器。
27.另一方面，本发明还提供了一种柴油机余热利用控制方法，应用于上述任一项所述的柴油机余热利用装置，包括：
28.开启所述第一端口、所述第二端口和所述加热器，关闭所述第三端口和所述第四端口，所述柴油机的出水口排水，部分水流依次经过所述第一管道、所述第三管道、所述温控阀、所述第四管道进入所述水套内；另一部分水流沿所述第一管道进入所述加热器，所述加热器对水流进行加热并沿所述第二管道输送至所述柴油机的进水口；
29.当沿所述第二管道输送至所述柴油机的进水口的水流的温度达到启动温度时，开启所述柴油机，关闭所述加热器，所述排烟管升温；
30.开启所述第四端口和所述第五端口，水流顺次经过第一管道、所述第三管道和所述第四管道进入所述水套内，所述排烟管对所述水套内的水流加热，加热后的水流依次经过所述第六管道、所述第五管道、所述调温阀、所述第七管道、所述水泵、所述第八管道、所述第二管道传输至所述柴油机的进水口；
31.当沿所述第二管道输送至所述柴油机的进水口的水流的温度达到加载温度时，所述柴油机加载运行。
32.进一步地，所述第四管道设有第一截止阀，所述第六管道设有第二截止阀；
33.所述第六管道在所述第二截止阀与所述排水管之间设有放水阀；
34.所述柴油机加载运行后，关闭所述第二端口、所述第一截止阀和所述第二截止阀，开启所述放水阀。
35.进一步地，所述温控阀包括第一预设温度和第二预设温度，所述第一预设温度低于所述加载温度，所述第一预设温度与所述加载温度的差值小于等于5，所述第二预设温度等于所述加载温度；
36.经过所述温控阀的水流温度达到所述第一预设温度时，所述温控阀控制所述第二端口开始关闭；
37.经过所述温控阀的水流温度达到所述第二预设温度时，所述温控阀控制所述第二端口完全关闭。
38.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
39.本发明提供的柴油机余热利用装置包括柴油机，第一管道一端连通柴油机的出水口，另一端连通有加热器；第二管道一端连通加热器，另一端连通柴油机的进水口；排烟管
一端与柴油机的排气口连通，排烟管外套有水套，水套包括进水端和排水端；温控阀，包括第一端口、第二端口和第三端口；第三管道一端在柴油机与加热器之间连通第一管道，另一端连通第一端口；第四管道一端连通第二端口，另一端连通进水端；调温阀包括第四端口和第五端口；第五管道一端连通第三端口另一端连通第四端口；第六管道一端连通排水端，另一端在第三端口与第四端口之间连通第五管道；第七管道一端连通第五端口，另一端连通水泵；第八管道一端连通水泵，另一端在加热器与柴油机的进水口之间连通第二管道。通过设置排烟管和水套，在柴油机启动后产生高温排烟使排烟管迅速升温，排烟管的温度远高于加热器的温度，当柴油机流出的水流沿套于高温排烟管外的水套后流向柴油机进水口时，水流温度迅速升高，缩短水流达到柴油机所需加载温度的时间，即缩短了“打温”时间，节约燃油，还能够提高柴油机的燃油热效率。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明提供的柴油机余热利用装置的一种结构示意图。
42.图2为本发明排烟管和水套的一种结构示意图。
43.图3为温控阀调控第二端口的一种流程图。
44.图中：1、柴油机；2、第一管道；3、加热器；4、第二管道；5、排烟管；6、水套；7、进水端；8、排水端；9、温控阀；a、第一端口；b、第二端口；c、第三端口；10、第三管道；11、第四管道；12、调温阀；w、第四端口；e、第五端口；n、第六端口；13、第五管道；14、第六管道；15、第七管道；16、水泵；17、第八管道；18、第一截止阀；19、第二截止阀；20、放水阀；21、第三截止阀；22、第四截止阀；23、第九管道；24、冷却器；25、第十管道。
具体实施方式
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
48.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表
达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
50.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
51.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
52.结合图1和图2，图1为本发明提供的柴油机余热利用装置的一种结构示意图，图2为本发明排烟管和水套的一种结构示意图，来说明本发明提供的柴油机余热利用装置000的一种具体的实施例，包括：
53.柴油机1；
54.第一管道2，一端连通柴油机1的出水口，另一端连通有加热器3；
55.第二管道4，一端连通加热器3，另一端连通柴油机1的进水口；
56.排烟管5，一端与柴油机1的排气口连通，排烟管5外套有水套6，水套6包括进水端7和排水端8；
57.温控阀9，包括第一端口a、第二端口b和第三端口c；
58.第三管道10，一端在柴油机1与加热器3之间连通第一管道2，另一端连通第一端口a；
59.第四管道11，一端连通第二端口b，另一端连通进水端7；
60.调温阀12，包括第四端口w和第五端口e；
61.第五管道13，一端连通第三端口c，另一端连通第四端口w；
62.第六管道14，一端连通排水端8，另一端在第三端口c与第四端口w之间连通第五管道13；
63.第七管道15，一端连通第五端口e，另一端连通水泵16；
64.第八管道17，一端连通水泵16，另一端在加热器3与柴油机1的进水口之间连通第二管道4。
65.需要说明的是，在本实施例中仅说明排烟管5的一端与柴油机1的排气口连通，当然，并不限于此，也可以是排烟管5的一端连通柴油机1增压器后面的排烟总管，本实施例对此并不做具体的限制。
66.可以理解的是，本实施例提供的柴油机余热利用装置000工作时，先开启第一端口a、第二端口b和加热器3，关闭第三端口c和第四端口w，柴油机1的出水口排水，部分水流依次经过第一管道2、第三管道10、温控阀9、第四管道11进入水套6内；另一部分水流沿第一管道2进入加热器3，加热器3对水流进行加热并沿第二管道4输送至柴油机1的进水口；当沿第二管道4输送至柴油机1的进水口的水流的温度达到启动温度时，开启柴油机1，关闭加热器3，排烟管5升温；以中速柴油机为例，一般来说，中速柴油机的水流加载温度为160℃，而中速柴油机初始空载怠速状态下的排烟温度为160℃，远高于加热器3的加热温度，当中速柴油机开启后，中速柴油机的转速不断增加，随着中速柴油机转速的增加，中速柴油机排烟温度不断升高，故利用排烟余热加热水流能够使水流快速达到加载温度，从而使中速柴油机能够快速满足加载运行状态的时间，利用排烟余热加热流水包括：开启第四端口w和第五端口e，水流顺次经过第一管道2、第三管道10和第四管道11进入水套6内，排烟管5对水套6内的水流快速加热，加热后的水流依次经过第六管道14、第五管道13、调温阀12、第七管道15、水泵16、第八管道17、第二管道4传输至柴油机1的进水口；当沿第二管道4输送至柴油机1的进水口的水流的温度达到加载温度时，柴油机1加载运行，其中，水泵16为高温水泵。
67.在一些可选的实施例中，继续参照图1和图2，第四管道11设有第一截止阀18，第六管道14设有第二截止阀19；第六管道14在第二截止阀19与排水管之间设有放水阀20。
68.可以理解的是，第一截止阀18和第二截止阀19均为电磁截止阀，放水阀20为电磁放水阀，当然，并不限于此，当柴油机1开始加载运行后，无需对柴油机1流出的水流继续加热，关闭第二端口b、第一截止阀18和第二截止阀19，柴油机1流出的水流直接沿第一管道2、第三管道10、第五管道13、调温阀12、第七管道15、水泵16、第八管道17、第二管道4流向柴油机1的进水口，为了避免排烟管5对第四管道11、水套6和第六管道14内残留的水继续加热导致管内压力增高、管路爆裂，故需要开启放水阀20，将第四管道11、水套6和第六管道14内残留的水排出。
69.在一些可选的实施例中，继续参照图1和图2，第一管道2在第三管道10与加热器3之间设有第三截止阀21；第二管道4在第八管道17与加热器3之间设有第四截止阀22。
70.调温阀12还包括第六端口n；
71.第九管道23，一端连通第六端口n，另一端连通冷却器24；
72.第十管道25，一端在第三管道10与第三截止阀21之间连通第一管道2，另一端连通冷却器24。
73.可以理解的是，设置第三截止阀21和第四截止阀22能够更好地对管道进行控制，从而更好地控制水流，而冷却器24是柴油机1结构中的现有技术，本实施例对此并不做过多的赘述。
74.基于同一发明思想，继续参照图1和图2，本发明提供了一种柴油机余热利用控制
方法，应用于上述任一实施例提供的柴油机余热利用装置000，包括：
75.开启第一端口a、第二端口b和加热器3，关闭第三端口c和第四端口w，柴油机1的出水口排水，部分水流依次经过第一管道2、第三管道10、温控阀9、第四管道11进入水套6内；另一部分水流沿第一管道2进入加热器3，加热器3对水流进行加热并沿第二管道4输送至柴油机1的进水口；
76.当沿第二管道4输送至柴油机1的进水口的水流的温度达到启动温度时，开启柴油机1，关闭加热器3，排烟管5升温；
77.开启第四端口w和第五端口e，水流顺次经过第一管道2、第三管道10和第四管道11进入水套6内，排烟管5对水套6内的水流加热，加热后的水流依次经过第六管道14、第五管道13、调温阀12、第七管道15、水泵16、第八管道17、第二管道4传输至柴油机1的进水口；
78.当沿第二管道4输送至柴油机1的进水口的水流的温度达到加载温度时，柴油机1加载运行。
79.在一些可选的实施例中，继续参照图1和图2，第四管道11设有第一截止阀18，第六管道14设有第二截止阀19；
80.第六管道14在第二截止阀19与排水管之间设有放水阀20；
81.柴油机1加载运行后，关闭第二端口b、第一截止阀18和第二截止阀19，开启放水阀20。
82.在一些可选的实施例中，参照图3，图3为温控阀调控第二端口的一种流程图，温控阀9包括第一预设温度和第二预设温度，第一预设温度低于加载温度，第一预设温度与加载温度的差值小于等于5，第二预设温度等于加载温度；
83.经过温控阀9的水流温度达到第一预设温度时，温控阀9控制第二端口b开始关闭；
84.经过温控阀9的水流温度达到第二预设温度时，温控阀9控制第二端口b完全关闭。
85.可以理解的是，第一预设温度为温控阀初始关闭温度t0，第二预设温度为温控阀完全关闭温度tc，本实施例并没有对温控阀9的结构进行改进，采用现有技术中的温控阀9即可，对温控阀9设置相近的第一预设温度和第二预设温度，是为了确保加热温度的快速性和第二端口b关闭的准确性。
86.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种柴油机余热利用装置，其特征在于，包括：柴油机；第一管道，一端连通所述柴油机的出水口，另一端连通有加热器；第二管道，一端连通所述加热器，另一端连通所述柴油机的进水口；排烟管，一端与所述柴油机的排气口连通，所述排烟管外套有水套，所述水套包括进水端和排水端；温控阀，包括第一端口、第二端口和第三端口；第三管道，一端在所述柴油机与所述加热器之间连通所述第一管道，另一端连通所述第一端口；第四管道，一端连通所述第二端口，另一端连通所述进水端；调温阀，包括第四端口和第五端口；第五管道，一端连通所述第三端口，另一端连通所述第四端口；第六管道，一端连通所述排水端，另一端在所述第三端口与所述第四端口之间连通所述第五管道；第七管道，一端连通所述第五端口，另一端连通水泵；第八管道，一端连通所述水泵，另一端在所述加热器与所述柴油机的进水口之间连通所述第二管道。2.根据权利要求1所述的柴油机余热利用装置，其特征在于，所述第四管道设有第一截止阀，所述第六管道设有第二截止阀；所述第六管道在所述第二截止阀与所述排水管之间设有放水阀。3.根据权利要求1所述的柴油机余热利用装置，其特征在于，所述第一管道在所述第三管道与所述加热器之间设有第三截止阀；所述第二管道在所述第八管道与所述加热器之间设有第四截止阀。4.根据权利要求3所述的柴油机余热利用装置，其特征在于，所述调温阀还包括第六端口；第九管道，一端连通所述第六端口，另一端连通冷却器；第十管道，一端在所述第三管道与所述第三截止阀之间连通所述第一管道，另一端连通所述冷却器。5.一种柴油机余热利用控制方法，应用于权利要求1-4中任一项所述的柴油机余热利用装置，其特征在于，包括：开启所述第一端口、所述第二端口和所述加热器，关闭所述第三端口和所述第四端口，所述柴油机的出水口排水，部分水流依次经过所述第一管道、所述第三管道、所述温控阀、所述第四管道进入所述水套内；另一部分水流沿所述第一管道进入所述加热器，所述加热器对水流进行加热并沿所述第二管道输送至所述柴油机的进水口；当沿所述第二管道输送至所述柴油机的进水口的水流的温度达到启动温度时，开启所述柴油机，关闭所述加热器，所述排烟管升温；开启所述第四端口和所述第五端口，水流顺次经过第一管道、所述第三管道和所述第四管道进入所述水套内，所述排烟管对所述水套内的水流加热，加热后的水流依次经过所述第六管道、所述第五管道、所述调温阀、所述第七管道、所述水泵、所述第八管道、所述第
二管道传输至所述柴油机的进水口；当沿所述第二管道输送至所述柴油机的进水口的水流的温度达到加载温度时，所述柴油机加载运行。6.根据权利要求5所述的柴油机余热利用控制方法，其特征在于，所述第四管道设有第一截止阀，所述第六管道设有第二截止阀；所述第六管道在所述第二截止阀与所述排水管之间设有放水阀；所述柴油机加载运行后，关闭所述第二端口、所述第一截止阀和所述第二截止阀，开启所述放水阀。7.根据权利要求5所述的柴油机余热利用控制方法，其特征在于，所述温控阀包括第一预设温度和第二预设温度，所述第一预设温度低于所述加载温度，所述第一预设温度与所述加载温度的差值小于等于5，所述第二预设温度等于所述加载温度；经过所述温控阀的水流温度达到所述第一预设温度时，所述温控阀控制所述第二端口开始关闭；经过所述温控阀的水流温度达到所述第二预设温度时，所述温控阀控制所述第二端口完全关闭。

技术总结
本发明提供一种柴油机余热利用装置，包括：柴油机、第一管道、加热器、第二管道、排烟管、水套、温控阀、第三管道、第四管道、调温阀、第五管道、第六管道、第七管道、第八管道和水泵。通过设置排烟管和水套，在柴油机启动后产生高温排烟使排烟管迅速升温，排烟管的温度远高于加热器的温度，当柴油机流出的水流沿套于高温排烟管外的水套后流向柴油机进水口时，水流温度迅速升高，缩短水流达到柴油机所需加载温度的时间，即缩短了“打温”时间，节约燃油，还能够提高柴油机的燃油热效率。能够提高柴油机的燃油热效率。能够提高柴油机的燃油热效率。


技术研发人员：姜旭龙 邢淑梅 朱泉良 张允富 王良彬
受保护的技术使用者：大连中车柴油机有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/7/27