CN104154785B - 用于道路柴油机废热利用orc系统的铝封条式回热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，包括液态冷媒出口腔室、气态冷媒进口腔室、液态冷媒进口腔室、气态冷媒出口腔室和芯子，所述的芯子包括顶板、底板、气态冷媒通道和液态冷媒通道；所述的气态冷媒通道和液态冷媒通道由封条、翅片和隔板层层叠加交替构成。本发明通过封条的特殊布置，使流体形成逆流，增强换热效果。由于本发明产品使用铝作为材料，且采用高效的封条式结构，可以满足道路移动式ORC系统对换热器质量轻且结构紧凑的要求。

Description

用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器
技术领域
本发明是涉及了柴油机ORC系统废热回收利用领域，尤其是涉及道路柴油机废热回收ORC系统中的一种铝封条式回热器。
背景技术
在过去10～20年，发动机的各种技术进步仅仅围绕着发动机排放而开展的，如典型的EGR技术，SCR技术等。这些技术的使用，并没有明显的提升发动机燃油经济性，如柴油机效率在过去很长一段时间内，一直徘徊在40～45%的水平。随着发动机排放法规的各个阶段实施和能源短缺的日益严峻，在排放问题基本解决后，以有机郎肯循环ORC为原理的废热利用WHR技术将成为发动机普遍采用的节能技术，以提高发动机的燃油经济性。利用ORC系统来回收发动机的各种形式废热，如发动机尾气，发动机缸套水等热量。
对于道路车辆柴油机废热回收ORC系统中的各个零部件的轻量化，高效紧凑是整个ORC系统能否成功开发和推广应用的关键。ORC系统中的回热器可以利用膨胀机出口气态冷媒的部分热量来加热冷媒泵出口的液态冷媒，在常规工业废热或陆地柴油机ORC系统中的回热器一般选用管壳式换热器。但由于管壳式换热器外形体积较大，且质量较重，因此不太适合用于道路柴油机废热利用的ORC系统中。
针对上述现状，如果能制造出一种结构紧凑，且质量较轻的回热器，将大大推动ORC系统在道路柴油机废热回收领域的应用。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提出一种用于道路柴油机废热利用ORC系统中的回热器，既要满足结构紧凑，又要实现重量轻的要求。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，包括液态冷媒出口腔室、气态冷媒进口腔室、液态冷媒进口腔室、气态冷媒出口腔室和芯子，其特征在于：
所述的气态冷媒进口腔室和气态冷媒出口腔室分别置于所述芯子的两端；所述的液态冷媒出口腔室置于所述芯子的一侧，并靠近所述气态冷媒进口腔室的一端；所述的液态冷媒进口腔室置于所述芯子的另一侧，并靠近所述气态冷媒出口腔室的一端；
所述的芯子为长方体结构，并以气态冷媒流动方向作为长度方向，包括顶板、底板以及置于所述顶板和底板之间交替叠置的气态冷媒通道和液态冷媒通道；相邻气态冷媒通道和液态冷媒通道之间通过隔板隔断；所述的气态冷媒通道包括气态冷媒通道翅片和两侧的长封条，所述的气态冷媒通道的两端分别与所述的气态冷媒进口腔室和气态冷媒出口腔室联通；所述的液态冷媒通道包括液态冷媒通道翅片、两侧的第一长封条和第二长封条、以及两端的第一短封条和第二短封条，所述的第一长封条与第一短封条封闭连接，与第二短封条之间设有一个与所述的液态冷媒进口腔室联通的第一缺口；所述的第二长封条与第二短封条封闭连接，与第一短封条之间设有一个与所述的液态冷媒出口腔室联通的第二缺口；所述的各封条均采用铝质材料。
本发明采用铝封条式换热器作为道路柴油机废热利用ORC系统中的回热器，整机结构紧凑且重量较轻。本发明的另一个重要特点是：芯子为长方体结构，并以气态冷媒流动方向作为长度方向，可有效地加长气态冷媒的流程；同时，通过封条的特殊布置，使流体形成逆流，使热交换更为充分，大大增强了换热效果。当所述的芯子为狭长形长方体结构时，上述优点则更为明显。
根据本发明，所述的气态冷媒通道翅片选用锯齿型翅片或是高效百叶窗翅片。所述的液态冷媒通道翅片选用锯齿型翅片。
作为本发明的改进同，在所述的液态冷媒通道中设有至少一对与所述的第一长封条和第二长封条平行的中间长封条，所述的中间长封条与所述的第一短封条或第二短封条之间设有使液态冷媒形成迂回往复式多流程的缺口。上述结构，可有效增强液态冷媒侧换热效果。
附图说明
图1是本发明用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器的结构示意图。
图2是本发明芯子的结构示意图。
图3是气态冷媒通道结构示意图。
图4是液态冷媒通道结构示意图，其中（a）是单流程，（b）是多流程。
图5是两层相邻通道的局部结构示意图。
图6是锯齿型翅片的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明的用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，包括液态冷媒出口腔室1、气态冷媒进口腔室2、液态冷媒进口腔室3、气态冷媒出口腔室4和芯子5。
所述的气态冷媒进口腔室2和气态冷媒出口腔室4分别置于所述芯子5的两端；所述的液态冷媒出口腔室1置于所述芯子5的一侧，并靠近所述气态冷媒进口腔室2的一端；所述的液态冷媒进口腔室3置于所述芯子5的另一侧，并靠近所述气态冷媒出口腔室4的一端。
液态冷媒7从液态冷媒进口腔室3进入芯子5，与气态冷媒6进行热交换，吸收热量后从态冷媒出口腔室1排出。气态冷媒6从气态冷媒进口腔室2进入芯子5，与液态冷媒7行热交换，放出热量后从气态冷媒出口腔室4排出。液态冷媒7和气态冷媒6通过外部管路和装置联通，实现循环利用。
参照图2，所述的芯子5为狭长形长方体结构，并以气态冷媒流动方向作为长度方向，包括顶板14、底板20以及置于所述顶板14和底板20之间交替叠置的气态冷媒通道和液态冷媒通道。相邻气态冷媒通道和液态冷媒通道之间通过隔板13隔断。
参照图3，所述的气态冷媒通道包括气态冷媒通道翅片9和两侧的长封条8，所述的气态冷媒通道的两端分别与所述的气态冷媒进口腔室2和气态冷媒出口腔室4联通。所述的气态冷媒通道翅片9选用锯齿型翅片或是百叶窗翅片。
参照图4（a），所述的液态冷媒通道包括液态冷媒通道翅片12、两侧的第一长封条10和第二长封条15、以及两端的第一短封条11和第二短封条16，所述的第一长封条10与第一短封条11封闭连接，与第二短封条16之间设有一个与所述的液态冷媒进口腔室3联通的第一缺口18；所述的第二长封条15与第二短封条16封闭连接，与第一短封条11之间设有一个与所的液态冷媒出口腔室1联通的第二缺口19；所述的各封条均采用铝质材料。所述的液态冷媒通道翅片12选用锯齿型翅片。
在本实施方式中，从液态冷媒进口腔室3流出的液态冷媒7，经第一缺口18进入液态冷媒通道翅片12，单向通过液态冷媒通道翅片12后，从第二缺口19流入态冷媒出口腔室1。因此液态冷媒7为单流程。
参照图4（b），本实施方式是在图4（a）的基础上的改进。在所述的液态冷媒通道中设有一对与所述的第一长封条10和第二长封条15平行的中间长封条17、21。所述的中间长封条17与所述的第一短封条11之间设有缺口22，所述的中间长封条21与所述的第二短封条16之间设有缺口23。
液态冷媒7经第一缺口18进入液态冷媒通道翅片12，正向通过液态冷媒通道翅片12后，从缺口22折回反向通过液态冷媒通道翅片12，再从缺口23再次折回正向通过液态冷媒通道翅片12，最后流入态冷媒出口腔室1。因此液态冷媒7在液态冷媒通道中形成迂回往复式多流程。
附图5显示的是相邻两层通道的局部结构，层与层之间通过隔板13分隔开。
附图6显示的是锯齿型翅片结构。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，包括液态冷媒出口腔室（1）、气态冷媒进口腔室（2）、液态冷媒进口腔室（3）、气态冷媒出口腔室（4）和芯子（5），其特征在于：
所述的气态冷媒进口腔室（2）和气态冷媒出口腔室（4）分别置于所述芯子（5）的两端；所述的液态冷媒出口腔室（1）置于所述芯子（5）的一侧，并靠近所述气态冷媒进口腔室（2）的一端；所述的液态冷媒进口腔室（3）置于所述芯子（5）的另一侧，并靠近所述气态冷媒出口腔室（4）的一端；
所述的芯子（5）为长方体结构，并以气态冷媒流动方向作为长度方向，包括顶板（14）、底板（20）以及置于所述顶板（14）和底板（20）之间交替叠置的气态冷媒通道和液态冷媒通道；相邻气态冷媒通道和液态冷媒通道之间通过隔板（13）隔断；所述的气态冷媒通道包括气态冷媒通道翅片（9）和两侧的长封条（8），所述的气态冷媒通道的两端分别与所述的气态冷媒进口腔室（2）和气态冷媒出口腔室（4）联通；所述的液态冷媒通道包括液态冷媒通道翅片（12）、两侧的第一长封条（10）和第二长封条（15）、以及两端的第一短封条（11）和第二短封条（16），所述的第一长封条（10）与第一短封条（11）封闭连接，与第二短封条（16）之间设有一个与所述的液态冷媒进口腔室（3）联通的第一缺口（18）；所述的第二长封条（15）与第二短封条（16）封闭连接，与第一短封条（11）之间设有一个与所述的液态冷媒出口腔室（1）联通的第二缺口（19）；所述的各封条均采用铝质材料。
2.如权利要求1所述的用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，其特征在于所述的气态冷媒通道翅片（9）选用锯齿型翅片或是百叶窗翅片。
3.如权利要求1所述的用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，其特征在于所述的液态冷媒通道翅片（12）选用锯齿型翅片。
4.如权利要求1-3任何一项所述的用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，其特征在于在所述的液态冷媒通道中设有至少一对与所述的第一长封条（10）和第二长封条（15）平行的中间长封条（17、21），所述的中间长封条（17、21）与所述的第一短封条（11）或第二短封条（16）之间设有使液态冷媒形成迂回往复式多流程的缺口。
5.如权利要求1-3任何一项所述的用于道路柴油机废热利用ORC系统的铝封条式回热器，其特征在于所述的芯子（5）为狭长形长方体。
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