CN108368768B - 隔热结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于活塞式发动机(1)的排气系统的部件(3a、5)的隔热结构(6、7)能围绕所述部件(3a、5)布置成在所述部件(3a、5)和所述隔热结构(6、7)之间形成气腔(8)，并且包括外壳层(9)、布置在所述外壳层(9)内部的中间壳层(10)和布置在中间壳层(10)内部的第一内壳层(11)。在所述外壳层(9)和所述中间壳层(10)之间布置有第一气隙(14)，在所述中间壳层(11)和所述第一内壳层(11)之间布置有第一隔热层(15)，并且所述外壳层(9)设置有用于使所述第一气隙(14)自然通风的通风孔(18、18a、18b、19)。

Description

隔热结构
技术领域
本发明涉及如权利要求1所述的用于活塞式发动机的排气系统的部件的隔热结构。
背景技术
诸如“国际海上人命安全公约”(SOLAS)的许多不同条约为船舶的建造、设备和操作设置了最低安全标准。这些标准中的许多涉及船舶中使用的发动机的建造。主要条约规定的要求可用传统建造来实现，但是在某些情况下，船舶的使用或操作条件设置更加难以满足的要求。受SOLAS管制并且涉及发动机的一个方面是排气系统的表面温度。SOLAS的要求可通过围绕废气接收器和涡轮增压器布置的单个隔热层来满足，但是在某些情况下，需要实现低得多的表面温度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于活塞式发动机的排气系统的部件的改进的隔热结构。在权利要求1中给出了根据本发明的隔热结构的特征化特征。
根据本发明的隔热结构能围绕所述排气系统的所述部件布置成在所述部件和所述隔热结构之间形成气腔这，所述隔热结构包括：外壳层；中间壳层，该中间壳层布置在所述外壳层内部；以及第一内壳层，该第一内壳层布置在所述中间壳层内部，其中，在所述外壳层和所述中间壳层之间布置有第一气隙，在所述中间壳层和所述第一内壳层之间布置有由隔热材料制成的第一隔热层，并且所述外壳层设置有用于使所述第一气隙自然通风的通风孔。
用根据本发明的隔热结构，与活塞式发动机的排气系统中使用的常规隔热结构相比，该隔热结构的表面温度显著降低。可以在外壳层外部没有风扇或附加的隔热层的情况下实现低的表面温度。
根据本发明的实施方式，所述外壳层的下部部分设置有用于将通风空气引入所述第一气隙中的至少一个进气口。所述外壳层的上部部分可以设置有用于从所述第一气隙释放通风空气的出气口。所述外壳层的下部部分中的进气口和上部部分中的出气口形成通过第一气隙的有效通风空气流动，从而保持外壳层的表面温度低。
根据本发明的实施方式，所述外壳层在所述出气口和所述下部部分的进气口之间设置有另外的进气口。所述另外的进气口增强了第一气隙的通风。
根据本发明的实施方式，盖结构布置在所述外壳层的上方以覆盖所述外壳层的所述出气口，所述盖结构设置有通风孔。所述盖结构防止燃料溢出在处于较高温度的表面上。
根据本发明的实施方式，所述盖结构设置有在竖直方向上布置在所述外壳层的所述出气口上方的出气口。由于所述盖结构的出气口，通风空气可释放到直接包围隔热结构的空气中。所述盖结构的出气口在所述外壳层的出气口上方的位置确保产生通过第一气隙的空气流动。
根据本发明的实施方式，所述盖结构的所述出气口在水平方向上相对于所述外壳层的所述出气口布置成使得形成用于所述通风空气的迷宫结构。所述迷宫结构产生通过第一气隙的更好空气流动。它还确保了盖结构上可能的燃料溢出不会经由出气口直接到达隔热结构内的较热表面。
根据本发明的实施方式，所述盖结构设置有在竖直方向上布置在所述盖结构的所述出气口下方的进气口。所述盖结构的所述出气口改进了隔热结构中的空气流动。
根据本发明的实施方式，该隔热结构还包括：第二内壳层，该第二内壳层布置在所述第一内壳层内部；第三内壳层，该第三内壳层布置在所述第二内壳层内部；第二气隙，该第二气隙布置在所述第一内壳层和所述第二内壳层之间；以及由隔热材料制成的第二隔热层，该第二隔热层布置在所述第二内壳层和所述第三内壳层之间。其他气隙和隔热层改进了隔热。该隔热结构特别适用于涡轮增压器的涡轮机。如果发动机配备两级涡轮增压，则尤其高压涡轮增压器可能需要具有两个气隙和隔热层的改进的隔热结构。
根据本发明的实施方式，所述第二气隙设置有用于将空气引入所述第二气隙中的至少一个进气口并且与流动通道连接，所述流动通道被布置成输送空气离开所述第二气隙。所述第二气隙中的温度可能高，因此空气优选地从第二气隙输送到未暴露于可能的易燃流体喷雾的位置。
根据本发明的实施方式，所述隔热结构包括盖结构，所述盖结构布置在所述外壳层上方以覆盖所述外壳层的出气口，并且所述流动通道将所述第二气隙连接于所述外壳层和所述盖结构之间的空间。来自两个气隙的空气因此可以被输送到同一地方。
例如，所述隔热材料可以是诸如岩棉的矿棉。
根据本发明的一种排气系统包括围绕所述排气系统的部件布置的以上限定的隔热结构。所述排气系统的所述部件可以是废气接收器或涡轮增压器的涡轮机。
根据本发明的活塞式发动机包括排气系统和以上限定的隔热结构。
附图说明
以下将参照附图来更详细地描述本发明的实施方式，在附图中：
图1示意性示出活塞式发动机和排气系统，
图2示出用于排气接收器的隔热结构的简化剖视图，
图3示出图2的隔热结构的俯视图，以及
图4示出用于涡轮增压器的涡轮机的隔热结构的剖视图。
具体实施方式
在图1中，示意性示出了活塞式发动机1连同进气系统和排气系统。发动机1是诸如船舶的主或辅助发动机的大型内燃机。发动机1的额定功率为每气缸至少150kW，气缸直径为至少150mm。在图1的实施方式中，发动机1包括六个气缸2，但是发动机1可包括诸如4个至24个气缸2的任何合理数量的气缸2。在图1的实施方式中，气缸2直线排列，但是气缸2也可以例如呈V形配置。
发动机1设置有涡轮增压器3，涡轮增压器3包括涡轮机3a和压缩机3b。发动机1也可设置有两个或更多个涡轮增压器3。涡轮增压器3可串联和/或并联地布置。例如，V型发动机可包括用于发动机的每排的一个或两个涡轮增压器。涡轮增压器3的涡轮机3a形成发动机1的排气系统的一部分，涡轮增压器3的压缩机3b形成发动机1的进气系统的一部分。加压进气从涡轮增压器3的压缩机3b被引入进气管道4，进气管道4将进气输送到发动机1的气缸2中。发动机1的排气系统包括废气接收器5。废气接收器5包括多个分支5a。废气接收器5的每个分支5a连接于发动机1的气缸2，以接收废气。废气接收器5连接于涡轮增压器3的涡轮机3a，以将废气引入涡轮机3a中。
因为废气的高温，发动机1设置有围绕发动机1的排气系统布置的隔热装置。该隔热装置包括围绕废气接收器5布置的第一隔热结构6和围绕涡轮增压器3的涡轮机3a布置的第二隔热结构7。
图2示出第一隔热结构6的剖视图，图3示出第一隔热结构6的俯视图。第一隔热结构6围绕废气接收器5布置，使得在废气接收器5和第一隔热结构6之间形成气腔8。第一隔热结构6包括外壳层9、布置在外壳层9内部的中间壳层10以及布置在中间壳层10内部的第一内壳层11。中间壳层10与外壳层9间隔开，使得在外壳层9和中间壳层10之间形成第一气隙14。第一内壳层10与中间壳层10间隔开，使得可在中间壳层10和第一内壳层9之间布置有第一隔热层15。第一隔热层15由非液态和非气态的隔热材料制成。例如，隔热材料可以是诸如岩棉的矿棉。例如，外壳层9、中间壳层10和第一内壳层11可由金属板制成。
第一气隙14自然通风。通风因此是基于空气密度的差异，并且不需要风扇来循环第一气隙14中的空气。为了第一气隙14的通风，外壳层9设置有通风孔18a、18b、19。在第一隔热结构6的下部部分中布置进气口18a，并且在第一隔热结构6的上部部分中布置出气口19。在外壳层9的侧壁21中布置附加的进气口18b。附加的进气口18b因此在出口气19和第一隔热结构6的下部部分的进气口18a之间。空气经由进气口18a、18b被引入第一气隙14中。空气取自直接围绕第一隔热结构6的发动机室。在图2的实施方式中，第一隔热结构6包括倾斜部分20，倾斜部分20将隔热结构6的侧壁21连接于隔热结构6的底部22。第一隔热结构6的下部部分中的进气口18布置在隔热结构6两侧的倾斜部分20中。第一隔热结构6的每侧都包括沿着该构造布置的多个进气口18a、18b。
在图2的实施方式中，出气口19布置在第一隔热结构6的顶板23中。出气口19与隔热装置的纵向中线间隔开布置。图2的隔热结构6包括两排排气口19，在隔热结构6的纵向中线的每侧都布置一排。第一隔热结构6还设置有分隔壁24，分隔壁24将第一气隙14沿着隔热结构6的纵向划分成多个隔室。分隔壁24设置有让空气在隔室之间流动的孔25。然而，因为进气口18a，18b和出气口19沿着第一隔热结构6的纵向以规则间隔布置，所以第一气隙14内的空气流动方向主要是从第一隔热结构6的底部朝向隔热结构6的顶部。这有助于保持外壳层9的表面温度稳定。
第一隔热结构6还设置有盖结构26。盖结构26布置在外壳层9的上方并且覆盖外壳层9的出气口19。另外，盖结构26设置有通风孔27、28。出气口27布置在盖结构26的顶部上。盖结构26的出气口27在竖直方向上在外壳层9的出气口19上方。盖结构26的出气口27在水平方向上相对于外壳层9的出气口19布置成使得形成用于排放空气的迷宫结构。盖结构26的构造增强了通过第一气隙14的空气流动，并且还防止了燃料溢出到处于较高温度的表面上。进气口28布置在盖结构26的两侧。进气口28在竖直方向上在盖结构26的出气口27下方。另外，盖结构26的进气口28增强了第一隔热结构6中的空气流动。在图2的实施方式中，来自第一气隙14的空气被释放到直接围绕第一隔热结构6的空气中。
在图4中，示出围绕涡轮增压器3的涡轮机3a布置的第二隔热结构7的剖视图。第二隔热结构7连接于第一隔热结构6。第二隔热结构7的构造类似于第一隔热结构6的构造。然而，由于涡轮增压器3的涡轮机3a中的温度高，导致第二隔热结构7设置有附加层。同样，第二隔热结构7包括外壳层9、布置在外壳层9内部的中间壳层10以及布置在中间壳层10内部的第一内壳层11。中间壳层10与外壳层9间隔开，使得在外壳层9和中间壳层10之间形成第一气隙14。第一内壳层10与中间壳层10间隔开，使得可在中间壳层10和第一内壳层9之间布置第一隔热层15。第一隔热层15由非液态和非气态的隔热材料制成。例如，隔热材料可以是诸如岩棉的矿棉。第二内壳层12布置在第一内壳层11内部，第三内壳层13布置在第二内壳层12内部。第二内壳层12与第一内壳层11间隔开，第三内壳层13与第二内壳层12间隔开。在第一内壳层11和第二内壳层12之间形成第二气隙16。在第二内壳层12和第三内壳层13之间形成第二隔热层17。用于第二隔热层17的隔热材料可与用于第一隔热层15的材料相同。例如，外壳层9、中间壳层10和内壳层11、12、13可由金属板制成。
在图4的实施方式中，第二隔热结构7不完全包围涡轮增压器3的涡轮机3a。由于涡轮增压器3布置在涡轮增压器支架32上，因此涡轮机3a下方的隔热不需要与涡轮机3a的其他侧一样有效。在涡轮机3a下方，单层隔热材料可能就足够了。然而，第二隔热结构7可在所有侧面都围绕涡轮增压器3的涡轮机3a。在图4的实施方式中，第二隔热结构7的外壳层9的底部是敞开的。因此，在第二隔热结构7的底部中，形成用于将空气引入第一气隙14中的进气口18。作为第二隔热结构7的底部中的进气口18的替代或补充，进气口也可布置在第二隔热结构7的下部部分中的外壳层9的侧壁中。外壳层9还在第二隔热结构7的上部部分中设置有出气口19。另外，第二隔热结构7的第一气隙14自然通风。
第二隔热结构7还包括布置在外壳层9上方的盖结构31。盖结构31覆盖外壳层9的出气口19。与第一隔热结构6的盖结构26相反，第二隔热结构7的盖结构31没有设置进气口和出气口。替代地，第二隔热结构7的盖结构31连接于流动通道，该流动通道输送空气离开外壳层9和盖结构31之间的空间。因此，热空气没有被释放到第二绝热结构7附近的空气中，而是被输送到空气没有暴露于可燃流体的位置。
另外，第二气隙16设置有至少一个进气口30，进气口30布置在第二隔热结构7的底部中。第二气隙16的上部部分连接于流动通道29，空气可通过流动通道29输送到第二气隙16之外。另外，第二气隙16自然通风。流动通道29连接于外壳层9和盖结构31之间的空间。来自第二气隙16的空气因此与来自第一气隙14的空气混合，并且被输送离开隔热装置的附近。
本领域的技术人员应该理解，本发明不限于上述实施方式，而是可在随附权利要求书的范围内变化。

Claims (12)

1.一种用于活塞式发动机(1)的排气系统的部件(3a、5)的隔热结构(6、7)，所述隔热结构(6、7)能围绕所述排气系统的所述部件(3a、5)布置成在所述部件(3a、5)和所述隔热结构(6、7)之间形成气腔(8)，所述隔热结构(6、7)包括：
-外壳层(9)，
-中间壳层(10)，该中间壳层(10)布置在所述外壳层(9)内部，以及
-第一内壳层(11)，该第一内壳层(11)布置在所述中间壳层(10)内部，
其中，
-在所述外壳层(9)和所述中间壳层(10)之间布置有第一气隙(14)，
-在所述中间壳层(10)和所述第一内壳层(11)之间布置有由隔热材料制成的第一隔热层(15)，
-所述外壳层(9)设置有用于使所述第一气隙(14)自然通风的通风孔(18、18a、18b、19)，
-所述通风孔(18、18a、18b、19)包括出气口(19)，所述出气口(19)设置在所述外壳层(9)的上部部分中，用于从所述第一气隙(14)释放通风空气，
-盖结构(26)布置在所述外壳层(9)上方以覆盖所述外壳层(9)的所述出气口(19)，所述盖结构(26)设置有通风孔(27、28)，
-所述盖结构(26)的所述通风孔(27、28)包括在竖直方向上布置在所述外壳层(9)的所述出气口(19)上方的出气口(27)，
其特征在于，所述盖结构(26)的所述通风孔(27、28)包括在竖直方向上布置在所述盖结构(26)的所述出气口(27)下方的进气口(28)。
2.根据权利要求1所述的隔热结构(6、7)，其中，所述外壳层(9)的所述通风孔(18、18a、18b、19)包括布置在所述外壳层(9)的下部部分中用于将通风空气引入所述第一气隙(14)中的至少一个进气口(18、18a)。
3.根据权利要求2所述的隔热结构(6、7)，其中，所述外壳层(9)的所述通风孔(18、18a、18b、19)包括在所述出气口(19)和所述下部部分的所述进气口(18)之间的另外的进气口(18b)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的隔热结构(6、7)，其中，所述盖结构(26)的所述出气口(27)在水平方向上相对于所述外壳层(9)的所述出气口(19)布置成使得形成用于所述通风空气的迷宫结构。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的隔热结构(6、7)，其中，所述隔热结构(6、7)还包括：
-第二内壳层(12)，该第二内壳层(12)布置在所述第一内壳层(11)内部，
-第三内壳层(13)，该第三内壳层(13)布置在所述第二内壳层(12)内部，
-第二气隙(16)，该第二气隙(16)布置在所述第一内壳层(11)和所述第二内壳层(12)之间，以及
-由隔热材料制成的第二隔热层(17)，该第二隔热层(17)布置在所述第二内壳层(12)和所述第三内壳层(13)之间。
6.根据权利要求5所述的隔热结构(6、7)，其中，所述第二气隙(16)设置有用于将空气引入所述第二气隙(16)中的至少一个进气口(30)并且与流动通道(29)连接，所述流动通道(29)被布置成输送空气离开所述第二气隙(16)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的隔热结构(6、7)，其中，所述隔热材料是矿棉。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的隔热结构(6、7)，其中，所述隔热材料是岩棉。
9.一种用于活塞式发动机(1)的排气系统，其中，所述排气系统包括围绕所述排气系统的部件(3a、5)布置的根据前述权利要求中任一项所述的隔热结构(6、7)。
10.根据权利要求9所述的排气系统，其中，所述排气系统的所述部件(3a、5)是废气接收器(5)。
11.根据权利要求9所述的排气系统，其中，所述排气系统的所述部件(3a、5)是涡轮增压器(3)的涡轮机(3a)。
12.一种活塞式发动机(1)，该活塞式发动机(1)包括排气系统和根据权利要求1至8中任一项所述的隔热结构(6、7)。
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