CN110088554A - 热交换器及船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热效率提高的热交换器及船舶。热交换器(40)具备：筒状壳体(41)，工作流体从上游侧朝向下游侧流径内部；多个导热管区(43)，设置于壳体(41)的内部，且通过将具有在与工作流体的流动方向正交的面内沿径向以等间距(P)排列的多个传热管(47)的传热管层(46)沿流动方向层叠多个而形成，并且沿流动方向隔着间隔配置；及下游侧引导部(50)，设置于导热管区(43)的下游侧，且从壳体(41)的内表面(S)突出，并且具有朝向上游侧的第1引导面(51)。

Description

热交换器及船舶

技术领域

本发明涉及一种热交换器及船舶。

背景技术

有具有与排气等进行热交换的热交换器且回收所述排气等的热量的废热回收装置。废热回收装置搭载于发电设备或船舶。废热回收装置具有在排气与载热体(例如水)之间进行热交换的热交换器。热交换器具备在内部载热体流通的多个传热管及从外侧覆盖传热管的壳体。热交换器通过配置于排气流通的烟道内而经由传热管在排气与载热体之间进行热交换。在这种热交换器中，有时排气中所包含的煤、润滑油等异物附着于传热管表面。在此，专利文献1中记载有具备具有回收流过壳体与传热管之间的流体的热量并传递至传热管的传热管面板的废热回收装置的热交换器。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5514690号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

在此，在由多个传热管构成的热交换器中，在传热管与壳体之间形成有间隙。该间隙中的相对于排气的流动阻力小于多个传热管彼此之间的区域中的流动阻力。因此，排气流入传热管与壳体之间的间隙，由此导致形成穿插流动。

专利文献1中所记载的热交换器通过废热回收装置能够回收流过壳体内表面与传热管之间的间隙的蒸汽的热量。然而，在专利文献1中所记载的装置中，传热管面板安装于传热管本身，因此导致在壳体内表面与传热管之间仍形成较大的空间。因此，存在无法充分地热回收的可能性。而且，因设置传热管面板而导致结构复杂、大型化。由此，导致在对搭载设备的小型化要求特别强烈的船舶中难以采用该结构。即，在专利文献1所记载的装置中，仍存在改善的余地。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种热交换性能得到提高的热交换器及船舶。

用于解决技术课题的手段

本发明的热交换器具备：筒状壳体，工作流体从上游侧朝向下游侧流径内部；多个导热管区，设置于所述壳体的内部，且通过将具有沿所述工作流体的流动方向以等间距排列的多个传热管的传热管层沿与所述流动方向正交的方向层叠多个而形成，并且沿所述流动方向隔着间隔配置；及下游侧引导部，设置于所述导热管区的下游侧，且从所述壳体的内表面突出，并且具有朝向上游侧的第1引导面。

根据该结构，下游侧引导部的第1引导面成为相对于工作流体的流动阻力，因此工作流体被第1引导面引导而在比第1引导面更靠上游侧的区域即配置有导热管区的区域朝向远离壳体内表面的方向流动。由此，能够在形成于导热管区与壳体内表面之间的间隙中减少工作流体。

并且，在本发明的热交换器中，从所述流动方向观察，所述第1引导面可以与最靠近所述内表面的所述传热管重叠。

根据该结构，能够进一步降低在导热管区与壳体内表面之间的间隙中工作流体流入的可能性。此外，能够缩小导热管区与壳体内表面之间的距离。

并且，在本发明的热交换器中，从所述传热管延伸的方向观察，所述第1引导面可以相对于所述流动方向倾斜。

根据该结构，第1引导面相对于流动方向倾斜，由此能够沿第1引导面顺畅地引导工作流体。换言之，能够减少导致伴随于工作流体中的煤及润滑油的飞沫等异物堆积的工作流体流动中的停顿或滞留。

并且，在本发明的热交换器中，所述第1引导面可以随着从上游侧朝向下游侧而沿远离所述内表面的方向弯曲。

根据该结构，第1引导面弯曲，由此能够沿第1引导面进一步顺畅地引导工作流体。换言之，能够减少导致伴随于工作流体中的煤及润滑油的飞沫等异物堆积的工作流体流动的停顿或滞留。

并且，在本发明的热交换器中，所述下游侧引导部可以是沿远离所述内表面的方向延伸的区域的厚度没有变化的板形状。

根据该结构，能够降低在导热管区与壳体内表面之间的间隙中工作流体流入的可能性。此外，与设成其他复杂形状的情况相比，能够以简单且廉价地设置下游侧引导部。

并且，在本发明的热交换器中，所述下游侧引导部从所述内表面突出的尺寸可以是所述传热管的所述间距的1倍以上且3倍以下。

根据该结构，通过下游侧引导部能够充分覆盖导热管区与壳体内表面之间的间隙，因此能够进一步减少流入该间隙中的工作流体。

并且，在本发明的热交换器中，所述第1引导面与最靠近该第1引导面的所述传热管之间的距离可以是10mm以上且50mm以下。

根据该结构，能够更有效地进行传热管中的热交换。

并且，本发明的热交换器可以还具备：上游侧引导部，设置于所述导热管区的上游侧，且从所述壳体的内表面突出，并且具有朝向上游侧的第2引导面。

根据该结构，能够减少对导热管区与壳体内表面之间的间隙从上游侧的工作流体的流入。

并且，本发明的船舶具备：上述热交换器；烟道，配置有所述热交换器；及主发动机，向所述烟道供给排气。

根据该结构，能够提供一种具备效率得到提高的热交换器的船舶。

发明效果

根据本发明，能够提高热交换效率。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的船舶的结构的示意图。

图2是本发明的第1实施方式所涉及的废热回收装置的热交换器的剖视图。

图3是本发明的第1实施方式所涉及的热交换器的放大剖视图。

图4是表示本发明的第1实施方式所涉及的热交换器的变形例的放大剖视图。

图5是表示本发明的第1实施方式所涉及的热交换器的另一变形例的放大剖视图。

图6是本发明的第2实施方式所涉及的热交换器的放大剖视图。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于该实施方式，并且，当有多个实施方式时，包括将各实施方式进行组合的结构的方式。

参考图1至图3对本发明的第1实施方式进行说明。如图1所示，船舶100具备船体1、柴油机11及废热回收装置10。

船体1为能够搭载客货等的箱体。柴油机11为主发动机。另外，主发动机可以是柴油机11以外的内燃机。柴油机11例如产生用于驱动传动轴的动力，并且排出排气。另外，在本实施方式中，通过废热回收装置10从由船舶100的柴油机11排出的排气中回收热量，但关于废热回收装置10回收热量的对象的高温气体并无特别限定。即，废热回收装置10能够设置于燃气涡轮、锅炉及燃料电池等排出高温气体的装置的下游侧，且能够回收高温气体的热量。并且，船舶100可以在废热回收装置10的下游侧设置去除、减少排气的有害物质的排气处理装置。

热交换器40在由柴油机11排出的排气与作为载热体的水之间进行热交换。通过热交换得到升温的水成为过热蒸汽，并利用于蒸汽涡轮等其他装置(未图示)的驱动。

以下，参考图2对热交换器40的详细结构进行说明。如图2所示，热交换器40具有壳体41及热交换器主体42。壳体41为筒状，且排气从上游侧朝向下游侧流径内部。另外，在以下说明中，有时将排气流动的方向称为“流动方向”。壳体41成为由柴油机11排出的排气流动的排气路径的一部分。在壳体41的内部空间设置有热交换器主体42。

热交换器主体42具有沿流动方向隔着间隔排列的多个(2个)导热管区43及引导各导热管区43周围的排气(工作流体)的下游侧引导部50。另外，在本实施方式中，对设置有2个导热管区43的结构进行说明，但导热管区43的数量并不限定于2个，可以是3个以上。并且，2个导热管区43彼此具有相同的结构，但在以后的说明中，有时将位于上游侧的导热管区43称为第1导热管区44，将位于下游侧的导热管区43称为第2导热管区45，以此区别两者。

导热管区43沿流动方向层叠有多个传热管层46。传热管层46具有沿与流动方向正交的方向以等间距P排列的多个传热管47。在此，传热管47的间距P是指相邻的传热管47的中心点彼此之间的距离。各传热管47通过沿流动方向隔着间隔折返多个沿流动方向连续延伸的一管而形成。即，传热管47配置成跨越多个传热管层46。

各传热管47具有圆管状的剖面形状，且沿与流动方向正交的方向延伸。传热管47中，作为载热体的水从流动方向下游侧朝向上游侧流通内部。相邻的各传热管层46之间的传热管47彼此中，内部的水的流动方向彼此相反。

当从与流动方向正交的方向且1个传热管层中传热管47延伸的方向观察时，本实施方式的导热管区43的各传热管47配置成交错状。换言之，在彼此相邻的传热管层46中，多个传热管47配置于在与流动方向正交的方向上彼此不同的位置。另外，导热管区43可以将传热管47排列成格栅状，而不是交错状。

热交换器40在导热管区43的外周缘与壳体41的内表面S之间形成有间隙G1。另外，导热管区43的外周缘是指导热管区43中的位于最靠外周侧的多个传热管47的外周面所成的缘部。

下游侧引导部50设置于壳体41的内表面S上的导热管43的下游侧的区域。具体而言，下游侧引导部50为从壳体41的内表面S向与该内表面S正交的方向突出的板形状。下游侧引导部50以远离内表面S的方向延伸的区域厚度不变的方式形成。换言之，下游侧引导部50的厚度为恒定。下游侧引导部50能够设置成通过焊接等将板材固定于壳体41的内表面S。并且，下游侧引导部50可以是剖面呈L字形状，且使L字的一边面对壳体41，使一边从壳体41突出的结构。并且，下游侧引导部50也可以是用撑杆支承了板状部件的结构。

下游侧引导部50优选突出高度即下游侧引导部50中的远离内表面S的一侧端部与内表面S之间的尺寸为上述传热管47的间距P的1倍以上且3倍以下。下游侧引导部50更优选突出高度为传热管47的间距P的1倍以上且2倍以下。下游侧引导部50最优选将突出高度设为传热管47的间距P的1倍。热交换器40通过使间隙G1窄于间距P，能够提高热交换效率。下游侧引导部50通过将突出高度设为上述范围，能够设为从流动方向观察时与最靠近壳体41的内表面S的传热管47重叠的形状。由此，下游侧引导部50的两面中，朝向上游侧的面即第1引导面51从流动方向下游侧与间隙G1及导热管区43对置。换言之，从流动方向观察，间隙G1被下游侧引导部50封堵。另外，第1引导面51为在与壳体41的内表面S正交的面内扩展的面。

第1引导面51与最靠近该第1引导面51的传热管47之间的距离优选设为10mm以上且50mm以下，更优选设为10mm以上且30mm以下，最优选设为10mm。

以下，对第1实施方式所涉及的热交换器40的动作进行说明。由柴油机11排出的排气流入热交换器40。流入热交换器40的排气与导热管区43接触。排气在与流通传热管47内的作为载热体的水进行热交换而成为低温之后，向大气中排放。

下游侧引导部50限制、引导排气的流动，并减少欲流入间隙G1的排气量。参考图3对下游侧引导部50进行说明。下游侧引导部50成为相对于排气的流动阻力，第1导热管区44的下游侧部分且内表面S附近即第1引导面51的周围成为排气难以流动的区域。由此，变得流过内表面S附近及间隙G1的排气在流过配置有第1导热管区44的区域的期间，容易沿远离内表面S的方向流动。

具体而言，如图3所示，流通了间隙G1的排气不形成沿内表面S的流动

(虚线箭头F1)而在第1导热管区44的下游侧被下游侧引导部50的第1引导面51改变方向。其结果，排气沿第1引导面51朝向远离内表面S的方向如箭头F2流动。然后，排气经第1导热管区44沿从间隙G1以外的部分流通过来的排气的流动(箭头F3)而流动。由此，排气的流动量在接近壳体41中心的箭头F3侧变多，而不是在间隙G1侧。因此，能够使更多的排气与第1导热管区44接触，从而能够提高热交换效率。此外，被下游侧引导部50引导的排气从远离壳体41的内表面S的位置流入位于下游侧的第2导热管区45。换言之，通过在第1导热管区44的下游侧设置有下游侧引导部50，排气向第2导热管区45与壳体41之间的间隙G2的流入量得以减少。因此，与没有设置下游侧引导部50的结构相比，能够提高热交换器40的效率。

而且，在上述热交换器40中，从流动方向观察，第1引导面51与最靠近内表面S的传热管47重叠。根据该结构，通过下游侧引导部50能够从下游侧充分覆盖间隙G1。因此，能够充分确保基于下游侧引导部50的对排气的流动阻力，从而能够进一步降低排气流入导热管区43与壳体41的内表面S之间的间隙G1的可能性。

此外，通过设置下游侧引导部50，能够缩小导热管区43与壳体41的内表面S之间的距离。换言之，在设置有下游侧引导部50的情况下，无需考虑因形成间隙G1而导致降低热效率，从而能够增加导热管区43的尺寸(即，传热管层46的数量)。因此，能够进一步提高热交换器40的效率。

而且，在上述热交换器40中，下游侧引导部50为厚度恒定的板形状。根据该结构，与设成其他复杂形状的情况相比，能够以简单且廉价地设置下游侧引导部50。

此外，在上述热交换器40中，下游侧引导部50从内表面S突出的尺寸(即，突出高度)为传热管47的间距P的1倍以上且3倍以下。并且，第1引导面51与最靠近第1引导面51的传热管47之间的距离为10mm以上且50mm以下。根据该结构，能够进一步降低排气流入导热管区43与壳体41的内表面S之间的间隙G1的可能性，并充分提高作为热交换器40的效率。

以上，对本发明的第1实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的宗旨的范围内，对上述结构能够实施各种变更。

例如，在第1实施方式中，对下游侧引导部50的第1引导面51为与壳体41的内表面S正交的面的结构进行了说明。然而，第1引导面51的结构并不限定于此，也能够采用如图4所示那样的结构。具体而言，在图4的例子中，第1引导面52相对于排气的流动方向倾斜。换言之，第1引导面52随着从上游侧朝向下游侧而沿逐渐远离内表面S的方向延伸。

根据该结构，第1引导面52相对于流动方向倾斜，由此能够沿第1引导面52顺畅地引导排气。因此，能够降低排气的流动中产生停顿或滞留的可能性。

而且，第1引导面51也能够采用如图5所示那样的结构。具体而言，在图5的例子中，第1引导面53随着从上游侧朝向下游侧而朝向远离内表面S的方向逐渐弯曲。

根据该结构，第1引导面51弯曲，由此能够沿第1引导面53进一步顺畅地引导排气。

[第2实施方式]

接着，参考图6对本发明的第2实施方式进行说明。在本实施方式中，在第2导热管区45的上游侧还设置有上游侧引导部60。上游侧引导部60设置于壳体41的内表面S上的导热管区43的上游侧区域。具体而言，上游侧引导部60为从壳体41的内表面S向与该内表面S正交的方向突出的板形状。上游侧引导部60以沿远离内表面S的方向延伸的区域的厚度没有变化的方式形成。换言之，上游侧引导部60的厚度为恒定。上游侧引导部60与下游侧引导部50相同地，能够设置成通过焊接等将板材固定于壳体41的内表面S。并且，上游侧引导部60可以是剖面呈L字形状且L字的一边从壳体41突出的结构。并且，上游侧引导部60也可以是用撑杆支承板状部件的结构。

上游侧引导部60优选突出高度即上游侧引导部60中的远离内表面S的一侧侧端部与内表面S之间的尺寸为上述传热管47的间距P的1倍以上且3倍以下。上游侧引导部60更优选突出高度为传热管47的间距P的1倍以上且2倍以下。上游侧引导部60最优选突出高度为传热管47的间距P的1倍。热交换40通过使间隙G2窄于间距P，能够提高热交换效率。上游侧引导部60通过将突出高度设为上述范围，能够设为从流动方向观察时与最靠近壳体41的内表面S的传热管47重叠的形状。由此，上游侧引导部60的两面中，朝向上游侧的面即第2引导面61从流动方向上游侧与间隙G1及第2导热管区45对置。换言之，从流动方向观察，间隙G1被上游侧引导部60封堵。第2引导面61为与壳体41的内表面S正交的面内扩展的面。

第2引导面61与最靠近该第2引导面61的传热管47之间的距离优选为10mm以上且50mm以下。第2引导面61与最靠近该第2引导面61的传热管47之间的距离更优选为10mm以上且30mm以下。第2引导面61与最靠近该第2引导面61的传热管47之间的距离最优选为10mm。

根据该结构，能够减少对第2导热管区45与壳体41的内表面S之间的间隙G2从上游侧流入的工作流体。更详细而言，排气被设置于第1导热管区44的下游侧的下游侧引导部50引向远离内表面S的方向之后，与从第1导热管区44流通过来的排气的主流即从间隙G1以外的部分流通过来的排气的流动合流，并流向下游侧。通过设置上游侧引导部60，被下游侧引导部50引导的排气从远离壳体41的内表面S的位置流入位于下游侧的第2导热管区45。换言之，通过在第1导热管区44的下游侧设置下游侧引导部50，且在第2导热管区45的上游侧设置上游侧引导部60，能够进一步减少排气向第2导热管区45与壳体41之间的间隙G2的流入量。因此，能够进一步提高热交换器40的效率。

以上，对本发明的第2实施方式进行了说明。另外，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够对上述结构实施各种变更。

例如，在第2实施方式中，对上游侧引导部60的第2引导面61为与壳体41的内表面S正交的面的结构进行了说明。然而，第2引导面61的结构并不限定于此，与下游侧引导部50相同地，也能够采用如图4或图5所示那样的结构。具体而言，能够采用相对于流动方向使第2引导面61倾斜的结构或使第2引导面61弯曲的结构。

并且，热交换器40的适用对象并不限定于废热回收装置10，例如也能够在废热回收锅炉的过热器、蒸发器及省煤器等中适用在各实施方式中进行说明的结构。

符号说明

100-船舶，1-船体，10-废热回收装置，11-柴油机，40-热交换器，41-壳体，42-热交换器主体，43-导热管区，44-第1导热管区，45-第2导热管区，50-下游侧引导部，46-传热管层，47-传热管，51-第1引导面，52-第1引导面，53-第1引导面，60-上游侧引导部，61-第2引导面，G1-间隙，G2-间隙，P-间距，S-内表面。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(补正后)一种热交换器，其具备：

筒状壳体，工作流体从上游侧朝向下游侧流径内部；

多个导热管区，设置于所述壳体的内部，且通过将具有在与所述工作流体的流动方向正交的面内以等间距排列的多个传热管的传热管层沿所述流动方向层叠多个而形成，并且沿所述流动方向隔着间隔配置；

下游侧引导部，设置于所述导热管区的下游侧，且从所述壳体的内表面突出，并且具有朝向上游侧的第1引导面，

从所述传热管延伸的方向观察，所述第1引导面相对于所述流动方向随着从上游侧朝向下游侧而沿远离所述内表面的方向倾斜，且与最靠近该第1引导面的所述传热管之间的距离为10mm以上且50mm以下。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，

从所述流动方向观察，所述第1引导面与最靠近所述内表面的所述传热管重叠。

3.(删除)

4.(补正后)根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，

所述第1引导面随着从上游侧朝向下游侧而沿远离所述内表面的方向弯曲。

5.(补正后)根据权利要求1、2或4中任一项所述的热交换器，其中，

所述下游侧引导部为沿远离所述内表面的方向延伸的区域的厚度没有变化的板形状。

6.(补正后)根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的热交换器，其中，

所述下游侧引导部从所述内表面突出的尺寸为所述传热管的所述间距的1倍以上且3倍以下。

7.(删除)

8.(补正后)根据权利要求1、2、4至6中任一项所述的热交换器，其还具备设置于所述导热管区的上游侧，且从所述壳体的内表面突出，并且具有朝向上游侧的第2引导面的上游侧引导部。

9.(补正后)一种船舶，其具备：

权利要求1、2、4至6、8中任一项所述的热交换器；

烟道，配置有所述热交换器；及

主发动机，向所述烟道供给排气。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

权利要求1的补正事项基于申请时的权利要求3、7的记载事项及申请时的说明书的[0048]、[0049]段的记载事项。伴随权利要求1的补正，删除了权利要求3、7。使权利要求4从属于补正后的权利要求1、2。使权利要求5从属于补正后的权利要求1、2、4。使权利要求6从属于补正后的根据权利要求1、2、4、5。使权利要求8从属于补正后的根据权利要求1、2、4至6。使权利要求9从属于补正后的根据权利要求1、2、4至6、8。

Claims (9)

1.一种热交换器，其具备：

筒状壳体，工作流体从上游侧朝向下游侧流径内部；

多个导热管区，设置于所述壳体的内部，且通过将具有在与所述工作流体的流动方向正交的面内以等间距排列的多个传热管的传热管层沿所述流动方向层叠多个而形成，并且沿所述流动方向隔着间隔配置；及

下游侧引导部，设置于所述导热管区的下游侧，且从所述壳体的内表面突出，并且具有朝向上游侧的第1引导面。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，

从所述流动方向观察，所述第1引导面与最靠近所述内表面的所述传热管重叠。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，

从所述传热管延伸的方向观察，所述第1引导面相对于所述流动方向倾斜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其中，

所述第1引导面随着从上游侧朝向下游侧而沿远离所述内表面的方向弯曲。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其中，

所述下游侧引导部为沿远离所述内表面的方向延伸的区域的厚度没有变化的板形状。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器，其中，

所述下游侧引导部从所述内表面突出的尺寸为所述传热管的所述间距的1倍以上且3倍以下。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热交换器，其中，

所述第1引导面与最靠近该第1引导面的所述传热管之间的距离为10mm以上且50mm以下。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器，其还具备设置于所述导热管区的上游侧，且从所述壳体的内表面突出，并且具有朝向上游侧的第2引导面的上游侧引导部。

9.一种船舶，其具备：

权利要求1至8中任一项所述的热交换器；

烟道，配置有所述热交换器；及

主发动机，向所述烟道供给排气。