CN112377941A - 一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，包括换热器壳体，换热器壳体内芯设有烟气流道、二氧化碳流道，换热器壳体两对称侧一一对应连通安装有烟气入口、出口接头壳体，烟气入、出口接头壳体分别连通有烟气入、出口接头，烟气入口接头壳体内部设置有金属滤网，换热器壳体另外两个对称侧连通安装有二氧化碳入、出口接头；烟气流道两端一一对应通向烟气入口、出口，二氧化碳流道两端一一对应通向二氧化碳入口、出口，烟气入口、出口接头和壳体、烟气流道分别具备碳烟颗粒沉积功能并涂覆有催化剂。本发明具有碳烟颗粒捕集功能，可以有效提高换热器的换热效率，减小换热器体积和重量以及环境污染。

Description

一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器
技术领域
本发明涉及烟气换热器领域，具体是一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器。
背景技术
当今世界能源危机问题日益突出，内燃机余热回收具有巨大的节能潜力。以超临界CO2作为工质的超临界动力循环，因以其小型化能力突出、适应性强、安全环保的特点，被选为用于内燃机余热回收发电。烟气换热器是循环中重要的组成部件,循环中的CO2工质在烟气换热器中吸收内燃机排气余热，烟气换热器的性能直接影响着循环的热效率。而烟气换热器的体积和重量严重影响系统在移动设备上应用的可行性。现有烟气换热器多为套管式换热器，体积庞大，且不具备碳烟捕集功能。因此研发一种既可以保证余热回收系统换热，又可以有效减小烟气换热器重量和体积，并且具备一定的碳烟颗粒捕集能力的换热器，对内燃机节能减排，实现内燃机余热回收系统与后处理系统的小型化与集成化有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，以解决现有技术烟气换热器不具备碳烟捕集功能的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：包括换热器壳体，换热器壳体内部填满设置有内芯，换热器壳体两对称侧一一对应连通安装有烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体，烟气入口接头壳体连通有烟气入口接头，烟气出口接头壳体连通有烟气出口接头，所述烟气入口接头内壁、烟气入口接头壳体内壁分别具备沉积碳烟颗粒的功能，烟气入口接头壳体内部设置有将烟气入口接头壳体内分隔为两个区域的金属滤网，其中一个区域与烟气入口接头连通、另一个区域与换热器壳体对应侧连通，由金属滤网过滤烟气中的碳烟颗粒，换热器壳体另外两个对称侧一一对应连通安装有二氧化碳入口接头、二氧化碳出口接头；换热器壳体的内芯设有多个烟气流道和二氧化碳流道，烟气流道的内壁具备沉积碳烟颗粒的功能，烟气流道和二氧化碳流道错流分布，其中烟气流道两端一一对应通向烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体所在的换热器壳体两对称侧，二氧化碳流道两端一一对应通向二氧化碳入口接头、二氧化碳出口接头所在的换热器壳体两对称侧，所述烟气流道的内壁、烟气入口接头壳体内壁、烟气入口接头内壁分别涂覆有碳烟颗粒起活再生催化剂。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述内芯要求耐受700K以上高温，以及15MPa以上高压。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述内芯是由至少一个烟气板和至少一个二氧化碳板层叠构成，每个烟气板上设置多个槽道作为烟气流道，每个二氧化碳板上设置多个槽道作为二氧化碳流道。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述烟气板、二氧化碳板在层叠方向上周期性交错组合排布，
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述烟气板、二氧化碳板分别通过化学试剂腐蚀方式对应形成烟气流道、二氧化碳流道。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述烟气流道孔径的水力直径为1mm-3mm，二氧化碳流道孔径的水力直径为0.5mm-3mm。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述烟气入口接头、烟气出口接头、二氧化碳入口接头、二氧化碳出口接头均由耐腐蚀不锈钢材料制成。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述碳烟颗粒起活再生催化剂为碱金属或贵金属。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述烟气出口接头内壁、烟气出口接头壳体内壁同样具备沉积碳烟颗粒的功能，烟气出口接头壳体内部设置有同样将烟气出口接头壳体内分隔为两个区域的金属滤网，其中一个区域与烟气出口接头连通、另一个区域与换热器壳体对应侧连通。
一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，所述烟气出口接头内壁、烟气出口接头壳体内壁同样涂覆有碳烟颗粒起活再生催化剂。
本发明中，烟气入口、出口接头以及二氧化碳入口、出口接头的材料选择要满足壳体强度刚度的需要，还要耐高温耐化学腐蚀，一般选择耐热不锈钢材料，金属滤网则是铁铬镍合金材料制成。烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体内部分别被金属滤网分成两个区域，其中一个区域分别作为普通流动区，另外一个区域作为碳烟颗粒沉积区。烟气经过烟气入口接头壳体内部的金属滤网与碳烟颗粒沉积区可捕集粒径较大的碳烟颗粒。较小的部分碳烟颗粒通过该金属滤网后，利用烟气进、出口壳体内壁以及烟气流道内壁对碳烟颗粒的沉积功能，同样可捕集碳烟颗粒，烟气出口接头壳体内部的金属滤网用于捕集剩余未沉积的小粒径碳烟颗粒。
本发明中，内芯的烟气流道、二氧化碳流道尺寸小，其中烟气流道与碳烟颗粒捕集器中的多孔介质的结构相似，起到对小粒径碳烟颗粒的捕集的作用。而且具备极高的换热效率，可以有效减小整个烟气换热器的体积和重量，并在一定程度上可以取代传统柴油机碳烟颗粒捕及器。
本发明可作为超临界CO2余热回收系统的烟气换热器，内芯的烟气流道孔径的水力直径为1mm-3mm，二氧化碳流道孔径的水力直径为0.5mm-3mm。内芯由烟气板和二氧化碳板层叠构成，烟气板与二氧化碳板均通过化学试剂腐蚀形成槽道，对应作为烟气流道和二氧化碳流道，具备良好的导热，以及抗刚性强度能力。相邻烟气板与二氧化碳板的焊接方式为扩散焊，焊接精度高，焊接强度大。烟气板、二氧化碳板交替周期性组合，结构紧凑。整个内芯耐700K以上高温，以及15MPa以上高压。烟气板以及二氧化碳板的数量为一层或多层。由此构成的换热器内芯具有体积小，重量轻，耐高温高压，换热效率高的优点，适用于移动设备中。
本发明中，烟气流道的内壁、烟气入口和出口接头壳体内壁、烟气入口和出口接头内壁分别涂覆有碳烟颗粒起活再生催化剂。碳烟颗粒起活再生催化剂为碱金属或贵金属催化剂，当发动机排气中的碳烟颗粒物沉积到一定程度时，碳烟颗粒与碳烟颗粒起活再生催化剂接触，即能在正常的排温下自燃实现再生，起到清除沉积碳烟颗粒，疏通孔道的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明具备碳烟颗粒沉积功能，金属滤网可将烟气中大粒径碳烟颗粒进行过滤，碳烟颗粒会沉积在烟气沉积区，被清洁后的烟气流入换热器壳体的内芯中，内芯中的烟气流道是由上千条水力直径极小的槽道构成，可以对烟气进行进一步的过滤的同时进行高效率换热。烟气入口、出口接头内壁与烟气流道内壁涂覆碳烟颗粒起活再生催化剂接触，排气中的碳烟颗粒物沉积到一定程度时与碳烟颗粒起活再生催化剂接触接触，即能在正常的烟气排温下自燃实现再生，将沉积的碳烟颗粒燃烧干净，疏通烟气流道。本发明还将传统的换热器入口接头烟气流动方向，改为从侧边进入，改善烟气进入内芯的均匀性，提高换热效率，从而达到利用发动机尾气余热，净化发动机尾气的目的。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明烟气入口（出口）壳体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，包括换热器壳体，换热器壳体内部填满设置有内芯，内芯是由至少一个烟气板和至少一个二氧化碳板层叠构成，烟气板、二氧化碳板在层叠方向上周期性交错组合排布，烟气板、二氧化碳板分别通过化学试剂腐蚀方式形成多个很小的流道，对应作为烟气流道5、二氧化碳流道6，烟气流道孔径的水力直径为1mm-3mm，优选2mm；二氧化碳流道孔径的水力直径为0.5mm-3mm，优选1.8mm。整个内芯要求耐受700K以上高温，以及15MPa以上高压。
换热器壳体两对称侧一一对应连通安装有烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体，烟气入口接头壳体连通有烟气入口接头1，烟气出口接头壳体连通有烟气出口接头3。换热器壳体另外两个对称侧一一对应连通安装有二氧化碳入口接头2、二氧化碳出口接头4。烟气入口接头1、烟气出口接头3、二氧化碳入口接头2、二氧化碳出口接头4均由耐腐蚀不锈钢材料制成。
如图2所示，烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体结构相同，并且烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体内部均设置金属滤网9将它们内部分隔成两个区域，其中烟气入口接头壳体的第一个区域7与烟气入口接头1连通，烟气入口接头壳体的第二个区域8与换热器壳体5对应侧连通；烟气出口接头壳体的第一个区域与烟气出口接头3连通，烟气出口接头壳体的第二个区域与换热器壳体5对应侧连通。由烟气入口接头壳体内的金属滤网过滤捕集大粒径的碳烟颗粒，并由烟气出口接头壳体内的金属滤网过滤捕集小粒径的碳烟颗粒。
烟气入口接头1内壁、烟气入口接头壳体内壁、烟气出口接头3内壁、烟气出口接头壳体内壁分别具备沉积碳烟颗粒的功能，由此烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体的第二个区域8分别作为碳颗粒沉积区域，换热器壳体的内芯中的烟气流道5的内壁同样具备沉积碳烟颗粒的功能，由此烟气通道5也可作为碳颗粒沉积区域，碳颗粒沉积区域用于沉积捕集小粒径的碳烟颗粒。
烟气流道5和二氧化碳流道6错流分布，其中烟气流道5两端一一对应通向烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体所在的换热器壳体两对称侧，二氧化碳流道6两端一一对应通向二氧化碳入口2接头、二氧化碳出口接头4所在的换热器壳体两对称侧。
烟气流道5的内壁、烟气入口接头壳体内壁、烟气入口接头1、烟气出口接头壳体内壁、烟气出口接头3内壁分别涂覆有碳烟颗粒起活再生催化剂。碳烟颗粒起活再生催化剂为碱金属或贵金属。
烟气进入后，大粒径的碳烟颗粒被烟气入口接头壳体中的金属滤网过滤捕集，小粒径的碳烟颗粒经烟气入口接头壳体的第二个区域8进入换热器壳体内芯的烟气流道5，同时二氧化碳进入换热器壳体内芯的二氧化碳流道6，烟气、二氧化碳通过内芯交换热量，其中烟气中的部分小粒径碳烟颗粒沉积于烟气入口接头壳体的第二个区域8、换热器壳体内芯的烟气流道5，内芯烟气流道流出的烟气进入烟气出口接头壳体的第二个区域，经烟气出口接头壳体的金属滤网过滤捕集，最终由烟气出口接头流3流出的烟气中已经基本不含有碳烟颗粒。
当碳烟颗粒沉积过多时，碳烟颗粒起活再生催化剂与碳烟颗粒物接触后，即能在正常的排温下自燃实现再生。从而达到利用发动机尾气余热，净化发动机尾气，小型化、轻量化的高效烟气换热器，可有效提高内燃机余热能利用效率，进而提升整个内燃机的效能。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：包括换热器壳体，换热器壳体内部填满设置有内芯，换热器壳体两对称侧一一对应连通安装有烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体，烟气入口接头壳体连通有烟气入口接头，烟气出口接头壳体连通有烟气出口接头，所述烟气入口接头内壁、烟气入口接头壳体内壁分别具备沉积碳烟颗粒的功能，烟气入口接头壳体内部设置有将烟气入口接头壳体内分隔为两个区域的金属滤网，其中一个区域与烟气入口接头连通、另一个区域与换热器壳体对应侧连通，由金属滤网过滤烟气中的碳烟颗粒，换热器壳体另外两个对称侧一一对应连通安装有二氧化碳入口接头、二氧化碳出口接头；换热器壳体的内芯设有多个烟气流道和二氧化碳流道，烟气流道的内壁具备沉积碳烟颗粒的功能，烟气流道和二氧化碳流道错流分布，其中烟气流道两端一一对应通向烟气入口接头壳体、烟气出口接头壳体所在的换热器壳体两对称侧，二氧化碳流道两端一一对应通向二氧化碳入口接头、二氧化碳出口接头所在的换热器壳体两对称侧，所述烟气流道的内壁、烟气入口接头壳体内壁、烟气入口接头内壁分别涂覆有碳烟颗粒起活再生催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述内芯要求耐受700K以上高温，以及15MPa以上高压。
3.根据权利要求1所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述内芯是由至少一个烟气板和至少一个二氧化碳板层叠构成，每个烟气板上设置多个槽道作为烟气流道，每个二氧化碳板上设置多个槽道作为二氧化碳流道。
4.根据权利要求3所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述烟气板、二氧化碳板在层叠方向上周期性交错组合排布。
5.根据权利要求3所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述烟气板、二氧化碳板分别通过化学试剂腐蚀方式对应形成烟气流道、二氧化碳流道。
6.根据权利要求1所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述烟气流道孔径的水力直径为1mm-3mm，二氧化碳流道孔径的水力直径为0.5mm-3mm。
7.根据权利要求1所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述烟气入口接头、烟气出口接头、二氧化碳入口接头、二氧化碳出口接头均由耐腐蚀不锈钢材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述碳烟颗粒起活再生催化剂为碱金属或贵金属。
9.根据权利要求1所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述烟气出口接头内壁、烟气出口接头壳体内壁同样具备沉积碳烟颗粒的功能，烟气出口接头壳体内部设置有同样将烟气出口接头壳体内分隔为两个区域的金属滤网，其中一个区域与烟气出口接头连通、另一个区域与换热器壳体对应侧连通。
10.根据权利要求9所述的一种具有碳烟颗粒捕集功能的微通道烟气换热器，其特征在于：所述烟气出口接头内壁、烟气出口接头壳体内壁同样涂覆有碳烟颗粒起活再生催化剂。
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