CN1786641A - 热电联合系统的废气热交换器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种热电联合系统的废气热交换器，其包括废气排放管，每个废气排放管包括形成在废气排放管的至少一部分的波纹管部分，以使得废气排放管能够热膨胀和收缩，从而可以防止由通过废气排放管的热废气导致的废气排放管的重复热膨胀和收缩引起的废气排放管的损坏。因此能够实现耐用性和可靠性的提高。

Description

热电联合系统的废气热交换器
技术领域
本发明涉及一种热电联合系统的废气热交换器，并且更具体地涉及一种热电联合系统的废气热交换器，其包括废气排放管，每个废气排放管具有可热膨胀和可收缩的波纹管结构，从而防止由热废气导致的废气排放管的热膨胀和收缩引起的废气排放管的损坏，由此能够实现耐用性的提高，传热面积的增加，以及由于传热面积的增加而传热效率的提高。
背景技术
通常，热电联合系统用于从单一能源产生电能和热量。
这种热电联合系统回收发电操作期间由发动机或轮机产生的废气或冷却水废热中的热量从而热电联合系统与其他系统相比能够实现70到80％的能量效率的增加。利用这一优点，热电联合系统近来被重点作为建筑物的电和热供应源。特别是，热电联合系统具有极高的能量利用效率，因为所回收的废热主要用于加热/冷却封闭空间和加热水。
图1是表示现有废气热交换器的部分剖开透视图。图2是表示现有废气热交换器的截面图。
如图1和2所示，现有废气热交换器包括壳体10，该壳体包括废气入口2和废气出口4，以允许从发动机(未示出)排放的废气通过壳体10。壳体10还包括贯通壳体10的圆周壁形成的冷却水入口6和冷却水出口8。废气热交换器还包括多个废气排放管12，它们设置在壳体10内以分别限定废气通道；第一和第二隔板14和16，它们分别设置在废气入口2和废气出口4处，以将废气隔绝于限定在壳体10内的冷却水路径；以及导流器18，其设置在壳体10内以改变冷却水路径。
废气排放管12形成圆柱形管束。每个废气排放管12具有相对的端部，它们分别装配在贯通第一和第二隔板14和16形成的相关通孔内。
第一隔板14通过焊接固定于壳体10的内周面。考虑到由废气的高温热量导致的废气排放管12的热膨胀，O形环20装配在第二隔板16的圆周面和壳体10的内周面之间。
以下，将说明具有上述结构的现有废气热交换器的操作。
从发动机(未示出)排放的废气按以下顺序通过废气入口2、废气排放管12、以及废气出口4。
当废气通过废气排放管12时，在通过冷却水入口6引入壳体10内的冷却水和废气排放管12之间发生热传递。
这样，冷却水在从废气吸热后从壳体10排出，并且废气在向冷却水释放热后被排出。
但是，在用于热电联合系统的现有废气热交换器中，由于高温废气的原因发生重复的热膨胀和收缩，从而O形环20会被磨损。当O形环20磨损时，冷却水向废气出口4泄漏，从而导致热电联合系统的关键元件，例如发动机损坏。
发明内容
本发明正是考虑到上述问题而作出的，并且本发明的目标是提供一种热电联合系统的废气热交换器，其包括废气排放管，每个废气排放管具有波纹管结构，从而能够防止废气排放管因其热变形引起的损坏，并且防止冷却水泄漏。
根据本发明，这个目标是通过提供一种热电联合系统的废气热交换器而完成的，该废气热交换器包括：壳体；废气路径，其限定在壳体内用于引导废气通过壳体；以及制冷剂路径，其限定在壳体内用于引导制冷剂通过壳体，从而制冷剂与废气路径热交换，其中废气路径包括分别由废气排放管限定的废气通道，每个废气排放管包括形成在废气排放管的至少一部分的波纹管部分，以使得废气排放管能够热膨胀和收缩。
波纹管部分可以沿废气排放管的纵向方向被纵向打褶。
波纹管部分可以沿废气排放管的圆周方向被打褶。
波纹管部分可以包括圆形褶皱。
波纹管部分可以包括螺旋形褶皱。
废气热交换器可以进一步包括废气入口和废气出口，它们分别形成在壳体的相对端，以允许废气通过壳体。废气排放管可以将废气入口和废气出口连接起来。
每个废气排放管可以进一步包括恒定直径圆柱管部分。波纹管部分可以设置为向着废气入口，而恒定直径圆柱管部分可以设置为向着废气出口。
废气热交换器可以进一步包括制冷剂入口和制冷剂出口，它们贯通壳体圆周壁形成。
废气热交换器可以进一步包括第一隔板和第二隔板，它们设置在壳体内以将废气入口和废气出口相互隔离，从而限定制冷剂路径。
废气热交换器可以进一步包括至少一个导流器，以改变制冷剂路径。
附图说明
在阅读以下结合附图的详细描述之后，本发明的以上目标以及其它特征和优点将会变得更加明显，在附图中：
图1是表示现有废气热交换器的部分剖开的透视图；
图2是表示现有废气热交换器的截面图；
图3是表示根据本发明第一实施例的热电联合系统的结构的示意图；
图4是表示用在根据本发明第一实施例的热电联合系统中的废气热交换器的部分剖开的透视图；
图5是表示根据本发明第一实施例的废气热交换器的内部结构的截面图；
图6是表示根据本发明第二实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图；
图7是表示根据本发明第三实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图；
图8是表示根据本发明第四实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图；以及
图9是表示根据本发明第五实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图。
具体实施方式
下文中将参考附图描述根据本发明的废气热交换器和使用该废气热交换器的热电联合系统的示例性实施例。
图3是表示根据本发明第一实施例的热电联合系统的结构的示意图。图4是表示用在根据本发明第一实施例的热电联合系统中的废气热交换器的部分剖开的透视图。图5是表示根据本发明第一实施例的废气热交换器的内部结构的截面图。
如图3所示，根据本发明第一实施例的热电联合系统包括发动机50，燃料供给到该发动机50；发电机51，其由发动机50驱动以发电；冷却水热交换器52，其从用于冷却发动机50的冷却水中回收热；以及废气热交换器70，其设置在从发动机50伸出的废气排放管道53中，以从由发动机50排放的废气中回收热。热电联合系统还包括传热管线54，其将所回收的冷却水热和废气热传递到冷却和加热装置60。
从发电机51产生的电用于操作包括冷却和加热装置60以及照明装置在内的各种电器。
在冷却和加热装置60的加热操作期间，由发动机50产生的废热，即由用于冷却发动机50的冷却水产生的热以及由从发动机50排放的废气产生的热，被用在冷却和加热装置60中。为了在冷却和加热装置60的冷却操作期间向外排放从发动机50产生的废热，热电联合系统还包括散热器57，该散热器包括热交换器55和散热风扇56。
冷却和加热装置60是一种热泵型装置，从而根据冷却和加热装置60内制冷剂循环中的制冷剂流的反向，它不仅用做冷却装置，而且还用做加热装置。如在通常的热泵型冷却和加热装置中那样，冷却和加热装置60包括压缩机61、四通阀62、室外热交换器63、膨胀设备64、和室内热交换器65。
空气预热热交换器66设置在室外热交换器63附近，以便在冷却和加热装置60的加热操作期间利用发动机50的废热预热供向室外热交换器63的空气。
空气预热热交换器66通过传热管线54连接于冷却水热交换器52和废气热交换器70。
散热器57设置在连接于传热管线54的散热管线58内。
在图3中，标号“P”表示泵，其分别用于泵送传热介质使得传热介质循环通过需要的管线，而标号“V”表示阀，其用于在传热管线54和散热管线58之间改变传热介质的流动路径。
如图4和5所示，废气热交换器包括壳体71；废气路径，其限定在壳体71内用于引导废气通过壳体71；以及制冷剂路径72，其限定在壳体71内用于引导制冷剂通过壳体71，从而制冷剂与废气路径热交换。
壳体71设置在废气排放管道53内，来自发动机50的废气经由该废气排放管道排放。废气入口73和废气出口74分别形成在壳体71的相对端，从而废气入口73和废气出口74连通于废气排放管道53以允许废气进入壳体71并随后从壳体71排出。
废气路径包括多个分别由废气排放管80限定的废气通道，这些废气排放管设置在废气入口73和废气出口74之间。
制冷剂入口75和制冷剂出口76贯通壳体71的圆周壁形成，以允许制冷剂进入壳体71并随后从壳体71排出。
第一隔板77和第二隔板78分别设置在废气入口73和废气出口74处，以将壳体71的内部隔离于废气入口73和废气出口74，并且因此在壳体71内限定制冷剂路径。
第一和第二隔板77和78通过焊接固定到壳体71的内周面。多个连接孔79贯通第一和第二隔板77和78中的每一个而形成。每个废气排放管80的相对端连接于第一和第二隔板77和78的相关连接孔79。
导流器设置在壳体71内以改变制冷剂路径，以便提高传热效率。
导流器包括至少一个下导流器81，其从壳体71的底部向上突入到壳体71的内部；以及至少一个上导流器82，其从壳体71的顶部向下突入到壳体71的内部。
在所示的例子中，导流器包括两个下导流器81和一个上导流器82。下导流器81沿废气的流动方向相互隔开，并且上导流器82设置在下导流器81之间。
多个通孔贯通每个下和上导流器81和82形成，以允许与通孔对齐的废气排放管80分别延伸通过通孔。
每个废气排放管80包括波纹管部分83，以便可热膨胀和可收缩，从而防止废气排放管80由于废气的热导致的废气排放管80的热变形引起的损坏。
波纹管部分83具有沿波纹管部分83的纵向方向设置的圆形褶皱，以使得波纹管部分83能够在纵向方向上容易地延伸和收缩。
每个废气排放管80的相对端分别装配在贯通第一和第二隔板77和78形成的相关连接孔79内，并且通过焊接分别在相关连接孔79周围固定于第一和第二隔板77和78。
优选地，每个废气排放管80的将被装配到相关连接孔79内的部分具有对应于连接孔79的横截面的圆形横截面。
而且，优选地，每个废气排放管80由不锈钢(SUS)(steel usestainless)制成。
以下，将说明根据本发明第一实施例的具有上述结构的热电联合系统中的废气热交换器的操作。
发动机50运行期间从发动机50产生的电被提供到冷却和加热装置60，并且发动机50运行期间从发动机排出的高温废气通过设置在废气排放管道53内的废气热交换器70。
也就是，从发动机50排放的废气通过壳体71的废气入口73进入壳体71，并且随后在通过废气排放管80之后通过废气出口74从壳体71排出。
在废气流动期间，作为冷却剂的冷却水通过冷却剂入口75进入壳体71。因此，在壳体71内发生冷却水和废气排放管80之间的热交换。
也就是，当冷却水接触废气排放管80时，冷却水吸收传递到废气所流经的废气排放管80的废气的热量。因此，废气排放管80被冷却水冷却。
在从废气排放管80吸热后冷却水通过冷却剂出口76排出壳体71，并且经由传热管线54被提供到空气预热热交换器66。
这样，在通过空气预热热交换器66时冷却水利用从废气排放管80吸收的热预热进入冷却和加热装置60的室外空气，以实现加热能力的提高。
同时，由于包含在废气排放管80中的可热膨胀和可收缩的波纹管部分83，每个废气排放管80具有增大的接触冷却水的热接触面积。因此，实现了热效率的提高。
由于能够重复热膨胀和收缩每个废气排放管80，因此可以减少废气排放管80的损坏。
由于第一和第二隔板77和78通过焊接固定于壳体71的内周面，因此可以有效地防止冷却水泄漏。
当冷却和加热装置60在冷却模式下运行时，冷却水的流动路径被改变为与连接于传热管线54的散热管线58连通，因为没有必要供应废热。在此情况下，废热通过散热器57排放到大气，或者被供应到并使用在热水器、热水供给装置、或其他系统。
图6是表示根据本发明第二实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图。
如图6所示，根据本发明第二实施例的废气热交换器包括壳体90，在壳体90的相对端分别设置有废气入口91和废气出口92；以及废气排放管93，其设置在壳体90内以连接废气入口91和废气出口92，从而限定了废气路径。每个废气排放管93包括波纹管部分94，以便可热膨胀和可收缩，从而防止废气排放管93由于废气的热导致的废气排放管的热变形引起的损坏。波纹管部分94具有沿波纹管部分94的纵向方向螺旋延伸的褶皱，以使得波纹管部分94能够在纵向方向上容易地延伸和收缩，并且提高波纹管部分94和冷却水的热传递。根据本发明第二实施例的废气热交换器的其他结构与本发明第一实施例的结构相同，因此不再给出其详细说明。
图7是表示根据本发明第三实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图。
如图7所示，根据本发明第三实施例的废气热交换器包括壳体100，在壳体100的相对端分别设置有废气入口101和废气出口102；以及废气排放管103，其设置在壳体100内以连接废气入口101和废气出口102，从而限定了废气路径。每个废气排放管103包括两个部分，即波纹管部分104和恒定直径圆柱管部分105。根据本发明第三实施例的废气热交换器的其他结构与本发明第一实施例的结构相同，因此不再给出其详细说明。
在该实施例中，优选地波纹管部分104具有沿波纹管部分104的纵向方向设置的圆形褶皱，并且被设置在废气排放管103的一部分上，该部分比废气排放管103的其他部分经受更高的温度。
由于从发动机50排出的废气按以下顺序通过废气入口101、每个废气排放管103、以及废气出口102，因此发动机50的废气首先进入的废气入口101的温度高于废气出口102的温度。因此，波纹管部分104设置在废气排放管103的位于废气入口101一侧的部分，而恒定直径圆柱管部分105设置在废气排放管103的位于废气出口102一侧的部分。
图8是表示根据本发明第四实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图。
如图8所示，根据本发明第四实施例的废气热交换器包括壳体110，在壳体110的相对端分别设置有废气入口111和废气出口112；以及废气排放管113，其设置在壳体110内以连接废气入口111和废气出口112，从而限定了废气路径。每个废气排放管113包括两个部分，即波纹管部分114和恒定直径圆柱管部分115。波纹管部分114具有沿波纹管部分114的纵向方向螺旋延伸的圆形褶皱。根据本发明第四实施例的废气热交换器的其他结构与本发明第三实施例的结构相同，因此不再给出其详细说明。
图9是表示根据本发明第五实施例的用在热电联合系统中的废气热交换器的内部结构的截面图。
如图9所示，根据本发明第五实施例的废气热交换器除了以下的结构之外具有与本发明第一实施例的废气热交换器相同的结构，该实施例中的废气热交换器包括多个废气排放管120，每个废气排放管120具有波纹管部分，该波纹管部分形成在废气排放管120的至少一部分，并且设置有沿废气排放管120的纵向方向延伸同时沿废气排放管120的圆周方向布置的直褶皱。因此，不再给出根据本发明第五实施例的废气热交换器的进一步详细说明。
根据本发明的用在热电联合系统中的上述废气热交换器具有各种功效。
也就是，由于根据本发明的废气热交换器中的每个废气排放管的至少一部分具有波纹管结构，从而废气排放管可以热膨胀和收缩，因此能够防止废气排放管因通过废气排放管的热废气导致的废气排放管的重复热膨胀和收缩引起的损坏。因此提高了耐用性。
由于每个废气排放管包括波纹管部分，因此废气排放管接触冷却水的接触面积增大，从而提高了传热效率。
由于每个废气排放管是可热膨胀和可收缩的，因此第一和第二隔板能够通过焊接固定到壳体的内周面。因此能够有效地防止冷却水泄漏。
另外，可以省却现有技术情况下所必须的O形环的使用。因此，可以在高温条件下使用废气热交换器，并且因此提高了可靠性。
尽管已经为了示例的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员能理解到，在不背离本发明如所附权利要求所公开的范围和精神的前提下，很多修改、增加和替换都是可能的。

Claims (10)

1.一种热电联合系统的废气热交换器，包括：
壳体；
废气路径，其限定在壳体内用于引导废气通过壳体；以及
制冷剂路径，其限定在壳体内用于引导制冷剂通过壳体，从而制冷剂与废气路径热交换，其中废气路径包括分别由废气排放管限定的废气通道，每个废气排放管包括形成在废气排放管的至少一部分的波纹管部分，以使得废气排放管能够热膨胀和收缩。
2.根据权利要求1的废气热交换器，其中波纹管部分沿废气排放管的纵向方向被纵向打褶。
3.根据权利要求1的废气热交换器，其中波纹管部分沿废气排放管的圆周方向被打褶。
4.根据权利要求2的废气热交换器，其中波纹管部分包括圆形褶皱。
5.根据权利要求2的废气热交换器，其中波纹管部分包括螺旋形褶皱。
6.根据权利要求4或5的废气热交换器，进一步包括：
废气入口和废气出口，它们分别形成在壳体的相对端，以允许废气通过壳体，
其中废气排放管将废气入口和废气出口连接起来。
7.根据权利要求6的废气热交换器，其中：
每个废气排放管进一步包括恒定直径圆柱管部分；
波纹管部分设置为向着废气入口；以及
恒定直径圆柱管部分设置为向着废气出口。
8.根据权利要求6的废气热交换器，进一步包括：
制冷剂入口和制冷剂出口，它们贯通壳体圆周壁形成。
9.根据权利要求8的废气热交换器，进一步包括：
第一隔板和第二隔板，它们设置在壳体内以将废气入口和废气出口相互隔离，从而限定制冷剂路径。
10.根据权利要求8的废气热交换器，进一步包括：
至少一个导流器，用于改变制冷剂路径。
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