CN1786644A - 用于热电联产系统的废气热交换器 - Google Patents

用于热电联产系统的废气热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于热电联产系统的废气热交换器。在废气热交换器内，热交换器外壳安装在热交换器本体周围，从而在热交换器外壳和热交换器本体之间限定热介质通过其中的一级热介质通道。在热交换器本体内，安装有延伸通过热交换器本体的热介质管，其形成使从一级热介质通道排出的热介质通过其中的二级热介质通道。因此，在通过一级热介质通道时，热介质首先从废气中吸收热量，然后，在通过二级热介质通道时，再次从废气中吸收热量。于是，热交换效率得到了提高。

Description

用于热电联产系统的废气热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于热电联产系统的废气热交换器，尤其涉及一种不仅能够提高废气和热介质之间的热交换器效率，而且具有紧凑结构的用于热电联产系统的废气热交换器。
背景技术
一般地，热电联产系统适于从单一能源中既产生电能又产生热能。
这种热电联产系统能够回收发动机或涡轮机在发电运转过程中产生的废气的热量以及冷却水的废热，从而使热电联产系统能够比其它系统增加70％至80％的能效。由于这种优点，热电联产系统近来着重地作为建筑物的供电和供热来源。尤其是，由于回收的废热主要用于制热/制冷有限的空间和加热水，热电联产系统显示出高效率的能源利用。
图1是用于制冷和制热装置的传统的热电联产系统的结构示意图；
如图1所示，传统的热电联产系统包括：发动机1，燃料供给至该发动机1；发电机3，驱动该发电机3以发电；冷却水热交换器5，其从用于冷却发动机1的冷却水中回收热量；以及废气热交换器9，安装在从发动机1延伸出的废气排放管道7上，以从发动机1排放的废气中回收热量。热电联产系统还包括：热量传输管路，其将回收的冷却水热量和废气热量传输到制冷和制热装置20。
从发电机3产生的电能用来操作包括制冷和制热装置20，以及照明设备等各种电器。
从发动机1产生的废热，即从用于冷却发动机1的冷却水中产生的热量，以及从发动机1排放的废气中产生的热量，在制冷和制热装置20的制热操作过程中，被制冷和制热装置20所利用，并且在制冷和制热装置20的制冷操作过程中排放出去。为了在制冷和制热装置29的制冷操作过程中排出发动机1产生的废热，热电联产系统还包括散热器17，该散热器17包括热交换器15和散热扇16。
制冷和制热装置20是热泵型的，因此制冷和制热装置20不仅能用作制冷装置，而且能根据制冷和制热装置20中的制冷剂循环中的制冷剂流反向而用作制热装置。作为典型的热泵型制冷和制热装置，制冷和制热装置20包括压缩机21、四通阀23、室外热交换器25、室外风扇26、膨胀装置27，以及内部热交换器29。
空气预热热交换器30安装于室外热交换器25附近，以利用发动机1的废热将供给室外热交换器25的空气预热。
空气预热热交换器30通过热传输管路11与冷却水热交换器5和废气热交换器9连接。
同时，废气热交换器9包括：壳体31，其安装在废气排放管道7内，以使引入到废气排放管道7内的废气通过壳体31；以及热介质管32，其安装在壳体31内。热介质通过热介质管32进行循环。
以下将描述具有上述结构的传统的热电联产系统的操作。
首先，在制冷和制热装置20的制热操作过程中从发动机1排放出的废气被引入废气热交换器9的壳体31内，并通过壳体31。
在通过壳体31时，废气将热量传递到流经热介质管32的热介质上。热介质在吸收废气的热量后，流到空气预热热交换器30中，并预热空气预热热交换器30中的室外空气。
预热的空气供给至室外热交换器25，并与室外热交换器25进行热交换。由于预热的空气供给至室外热交换器25，所以能够防止由于室外气温低导致的热泵的制热能力降低。
同时，在制冷和制热装置20的制冷操作过程中不需要向制冷和制热装置20提供回收的废热。因此，在这种情况下，热介质的流路变为与和热传输管路11连接的散热管路13连接，从而通过散热器17将回收的废热向外排出，或将回收的废热供给至诸如热水供给装置等其它的系统。
在图1中，标记“P”代表各泵，其用于抽吸热介质以使热介质通过所需要的管路循环，而标记“V”代表阀，其用于改变热传输管路11和散热管路13之间的热介质的流路。
然而，在上述传统的热电联产系统中存在的问题是：由于废气热交换器包括废气通过其中的外壳，以及热介质通过其中的热介质管，所以需要通过增加废气热交换器的尺寸来提高效率。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于热电联产系统的废气热交换器，其提高了与废气的热交换效率，且结构紧凑，从而能够提高系统的效率。
根据本发明，此目的的实现是通过提供一种用于热电联产系统的废气热交换器，其包括：热交换器本体，其设置有废气入口，从发动机中排出的废气通过该废气入口引入所述热交换器本体内；以及废气出口，废气通过该废气出口从所述热交换器本体中排出；热交换器外壳，其设置为封装所述热交换器本体，从而在所述热交换器本体外壁表面和所述热交换器外壳内壁表面之间限定热介质通过其中的一级热介质通道；以及热介质管，其设置为延伸通过所述热交换器本体，并用于形成使从所述一级热介质通道排出的热介质通过其中的二级热介质通道。
所述热交换器本体可以具有带有板状壁的箱形结构。
所述废气热交换器还可包括安装在所述热交换器本体内壁表面和所述热介质管之间的网状件。
所述热介质管可以包括：热介质输入管，其设置为延伸通过所述热交换器本体；热介质输出管，其在与所述热介质输入管的位置不同的位置上延伸通过所述热交换器本体；，以及多个连接管，其中每个所述连接管安装在热交换器本体内，并与所述热介质输入管和所述热介质输出管相连接。
每个所述连接管都可以具有带有板状壁的中空结构。
所述废气热交换器还可包括：导流件，其安装在所述一级热介质通道内，用于改变由所述一级热介质通道所限定的流路。
所述导流件可以包括多个引导凸起，其从所述热交换器外壳的内壁表面和热交换器本体的外壁表面中的至少一个表面上凸起。
根据另一个方案，本发明提供了一种用于热电联产系统的废气热交换器，其包括：热交换器本体，其设置有废气入口，从发动机中排出的废气通过该废气入口引入所述热交换器本体内；以及废气出口，废气通过该废气出口从热交换器本体内排出；热交换器外壳，其设置为封装所述热交换器本体，从而在所述热交换器本体外壁表面和所述热交换器外壳内壁表面之间限定热介质通过其中的一级热介质通道；热介质管，其设置为延伸通过热交换器本体，并用于形成使从一级热介质通道排出的热介质通过其中的二级热介质通道；以及导流件，其安装在一级热介质通道内，用于改变由所述一级热介质通道所限定的流路。
所述导流件可以包括多个引导凸起，其从所述热交换器外壳的内壁表面和所述热交换器本体的外壁表面中的至少一个表面上凸起。
所述热交换器本体可以具有带有板状壁的箱形结构。
由于所述热交换器外壳安装在所述热交换器本体周围，从而在热交换器外壳和热交换器本体之间限定热介质通过其中的一级热介质通道，并且，安装在所述热交换器本体内的热介质管形成了使从一级热介质通道排出的热介质通过其中的二级热介质通道，所以，在通过一级热介质通道时，热介质首先从废气中吸收热量，然后，在通过二级热介质通道时，再次从废气中吸收热量。于是，热交换效率得到了提高。
由于安装在热交换器本体周围的热交换器外壳的功能是隔绝引入到热交换器本体内的废气的热量，所以能够使热量损失最小化。
而且，遮挡件可分离地安装于热交换器本体上。因此，具有在废气通过热交换器本体时，能够容易地清除附着在热交换器本体内壁表面上的烟垢的优点。
由于热交换器本体具有带有板状壁的箱形结构，并且每个连接管具有带有板状壁的中空结构，所以，热交换器本体和连接管分别具有大的传热面积，从而使热交换效率得到了提高。热交换器本体和连接管所占用的空间减少了，从而使空间利用率得到了提高，并能够实现废气热交换器的结构紧凑。
而且，由于导流件安装在一级热介质通道内，所以能够提高通过一级热介质通道的热介质的热交换效率。
附图说明
本发明的上述目的、其它特征和优点通过结合附图阅读以下详细描述将变得更加清楚：
图1是用于制冷和制热装置的传统的热电联产系统的结构示意图；
图2是根据本发明的第一实施例的热电联产系统的废气热交换器的剖面图；
图3是根据本发明的第二实施例的热电联产系统的废气热交换器的剖面图。
具体实施方式
以下将参考附图描述依照本发明的热电联产系统的典型实施例。在下述说明中，相同的部件由相同的名称表示，并由相同的附图标记指示，而不再对其赘述。
图2是根据本发明的第一实施例的热电联产系统的废气热交换器的剖面图。
如图2所示，根据本发明的第一实施例的废气热交换器包括热交换器本体50，其设置有废气入口51，从发动机(图中未显示)排出的废气通过废气入口51引入到热交换器本体50内；其还设置有废气出口52，废气通过废气出口52从热交换器本体50排出。废气热交换器还包括热交换器外壳60，用于封装热交换器本体50，从而在热交换器本体50的外壁表面和热交换器外壳60的内壁表面之间限定热介质通过其中的一级热介质通道61。废气热交换器还包括设置为延伸通过热交换器本体50的热介质管70，其用于形成使从一级热介质通道61排出的热介质通过其中的二级热介质通道71。
热交换器本体50安装在废气排放管道内(图中未显示)，发动机(图中未显示)产生的废气通过该管道排出。热交换器本体50的废气入口51和废气出口52与废气排放管道(图中未显示)连通。
优选地，废气入口51安装在热交换器本体50的顶部，而废气出口52安装在热交换器本体50的底部。以下说明将针对此情况进行描述。
热交换器外壳60包括热介质入口62，热介质通过热介质入口62引入到一级热介质通道61内；还包括热介质出口63，热介质通过热介质出口63从一级热介质通道61中排出。
热介质入口62安装在热交换器外壳60的底部，而热介质出口63安装在热交换器外壳60的顶部。优选地，热介质入口62和热介质出口63的安装位置不同于废气入口51和废气出口52的安装位置。
热交换器本体50具有带有板状的薄而平的壁的箱形结构。
也就是说，热交换器本体50包括：箱体53，其一侧开口以设置废气通过其中的通道；以及遮挡件54，其用于遮挡箱体53的开口侧。
遮挡件54可分离地与箱体53连接，在此连接端，连接件55设在箱体53的开口端，用于和遮挡件54连接。
连接件55从箱体53的开口端向外延伸形成凸缘。热交换器外壳60也与箱体53的连接件55连接。
网状件56安装在热交换器本体50内，其不仅用于扩散引入到热交换器本体50内的废气，还用于提高热传输率。
网状件56安装在热交换器本体50的内壁表面和热介质管70之间。
优选地，热交换器本体50的壁是由热传导材料制成，这样，通过热交换器本体50的废气能够与通过一级热介质通道61的热介质进行热交换。而且，热交换器外壳60优选为由绝热材料制成。
同时，热介质管70包括热介质输入管72，其设置为延伸通过热交换器本体50；还包括热介质输出管73，其在与热介质输入管72不同的位置延伸通过热交换器本体50。热介质管70还包括多个连接管74，各连接管74均安装于热交换器本体50内，并且与热介质输入管72和热介质输出管73连接。
优选地，热介质输入管72和热介质输出管73分别在彼此具有一定间隔的位置穿过热交换器本体50的遮挡件54延伸入热交换器本体50内。优选地，热介质输入管72和热介质输出管73分别延伸通过遮挡件54的上部和下部。
连接管74安装在热交换器本体50内，同时沿着热介质输入管72和热介质输出管73彼此均匀地间隔开。
优选地，每个连接管74具有带有板状壁的中空结构，以使连接管74具有大的热传输面积。
以下将描述根据本发明的第一实施例的具有上述结构的热电联产系统的废气热交换器的操作。
在发动机运转过程中从发动机(图中未显示)排出的废气通过废气入口51引入到热交换器本体50内。
引入到热交换器本体50内的废气在通过网状件56时在热交换器本体50内扩散。
同时，热介质通过热介质入口62引入到限定在热交换器外壳60和热交换器本体50之间的一级热介质通道61内。引入的热介质在通过一级热介质通道61时，首先与热交换器本体50内的废气进行热交换。
一级热介质通道61内的热介质通过热介质出口63从一级热介质通道61排出，然后通过热介质输入管72进入在热交换器本体50内延伸的热介质管70的二级热介质通道71。
引入到二级热介质通道71的热介质在通过二级热介质通道71(即连接管74)时，与热交换本体50内的废气再次进行热交换。
通过再次热交换从废气中吸收了热量的热介质，在通过热介质输出管73从废气热交换器中排出后，送入制冷和制热装置或建筑物，以提供吸收的热量。
这样，热介质在通过一级热介质通道61时，首先从废气中吸收热量，随后进入热交换器本体50的内部，然后在通过二级热介质通道71时，再次从废气中吸收热量。因此，热交换率得到了提高。
由于安装在热交换器本体50周围的热交换器外壳60隔绝了引入到热交换器本体50的废气的热量，所以可以使热量损失最小化。
而且，由于热交换器本体50具有带有板状壁的箱形结构，并且每个连接管74具有带有板状壁的中空结构，从而热交换器本体50和连接管74分别具有大的热传输面积，所以热交换效率得到了提高。热交换器本体50以及连接管74所占的空间减少了，所以空间利用率提高了。
图3是根据本发明的第二实施例的热电联产系统的废气热交换器的剖面图。
如图3所示，根据本发明的第二实施例的废气热交换器包括热交换器本体80；热交换器外壳82，其安装在热交换器本体50周围，从而在热交换器本体80的外壁表面和热交换器外壳82的内壁表面之间限定一级热介质通道；以及热介质管84，其设置为延伸通过热交换器本体80，并用于形成第二热介质通道。除了在第一热介质通道内安装有导流件以改变由一级热介质通道限定的流路以外，根据第二实施例的废气热交换器具有与第一实施例相同的结构。因此，不再对相同的结构进行说明。
导流件包括多个引导凸起86，其从热交换器外壳82的内壁表面和热交换器本体80的外壁表面中的至少一个表面上凸出，在图中所示的情况里，引导凸起86既从热交换器外壳82的内壁表面又从热交换器本体80的外壁表面凸起，引导凸起86是按照预定的间距彼此均匀地间隔开。这样，优选地，热交换器外壳82内壁表面上的引导凸起86和热交换器本体80外壁表面上的引导凸起86交替排列。
因此，引入到限定在热交换器外壳82和热交换器本体80之间的一级热介质通道的热介质沿着凸起86限定的曲折流路流动。这样，热介质与热交换器本体80中的废气的热交换效率提高了。
根据本发明上述任何一个实施例中的废气热交换器具有多方面的效果。
也就是说，在废气热交换器中，热交换器外壳安装在热交换器本体周围，以使热介质通过其中的一级热介质通道限定在热交换器外壳和热交换器本体之间。在热交换器本体内安装有热介质管以形成二级热介质通道，使从一级热介质通道排出的热介质通过其中。因此，热介质在通过一级热介质通道时，首先从废气中吸收热量，然后，在通过二级热介质通道时，再次从废气中吸收热量。于是，热交换效率得到了提高。
由于安装在热交换器本体周围的热交换器外壳起到了隔绝引入到热交换器本体内的废气的热量的作用，所以减少了热量的损失。
而且，遮挡件可分离地安装在热交换器本体上。因此，具有废气通过热交换器本体时，能够容易地除去附着在热交换器本体内壁表面上的烟垢的优点。
由于热交换器本体具有带有板状壁的箱形结构，而且每个连接管具有带有板状壁的中空结构，所以热交换器本体和连接管分别具有大的传热面积，从而使热交换效率得到了提高。热交换器本体和连接管所占用的空间减少了，从而提高了空间利用率。而且，能够使废气热交换器具有紧凑的结构。
另外，由于导流件安装在一级热介质通道内，所以能够在热介质通过一级热介质通道时提高热交换器效率。
虽然为了说明的目的而公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书中公开的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种修改、补充或替换。

Claims (10)

1、一种用于热电联产系统的废气热交换器，其包括：
热交换器本体，其设置有废气入口，从发动机中排出的废气通过该废气入口引入所述热交换器本体内；以及废气出口，废气通过该废气出口从所述热交换器本体中排出；
热交换器外壳，其设置为封装所述热交换器本体，从而在所述热交换器本体外壁表面和所述热交换器外壳内壁表面之间限定热介质通过其中的一级热介质通道；以及
热介质管，其设置为延伸通过所述热交换器本体，并用于形成使从所述一级热介质通道排出的热介质通过其中的二级热介质通道。
2、如权利要求1所述的废气热交换器，其中，所述热交换器本体具有带有板状壁的箱形结构。
3、如权利要求2所述的废气热交换器，其还包括安装在所述热交换器本体内壁表面和所述热介质管之间的网状件。
4、如权利要求3所述的废气热交换器，其中，所述热介质管包括：
热介质输入管，其延伸通过所述热交换器本体；
热介质输出管，其在与所述热介质输入管的位置不同的位置延伸通过所述热交换器本体；以及
多个连接管，其中每个所述连接管安装在所述热交换器本体内，并与所述热介质输入管和所述热介质输出管连接。
5、如权利要求4所述的废气热交换器，每个所述连接管都具有带有板状壁的中空结构。
6、如权利要求5所述的废气热交换器，其还包括：
导流件，其安装在所述一级热介质通道内，用于改变由所述一级热介质通道所限定的流路。
7、如权利要求6所述的废气热交换器，其中，所述导流件包括多个引导凸起，其从所述热交换器外壳的内壁表面和所述热交换器本体的外壁表面中的至少一个表面上凸起。
8、一种用于热电联产系统的废气热交换器，其包括：
热交换器本体，其设置有废气入口，从发动机中排出的废气通过该废气入口引入所述热交换器本体内；以及废气出口，废气通过该废气出口从所述热交换器本体内排出；
热交换器外壳，其设置为封装所述热交换器本体，从而在所述热交换器本体外壁表面和所述热交换器外壳内壁表面之间限定热介质通过其中的一级热介质通道；
热介质管，其设置为延伸通过所述热交换器本体，并用于形成使从一级热介质通道排出的热介质通过其中的二级热介质通道；以及
导流件，其安装在所述一级热介质通道内，用于改变由所述一级热介质通道所限定的流路。
9、如权利要求8所述的废气热交换器，其中，所述导流件包括多个引导凸起，其从所述热交换器外壳的内壁表面和所述热交换器本体的外壁表面中的至少一个表面上凸起。
10、如权利要求9所述的废气热交换器，其中，所述热交换器本体具有带有板状壁的箱形结构。
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