PL180270B1

PL180270B1 - Zespól wymiennika ciepla i wyciszacza PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180270B1
Application number: PL96322747A
Authority: PL
Inventors: Agner Lund; Svend Frederiksen
Original assignee: Silentor As
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2001-01-31
Also published as: PL322747A1; DK0823016T3; KR19980703817A; EP0823016B1; EP0823016A1; WO1996032572A1; DE69609324D1; DE69609324T2; ATE194687T1; KR100424081B1; TR199701163T1; AU5333496A

Abstract

1 Zespól wymiennika ciepla i wyciszacza, przeznaczony do p rzenoszenia ciepla z goracego gazu spalinow ego w yprow adza- nego z silnika spalinowego do zimniejszego medium odbieraja- cego cieplo, zawierajacy pierwszy kanal przeplywowy prowadza- cy przeplyw gazu spalinowego, majacy liczne równolegle sekcje kanalowe, podzielone na wlotowe sekcje kanalowe i wylotowe sekcje kanalowe, drugi kanal przeplywowy prowadzacy przeplyw medium odbierajacego cieplo, oddzielony od pierwszego kanalu przeplywowego i umieszczony w kontakcie przewodzacym cieplo z sekcjami kanalowymi pierwszego kanalu przeplyw ow e- go, komory sprezania umieszczone przy przeciw leglych kon- cach sekcji kanalowych, które to komory sprezania wzajemnie lacza sasiednie konce tych sekcji kanalowych, przy czym przy- najmniej jedna z sekcji kanalowych pierw szego kanalu przeply- wowego, usytuowana pomiedzy przeciw leglym i komorami sprezania, zawiera wyciszacz, znam ienny tym , ze liczne rów no- legle sekcje kanalowe (15, 16, 20, 40, 41, 45) pierwszego kanalu przeplywowego (12) sa wzajemnie polaczone równolegle przez przeciwlegle kom ory sprezania (10, 17, 18, 19, 44, 47), przy czym kazda z tych licznych rów noleglych sekcji kanalowych (15, 16, 20, 40, 41, 45) jest otoczona przez medium odbierajace cieplo, znajdujace sie w drugim kanale przeplyw ow ym (30, 35), zas wyciszacz ma postac komór wyciszajacych, utworzonych wewnatrz przynajmniej jednej sekcji kanalowej pierwszego kanalu przeplywowego (12) 1 polaczonych szeregowo poprzez kanaly laczace, kazdy o powierzchni przekroju mniejszej niz powierzchnia przekroju tych kom ór w yciszajacych o dlugosci wiekszej niz maksymalny wym iar szerokosci przekroju odpo- wiedniego kanalu laczacego P L 180270 B 1 Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół wymiennika ciepła i wyciszacza, przeznaczony do przenoszenia ciepła gorącego gazu spalinowego wyprowadzanego z silnika spalinowego do zimniejszego medium odbierającego ciepło.

W elektrowniach, fabrykach i innych naziemnych stacjach mocy do napędzania generatorów elektrycznych i innych maszyn i na pokładach platform wiertniczych i statkach do napędzania generatorów elektrycznych i/lub zespołów napędowych lub innych środków napędzających są stosowane duże stacjonarne silniki spalinowe, takie jak silniki diesla lub silniki gazowe. Tego rodzaju silniki spalinowe wyprowadzają gaz spalinowy o dość wysokiej temperaturze i dość wysokim poziomie hałaśliwości. Z tego względu konieczne jest przepuszczanie gazu spalinowego z silnika spalinowego przez urządzenie wyciszające lub inną j ednostkę tłumiącą dźwięk.

Ponieważ temperatura gazu spalinowego jest dość wysoka zatem może być pożądane odzyskiwanie z niego części energii cieplnej. Wiadomo ze gaz spalinowy wyprowadzany z silnika spalinowego przeprowadza się przez zespół wyciszający dla zredukowania poziomu hałaśliwości a następnie przez jeden lub dwa wymienniki ciepła, które są połączone szeregowo z tym zespołem wyciszającym. Zewnętrzne powierzchnie zespołu wyciszającego i wymiennika ciepła są korzystnie izolowane cieplnie dla zredukowania straty ciepła, zaś energia cieplna gazu spalinowego jest wykorzystywana do ogrzewania przepływu wody lub innego medium odbierającego ciepło.

Działanie zespołu wyciszającego jak również działanie wymiennika lub wymienników ciepła wymaga określonego spadku ciśnienia na każdym z tych zespołów. Oznacza to, że gaz spalinowy z silnika musi być wyprowadzany pod stosunkowo wysokim przeciwciśnieniem, przez co niepotrzebnie redukuje się wydajność silnika spalinowego.

Z opisu FR-A-2492455 jest znane chłodzone wodą urządzenie wychwytujące iskry, mające środkową rurę o dużej średnicy, która zawiera płyty wychwytujące iskry. Środkowa rura jest otoczona przez układ wzajemnie równoległych rur o małej średnicy, połączonych równolegle przez komory sprężania, które są umieszczone po przeciwległych końcach rur. Gaz spalinowy jest przepuszczany przez równoległe rury, gdzie ulega ochłodzeniu i następnie poprzez jedną z komór sprężania przepływa do środkowej rury z płytami wychwytującymi iskry, zanim opuści to urządzenie.

Tak więc ze stanu techniki jest znany zespół wymiennika ciepła i wyciszacza do przenoszenia ciepła gorącego gazu spalinowego wyprowadzanego z silnika spalinowego do zimniejszego medium odbierającego ciepło, zawierający pierwszy kanał przepływowy dla przepływu gazu spalinowego, mający liczne równoległe sekcje kanałowe, podzielone na wlotowe sekcje kanałowe i wylotowe sekcje kanałowe, drugi kanał przepływowy prowadzący przepływ medium odbierającego ciepło, oddzielony od pierwszego kanału przepływowego i umieszczony w kontakcie przewodzącym ciepło z sekcjami kanałowymi pierwszego kanału przepływowego, i komory sprężania przy przeciwległych końcach sekcji kanałowych, które to komory sprężania wzajemnie łączą sąsiednie końce tych sekcji kanałowych, przy czym przynajmniej jedna z sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego, usytuowana pomiędzy przeciwległymi komorami sprężania, zawiera zespół wyciszający.

Zespół wymiennika ciepła i wyciszacza, przeznaczony do przenoszenia ciepła z gorącego gazu spalinowego wyprowadzanego z silnika spalinowego do zimniejszego medium odbierającego ciepło, zawierający pierwszy kanał przepływowy prowadzący przepływ gazu spalinowego, mający liczne równoległe sekcje kanałowe, podzielone na wlotowe sekcje kanałowe i wylotowe sekcje kanałowe, drugi kanał przepływowy prowadzący przepływ

180 270 medium odbierającego ciepło, oddzielony od pierwszego kanału przepływowego i umieszczony w kontakcie przewodzącym ciepło z sekcjami kanałowymi pierwszego kanału przepływowego, i komory sprężania umieszczone przy przeciwległych końcach sekcji kanałowych, które to komory sprężania wzajemnie łączą sąsiednie końce tych sekcji kanałowych, przy czym przynajmniej jedna z sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego, usytuowana pomiędzy przeciwległymi komorami sprężania, zawiera wyciszacz, według wynalazku charakteryzuje się tym, że liczne równoległe sekcje kanałowe pierwszego kanału przepływowego są wzajemnie połączone równolegle przez przeciwległe komory sprężania, przy czym każda z tych licznych równoległych sekcji kanałowych jest otoczona przez medium odbierające ciepło, znajdujące się w drugim kanale przepływowym, zaś wyciszacz ma postać komór wyciszających, utworzonych wewnątrz przynajmniej jednej sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego i połączonych szeregowo poprzez kanały łączące, każdy o powierzchni przekroju mniejszej niż powierzchnia przekroju tych komór wyciszających i o długości większej niz maksymalny wymiar szerokości przekroju odpowiedniego kanału łączącego.

Komory wyciszające wewnątrz przynajmniej dwóch sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego zawierają odporny cieplnie, porowaty, wyciszający materiał.

Wyciszający materiał jest umieszczony na części przekroju poprzecznego sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego.

Wyciszający materiał jest w postaci cylindrycznych wkładek o zukosowanych krawędziach wewnętrznych, osadzonych przylegle do ściany wewnętrznej sekcji kanałowej i walcowatych wkładek o zukosowanych krawędziach, osadzonych centralnie wewnątrz tej sekcji kanałowej w odstępie względem ściany wewnętrznej tej sekcji kanałowej, przy czym kolejne wkładki cylindryczne i wkładki walcowate są ułożone naprzemiennie w odstępie od siebie.

Wyciszający materiał jest w postaci zwiniętej spiralnie taśmy, przechodzącej przez wnętrze sekcji kanałowej.

W pierwszym kanale przepływowym znajdują się liczne wlotowe sekcje kanałowe.

W przynajmniej jednej wlotowej sekcji kanałowej pierwszego kanału jest umieszczony wyciszający materiał.

Dolne końce wlotowych sekcji kanałowych są połączone ze wspólną komorą wyciszającą zawierającą materiał wyciszający.

Wokół wlotowych sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego są rozmieszczone równoległe wylotowe sekcje kanałowe.

Wylotowe sekcje kanałowe są rozmieszczone w pierścieniowym układzie kolistym wokół umieszczonej centralnie przynajmniej jednej wlotowej sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego.

Wylotowe sekcje kanałowe są umieszczone w przynajmniej dwóch pierścieniowych, promieniowo rozstawionych układach kolistych, przy czym dolne końce wylotowych sekcji kanałowych jednego układu są połączone z górnymi końcami wylotowych sekcji kanałowych sąsiedniego układu.

Pomiędzy sekcjami kanałowymi pierwszego kanału przepływowego znajduje się drugi kanał przepływowy.

Drugi kanał przepływowy zawiera przestrzeń utworzoną pomiędzy zewnętrznymi obwodowymi powierzchniami wylotowych sekcji kanałowych.

Część drugiego kanału przepływowego jest utworzona przez przynajmniej jedną pierścieniową ścianę przegrodową usytuowaną pomiędzy sąsiednimi pierścieniowo ułożonymi wylotowymi sekcjami kanałowymi.

Wloty i wyloty pierwszego kanału przepływowego i drugiego kanału przepływowego są rozmieszczone naprzemiennie.

Wyciszający materiał jest umieszczony wewnątrz przynajmniej jednej sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego.

180 270

Wyciszający materiał jest w postaci cylindrycznej wkładki, umieszczonej wewnątrz sekcji kanałowej i mającej zewnętrzną średnicę mniejszą niż wewnętrzna średnica tej sekcji kanałowej.

Sekcje kanałowe pierwszego kanału przepływowego zawierające komory wyciszające są połączone szeregowo z pozostałymi sekcjami kanałowymi.

Sekcje kanałowe zawierające komory wyciszające są połączone szeregowo z przynajmniej jedną grupą licznych wzajemnie połączonych równolegle pozostałych sekcji kanałowych.

Zakończenie przynajmniej jednej sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego zawierającej komorę wyciszającą jest połączone z sąsiadującą komorą sprężania poprzez kanał łączący, mający powierzchnię przekroju mniejszą niż powierzchnia przekroju tej sekcji kanałowej zawierającej komorę wyciszającą! długość większą niż maksymalny wymiar szerokości przekroju tego kanału łączącego.

Wewnątrz każdej sekcji kanałowej zawierającej komorę wyciszającą znajduje się rozgałęźnik do odprowadzania części przepływu gorącego gazu spalinowego.

Rozgałęźnik do odprowadzania części przepływu gorącego gazu spalinowego zawiera kanały obejściowe, umieszczone na zewnątrz przynajmniej jednej sekcji kanałowej nie zawierającej komory wyciszającej.

Kanały obejściowe zawierają wewnętrzne kanały obejściowe wzajemnie łączące przeciwległe komory sprężania, przy czym długość każdego z wewnętrznych kanałów obejściowych jest większa niż maksymalny wymiar szerokości przekroju tego wewnętrznego kanału obejściowego.

Powierzchnia przekroju dolnego końca każdego wewnętrznego kanału obejściowego jest większa niż powierzchnia przekroju górnego końca tego wewnętrznego kanału obejściowego.

Kanały obejściowe są usytuowane wzajemnie równolegle względem przynajmniej jednej grupy sekcji kanałowych.

Kanały obejściowe zawierają przynajmniej jeden obwodowy kanał, przechodzący wokół centralnej komory sprężania umieszczonej przy jednym końcu tego zespołu i wzajemnie łączący tę centralną komorę sprężania i pierścieniową komorę sprężania, umieszczoną dookoła tej centralnej komory sprężania.

Kanały obejściowe zawierają zawory tłumiące. Wewnątrz przynajmniej jednego kanału obejściowego jest umieszczony materiał wyciszający.

Zespół wymiennika ciepła i wyciszacza według wynalazku wymaga znacznie mniej przestrzeni i jest bardziej wydajny niż znane urządzenia tego rodzaju, ponieważ występuje w nim stosunkowo niski spadek ciśnienia przepływającego gazu spalinowego.

Komora wyciszająca zastosowana w zespole według wynalazku może zawierać materiał odporny na ciepło mający właściwości tłumienia dźwięku, taki jak porowaty materiał mineralny, perforowane płyty metalowe, siatki, włókna lub nici mineralne lub metalowe, na przykład w postaci wełny mineralnej lub wełny metalowej, takiej jak wełna stalowa, i tym podobne. Materiał tłumiący dźwięk może pokrywać całą powierzchnię przekroju pierwszego kanału przepływowego tak, że gorący gaz spalinowy musi przechodzić przez pory lub otwory w materiale porowatym. Jednakże w takim przypadku może wystąpić niepożądanie wysoka rezystancja względem przepływu. Z tego względu, porowaty materiał tłumiący dźwięk korzystnie pokrywa tylko część powierzchni przekroju pierwszego kanału przepływowego. Efekt oddziaływania materiału tłumiącego dźwięk może być polepszony jeżeli materiał taki tworzy kręty, niezakłócony tor przepływu w obrębie odpowiedniej sekcji kanału przepływowego. Przykładowo, materiał tłumiący dźwięk może być w postaci pierścieniowych wkładek pokrywających wewnętrzne części ścienne odpowiedniej sekcji kanałowej i wkładek stałych umieszczonych centralnie w obrębie sekcji kanałowej, przy czym te wkładki pierścieniowe i wkładki stałe są naprzemiennie i kolejno rozmieszczone w kierunku podłużnym sekcji kanałowej. Alternatywnie, materiał tłumiący dźwięk może być w postaci wydłużonej, skręconej taśmy przechodzącej podłużnie w obrębie odpowiedniej sekcji kanałowej.

180 270

Materiał tłumiący dźwięk może być rozmieszczony w obrębie odpowiedniej sekcji kanałowej wzdłuż zasadniczo całej jej długości. Alternatywnie, sekcja kanałowa wzdłuz której przepływa gorący gaz spalinowy może zawierać sekcję wlotową i wylotową przy czym sekcja lub sekcje wlotowe, w których są umieszczone środki wyciszające są połączone szeregowo z sekcjami wylotowymi.

Pierwszy kanał może zawierać liczne sekcje wlotowe, zaś dolne końce tych sekcji wlotowych mogą otwierać się do wspólnej rury lub komory wyciszającej, zawierającej materiał wyciszający. Tak więc, powierzchnia przekrojowa rury wyciszającej znacznie przekracza powierzchnię każdej sekcji wlotowej rury. Oznacza to, że sekcja wlotowa pierwszego kanału przepływowego przez który przepływa gaz spalinowy może zawierać tylko jeden lub kilka takich rur wyciszających lub kanałów, w których umieszczony jest materiał tłumiący dźwięk. Tak więc, sekcje wlotowe pierwszego kanału przepływowego mogą zawierać tylko pojedynczy lub kilka tłumików dźwięku lub wyciszaczy wydechowych.

Alternatywnie, każda z sekcji wlotowych pierwszego kanału przepływowego może mieć zasadniczo taką samą powierzchnię przekroju jak każda z sekcji wylotowych, zaś materiał wyciszający może być umieszczony wewnątrz jednej, więcej lub wszystkich sekcji wlotowych i wylotowych.

Sekcje wlotowe i wylotowe mogą przechodzić w tym samym kierunku tak, że sekcje wylotowe tworzą kontynuację sekcji wlotowych, zaś każda sekcja wlotowa i korzystnie również każda sekcja wylotowa mogąbyć otoczone przez osłonę zawierającą wodę lub inne medium odbierające ciepło. Jednakże, w rozwiązaniu zalecanym sekcje wylotowe są rozmieszczone dookoła sekcji wlotowej pierwszego kanału przepływowego w sposób współrozciągliwy wraz z nimi. Tak więc, sekcja lub sekcje wlotowe pierwszego kanału przepływowego, w których gaz spalinowy ma swą najwyższą temperaturę, są rozmieszczone centralnie, zaś liczne sekcje wylotowe w których temperatura gazu spalinowego jest nizsza, są rozmieszczone obwodowo dookoła sekcji wlotowych. Tak więc zespół wymiennika ciepła i wyciszacz według wynalazku może tworzyć pojedynczą jednostkę, której temperatura przy obwodowej powierzchni zewnętrznej może być utrzymywana na poziomie niższym niz temperatura wewnątrz centralnej części jednostki.

Dolne końce sekcji wlotowych mogą być wzajemnie połączone z górnymi końcami licznych sekcji wylotowych w dowolny odpowiedni sposób. Jednakże w rozwiązaniu zalecanym dolne końce sekcji wlotowych są wzajemnie połączone z górnymi końcami sekcji wylotowych poprzez komorę sprężania.

W zespole według wynalazku sekcje wylotowe są umieszczone w rozkładzie pierścieniowym dookoła umieszczonych centralnie sekcji wlotowych pierwszego kanału przepływowego. Ten pierścieniowy rozkład może tworzyć dowolny odpowiedni kształt przekroju, tak jak wielokątny, eliptyczny, kwadratowy lub prostokątny. W zalecanym rozwiązaniu, sekcje wylotowe są umieszczone według zasadniczo kolistego lub koliście cylindrycznego rozkładu wokół sekcji wlotowych pierwszego kanału przepływowego, przez co zespół według wynalazku może posiadać zasadniczo cylindryczną obudowę zewnętrzną.

Sekcje wylotowe mogąbyć umieszczone nie tylko w pojedynczym układzie pierścieniowym, ale również w dwóch lub więcej pierścieniowych, promieniowo rozstawionych układach, przy czym dolne końce rur jednego układu komunikują się z górnymi końcami sekcji sąsiedniego układu, tak że gaz spalinowy może przepływać przez promieniowo rozstawiony układ w przynajmniej dwóch skierowanych przeciwnie kierunkach podłużnych. Również w tym przypadku każdy z pierścieniowych układów może wyznaczać dowolny odpowiednio kształt przekroju, taki jak kolisty, eliptyczny, wielokątny, prostokątny lub kwadratowy, zaś układy pierścieniowe mogąbyć umieszczone zasadniczo współosiowo.

Drugi kanał przepływowy przez który przepływa medium odbierające ciepło może być dowolnego rodzaju zabezpieczającego przenoszenie ciepła pomiędzy mediami płynącymi w odpowiednio pierwszym i drugim kanale przepływowym. Drugi kanał przepływowy może przykładowo zawierać przestrzeń wyznaczoną pomiędzy sekcjami wlotowymi pierwszego kanału przepływowego. Oznacza to, że te sekcje wlotowe są otoczone przez przepły

180 270 wające medium odbierające ciepło, do którego jest przenoszona energia cieplna z gazu spalinowego przepływającego przez pierwszy kanał przepływowy.

Alternatywnie lub dodatkowo, drugi kanał przepływowy może zawierać przestrzeń utworzoną pomiędzy zewnętrznymi powierzchniami obwodowymi sekcji wylotowych. Tak więc, energia cieplna może również być przenoszona do medium odbierającego ciepło z już ochłodzonego gazu spalinowego przepływającego przez sekcje wylotowe.

Gdy rury lub przewody tworzące sekcje wylotowe są umieszczone w dwóch lub więcej pierścieniowych, rozstawionych promieniowo układach, to drugi kanał przepływowy może częściowo być wyznaczony przez przynajmniej jedną pierścieniową ścianę przegrodową przechodzącą pomiędzy sąsiednimi pierścieniowymi układami rurowymi. Następnie, może być wymuszany przepływ medium odbierającego ciepło w kierunku podłużnym rur lub przewodów tworzących sekcje wlotowe każdego układu pierścieniowego. Możliwe jest również podzielenie drugiego kanału przepływowego na stopień niskiej temperatury i stopień wysokiej temperatury, w razie potrzeby. Podobnie, można oddzielić przestrzeń wyznaczoną pomiędzy rurami lub przewodami tworzącymi sekcje wlotowe od części drugich kanałów przepływowych utworzonych pomiędzy rurami lub przewodami tworzącymi sekcje wylotowe tak, aby utworzyć drugą część kanału przepływowego o wysokiej temperaturze.

Korzystnie, jako medium odbierające ciepło stosuje się wodę, ale może to być dowolny inny odpowiedni płyn lub gaz, taki jak powietrze lub para wodna. Ogrzane medium odbierające ciepło, wychodzące z wylotu drugiego kanału przepływowego może przykładowo być wykorzystywane w celach ogrzewczych, takich jak w układzie centralnego ogrzewania.

Wloty i wyloty pierwszego i drugiego kanału przepływowego, są korzystnie tak rozmieszczone aby otrzymać przepływ przeciwbieżny w pierwszym i drugim kanale przepływowym, przez co można zoptymalizować przenoszenie ciepła z gazu spalinowego do medium odbierającego ciepło.

Komora wyciszająca korzystnie zawierająca materiał tłumiący dźwięk, umieszczona wewnątrz pierwszego kanału przepływowego, korzystnie tworzy część jednej lub więcej jednostek wyciszających zamontowanych wymiennie wewnątrz sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego. Jednostki wyciszające mogą następnie być wymienione w odpowiednich przedziałach czasowych, gdy stałe lub ciekłe cząstki, takie jak cząstki sadzy lub krople oleju zostaną osadzone w zespole wyciszającym w takim stopniu, ze zostaje znacząco zredukowana sprawność urządzenia wyciszającego i/lub występuje ryzyko eksplozji.

Jako przykład jednostki wyciszającej można podać cylindryczną wkładkę, która jest umieszczona wymiennie wewnątrz sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego, utworzonej przez cylindryczną rurę mającą wewnętrzną średnicę trochę przekraczającą zewnętrzną średnicę cylindrycznej wkładki. Komory wyciszające mogąbyć rozmieszczone w przynajmniej dwóch a korzystnie trzech, czterech lub nawet w większej ilości sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego, pełniąc funkcję jednostek wyciszających, przy czym takie jednostki wyciszające mogą następnie być wzajemnie połączone równolegle przez przeciwległe komory sprężania. Tego rodzaju połączone równolegle sekcje kanałowe pierwszego kanału wyposażone w jednostki wyciszające mogą ponadto być połączone szeregowo z następnymi sekcjami kanału wyciszającego i/lub wymiennikiem ciepła. Te dodatkowe wymienniki ciepła i/lub wyciszające sekcje kanałowe mogą tworzyć jedną lub więcej grup, zaś sekcje kanałowe w każdej grupie mogąbyć wzajemnie połączone równolegle.

Gdy gaz spalinowy przepływa z komór sprężania do pierwszych sekcji kanałowych mających zasadniczo mniejszą powierzchnię przekroju i z pierwszych sekcji kanałowych do komór sprężania, wówczas występuje efekt tłumienia dźwięku, zwłaszcza w zakresie niższych częstotliwości, ze względu na zjawisko odbicia dźwięku. Uzupełniające tłumienie dźwięku lub efekt wyciszania, zwłaszcza w medium i przy wysokich zakresach częstotliwości, jest uzyskiwane wówczas gdy gaz spalinowy przechodzi przez komorę wyciszającą znajdującą się wewnątrz pierwszych sekcji kanałowych. Dla dalszego polepszenia efektu tłumienia dźwięku, można utworzyć komory wyciszające odbijające dźwięk wewnątrz przynajmniej jednego, a korzystnie we wszystkich zespołach wyciszających, i komory te mogąbyć połączone szeregowo przez połączenie kanałów z których każdy ma powierzchnię

180 270 przekroju znacznie mniejszą niż powierzchnia przekroju komór i długość zasadniczo przekraczającą (a korzystnie stanowiącą wielokrotność) maksymalny wymiar szerokości przekroju odpowiedniego kanału łączącego.

W rozwiązaniu zalecanym górny i/lub dolny koniec przynajmniej jednej z pierwszych sekcji kanałowych pełniące funkcję komory wyciszającej jest połączony z sąsiednią komorą sprężania poprzez kanał mający powierzchnię przekroju znacznie mniejszą niż powierzchnia komory wyciszającej, i długość znacznie przekraczającą maksymalny wymiar szerokości przekroju kanału łączącego.

Stwierdzono, że wymienniki ciepła stosowane w połączeniu z gazem spalinowym z silników spalinowych są bardzo często wystawione na oddziaływanie niepożądanych czynników, takich jak osadzanie się sadzy, kondensatu itd., nawet jeżeli paliwo stosowane w silniku spalinowym jest w rodzaju paliwa nie zanieczyszczonego, takiego jak gaz ziemny. Oczywiście na powierzchniach chłodzonych do temperatury niższej niż punkt rosy pary wodnej znajdującej się w gazie spalinowym, będzie osadzała się skroplona woda. Jednakże na powierzchniach mających temperaturę znacznie powyżej punktu rosy pary wodnej będą się osadzały skropliny innych substancji, takich jak gazowe węglowodory pochodzące z nie spalonego, odparowanego gazu smarującego z cylindrów silnika.

Ten szkodliwy efekt można znacznie zredukować przez stosowanie pierwszych sekcji kanałowych w postaci zasadniczo prostych rur o gładkich powierzchniach wewnętrznych. Ponadto rury takie mogą być czyszczone w sposób stosunkowo łatwy w określonych przedziałach czasowych.

Dla uniknięcia lub zredukowania uszkodzenia materiału absorbującego dźwięk umieszczonego wewnątrz pierwszych sekcji kanałowych, tego rodzaju materiał absorbujący dźwięk jest korzystnie umieszczony w pierwszych sekcjach kanałowych, gdzie temperatura spalania jest ciągle wysoka. Jeżeli materiał tłumiący dźwięk jest umieszczony w obrębie pierwszych sekcji kanałowych, gdzie gaz spalinowy został znacznie ochłodzony, to zanieczyszczenia występują w znacznie większym stopniu i często jest konieczne wykonywanie materiału tłumiącego dźwięk ze stali nierdzewnej.

Zespół według wynalazku może zawierać rozgałęźnik do bocznikowego odprowadzania części przepływu gorącego gazu spalinowego i do prowadzenia gorącego gazu do wewnętrznych powierzchni wszystkich jednostek wyciszających tak, aby ogrzewać te powierzchnie i tym samym redukować zanieczyszczenie, takie jak osadzanie się sadzy i innych materiałów obcych.

W niektórych sytuacjach może być pożądane redukowanie odzyskiwania energii cieplnej z gorących gazów spalinowych lub gazów wydechowych silnika. Znane jest stosowanie w wymiennikach ciepła kanału obejściowego, który umożliwia pracę ze zredukowanym lub wyeliminowanym przenoszeniem ciepła do płynu odbierającego ciepło. Jednakże w przypadku, gdy wymiennik ciepła został zaprojektowany do redukowania hałasu dodatkowo do odzyskiwania ciepła, wówczas tego rodzaju funkcja bocznikowania może wymagać stosowania instalacji pomocniczych środków wyciszających, na przykład oddzielnego materiału wyciszającego w kanale obejściowym. Może to stanowić problem w przypadku instalacji, w których jest dostępna jedynie ograniczona przestrzeń.

Dodatkowy problem przy tego rodzaju rozwiązaniach polega na tym, że zawory tłumiące, które są stosowane do kontrolowania przepływu gazu przez sekcje kanałowe wymiennika ciepła odpowiednio przez kanał obejściowy, wytwarzają hałas powodowany przepływem, który może dodatkowo redukować osiągi akustyczne układu. W szczególności dzieje się tak w przypadku częściowego bocznikowania, gdy zawory tłumiące są częściowo otwarte i tym samym wytwarzają dość duże spadki ciśnienia przepływu gazu przechodzącego przez zawory.

Zespół według wynalazku może być wyposażony w rozgałęźnik obejściowy tak, aby utrzymać redukcję hałasu w przynajmniej znacznym stopniu bez konieczności stosowania pomocniczych jednostek wyciszających.

Tak więc zespół według wynalazku może dodatkowo zawierać rozgałęźnik do powodowania przechodzenia obejściowego przepływu przynajmniej części gorącego gazu spali

180 270 nowego przez przynajmniej niektóre z pierwszych sekcji kanałowych, nie zawierających materiałów wyciszających. Przykładowo, rozgałęźnik może stanowić zewnętrzny kanał obejściowy, wzajemnie łączący wlot gazu i przeciwległą komorę sprężania tworzącą wlot jednej lub więcej pierwszych sekcji kanałowych zawierających materiały wyciszające. Alternatywnie, rozgałęźnik może stanowić jeden lub więcej wewnętrznych kanałów obejściowych wzajemnie łączących te przeciwległe komory sprężania, przy czym każdy z tych kanałów obejściowych posiada maksymalny wymiar szerokości przekroju który jest znacznie mniejszy niż długość tego kanału obejściowego. Tego rodzaju kanał obejściowy wzajemnie łączący przeciwległe komory sprężania powoduje znaczącą redukcję hałasu o małej częstotliwości, a dodatkowa redukcja jest otrzymywana wówczas, gdy gorący gaz spalinowy przechodzi przez pierwsze sekcje kanałowe zawierające materiały wyciszające.

Powierzchnia przekroju każdego kanału obejściowego przy dolnym końcu może przekraczać powierzchnię przekroju górnego końca tak, aby otrzymywać w tym kanale obejściowym dyfuzorowy efekt odzyskiwania ciśnienia. Kanał lub kanały obejściowe mogą przykładowo mieć kształt spiralny lub dowolny inny kształt. Jednakże w rozwiązaniu zalecanym kanał lub kanały obejściowe są zasadniczo prostoliniowe i przechodzą wzajemnie równolegle z przynajmniej jedną grupą pierwszych sekcji kanałowych wymiennika ciepła.

Centralna komora sprężania i pierścieniowa komora sprężania otaczającą centralną komorę sprężania mogą być utworzone przy jednym końcu pierwszych sekcji kanałowych. W takim przypadku środek bocznikowy może stanowić przynajmniej jeden kanał bocznikowy przechodzący obwodowo dookoła centralnej komory sprężania i wzajemnie łączący te komory sprężania dla umożliwienia bocznikowego przepływu gorącego gazu spalinowego płynącego do jednej z komór sprężania przy przynajmniej niektórych pierwszych sekcjach kanałowych. Przykładowo, górne końce sekcji wlotowych pierwszego kanału mogą być połączone z sąsiadującą centralną komorą sprężania, zaś górny koniec przynajmniej jednej sekcji wylotowej pierwszego kanału przepływowego zawierającej materiał wyciszający może być połączony z pierścieniową komorą sprężania umieszczoną dookoła centralnej komory sprężania. W tym przypadku gorący gaz spalinowy płynący do centralnej komory sprężania może przepływać bocznikowe względem sekcji wlotowych pierwszego kanału przepływowego poprzez usytuowany obwodowo kanał lub kanały obejściowe.

Rozgałęźnik może dodatkowo zawierać zawór tłumiący dla kontrolowania przepływu gazu przez kanały obejściowe. Ponieważ kanały obejściowe są stosunkowo długie, zatem można zredukować hałas powodowany przez przepływ gazu poza częściowo zamknięty zawór tłumiący. Hałas wytwarzany przez tego rodzaju zawór tłumiący może być dodatkowo redukowany przez stosowanie dwóch lub więcej kanałów obejściowych wyposażonych w uruchamiane niezależnie zawory tłumiące. Odzyskiwanie energii cieplnej w zespole według wynalazku można kontrolować przez uruchamianie jednego lub więcej zaworów tłumiących, które mogą być umieszczone w położeniu całkowicie otwartym lub całkowicie zamkniętym, ale nie w położeniu częściowo otwartym.

Każdy z kanałów obejściowych może mieć stosunkowo duży, nie zasłonięty obszar przekrojowy w porównaniu do powierzchni przekrojowych pierwszych sekcji kanałowych. Jednakże dla otrzymania polepszonego efektu tłumienia, wewnątrz jednego lub więcej kanałów obejściowych można umieścić dodatkowy materiał wyciszający.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1-4 przedstawiają podłużne przekrojowe widoki czterech odmiennych przykładów wykonania zespołu według wynalazku stanowiącego połączony wymiennik ciepła i wyciszacz, fig. 5 i 6 - podłużne widoki w przekroju rozmaitych rozwiązań rur lub kanałów zawierających materiał tłumiący dźwięk, pokazane w powiększeniu, fig. 7 - podłużny przekrój piątego przykładu wykonania zespołu według wynalazku, fig. 8 - podłużny przekrój szóstego przykładu wykonania zespołu według wynalazku, fig. 9 - przekrojowy widok w niewielkim powiększeniu wzdłuż linii A-A z fig. 8, fig. 10 - podłużny przekrój siódmego przykładu wykonania zespołu według wynalazku, fig. 11 - przekrój wzdłuż linii B-B z fig. 10, fig. 12 podłużny przekrój wzdłuż linii C-C z fig. 13 przez ósmy przykład wykonania zespołu według wynalazku, a fig. 13 - przekrój wzdłuż linii D-D z fig. 12.

180 270

Na fig. 1-4 i 7 przedstawiono rozmaite rozwiązania zespołu wymiennika ciepła i wycinacza według wynalazku, przeznaczonego do stosowania w połączeniu z dużymi silnikami diesla, silnikami gazowymi lub innymi silnikami spalinowymi. Każdy z tych zespołów zawiera wlot gazu spalinowego w postaci komory wlotowej 10 i wylot 11 gazu spalinowego, które są wzajemnie połączone przez pierwszy kanał przepływowy 12. Kanał przepływowy 12 zawiera centralną wlotową sekcję kanałową 13 i wylotową sekcję kanałową 14 rozmieszczonąobwodowo dookoła wlotowej sekcji kanałowej 13.

Obwodowa wylotowa sekcja kanałowa 14 zawiera wewnętrzne i zewnętrzne układy rur w postaci sekcji kanałowych 15 i 16.. Oś tych sekcji kanałowych 15 i 16 jest umieszczona na dwóch promieniowo rozstawionych, współosiowych, koliście cylindrycznych powierzchniach. Dolny koniec wlotowej sekcji kanałowej 13 jest podłączony do górnego końca wlotowej sekcji kanałowej 15 przez komorę sprężania 17, zaś dolne końce rur sekcji kanałowych 15 są połączone z górnymi końcami zewnętrznych rur sekcji kanałowych 16 poprzez pierścieniową komorę sprężania 18. Dolne końce zewnętrznych rur sekcji kanałowych 16 otwierają się do komory wylotowej 19, połączonej z wylotem 11 gazu spalinowego.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 1-4 środkowa wylotowa sekcja kanałowa 14 gazu spalinowego zawiera wiązkę współrozciągłiwych, rozstawionych promieniowo sekcji kanałowych 20, stanowiących komory wyciszające, których swobodne przeciwległe końce są połączone z komorą wlotową 10 gazu spalinowego 10 i odpowiednio z komorą sprężania 17. Każda z tych sekcji kanałowych 20 pełniących funkcję wyciszacza zawiera odporny cieplnie materiał tłumiący dźwięk, stanowiący przykładowo wełnę mineralną, perforowane płyty metalowe, siatki, stalową wełnę i tym podobne.

W rozwiązaniach pokazanych na fig. 1 i 2 rury sekcji kanałowej 20 pełniącej funkcję wyciszacza są rodzaju pokazanego na fig. 5. Rury te zawierają rozstawione podłużnie, cylindryczne wkładki z wyciszającego materiału 21 łączące się z wewnętrzną ścianą sekcji kanałowej 20 i rozmieszczone centralnie, zasadniczo walcowate wkładki z wyciszającego materiału 22, tak aby utworzyć kręty tor dla gazu spalinowego płynącego poprzez te rury, jak pokazano strzałkami. Wkładki wyciszającego materiału 21 i 22 mogą mieć krawędzie zukosowane jak pokazano na fig. 5.

Wyciszające sekcje kanałowe 20 rozmieszczone w rozwiązaniach pokazanych na fig. 3 i 4 są rodzaju pokazanego na fig. 6. Te wyciszające sekcje kanałowe 20 zawierają przechodzącą podłużnie skręconą taśmę z wyciszającego materiału 23. Przykładowo, taśma wyciszającego materiału 23 może być wykonana z wełny mineralnej lub wełny stalowej, mającej pokrycie z siatki łub z perforowanej płyty metalowej.

W rozwiązaniach pokazanych na fig. 1 i 3 wyciszające sekcje kanałowe 20 przebiegają przez całą długość centralnej wlotowej sekcji kanałowej 13, zaś w rozwiązaniach pokazanych na fig. 2 i 4 wyciszające sekcje kanałowe 20 ciągną się od komory wlotowej 10 gazu spalinowego wzdłuż jedynie części długości centralnej sekcji wlotowej tak, aby utworzyć komorę wyciszającą 24 pomiędzy wewnętrznym końcem wyciszających sekcji kanałowych 20 a komorą sprężania 17:,Komora wyciszająca 24 zawiera rozmieszczoną centralnie, tulejową wkładkę z wyciszającego materiału 25, i rozmieszczoną centralnie, stałą wkładkę z wyciszającego materiału 26 umieszczoną częściowo wewnątrz dolnego końca wewnętrznego otworu wkładki z wyciszającego materiału 25 tak, aby utworzyć pierścieniowy, rozbieżny stożkowo kanał 27 pomiędzy wkładkami wycinającego materiału 25 i 26.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 7 centralna wlotowa sekcja kanałowa 13 nie zawiera wyciszających sekcji kanałowych 20. Zamiast tego zastosowano dwie pary wyciszających wkładek, z których każda zawiera tulejowo ukształtowaną wkładkę wyciszającego materiału 25 i stałą wkładkę wyciszającego materiału 26, umieszczone we wlotowej sekcji kanałowej 13 w odstępie osiowym względem siebie.

Wymienniki ciepła pokazane na rysunku zawierają zewnętrzną obudowę 28, mającą obwodową, cylindryczną ścianę, przy czym obudowa ta może być przykryta zewnętrzną warstwą odpowiedniego izolującego cieplnie materiału 29. W przestrzeniach pomiędzy sekcjami kanałowymi 15 i 16 i pomiędzy wyciszającymi sekcjami kanałowymi 20 przez które przepływa gaz spalinowy jest utworzony drugi kanał przepływowy 30 dla wody lub innego

180 270 płynu odbierającego ciepło, takiego jak olej. Płyn odbierający ciepło może przepływać do drugiego kanału przepływowego 30 poprzez wlot 31 płynu w stanie stosunkowo schłodzonym, zaś ogrzana woda lub płyn mogą wypływać z drugiego kanału przepływowego 30 przez wylot 32 płynu. Utworzony w ten sposób płaszcz cieczy lub wody dookoła rur przez które przepływa gaz spalinowy może zawierać odpowiednie ściany przegrodowe do kierowania przepływu płynu odbierającego ciepło wzdłuż rur przenoszących gaz spalinowy w relacji przeciwbieżnej. Tak więc, pomiędzy wewnętrznym i zewnętrznym układem sekcji kanałowych 15 i 16 można umieścić cylindryczną ścianę przegrodową 33. W rozwiązaniach pokazanych na fig. 1-4 można umieścić cylindryczną ścianę przegrodową 34 pomiędzy rurami sekcji kanałowej 15 a rozmieszczonymi centralnie rurami wyciszającej sekcji kanałowej 20. Ściany przegrodowe 33 i 34 są wyposażone w otwory lub szczeliny (nie pokazane), przez co medium odbierające ciepło wypływające z wlotu 31 przez drugi kanał przepływowy 30 i dalej z wylotu 32 cieczy przepływa zasadniczo przeciwbieżnie względem przepływu gazu spalinowego przez kanał przepływowy 12.

Rozwiązanie pokazane na fig. 7 zawiera dwa kanały dla medium odbierającego ciepło. Dodatkowo do drugiego kanału przepływowego 30 otaczającego tylko zewnętrzny układ rur sekcji kanałowej 16, pokazany na fig. 7 wymiennik ciepła zawiera dodatkowy wysokotemperaturowy kanał przepływowy 35, otaczający wewnętrzny układ rur sekcji kanałowej 15 i zawierający rury przechodzące w sąsiedztwie i dookoła wkładek wyciszającego materiału 25 i 26. Wysokotemperaturowy kanał przepływowy 35 posiada wlot 36 i wylot 37.

Gaz spalinowy z silnika spalinowego jest dostarczany do wlotu 10 gazu spalinowego. Gdy gaz przechodzi przez centralną wlotową sekcję kanałową 13, wówczas jest znacząco zredukowany hałas za pomocą materiału tłumiącego dźwięk, umieszczonego we wlotowej sekcji kanałowej. W tym samym czasie z gazu spalinowego jest przekazywana energia cieplna do płynu odbierającego ciepło, płynącego dookoła wlotowej sekcji kanałowej lub dookoła rur wyciszającej sekcji kanałowej 20 umieszczonych w tej sekcji. Gdy gaz spalinowy przechodzi przez sekcje kanałowe 15 i 16, to ulega on dodatkowemu chłodzeniu za pomocą stosunkowo zimnego płynu odbierającego ciepło, doprowadzanego do wlotu 31 płynu. Jednocześnie gorący płyn lub woda jest wyładowywany z wylotu 32 płynu. Gorący płyn może być dostarczany do centralnego układu ogrzewania lub innego podobnego układu, zaś powracający płyn może być dostarczany do wlotu 31 płynu. Stosunkowo zimny gaz spalinowy jest wyprowadzany przez wylot 11 gazu spalinowego bez jakiegokolwiek znaczącego hałasu.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 7, stosunkowo chłodny płyn lub woda odbierająca ciepło mogą być podawane do wlotu 31 płynu, zaś wstępnie ogrzany płyn może być odciągany z wylotu 32 płynu. Wstępnie ogrzany płyn odciągany z wylotu 32 płynu może być dodatkowo ogrzany w dowolnym innym układzie lub może być przekazywany bezpośrednio do wysokotemperaturowego wlotu 36. W tym ostatnim przypadku płyn jest dodatkowo ogrzewany w kanale wysokotemperaturowym, zaś wysokotemperaturowy płyn lub para wodna mogą być odciągane z wylotu 37. Wylotem 11 można wyprowadzać stosunkowo zimny gaz spalinowy bez jakiegokolwiek znaczącego hałasu. Dla badania i/lub napraw można zastosować otwór naprawczy 38.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 8 i 9, wlotowa sekcja kanałowa 13 kanału przepływowego 12 zawiera liczne proste sekcje kanałowe 40 w układzie centralnym, o kształcie przekroju podobnym do krzyża maltańskiego, patrz, fig. 9. Wlotowa sekcja kanałowa 13 zawiera ponadto liczne (przykładowo cztery) komory wyciszające o dużej średnicy w postaci sekcji kanałowych 41, które są rozmieszczone symetrycznie pomiędzy ramionami krzyża maltańskiego jak pokazano na fig. 9. Górne końce wyciszających sekcji kanałowych 41 są podłączone do dolnych końców rur sekcji kanałowych 40 poprzez komorę sprężania 17, zaś górne końce rur sekcji kanałowej 40 są połączone z wlotem 10 gazu poprzez komorę sprężania 42 zawierającą wyciszający materiał 43 i przez komorę sprężania 44 mającą kształt przekroju podobny do kształtu przekroju krzyża maltańskiego rur sekcji kanałowej 40. Dolne końce wyciszających sekcji kanałowych 41 połączone są z górnymi końcami pierścieniowych układów rur sekcji kanałowej 45, które tworzą wylotową sekcję kanałową 14,

180 270 przez pierścieniową komorę sprężania 18. Komora sprężania 17 wzajemnie łącząca rury sekcji kanałowej 40 i wyciszająca sekcja kanałowa 41 może również zawierać wyciszający materiał 46.

W przestrzeni utworzonej pomiędzy rurami sekcji kanałowej 40, wyciszającą sekcją kanałową 41 i rurami sekcji kanałowej 45 jest zawarta woda lub inne medium odbierające ciepło, zaś rury sekcji kanałowej 45 mogą być wprowadzane i usuwane z tej przestrzeni poprzez nie pokazany wlot i wylot płynu. Cylindryczna ściana przegrodowa 34 i inne rodzaje ścian prowadzących mogą być umieszczone pomiędzy rurami sekcji kanałowej 45 i pomiędzy wyciszającą sekcją kanałową 41 i rurami sekcji kanałowej 40 tak, aby otrzymać przeciwbieżny przepływ pomiędzy gazem spalinowym a medium odbierającym ciepło.

Każda z rur wyciszającej sekcji kanałowej 41 może tworzyć liczne komory wyciszające, które są wzajemnie połączone przez pierścieniowe kanały łączące. Przy dolnym końcu każdej rury wyciszającej sekcji kanałowej 41 gaz spalinowy może przepływać z rury do pierścieniowej komory sprężania 47 w kierunku zasadniczo stycznym. Z komory sprężania 47 gaz spalinowy może przepływać przez rury sekcji kanałowej 45 wylotowej sekcji kanałowej 14 do wylotu 11 gazu przez pierścieniową komorę sprężania 19.

Rury wyciszającej sekcji kanałowej 41 mogą stanowić proste rury o dużej średnicy, zawierające wyjmowalne jednostki wyciszające tak, że pomiędzy zewnętrznymi ścianami jednostek wyciszających a wewnętrznymi ścianami rur o dużej średnicy mogąbyć utworzone pierścieniowe kanały łączące pomiędzy komorami wyciszającymi. Jednostka wyciszająca może przykładowo być wyjmowalnie zamontowana wewnątrz rury wyciszającej sekcji kanałowej 41 za pomocą nakrętek lub innych środków przytwierdzających. Przez usunięcie ściany końcowej zewnętrznej obudowy 28, przykładowo ściany końcowej na prawo na fig. 8, można wyjąć jednostki wyciszające do naprawy lub wymiany i można oczyścić sekcje kanałowe 40 i 45 wlotowej sekcji kanałowej 13 i wylotowej sekcji kanałowej 14.

Zastosowanie większej ilości rur wyciszającej sekcji kanałowej 41 niż pojedynczej centralnie umieszczonej komory wyciszającej o dużej średnicy daje tę korzyść, że grubość ściany rury wyciszającej może być znacznie zredukowana i stale wytrzymywać różnicę ciśnień pomiędzy medium odbierającym ciepło, otaczającym rurę i gazem spalinowym przepływającym przez wnętrze rury.

Wlotowa komora sprężania 42 może być wzajemnie połączona z przeciwległe umieszczoną komorą sprężania 17 poprzez mały centralny kanał 49 utworzony w każdej z rur wyciszającej sekcji kanałowej 41. Tak więc, z wlotowej komory sprężania 42 mogą przepływać niewielkie ilości gorącego gazu spalinowego bezpośrednio do komoiy sprężania 17 przez centralne kanały 49, zaś jednostki wyciszające mogą być ogrzane tak, aby zredukować osadzanie się sadzy, skroplonej pary itd. .

W zespole według wynalazku gaz spalinowy przepływa wzdłuż kanału przepływowego, w którym zachodzą liczne, powodujące odbijanie sygnału dźwiękowego, gwałtowne zmiany powierzchni przekroju. Tego rodzaju gwałtowne zmiany odbijające sygnał dźwiękowy następują pomiędzy końcami rur, sąsiadującym wlotem i komorami sprężania, pomiędzy komorami sprężania i kanałami łączącymi, itd. Gdy gaz spalinowy przepływa przez wymiennik ciepła, wówczas kierunek przepływu zmienia się kilkakrotnie o około 180°. Jednakże, zmiana kierunku przepływu następuje w komorach sprężania ze stosunkowo niewielką szybkością przepływu i nie we wzajemnie łączących kanałach przepływowych, przez co jest zminimalizowany spadek ciśnienia przepływu gazu spowodowany przez te zmiany kierunku.

Przez umieszczenie wyciszającego materiału w górnym końcu kanału przepływu gazu jak pokazano na fig. 1-4 i 7, wyciszający materiał ogrzewa się do stosunkowo wysokiej temperatury, przez co jest minimalizowane osadzanie sadzy i skraplanie odparowanych materiałów. Jednakże wysoka temperatura materiału wyciszającego powoduje wzrost spadku ciśnienia na materiale wyciszającym. Rozwiązanie pokazane na fig. 8 i 9, w którym rury wyciszające sekcji kanałowej 41 są wsunięte za rurami wejściowych sekcji kanałowych 40 stanowi rozwiązanie kompromisowe pomiędzy powyższymi dwoma przeciwnymi zamierzeniami.

180 270

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 10 i 11 wlotowa sekcja kanałowa 13 pierwszego kanału przepływowego 12 jest utworzona przez układ licznych równoległych prostych sekcji kanałowych 40 w postaci rur, które łączą się z przeciwległymi komorami sprężania 44 i 17. Wylotowa sekcja kanałowa 14 gazu spalinowego 12 jest utworzona przez liczne, przykładowo trzy, rury tworzące wyciszające sekcje kanałowe 41, które przechodzą pomiędzy i komunikują się z komorą sprężania 17 i odpowiednio z wylotem 11 gazu spalinowego. Tak więc, do wlotu 10 gazu jest doprowadzany gorący gaz spalinowy a ochłodzony gaz spalinowy jest wyładowywany przez wylot 11 gazu, zaś płyn odbierający ciepło jest dostarczany do wlotu 31 płynu i jest wyładowywany z wylotu 32 płynu. Pod innymi aspektami, urządzenie pokazane na fig. lOill może być uruchamiane tak jak wyjaśniono powyżej w połączeniu z innymi figurami rysunku.

Rozwiązanie pokazane na fig. 12 i 13 jest podobne do rozwiązania pokazanego na fig. 10 i 11. Jednakże w rozwiązaniu pokazanym na fig. 12 i 13 wylotowa sekcja kanałowa 14 kanału 12 zawiera tylko dwie rury tworzące wyciszające sekcje kanałowe 41. Ponadto, urządzenie pokazane na fig. 12 i 13 zawiera parę kanałów obejściowych 50, z których każdy posiada zawór tłumiący 52 umieszczony przy jego dolnym końcu. Kanały obejściowe 50 są umieszczone wewnątrz i przechodzą równolegle z układem wzajemnie równoległych, prostych rur sekcji kanałowych 40 tworzących wlotową sekcję kanałową 13 kanału przepływowego 12, i równolegle z rurami wyciszających sekcji kanałowych 41, które tworzą wylotową sekcję kanałową 14 kanału przepływowego 12. Kanały obejściowe 50 wzajemnie łączą wlotową komorę sprężania 42 z wylotową komorą sprężania 17. 2awór tłumiący 52 w każdej rurze kanału obejściowego 50 jest kontrolowany przez zespół uruchamiający 53. W pewnej odległości od wylotów rur sekcji kanałowej 40 jest umieszczona przegroda 54, która tworzy komorę gromadzącą 55, która gromadzi przepływ gazu. Przegroda 54, która może zawierać materiał wycinający 56, oddziela komorę gromadzącą 55 od komory sprężania 17. Komora gromadząca 55 i komora sprężania 17 są wzajemnie połączone parą rur 58 przechodzących przez przegrodę 54. Każda rurą 58 zawiera zawór tłumiący 59, który jest kontrolowany przez zespół uruchamiający 60. Ściana przegrodowa 57 dzieli komorę gromadzącą 55 na parę przedziałów, z których każdy komunikuje się z jedną z rur 58.

Na fig. 12 i 13 pokazano zawory tłumiące 52 w położeniu zamkniętym, zaś zawory tłumiące 59 są otwarte. Przy zaworach znajdujących się w tych położeniach, urządzenie może pracować w normalny sposób (nieobejściowy), w którym z gazów wydechowych jest odzyskiwana maksymalna ilość energii cieplnej. Gazy wydechowe lub gazy spalinowe doprowadzane do wlotu 10 gazu mogą przepływać przez wlotową komorę sprężania 42 i proste rury sekcji kanałowej 40. Gazy spalinowe przepływają z wylotowych końców rur sekcji kanałowej 40 do komory gromadzącej 55 i następnie do komory sprężania 17 poprzez rury 58. Następnie przepływ gazu jest dzielony na dwa równoległe przepływy przez rury wyciszającej sekcji kanałowej 41. Na koniec, te przepływy łączą się w komorze wylotowej 19 i całkowity przepływ gazu jest wyładowywany z urządzenia poprzez wylot 11 gazu.

W obejściowym typie pracy zawory tłumiące 59 są zamknięte a zawory tłumiące 52 znajdują się w położeniu otwartym. W takiej sytuacji zapobiega się przechodzeniu gazu spalinowego lub gazu wydechowego przez rury sekcji kanałowej 40 tworzącej sekcję wlotową wymiany ciepła w kanale przepływowym. Zamiast tego, gaz jest przepuszczany z komory sprężania 42 do komory sprężania 17 poprzez kanały obejściowe 50. 2 komory sprężania 17 gaz spalinowy jest przepuszczany przez rury wyciszającej sekcji kanałowej 41 do komory wylotowej 19 i jest wyładowywany przez wylot 11 gazu.

Urządzenie pokazane na fig. 12 i 13 może zachować swoją funkcję akustyczną również podczas pracy typu obejściowego ze względu na gwałtowne zmiany powierzchni przekroju gdy gazy wydechowe przepływają z wylotu 10 gazu do komory sprężania 42 i z komory sprężania 42 do kanałów obejściowych 50. Przy nie obejściowym typie pracy następuje dodatkowe odbicie dźwięku ze względu na gwałtowną zmianę powierzchni przekroju, gdy gaz przepływa z komory sprężania 42 do rur sekcji kanałowej 40, mających łączną powierzchnię przekroju stosunkowo niewielką w porównaniu do powierzchni komory sprężania 42. W obejściowym typie pracy urządzenia, to pomniejszenie powierzchni przepływu

180 270 jest zastąpione zmniejszeniem powierzchni przepływu gazu z komory sprężania do dwóch kanałów obejściowych 50, mających znacznie mniejszą łączną powierzchnię przekroju.

Rozmaite pośrednie typy pracy urządzenia pomiędzy typem pracy z zerowym a pełnym obejściem można otrzymać przez kombinację otwierania i zamykania jakiegokolwiek z czterech zaworów tłumiących 52 i 59, kontrolujących przepływy gazu przez kanał obejściowy 50 i rury 58. Jako przykład, można całkowicie otworzyć jeden z zaworów tłumiących 52 a drugi zawór całkowicie zamknąć, jak również jeden z zaworów tłumiących 59 może być całkowicie otwarty a drugi zawór całkowicie zamknięty. W ten sposób można otrzymać pracę na zasadzie częściowego obejścia bez częściowego otwierania zaworów wytwarzających hałas generowany przepływem. Przy pracy typu częściowego obejścia spadek ciśnienia gazu bocznego może być zasadniczo w całości wykorzystany do przenoszenia ciepła i redukcji hałasu i nie ulega wytraceniu w wyniku dużych spadków ciśnienia na zaworach tłumiących. Dodatkowo, użyteczne spadki ciśnienia powstają wzdłuż znacznych odległości przepływu a nie tylko wzdłuż dość niewielkich odległości takich jak na zaworach. W ten sposób można uniknąć powstawania hałaśliwych przepływów wirowych.

Przez usunięcie ściany końcowej zewnętrznej obudowy 28 można skontrolować, naprawić lub wymienić wszystkie cztery zawory tłumiące 52 i 59, wraz z wymianą jednostek wyciszających. Urządzenie można dodatkowo zaprojektować w taki sposób, że pokazane na fig. 12 wszystkie części przegrody 54 można wyjąć dla zbadania i naprawy, przez co rury sekcji kanałowej 40 stają się bezpośrednio dostępne do oczyszczenia.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 12 i 13, długość rur kanałów obejściowych 50 nie może być mniejsza niż długość rur sekcji kanałowej 40 wymiennika ciepła. W niektórych przypadkach może to stanowić wadę, ponieważ długość ta może być większa niż długość stanowiąca akustycznie optymalną długość kanału obejściowego.

W alternatywnych rozwiązaniach obejściowych według wynalazku długość kanałów obejściowych może być określona całkowicie na podstawie długości zalecanej ze względów akustycznych. Tego rodzaju rozwiązania mogą obejmować biegnące obwodowo kanały obejściowe tak jak opisano powyżej.

180 270

Fig. 9

180 270

Fig. 10

Fig. 11

180 270

Fig. 13

180 270

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół wymiennika ciepła i wyciszacza, przeznaczony do przenoszenia ciepła z gorącego gazu spalinowego wyprowadzanego z silnika spalinowego do zimniejszego medium odbierającego ciepło, zawierający pierwszy kanał przepływowy prowadzący przepływ gazu spalinowego, mający liczne równoległe sekcje kanałowe, podzielone na wlotowe sekcje kanałowe i wylotowe sekcje kanałowe, drugi kanał przepływowy prowadzący przepływ medium odbierającego ciepło, oddzielony od pierwszego kanału przepływowego i umieszczony w kontakcie przewodzącym ciepło z sekcjami kanałowymi pierwszego kanału przepływowego, i komory sprężania umieszczone przy przeciwległych końcach sekcji kanałowych, które to komory sprężania wzajemnie łączą sąsiednie końce tych sekcji kanałowych, przy czym przynajmniej jedna z sekcji kanałowych pierwszego kanału przepływowego, usytuowana pomiędzy przeciwległymi komorami sprężania, zawiera wyciszacz, znamienny tym, że liczne równoległe sekcje kanałowe (15, 16, 20, 40, 41, 45) pierwszego kanału przepływowego (12) są wzajemnie połączone równolegle przez przeciwległe komory sprężania (10, 17, 18, 19, 44, 47), przy czym każda z tych licznych równoległych sekcji kanałowych (15, 16, 20, 40, 41, 45) jest otoczona przez medium odbierające ciepło, znajdujące się w drugim kanale przepływowym (30, 35), zaś wyciszacz ma postać komór wyciszających, utworzonych wewnątrz przynajmniej jednej sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego (12) i połączonych szeregowo poprzez kanały łączące, każdy o powierzchni przekroju mniejszej niż powierzchnia przekroju tych komór wyciszających i o długości większej niz maksymalny wymiar szerokości przekroju odpowiedniego kanału łączącego.
2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że komory wyciszające wewnątrz przynajmniej dwóch sekcji kanałowych (15, 16, 20, 40, 41, 45) pierwszego kanału przepływowego (12) zawierają odporny cieplnie, porowaty, wyciszający materiał (21, 22, 23, 25, 26 ).
3. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że wyciszający materiał (21, 22, 23, 25, 26) jest umieszczony na części przekroju poprzecznego sekcji kanałowej (20) pierwszego kanału przepływowego (12).
4. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że wyciszający materiał (21, 22) jest w postaci cylindrycznych wkładek o zukosowanych krawędziach wewnętrznych, osadzonych przylegle do ściany wewnętrznej sekcji kanałowej (20) i walcowatych wkładek o zukosowanych krawędziach, osadzonych centralnie wewnątrz tej sekcji kanałowej (20) w odstępie względem ściany wewnętrznej tej sekcji kanałowej (20), przy czym kolejne wkładki cylindryczne i wkładki walcowate są ułożone naprzemiennie w odstępie od siebie.
5. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że wyciszający materiał (23) jest w postaci zwiniętej spiralnie taśmy, przechodzącej przez wnętrze sekcji kanałowej (20).
6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszym kanale przepływowym (12) znajdują się liczne wlotowe sekcje kanałowe (13).
7. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że w przynajmniej jednej wlotowej sekcji kanałowej (13) pierwszego kanału (12) jest umieszczony wyciszający materiał (25, 26).
8. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że dolne końce wlotowych sekcji kanałowych (13) są połączone ze wspólną komorą wyciszającą zawierającą materiał wyciszający
9. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że wokół wlotowych sekcji kanałowych (13) pierwszego kanału przepływowego (12) są rozmieszczone równoległe wylotowe sekcje kanałowe (14,15,16).
10. Zespół według zastrz. 9, znamienny tym, że wylotowe sekcje kanałowe (14, 15, 16) są rozmieszczone w pierścieniowym układzie kolistym wokół umieszczonej centralnie przynajmniej jednej wlotowej sekcji kanałowej (13) pierwszego kanału przepływowego (12).

180 270
11. Zespół według zastrz. 10, znamienny tym, że wylotowe sekcje kanałowe (15,16) są umieszczone w przynajmniej dwóch pierścieniowych, promieniowo rozstawionych układach kolistych, przy czym dolne końce wylotowych sekcji kanałowych (15) jednego układu są połączone z górnymi końcami wylotowych sekcji kanałowych (16) sąsiedniego układu.
12. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy sekcjami kanałowymi (20, 40, 41) pierwszego kanału przepływowego (12) znajduje się drugi kanał przepływowy (30).
13. Zespół według zastrz. 12, znamienny tym, że drugi kanał przepływowy (30) zawiera przestrzeń utworzoną pomiędzy zewnętrznymi obwodowymi powierzchniami wylotowych sekcji kanałowych (15,16).
14. Zespół według zastrz. 12, znamienny tym, że część drugiego kanału przepływowego (30) jest utworzona przez przynajmniej jedną pierścieniową ścianę przegrodową (33) usytuowaną pomiędzy sąsiednimi pierścieniowo ułożonymi wylotowymi sekcjami kanałowymi (15,16).
15. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że wloty (10, 31, 36) i wyloty (11, 32, 37) pierwszego kanału przepływowego (12) i drugiego kanału przepływowego (30) są rozmieszczone naprzemiennie.
16. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że wyciszający materiał (21, 22, 23, 25, 26) jest umieszczony wewnątrz przynajmniej jednej sekcji kanałowej (20, 41) pierwszego kanału przepływowego (12).
17. Zespół według zastrz. 16, znamienny tym, że wyciszający materiał (21) jest w postaci cylindrycznej wkładki, umieszczonej wewnątrz sekcji kanałowej (20) i mającej zewnętrzną średnicę mniejszą niż wewnętrzna średnica tej sekcji kanałowej (20).
18. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcje kanałowe (20, 41) pierwszego kanału przepływowego (12) zawierające komory wyciszające są połączone szeregowo z pozostałymi sekcjami kanałowymi (15,16, 40, 45).
19. Zespół według zastrz. 18, znamienny tym, że sekcje kanałowe (20, 41) zawierające komory wyciszające są połączone szeregowo z przynajmniej jedną grupą licznych wzajemnie połączonych równolegle pozostałych sekcji kanałowych (40, 45).
20. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zakończenie przynajmniej jednej sekcji kanałowej pierwszego kanału przepływowego (12) zawierającej komorę wyciszającą jest połączone z sąsiadującą komorą sprężania poprzez kanał łączący, mający powierzchnię przekroju mniejszą niż powierzchnia przekroju tej sekcji kanałowej zawierającej komorę wyciszającą i długość większą niz maksymalny wymiar szerokości przekroju tego kanału łączącego.
21. Zespół według zastrz. 20, znamienny tym, że wewnątrz każdej sekcji kanałowej zawierającej komorę wyciszającą znajduje się rozgałęźnik do odprowadzania części przepływu gorącego gazu spalinowego.
22. Zespół według zastrz. 21, znamienny tym, że rozgałęźnik do odprowadzania części przepływu gorącego gazu spalinowego zawiera kanały obejściowe, umieszczone na zewnątrz przynajmniej jednej sekcji kanałowej nie zawierającej komory wyciszającej.
23. Zespół według zastrz. 22, znamienny tym, że kanały obejściowe zawierają wewnętrzne kanały obejściowe (50) wzajemnie łączące przeciwległe komory sprężania (17, 42), przy czym długość każdego z wewnętrznych kanałów obejściowych (50) jest większa niz maksymalny wymiar szerokości przekroju tego wewnętrznego kanału obejściowego (50).
24. Zespół według zastrz. 23, znamienny tym, że powierzchnia przekroju dolnego końca każdego wewnętrznego kanału obejściowego (50) jest większa niż powierzchnia przekroju górnego końca tego wewnętrznego kanału obejściowego (50).
25. Zespół według zastrz. 23, znamienny tym, że kanały obejściowe (50) są usytuowane wzajemnie równolegle względem przynajmniej jednej grupy sekcji kanałowych (40, 41).
26. Zespół według zastrz. 22, znamienny tym, że kanały obejściowe (50) zawierają przynajmniej jeden obwodowy kanał, przechodzący wokół centralnej komory sprężania umieszczonej przy jednym końcu tego zespołu i wzajemnie łączący tę centralną komorę sprężania i pierścieniową komorę sprężania, umieszczoną dookoła tej centralnej komory sprężania.

180 270
27. Zespół według zastrz. 23 albo 24, albo 25, albo 26, znamienny tym, ze kanały obejściowe (50) zawierają zawory tłumiące (52).
28. Zespół według zastrz. 23 albo 24, albo 25, albo 26, znamienny tym, że wewnątrz przynajmniej jednego kanału obejściowego (50) jest umieszczony materiał wyciszający.

* * *