用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器的製作方法
2023-05-31 04:27:51
專利名稱：用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器，尤其涉及一種不僅能夠提高廢氣和熱介質之間的熱交換器效率，而且具有緊湊結構的用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器。
背景技術：
一般地，熱電聯產系統適於從單一能源中既產生電能又產生熱能。
這種熱電聯產系統能夠回收發動機或渦輪機在發電運轉過程中產生的廢氣的熱量以及冷卻水的廢熱，從而使熱電聯產系統能夠比其它系統增加70％至80％的能效。由於這種優點，熱電聯產系統近來著重地作為建築物的供電和供熱來源。尤其是，由於回收的廢熱主要用於制熱/製冷有限的空間和加熱水，熱電聯產系統顯示出高效率的能源利用。
圖1是用於製冷和制熱裝置的傳統的熱電聯產系統的結構示意圖；如圖1所示，傳統的熱電聯產系統包括發動機1，燃料供給至該發動機1；發電機3，驅動該發電機3以發電；冷卻水熱交換器5，其從用於冷卻發動機1的冷卻水中回收熱量；以及廢氣熱交換器9，安裝在從發動機1延伸出的廢氣排放管道7上，以從發動機1排放的廢氣中回收熱量。熱電聯產系統還包括熱量傳輸管路，其將回收的冷卻水熱量和廢氣熱量傳輸到製冷和制熱裝置20。
從發電機3產生的電能用來操作包括製冷和制熱裝置20，以及照明設備等各種電器。
從發動機1產生的廢熱，即從用於冷卻發動機1的冷卻水中產生的熱量，以及從發動機1排放的廢氣中產生的熱量，在製冷和制熱裝置20的制熱操作過程中，被製冷和制熱裝置20所利用，並且在製冷和制熱裝置20的製冷操作過程中排放出去。為了在製冷和制熱裝置29的製冷操作過程中排出發動機1產生的廢熱，熱電聯產系統還包括散熱器17，該散熱器17包括熱交換器15和散熱扇16。
製冷和制熱裝置20是熱泵型的，因此製冷和制熱裝置20不僅能用作製冷裝置，而且能根據製冷和制熱裝置20中的製冷劑循環中的製冷劑流反向而用作制熱裝置。作為典型的熱泵型製冷和制熱裝置，製冷和制熱裝置20包括壓縮機21、四通閥23、室外熱交換器25、室外風扇26、膨脹裝置27，以及內部熱交換器29。
空氣預熱熱交換器30安裝於室外熱交換器25附近，以利用發動機1的廢熱將供給室外熱交換器25的空氣預熱。
空氣預熱熱交換器30通過熱傳輸管路11與冷卻水熱交換器5和廢氣熱交換器9連接。
同時，廢氣熱交換器9包括殼體31，其安裝在廢氣排放管道7內，以使引入到廢氣排放管道7內的廢氣通過殼體31；以及熱介質管32，其安裝在殼體31內。熱介質通過熱介質管32進行循環。
以下將描述具有上述結構的傳統的熱電聯產系統的操作。
首先，在製冷和制熱裝置20的制熱操作過程中從發動機1排放出的廢氣被引入廢氣熱交換器9的殼體31內，並通過殼體31。
在通過殼體31時，廢氣將熱量傳遞到流經熱介質管32的熱介質上。熱介質在吸收廢氣的熱量後，流到空氣預熱熱交換器30中，並預熱空氣預熱熱交換器30中的室外空氣。
預熱的空氣供給至室外熱交換器25，並與室外熱交換器25進行熱交換。由於預熱的空氣供給至室外熱交換器25，所以能夠防止由於室外氣溫低導致的熱泵的制熱能力降低。
同時，在製冷和制熱裝置20的製冷操作過程中不需要向製冷和制熱裝置20提供回收的廢熱。因此，在這種情況下，熱介質的流路變為與和熱傳輸管路11連接的散熱管路13連接，從而通過散熱器17將回收的廢熱向外排出，或將回收的廢熱供給至諸如熱水供給裝置等其它的系統。
在圖1中，標記「P」代表各泵，其用於抽吸熱介質以使熱介質通過所需要的管路循環，而標記「V」代表閥，其用於改變熱傳輸管路11和散熱管路13之間的熱介質的流路。
然而，在上述傳統的熱電聯產系統中存在的問題是由於廢氣熱交換器包括廢氣通過其中的外殼，以及熱介質通過其中的熱介質管，所以需要通過增加廢氣熱交換器的尺寸來提高效率。
發明內容
本發明旨在解決上述問題，本發明的一個目的是提供一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器，其提高了與廢氣的熱交換效率，且結構緊湊，從而能夠提高系統的效率。
根據本發明，此目的的實現是通過提供一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器，其包括熱交換器本體，其設置有廢氣入口，從發動機中排出的廢氣通過該廢氣入口引入所述熱交換器本體內；以及廢氣出口，廢氣通過該廢氣出口從所述熱交換器本體中排出；熱交換器外殼，其設置為封裝所述熱交換器本體，從而在所述熱交換器本體外壁表面和所述熱交換器外殼內壁表面之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道；以及熱介質管，其設置為延伸通過所述熱交換器本體，並用於形成使從所述一級熱介質通道排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道。
所述熱交換器本體可以具有帶有板狀壁的箱形結構。
所述廢氣熱交換器還可包括安裝在所述熱交換器本體內壁表面和所述熱介質管之間的網狀件。
所述熱介質管可以包括熱介質輸入管，其設置為延伸通過所述熱交換器本體；熱介質輸出管，其在與所述熱介質輸入管的位置不同的位置上延伸通過所述熱交換器本體；，以及多個連接管，其中每個所述連接管安裝在熱交換器本體內，並與所述熱介質輸入管和所述熱介質輸出管相連接。
每個所述連接管都可以具有帶有板狀壁的中空結構。
所述廢氣熱交換器還可包括導流件，其安裝在所述一級熱介質通道內，用於改變由所述一級熱介質通道所限定的流路。
所述導流件可以包括多個引導凸起，其從所述熱交換器外殼的內壁表面和熱交換器本體的外壁表面中的至少一個表面上凸起。
根據另一個方案，本發明提供了一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器，其包括熱交換器本體，其設置有廢氣入口，從發動機中排出的廢氣通過該廢氣入口引入所述熱交換器本體內；以及廢氣出口，廢氣通過該廢氣出口從熱交換器本體內排出；熱交換器外殼，其設置為封裝所述熱交換器本體，從而在所述熱交換器本體外壁表面和所述熱交換器外殼內壁表面之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道；熱介質管，其設置為延伸通過熱交換器本體，並用於形成使從一級熱介質通道排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道；以及導流件，其安裝在一級熱介質通道內，用於改變由所述一級熱介質通道所限定的流路。
所述導流件可以包括多個引導凸起，其從所述熱交換器外殼的內壁表面和所述熱交換器本體的外壁表面中的至少一個表面上凸起。
所述熱交換器本體可以具有帶有板狀壁的箱形結構。
由於所述熱交換器外殼安裝在所述熱交換器本體周圍，從而在熱交換器外殼和熱交換器本體之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道，並且，安裝在所述熱交換器本體內的熱介質管形成了使從一級熱介質通道排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道，所以，在通過一級熱介質通道時，熱介質首先從廢氣中吸收熱量，然後，在通過二級熱介質通道時，再次從廢氣中吸收熱量。於是，熱交換效率得到了提高。
由於安裝在熱交換器本體周圍的熱交換器外殼的功能是隔絕引入到熱交換器本體內的廢氣的熱量，所以能夠使熱量損失最小化。
而且，遮擋件可分離地安裝於熱交換器本體上。因此，具有在廢氣通過熱交換器本體時，能夠容易地清除附著在熱交換器本體內壁表面上的煙垢的優點。
由於熱交換器本體具有帶有板狀壁的箱形結構，並且每個連接管具有帶有板狀壁的中空結構，所以，熱交換器本體和連接管分別具有大的傳熱面積，從而使熱交換效率得到了提高。熱交換器本體和連接管所佔用的空間減少了，從而使空間利用率得到了提高，並能夠實現廢氣熱交換器的結構緊湊。
而且，由於導流件安裝在一級熱介質通道內，所以能夠提高通過一級熱介質通道的熱介質的熱交換效率。
本發明的上述目的、其它特徵和優點通過結合附圖閱讀以下詳細描述將變得更加清楚圖1是用於製冷和制熱裝置的傳統的熱電聯產系統的結構示意圖；圖2是根據本發明的第一實施例的熱電聯產系統的廢氣熱交換器的剖面圖；圖3是根據本發明的第二實施例的熱電聯產系統的廢氣熱交換器的剖面圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖描述依照本發明的熱電聯產系統的典型實施例。在下述說明中，相同的部件由相同的名稱表示，並由相同的附圖標記指示，而不再對其贅述。
圖2是根據本發明的第一實施例的熱電聯產系統的廢氣熱交換器的剖面圖。
如圖2所示，根據本發明的第一實施例的廢氣熱交換器包括熱交換器本體50，其設置有廢氣入口51，從發動機(圖中未顯示)排出的廢氣通過廢氣入口51引入到熱交換器本體50內；其還設置有廢氣出口52，廢氣通過廢氣出口52從熱交換器本體50排出。廢氣熱交換器還包括熱交換器外殼60，用於封裝熱交換器本體50，從而在熱交換器本體50的外壁表面和熱交換器外殼60的內壁表面之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道61。廢氣熱交換器還包括設置為延伸通過熱交換器本體50的熱介質管70，其用於形成使從一級熱介質通道61排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道71。
熱交換器本體50安裝在廢氣排放管道內(圖中未顯示)，發動機(圖中未顯示)產生的廢氣通過該管道排出。熱交換器本體50的廢氣入口51和廢氣出口52與廢氣排放管道(圖中未顯示)連通。
優選地，廢氣入口51安裝在熱交換器本體50的頂部，而廢氣出口52安裝在熱交換器本體50的底部。以下說明將針對此情況進行描述。
熱交換器外殼60包括熱介質入口62，熱介質通過熱介質入口62引入到一級熱介質通道61內；還包括熱介質出口63，熱介質通過熱介質出口63從一級熱介質通道61中排出。
熱介質入口62安裝在熱交換器外殼60的底部，而熱介質出口63安裝在熱交換器外殼60的頂部。優選地，熱介質入口62和熱介質出口63的安裝位置不同於廢氣入口51和廢氣出口52的安裝位置。
熱交換器本體50具有帶有板狀的薄而平的壁的箱形結構。
也就是說，熱交換器本體50包括箱體53，其一側開口以設置廢氣通過其中的通道；以及遮擋件54，其用於遮擋箱體53的開口側。
遮擋件54可分離地與箱體53連接，在此連接端，連接件55設在箱體53的開口端，用於和遮擋件54連接。
連接件55從箱體53的開口端向外延伸形成凸緣。熱交換器外殼60也與箱體53的連接件55連接。
網狀件56安裝在熱交換器本體50內，其不僅用於擴散引入到熱交換器本體50內的廢氣，還用於提高熱傳輸率。
網狀件56安裝在熱交換器本體50的內壁表面和熱介質管70之間。
優選地，熱交換器本體50的壁是由熱傳導材料製成，這樣，通過熱交換器本體50的廢氣能夠與通過一級熱介質通道61的熱介質進行熱交換。而且，熱交換器外殼60優選為由絕熱材料製成。
同時，熱介質管70包括熱介質輸入管72，其設置為延伸通過熱交換器本體50；還包括熱介質輸出管73，其在與熱介質輸入管72不同的位置延伸通過熱交換器本體50。熱介質管70還包括多個連接管74，各連接管74均安裝於熱交換器本體50內，並且與熱介質輸入管72和熱介質輸出管73連接。
優選地，熱介質輸入管72和熱介質輸出管73分別在彼此具有一定間隔的位置穿過熱交換器本體50的遮擋件54延伸入熱交換器本體50內。優選地，熱介質輸入管72和熱介質輸出管73分別延伸通過遮擋件54的上部和下部。
連接管74安裝在熱交換器本體50內，同時沿著熱介質輸入管72和熱介質輸出管73彼此均勻地間隔開。
優選地，每個連接管74具有帶有板狀壁的中空結構，以使連接管74具有大的熱傳輸面積。
以下將描述根據本發明的第一實施例的具有上述結構的熱電聯產系統的廢氣熱交換器的操作。
在發動機運轉過程中從發動機(圖中未顯示)排出的廢氣通過廢氣入口51引入到熱交換器本體50內。
引入到熱交換器本體50內的廢氣在通過網狀件56時在熱交換器本體50內擴散。
同時，熱介質通過熱介質入口62引入到限定在熱交換器外殼60和熱交換器本體50之間的一級熱介質通道61內。引入的熱介質在通過一級熱介質通道61時，首先與熱交換器本體50內的廢氣進行熱交換。
一級熱介質通道61內的熱介質通過熱介質出口63從一級熱介質通道61排出，然後通過熱介質輸入管72進入在熱交換器本體50內延伸的熱介質管70的二級熱介質通道71。
引入到二級熱介質通道71的熱介質在通過二級熱介質通道71(即連接管74)時，與熱交換本體50內的廢氣再次進行熱交換。
通過再次熱交換從廢氣中吸收了熱量的熱介質，在通過熱介質輸出管73從廢氣熱交換器中排出後，送入製冷和制熱裝置或建築物，以提供吸收的熱量。
這樣，熱介質在通過一級熱介質通道61時，首先從廢氣中吸收熱量，隨後進入熱交換器本體50的內部，然後在通過二級熱介質通道71時，再次從廢氣中吸收熱量。因此，熱交換率得到了提高。
由於安裝在熱交換器本體50周圍的熱交換器外殼60隔絕了引入到熱交換器本體50的廢氣的熱量，所以可以使熱量損失最小化。
而且，由於熱交換器本體50具有帶有板狀壁的箱形結構，並且每個連接管74具有帶有板狀壁的中空結構，從而熱交換器本體50和連接管74分別具有大的熱傳輸面積，所以熱交換效率得到了提高。熱交換器本體50以及連接管74所佔的空間減少了，所以空間利用率提高了。
圖3是根據本發明的第二實施例的熱電聯產系統的廢氣熱交換器的剖面圖。
如圖3所示，根據本發明的第二實施例的廢氣熱交換器包括熱交換器本體80；熱交換器外殼82，其安裝在熱交換器本體50周圍，從而在熱交換器本體80的外壁表面和熱交換器外殼82的內壁表面之間限定一級熱介質通道；以及熱介質管84，其設置為延伸通過熱交換器本體80，並用於形成第二熱介質通道。除了在第一熱介質通道內安裝有導流件以改變由一級熱介質通道限定的流路以外，根據第二實施例的廢氣熱交換器具有與第一實施例相同的結構。因此，不再對相同的結構進行說明。
導流件包括多個引導凸起86，其從熱交換器外殼82的內壁表面和熱交換器本體80的外壁表面中的至少一個表面上凸出，在圖中所示的情況裡，引導凸起86既從熱交換器外殼82的內壁表面又從熱交換器本體80的外壁表面凸起，引導凸起86是按照預定的間距彼此均勻地間隔開。這樣，優選地，熱交換器外殼82內壁表面上的引導凸起86和熱交換器本體80外壁表面上的引導凸起86交替排列。
因此，引入到限定在熱交換器外殼82和熱交換器本體80之間的一級熱介質通道的熱介質沿著凸起86限定的曲折流路流動。這樣，熱介質與熱交換器本體80中的廢氣的熱交換效率提高了。
根據本發明上述任何一個實施例中的廢氣熱交換器具有多方面的效果。
也就是說，在廢氣熱交換器中，熱交換器外殼安裝在熱交換器本體周圍，以使熱介質通過其中的一級熱介質通道限定在熱交換器外殼和熱交換器本體之間。在熱交換器本體內安裝有熱介質管以形成二級熱介質通道，使從一級熱介質通道排出的熱介質通過其中。因此，熱介質在通過一級熱介質通道時，首先從廢氣中吸收熱量，然後，在通過二級熱介質通道時，再次從廢氣中吸收熱量。於是，熱交換效率得到了提高。
由於安裝在熱交換器本體周圍的熱交換器外殼起到了隔絕引入到熱交換器本體內的廢氣的熱量的作用，所以減少了熱量的損失。
而且，遮擋件可分離地安裝在熱交換器本體上。因此，具有廢氣通過熱交換器本體時，能夠容易地除去附著在熱交換器本體內壁表面上的煙垢的優點。
由於熱交換器本體具有帶有板狀壁的箱形結構，而且每個連接管具有帶有板狀壁的中空結構，所以熱交換器本體和連接管分別具有大的傳熱面積，從而使熱交換效率得到了提高。熱交換器本體和連接管所佔用的空間減少了，從而提高了空間利用率。而且，能夠使廢氣熱交換器具有緊湊的結構。
另外，由於導流件安裝在一級熱介質通道內，所以能夠在熱介質通過一級熱介質通道時提高熱交換器效率。
雖然為了說明的目的而公開了本發明的優選實施例，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求書中公開的本發明的精神和範圍的情況下，可進行各種修改、補充或替換。
權利要求
1.一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器，其包括熱交換器本體，其設置有廢氣入口，從發動機中排出的廢氣通過該廢氣入口引入所述熱交換器本體內；以及廢氣出口，廢氣通過該廢氣出口從所述熱交換器本體中排出；熱交換器外殼，其設置為封裝所述熱交換器本體，從而在所述熱交換器本體外壁表面和所述熱交換器外殼內壁表面之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道；以及熱介質管，其設置為延伸通過所述熱交換器本體，並用於形成使從所述一級熱介質通道排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道。
2.如權利要求1所述的廢氣熱交換器，其中，所述熱交換器本體具有帶有板狀壁的箱形結構。
3.如權利要求2所述的廢氣熱交換器，其還包括安裝在所述熱交換器本體內壁表面和所述熱介質管之間的網狀件。
4.如權利要求3所述的廢氣熱交換器，其中，所述熱介質管包括熱介質輸入管，其延伸通過所述熱交換器本體；熱介質輸出管，其在與所述熱介質輸入管的位置不同的位置延伸通過所述熱交換器本體；以及多個連接管，其中每個所述連接管安裝在所述熱交換器本體內，並與所述熱介質輸入管和所述熱介質輸出管連接。
5.如權利要求4所述的廢氣熱交換器，每個所述連接管都具有帶有板狀壁的中空結構。
6.如權利要求5所述的廢氣熱交換器，其還包括導流件，其安裝在所述一級熱介質通道內，用於改變由所述一級熱介質通道所限定的流路。
7.如權利要求6所述的廢氣熱交換器，其中，所述導流件包括多個引導凸起，其從所述熱交換器外殼的內壁表面和所述熱交換器本體的外壁表面中的至少一個表面上凸起。
8.一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器，其包括熱交換器本體，其設置有廢氣入口，從發動機中排出的廢氣通過該廢氣入口引入所述熱交換器本體內；以及廢氣出口，廢氣通過該廢氣出口從所述熱交換器本體內排出；熱交換器外殼，其設置為封裝所述熱交換器本體，從而在所述熱交換器本體外壁表面和所述熱交換器外殼內壁表面之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道；熱介質管，其設置為延伸通過所述熱交換器本體，並用於形成使從一級熱介質通道排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道；以及導流件，其安裝在所述一級熱介質通道內，用於改變由所述一級熱介質通道所限定的流路。
9.如權利要求8所述的廢氣熱交換器，其中，所述導流件包括多個引導凸起，其從所述熱交換器外殼的內壁表面和所述熱交換器本體的外壁表面中的至少一個表面上凸起。
10.如權利要求9所述的廢氣熱交換器，其中，所述熱交換器本體具有帶有板狀壁的箱形結構。
全文摘要
本發明公開了一種用於熱電聯產系統的廢氣熱交換器。在廢氣熱交換器內，熱交換器外殼安裝在熱交換器本體周圍，從而在熱交換器外殼和熱交換器本體之間限定熱介質通過其中的一級熱介質通道。在熱交換器本體內，安裝有延伸通過熱交換器本體的熱介質管，其形成使從一級熱介質通道排出的熱介質通過其中的二級熱介質通道。因此，在通過一級熱介質通道時，熱介質首先從廢氣中吸收熱量，然後，在通過二級熱介質通道時，再次從廢氣中吸收熱量。於是，熱交換效率得到了提高。
文檔編號F25B30/00GK1786644SQ20051012026
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月9日 優先權日2004年12月10日
發明者金哲民, 高哲洙, 河深復, 鄭百永 申請人:Lg電子株式會社