一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)orc系統(tǒng)的管片式廢熱回收器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，包括進(jìn)氣煙道（1）、進(jìn)氣段金屬罩（2）、管片式換熱器（3）、出氣段金屬罩（7）和排氣煙道（8），其特征在于上述各部件按煙氣流動(dòng)方向依次連接；所述的進(jìn)氣段金屬罩（2）為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比排氣煙通道稍大的矩形截面；所述的出氣段金屬罩（7）為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比進(jìn)氣煙通道稍大的矩形截面。在實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量進(jìn)行回收的同時(shí)，又解決了傳統(tǒng)疊片式尾氣換熱器在大流量廢氣場(chǎng)合下的阻力降過(guò)大問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及ORC系統(tǒng)廢熱回收利用領(lǐng)域，尤其是涉及發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收ORC系統(tǒng)的一種發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱回收裝置，具體地說(shuō)是一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源短缺的日益嚴(yán)峻，發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能備受人們關(guān)注。利用ORC系統(tǒng)來(lái)回收發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱，不僅容易實(shí)現(xiàn)而且熱回收效率高。在ORC系統(tǒng)中冷媒的承受溫度低于250°C，而發(fā)動(dòng)機(jī)的排煙溫度一般高于250°C，這在一定程度上限制了 ORC系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]在發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)中，可以通過(guò)合理布置冷媒流程，進(jìn)行冷媒與煙氣的直接換熱，提高蒸發(fā)壓力，實(shí)現(xiàn)高效回收廢熱，同時(shí)又避免冷媒發(fā)生高溫裂解。常規(guī)的煙氣換熱器EGR，其設(shè)計(jì)初衷為引出一部分尾氣，進(jìn)行熱交換，因此設(shè)計(jì)的氣體流量均較小。當(dāng)把EGR用于發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱ORC系統(tǒng)的尾氣熱量回收時(shí)，尾氣需要全部通過(guò)EGR，因此氣側(cè)阻力會(huì)比較大，而且容易積碳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，旨在提供一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱回收ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，通過(guò)回收器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣能量回收，同時(shí)需要克服尾氣換熱器易結(jié)碳的不足。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，包括進(jìn)氣煙道、進(jìn)氣段金屬罩、管片式換熱器、出氣段金屬罩和排氣煙道，其特征在于上述各部件按煙氣流動(dòng)方向依次連接；所述的進(jìn)氣段金屬罩為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比排氣煙通道稍大的矩形截面；所述的出氣段金屬罩為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比進(jìn)氣煙通道稍大的矩形截面。
[0006]本實(shí)用新型選用管片式換熱器并通過(guò)變截面的金屬罩進(jìn)行連接，發(fā)動(dòng)機(jī)排放出來(lái)的高溫尾氣依次通過(guò)進(jìn)氣煙道和進(jìn)氣段金屬罩后，在管片式換熱器中進(jìn)行熱交換，放出熱量，變成低溫的煙氣，然后經(jīng)出氣段金屬罩和排氣煙道，最后排放到環(huán)境中。
[0007]本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量進(jìn)行回收的同時(shí)，又解決了傳統(tǒng)疊片式尾氣換熱器在大流量廢氣場(chǎng)合下的阻力降過(guò)大問(wèn)題。更重要的是，本實(shí)用新型可以有效提高ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力，并且避免冷媒工質(zhì)在大于250°C金屬壁面發(fā)生裂解失效的問(wèn)題。本實(shí)用新型是通過(guò)在尾氣排放煙道中插入管片式熱量回收器，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量的回收。煙道與管片式換熱器是通過(guò)一個(gè)變截面的金屬罩過(guò)渡連接的。尾氣走管子外側(cè)，翅片的脹縮作用可以緩減翅片表面的結(jié)碳，進(jìn)而避免尾氣通道因積碳導(dǎo)致排煙阻力過(guò)大的問(wèn)題。
[0008]所述的管片式換熱器可以采用任何制式結(jié)構(gòu)。作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述的管片式換熱器包括由進(jìn)口接管、基管束、冷媒進(jìn)口腔室、冷媒出口腔室、流程之間管路和出口接管構(gòu)成的冷媒側(cè)通道以及由主板、側(cè)板和翅片構(gòu)成的煙氣側(cè)通道。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，冷媒具有三個(gè)流程:第一流程為液態(tài)冷媒工質(zhì)的預(yù)熱階段；第二流程為液態(tài)冷媒工質(zhì)的沸騰相變階段；第三流程為氣態(tài)工質(zhì)或氣液兩相物全部變?yōu)闅鈶B(tài)或過(guò)熱度階段。通過(guò)對(duì)腔室的特殊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)冷媒對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量的充分吸收。
[0010]一個(gè)典型的優(yōu)化例子，所述冷媒的三個(gè)流程可以通過(guò)以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn):所述冷媒的三個(gè)流程通過(guò)以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn):所述的冷媒進(jìn)口腔室被第一隔板分隔成上部第一流程腔室和下部的第三流程腔室；所述的進(jìn)口接管設(shè)置在所述冷媒進(jìn)口腔室的第一流程腔室外側(cè)；所述的冷媒出口腔室被第二隔板和第三隔板分隔成上部的第一流程腔室、中間的第三流程腔室和下部的第二流程腔室，所述的出口接管設(shè)置在所述冷媒出口腔室的第三流程腔室外側(cè)；所述冷媒出口腔室的第一流程腔室和第二流程腔室之間通過(guò)所述的流程之間管路連接。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述出口接管的內(nèi)徑大于進(jìn)口接管的內(nèi)徑，并且，所述出口接管與冷媒出口腔室的第三流程腔室的連接處有一個(gè)口徑過(guò)渡結(jié)構(gòu)，以減小出口處已汽化的冷媒流經(jīng)的阻力。
[0012]作為本實(shí)用新型的再進(jìn)一步改進(jìn)，所述的翅片為進(jìn)行褶皺或打凸處理的非間斷翅片，表面設(shè)有強(qiáng)化傳熱處理的凸邊，在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)，可進(jìn)一步降低因發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣積碳導(dǎo)致阻力過(guò)大的問(wèn)題的出現(xiàn)。
[0013]作為本實(shí)用新型的再進(jìn)一步改進(jìn)，所述的進(jìn)氣煙道、進(jìn)氣段金屬罩、管片式換熱器、出氣段金屬罩和排氣煙道各部件的連接處進(jìn)行密封處理，保證煙氣不會(huì)外漏。
[0014]作為本實(shí)用新型的再進(jìn)一步改進(jìn)，所述的進(jìn)氣段金屬罩和出氣段金屬罩外壁面進(jìn)行保溫處理，以降低煙氣通過(guò)金屬罩向環(huán)境的散熱。
[0015]所述的管片式換熱器、進(jìn)氣段金屬罩和出氣段金屬罩采用不銹鋼材料，利用真空釬焊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各零部件的連接。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型管片式廢熱回收器外形二維圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型管片式廢熱回收器外形三維圖。
[0019]圖4是圖3中D-D向的三維剖面圖。
[0020]圖5是本實(shí)用新型管片式換熱器俯視圖。
[0021]圖6是本實(shí)用新型管片式換熱器冷媒進(jìn)口腔室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是本實(shí)用新型管片式換熱器冷媒出口腔室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8是本實(shí)用新型管片式換熱器翅片的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖9是圖8的E-E向剖視圖。
[0025]圖10是本實(shí)用新型冷媒的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)用新型的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)ORC系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，包括進(jìn)氣煙道1、進(jìn)氣段金屬罩2、管片式換熱器3、出氣段金屬罩7和排氣煙道8，上述各部件按煙氣流動(dòng)方向依次連接。排煙通道一般為圓形，而管片式換熱器的外形為矩形。所述的進(jìn)氣段金屬罩2為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比排氣煙通道稍大的矩形截面；所述的出氣段金屬罩7為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比進(jìn)氣煙通道稍大的矩形截面。
[0027]參照?qǐng)D3、圖4和圖5，所述的管片式換熱器3包括由進(jìn)口接管10、基管束11、冷媒進(jìn)口腔室9、冷媒出口腔室4、流程之間管路6和出口接管5構(gòu)成的冷媒側(cè)通道以及由主板21、側(cè)板15和翅片12構(gòu)成的煙氣側(cè)通道?；軆?nèi)為ORC系統(tǒng)的工質(zhì)冷媒。
[0028]所述的管片式換熱器3用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣和冷媒的熱交換，冷媒走管內(nèi)，尾氣走管夕卜。進(jìn)出口接管開在冷媒進(jìn)出口腔室的側(cè)面。冷媒在管片式換熱器內(nèi)的流動(dòng)方向?yàn)?先從靠近尾氣出口的位置進(jìn)入，再流經(jīng)靠近尾氣進(jìn)口的位置，最后從冷媒進(jìn)出口腔室側(cè)面的中間位置流出。
[0029]結(jié)合圖10，本實(shí)用新型的冷媒具有三個(gè)流程:第一流程18為液態(tài)冷媒工質(zhì)的預(yù)熱階段；第二流程19為液態(tài)冷媒工質(zhì)的沸騰相變階段；第三流程20為氣態(tài)工質(zhì)或氣液兩相物全部變?yōu)闅鈶B(tài)或過(guò)熱度階段。
[0030]結(jié)合圖6和圖7，所述冷媒的三個(gè)流程通過(guò)以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn):所述冷媒的三個(gè)流程通過(guò)以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn):所述的冷媒進(jìn)口腔室9被第一隔板23分隔成上部第一流程腔室901和下部的第三流程腔室902 ;所述的進(jìn)口接管10設(shè)置在所述冷媒進(jìn)口腔室9的第一流程腔室901外側(cè)；所述的冷媒出口腔室9被第二隔板16和第三隔板17分隔成上部的第一流程腔室401、中間的第三流程腔室402和下部的第二流程腔室403，所述的出口接管5設(shè)置在所述冷媒出口腔室4的第三流程腔室402外側(cè)；所述冷媒出口腔室4的第一流程腔室401和第二流程腔室403之間通過(guò)所述的流程之間管路6連接。
[0031]所述冷媒出口腔室4與流程之間管路6連通的第一流程出口 A和第二流程進(jìn)口 B，以及與出口接管5連通第三流程出口 C的孔徑依次遞減。由于出口處冷媒已經(jīng)汽化，因此設(shè)計(jì)出口接管5的內(nèi)徑大于進(jìn)口接管4的內(nèi)徑，所述出口接管5與冷媒出口腔室4的第三流程腔室402的連接處有一個(gè)口徑過(guò)渡結(jié)構(gòu)22。
[0032]參照?qǐng)D8和圖9，所述的翅片12為進(jìn)行褶皺或打凸處理的非間斷翅片，表面設(shè)有強(qiáng)化傳熱處理的凸邊14。在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)，可進(jìn)一步降低因發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣積碳導(dǎo)致阻力過(guò)大的問(wèn)題的出現(xiàn)。
[0033]所述的進(jìn)氣煙道1、進(jìn)氣段金屬罩2、管片式換熱器3、出氣段金屬罩7和排氣煙道8各部件的連接處進(jìn)行密封處理，確保煙氣不外漏。
[0034]為降低煙氣通過(guò)金屬罩向環(huán)境的散熱，所述的進(jìn)氣段金屬罩2和出氣段金屬罩7外壁面進(jìn)行保溫處理，比如覆蓋厚度為5(Tl00mm的石棉層。
[0035]所述的進(jìn)氣段金屬罩2和出氣段金屬罩6采用不銹鋼材料，厚度為2?3_。所述的管片式換熱器3也采用不銹鋼材料，利用真空釬焊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各零部件的連接。
[0036]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:從發(fā)動(dòng)機(jī)出來(lái)的高溫?zé)煔?，通過(guò)進(jìn)氣煙道I和進(jìn)氣段金屬罩2進(jìn)入管片式換熱器3的煙氣側(cè)通道，高溫?zé)煔庠诠芷綋Q熱器3內(nèi)進(jìn)行熱交換，放熱后變成低溫的煙氣，通過(guò)出氣段金屬罩7后，進(jìn)入排氣煙道8，最后排入環(huán)境。ORC系統(tǒng)的冷媒通過(guò)進(jìn)口接管10和冷媒進(jìn)口腔室9進(jìn)入管片式換熱器3的冷媒側(cè)通道，在第一流程加熱，在第二流程蒸發(fā)，在第三流程過(guò)熱，經(jīng)冷媒出口腔室4最后從出口接管5出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱的回收利用。
[0037]應(yīng)該理解到的是:上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說(shuō)明，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的實(shí)用新型創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，包括進(jìn)氣煙道〔0、進(jìn)氣段金屬罩口)、管片式換熱器(3^出氣段金屬罩(7)和排氣煙道(8),其特征在于上述各部件按煙氣流動(dòng)方向依次連接；所述的進(jìn)氣段金屬罩(2)為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比排氣煙通道稍大的矩形截面；所述的出氣段金屬罩(7)為變截面殼體，其一端截面為與管片式換熱器的煙氣側(cè)截面相同的矩形截面，另一端截面為比進(jìn)氣煙通道稍大的矩形截面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于所述的管片式換熱器(3)包括由進(jìn)口接管(1(0、基管束(10、冷媒進(jìn)口腔室(幻、冷媒出口腔室“)、流程之間管路(6)和出口接管(5)構(gòu)成的冷媒側(cè)通道以及由主板(21^側(cè)板(15)和翅片(12)構(gòu)成的煙氣側(cè)通道。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于冷媒具有三個(gè)流程:第一流程(18)為液態(tài)冷媒工質(zhì)的預(yù)熱階段；第二流程(19)為液態(tài)冷媒工質(zhì)的沸騰相變階段；第三流程(20)為氣態(tài)工質(zhì)或氣液兩相物全部變?yōu)闅鈶B(tài)或過(guò)熱度階段。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于所述冷媒的三個(gè)流程通過(guò)以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn):所述的冷媒進(jìn)口腔室(9)被第一隔板(23)分隔成上部第一流程腔室(901)和下部的第三流程腔室(902)；所述的進(jìn)口接管(10)設(shè)置在所述冷媒進(jìn)口腔室(9)的第一流程腔室(901)外側(cè)；所述的冷媒出口腔室(9)被第二隔板(16)和第三隔板(17)分隔成上部的第一流程腔室〔400、中間的第三流程腔室(402)和下部的第二流程腔室(403),所述的出口接管(5)設(shè)置在所述冷媒出口腔室(4)的第三流程腔室(402)外側(cè)；所述冷媒出口腔室(4)的第一流程腔室(401)和第二流程腔室(403)之間通過(guò)所述的流程之間管路(6)連接。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于所述出口接管(5)的內(nèi)徑大于進(jìn)口接管(5)的內(nèi)徑，并且，所述出口接管(5)與冷媒出口腔室(4)的第三流程腔室(402)的連接處有一個(gè)口徑過(guò)渡結(jié)構(gòu)(22^
6.如權(quán)利要求2所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于所述的翅片(12)為進(jìn)行褶皺或打凸處理的非間斷翅片，表面設(shè)有強(qiáng)化傳熱處理的凸邊(⑷。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于所述的進(jìn)氣煙道〔0、進(jìn)氣段金屬罩口)、管片式換熱器(3^出氣段金屬罩(7)和排氣煙道(8)各部件的連接處進(jìn)行密封處理。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)0%系統(tǒng)的管片式廢熱回收器，其特征在于所述的進(jìn)氣段金屬罩(2)和出氣段金屬罩(7)外壁面進(jìn)行保溫處理。
【文檔編號(hào)】F02G5/02GK204126765SQ201420433691
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】董軍啟, 王建長(zhǎng), 王斌, 劉景龍, 陳能舜, 張守都 申請(qǐng)人:浙江銀輪機(jī)械股份有限公司