專(zhuān)利名稱(chēng)：用于從廢熱源中提取廢氣熱量同時(shí)防止回流和侵蝕的裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體涉及廢熱回收系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及用于從其中具有腐蝕性元素的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中回收廢熱的系統(tǒng)。
由較廣范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的廢熱能夠被用來(lái)提供許多好處，諸如發(fā)電、冷卻和水的加熱。廢熱經(jīng)常處于熱氣流的形式，熱氣流有時(shí)被諸如硫和氯的腐蝕性元素污染。這些元素在其中它們保持在氣態(tài)的升高溫度下是相對(duì)良性的，但是氣體可能在冷卻器表面上冷凝并且產(chǎn)生酸露點(diǎn)侵蝕(ADC)。
熱氣廢熱流的互相連接經(jīng)常受限于ADC的存在。例如，為了運(yùn)行某些廢熱回收裝置，可能希望結(jié)合燃燒中等硫燃料的兩個(gè)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流。如果兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)均在運(yùn)轉(zhuǎn)，那么就不存在ADC，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)部件和排氣管道都高于露點(diǎn)溫度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)中止時(shí)，這種情形就改變了。現(xiàn)在，在運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的排氣豎道中的更高壓力將產(chǎn)生廢氣到冷的、非運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中的回流。冷凝和侵蝕可在冷的表面上很快地發(fā)展。
發(fā)明概述簡(jiǎn)要地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，文丘里管放置在多個(gè)廢熱源中的每一個(gè)內(nèi)，以便產(chǎn)生低于大氣環(huán)境壓力的局部壓力，并且提供風(fēng)扇，用以將熱氣從歧管中抽出并且通過(guò)這些文丘里管、通過(guò)熱交換器、到達(dá)風(fēng)扇并且排放到周?chē)h(huán)境中。這樣，當(dāng)廢熱源中的一個(gè)關(guān)閉(shut down)時(shí)，來(lái)自廢熱源中的其它廢熱源的熱氣將不會(huì)流到那個(gè)廢熱源中，并且不會(huì)冷凝而產(chǎn)生侵蝕。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，文丘里管中的每一個(gè)都具有關(guān)聯(lián)的止回閥，其允許熱氣從文丘里管通過(guò)止回閥排放到周?chē)h(huán)境中，但是不允許周?chē)h(huán)境空氣流流到止回閥內(nèi)和進(jìn)入文丘里管。因此，當(dāng)廢熱源中的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)而排出熱氣、但是風(fēng)扇沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，那么歧管中的低壓狀態(tài)將使周?chē)h(huán)境空氣流到風(fēng)扇內(nèi)，通過(guò)熱交換器并且進(jìn)入低壓歧管，并且排出止回閥。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，跨過(guò)每一個(gè)止回閥而提供了旁通閥，使得當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，旁通閥可能被打開(kāi)，以便允許周?chē)h(huán)境空氣的流入，以便淡化來(lái)自熱源的廢氣，從而用于降低到達(dá)熱交換器的流體的溫度、濃度或露點(diǎn)。
在如在下文中所介紹的圖示中，顯示了優(yōu)選的實(shí)施例；然而，在不背離本發(fā)明真實(shí)精神和范圍的前提下，可以對(duì)其作出各種其它的更改和備選的構(gòu)造。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的廢熱回收裝置的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，顯示了本發(fā)明的熱回收系統(tǒng)10，其用于從多個(gè)廢熱源12和13中回收廢熱。盡管本發(fā)明將按照使用兩個(gè)廢熱源12和13來(lái)進(jìn)行介紹，但是應(yīng)該明白的是，本發(fā)明可適用于任何數(shù)量的并行運(yùn)轉(zhuǎn)的這種系統(tǒng)，或可適用于以單個(gè)廢熱源的使用。
本發(fā)明的其中一個(gè)特征是，允許廢熱源中的一個(gè)或多個(gè)處于非運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，或處于以較低速度運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而其它廢熱源中的一個(gè)或多個(gè)處于可以更高速度運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。通常，在這些狀態(tài)中，來(lái)自運(yùn)轉(zhuǎn)的廢熱源的熱氣存在著遷移到非運(yùn)轉(zhuǎn)的廢熱源中的趨勢(shì)，其可能在那里冷凝并且產(chǎn)生酸露點(diǎn)侵蝕(ADC)。本發(fā)明旨在克服這個(gè)難題，以及熱氣在其中廢熱源中的一個(gè)或多個(gè)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)但是廢熱回收系統(tǒng)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)的期間遷移到熱交換器中的難題。
回到圖1，廢熱源12和13包括用于從那里排出熱氣的各自的排氣端口14和16。該熱氣通?？赡鼙慌欧诺街?chē)h(huán)境中，因此導(dǎo)致浪費(fèi)能量并且影響環(huán)境。因此，本廢熱回收系統(tǒng)接受在500-1000溫度范圍內(nèi)的廢氣，將它們應(yīng)用到廢熱回收裝置中，并且排出在200-350溫度范圍內(nèi)的所得氣體。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，對(duì)于典型的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在排氣端口14和16中的壓力在運(yùn)轉(zhuǎn)期間例如高于大氣壓約1/2英寸水柱的，而其內(nèi)的壓力對(duì)于沒(méi)有處于運(yùn)轉(zhuǎn)的任何廢熱源而言都基本上等于周?chē)h(huán)境壓力。
各自的文丘里管17和18定位在排氣端口14和16下游，提供它們的目的是為了加速流動(dòng)并且將壓力降低到低于大氣壓力。也就是說(shuō)，文丘里管17包括收斂部19、中心部21和發(fā)散部22，而文丘里管18包括收斂部23、中心部24和發(fā)散部26。文丘里管中心部21和24通過(guò)低壓歧管27互相流體連通，并且例如處于比大氣壓要低1/2英寸到5英寸水柱的負(fù)壓下。
發(fā)散部22和26使廢氣流減速，并且在廢氣流分別進(jìn)入排氣通道28和29時(shí)，產(chǎn)生達(dá)到高于周?chē)h(huán)境壓力水平的相關(guān)的壓力升高。排氣通道28和29包括各自的止回閥31和32，它們?cè)试S廢氣向外流到周?chē)h(huán)境中，但是防止周?chē)h(huán)境空氣流到排氣通道28和29中。
低壓歧管27與熱交換器33流體連通，熱交換器33也與風(fēng)扇34和周?chē)h(huán)境空氣流體連通。熱交換器33進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，以便將熱量從廢熱排放氣體中移除，并且使用該熱量而借助有機(jī)液蘭金循環(huán)系統(tǒng)(未示出)等獲得能量。風(fēng)扇34的作用在于抽吸熱氣，以便使之從低壓歧管27流出、通過(guò)熱交換器33并且排放到周?chē)h(huán)境中。
在運(yùn)轉(zhuǎn)中，所介紹的系統(tǒng)必須能夠這樣運(yùn)轉(zhuǎn)廢熱源12和13中的一個(gè)或多個(gè)處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，但是廢熱回收裝置(也就是熱交換器33和風(fēng)扇34)或者處于運(yùn)轉(zhuǎn)模式或者處于非運(yùn)轉(zhuǎn)模式。這些運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中的每一個(gè)都將進(jìn)行討論。
首先，假定廢熱源12處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，廢熱源13和風(fēng)扇34關(guān)閉。在這些狀態(tài)下，排氣端口14中的壓力高于周?chē)h(huán)境壓力很多，而文丘里管中心部21中和低壓歧管27中的壓力低于周?chē)h(huán)境，并且排氣通道28中的壓力高于周?chē)h(huán)境。因此，熱氣將從止回閥31排出，并且因?yàn)槲那鹄锕?7的中心部21中的壓力小于周?chē)h(huán)境并且文丘里管18中心部24中的壓力基本上等于周?chē)h(huán)境壓力，所以，熱氣將不在歧管27內(nèi)從文丘里管中心部21流到文丘里管中心部24。另外，由于風(fēng)扇34處的壓力等于周?chē)h(huán)境壓力，因此周?chē)h(huán)境空氣將傾向于通過(guò)風(fēng)扇34而被吸入、通過(guò)熱交換器33并且進(jìn)入文丘里管17，從而被帶入流出止回閥31的廢氣中。這樣，就防止了熱氣在任何一個(gè)非運(yùn)轉(zhuǎn)的熱源13或非運(yùn)轉(zhuǎn)的熱交換器33中的冷凝。
現(xiàn)在，考慮以下運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其中廢熱源12是以全速運(yùn)轉(zhuǎn)的，廢熱源13是以小于全速運(yùn)轉(zhuǎn)的，而風(fēng)扇34是沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)的。在這些狀態(tài)下，由各自的文丘里管17和18形成的真空與關(guān)聯(lián)的源流率有關(guān)。也就是說(shuō)，在文丘里管18內(nèi)的流率和關(guān)聯(lián)的真空將比文丘里管17內(nèi)的要小，使得歧管27內(nèi)的流動(dòng)將是從文丘里管18到文丘里管17的。在這些狀態(tài)下，由于排氣管道29中的壓力可能高于周?chē)h(huán)境，因此止回閥32可能關(guān)閉或可能不關(guān)閉，但是，由于文丘里管17和18內(nèi)存在壓差，因此，文丘里管18內(nèi)的至少一部分流體將朝著文丘里管17流動(dòng)，并且因此而被帶入到將通過(guò)止回閥31排出的文丘里管17的廢氣流中。因此，流體在任何情形下都不能夠傳送到任何流量限制件的上游并因此進(jìn)入廢氣源中。這個(gè)特征確保了當(dāng)廢熱回收裝置沒(méi)有接合時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)的、節(jié)流的或不運(yùn)轉(zhuǎn)的廢氣源的任何組合將不會(huì)受到ADC。
現(xiàn)在，考慮以下運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其中廢熱源中的一個(gè)或多個(gè)是運(yùn)轉(zhuǎn)的，并且風(fēng)扇34是運(yùn)轉(zhuǎn)的，以便借助熱交換器33提取熱。為此，風(fēng)扇34設(shè)計(jì)成用以提供足夠的吸力，以便克服出現(xiàn)在文丘里管17和18內(nèi)的最高的局部真空。在這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，止回閥31和32將被關(guān)閉，而來(lái)自每一個(gè)源12和13的廢氣都將從文丘里管17和18中抽出，并且通過(guò)歧管27，并且然后在被風(fēng)扇34排放到大氣中之前通過(guò)熱交換器33。在這個(gè)狀態(tài)下，在歧管27內(nèi)將總是存在真空，而風(fēng)扇34將總是克服該真空，以便在風(fēng)扇34處于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體將總是離開(kāi)每一個(gè)廢熱源，而不管廢熱源是否是活動(dòng)的或不活動(dòng)的。該特征因此確保了當(dāng)廢熱回收裝置接合時(shí)，任何運(yùn)轉(zhuǎn)的、節(jié)流的或不運(yùn)轉(zhuǎn)的廢氣源的任何組合將不會(huì)受到ADC。
已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在一些情況下，可能需要用周?chē)h(huán)境空氣來(lái)淡化來(lái)自源的廢氣，以便降低到達(dá)熱交換器33的流體的溫度、濃度或露點(diǎn)。通過(guò)使用分別與排氣通道28和29相關(guān)聯(lián)的旁通閥36和37，就可以容易地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在其中熱回收裝置未啟用(即當(dāng)風(fēng)扇34關(guān)閉時(shí))期間，旁通閥36和37將不起作用，這是由于它們與各自的打開(kāi)的止回閥31和32并聯(lián)。然而，當(dāng)風(fēng)扇34運(yùn)轉(zhuǎn)、并且當(dāng)旁通閥36和/或37中的一個(gè)或多個(gè)是打開(kāi)的時(shí)，真空將用來(lái)關(guān)閉止回閥31和32。大氣空氣將然后流過(guò)旁通閥，并且與在文丘里管和歧管27中的任何活動(dòng)的廢氣源流相混合。通過(guò)對(duì)旁通閥36或37進(jìn)行適當(dāng)?shù)某叽缭O(shè)定或控制，可產(chǎn)生處于排氣端口14和16與大氣環(huán)境閥的溫度、濃度或露點(diǎn)之間的任何溫度、濃度或露點(diǎn)，以便滿(mǎn)足所希望的用于熱交換器33的入口狀態(tài)。
盡管已經(jīng)參照附圖中所示的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的顯示和介紹，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，在不背離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在其中作出各種細(xì)節(jié)變化。
權(quán)利要求
1.一種與具有廢氣的至少一個(gè)廢熱源結(jié)合的熱回收系統(tǒng)，所述廢氣包含腐蝕性元素，所述腐蝕性元素如果被允許在相關(guān)聯(lián)的裝置中冷凝的話(huà)，則是有害于所述裝置的，所述熱回收系統(tǒng)包括排氣端口，其與所述至少一個(gè)廢熱源中的各自的一個(gè)流體連通，以便從那里傳輸廢氣流；文丘里管，其與所述排氣端口中的各自的一個(gè)流體連通，所述文丘里管適于增加從中通過(guò)的廢氣的流速，并且因此將其內(nèi)的壓力降低到低于周?chē)h(huán)境壓力的水平；低壓歧管，其與所述文丘里管流體連通，用于接收處于低于周?chē)h(huán)境壓力的壓力下的所述廢氣流；熱交換器，其與所述歧管流體連通；風(fēng)扇，其與所述熱交換器流體連通，用于從所述文丘里管中抽出氣體并且通過(guò)所述歧管和所述熱交換器，而排放到周?chē)h(huán)境中；以及止回閥，其與所述文丘里管中的各自的一個(gè)流體連通，用于允許氣體從所述文丘里管排到周?chē)h(huán)境中，但是不允許周?chē)h(huán)境空氣流流到所述文丘里管內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)廢熱源包括多個(gè)廢熱源，并且所述多個(gè)廢熱源中的至少一個(gè)在與所述多個(gè)廢熱源中的另一個(gè)不同的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)熱源包括多個(gè)廢熱源，并且所述多個(gè)廢熱源中的至少一個(gè)在另一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是關(guān)閉的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)扇設(shè)計(jì)成用于提供足以克服所述歧管內(nèi)的所述低壓的吸力，使得產(chǎn)生從所述歧管到所述風(fēng)扇的熱氣流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱回收系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述風(fēng)扇沒(méi)有處于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述歧管內(nèi)的低壓足以使周?chē)h(huán)境空氣通過(guò)所述風(fēng)扇并且通過(guò)所述熱交換器而被吸入，并且然后被帶入從所述文丘里管排出的氣體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括與所述文丘里管中的至少一個(gè)的下游側(cè)流體連通的旁通閥，所述文丘里管選擇性地打開(kāi)，以便在所述風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的期間提供周?chē)h(huán)境空氣到所述至少一個(gè)文丘里管中的流動(dòng)。
7.一種用于從多個(gè)廢熱源中提取廢熱的裝置，所述廢熱源中的至少一個(gè)在另一個(gè)可運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是不可運(yùn)轉(zhuǎn)的，所述裝置包括多個(gè)排氣端口，其中每一個(gè)都從熱源延伸，用于從其各自的廢熱源中傳輸熱氣流；多個(gè)文丘里管，其中每一個(gè)文丘里管都與所述排氣端口中的一個(gè)流體連通，并且是可操作的，以便產(chǎn)生達(dá)到低于周?chē)h(huán)境壓力水平的壓力降低；低壓歧管，其與所述多個(gè)文丘里管中的每一個(gè)都流體連接，以便在它們之間提供流體連通；與所述歧管流體連通的熱交換器；與所述熱交換器流體連通的風(fēng)扇，用于從所述歧管中抽出氣體并且通過(guò)所述風(fēng)扇到達(dá)周?chē)h(huán)境；和多個(gè)止回閥，其中每一個(gè)止回閥都與所述文丘里管中的一個(gè)流體連通，用于允許氣體從所述文丘里管排放到周?chē)h(huán)境中，但是不允許周?chē)h(huán)境空氣流到所述文丘里管中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)廢熱源中的至少一個(gè)在與所述多個(gè)熱源中的另一個(gè)不同的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)廢熱源中的至少一個(gè)在另一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是關(guān)閉的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述風(fēng)扇設(shè)計(jì)成用以提供足以克服所述歧管內(nèi)的低壓的吸力，以便導(dǎo)致熱氣流從所述歧管流到所述風(fēng)扇。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，當(dāng)所述風(fēng)扇不在運(yùn)轉(zhuǎn)中時(shí)，所述歧管中的低壓足以使周?chē)h(huán)境空氣通過(guò)所述風(fēng)扇吸入且通過(guò)所述熱交換器，并且然后被帶入到從所述文丘里管排出的氣體中。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，包括連接在所述文丘里管中的至少一個(gè)的下游端的旁通閥，所述旁通閥選擇性地操作，以便在其中所述風(fēng)扇處于運(yùn)轉(zhuǎn)中的期間允許周?chē)h(huán)境空氣通過(guò)并進(jìn)入所述文丘里管中。
13.一種用于防止在廢熱回收系統(tǒng)中的酸露點(diǎn)侵蝕的方法，所述系統(tǒng)具有至少一個(gè)廢熱源，并且適于為了廢熱回收目的而將熱氣從排氣端口排放到熱交換器中，所述方法包括步驟提供將所述排氣端口與歧管流體連通的文丘里管，用于將所述歧管中的氣體的壓力降低到低于周?chē)h(huán)境壓力的水平；提供在所述熱交換器下游的風(fēng)扇，用于從所述歧管中抽出所述熱氣，通過(guò)所述熱交換器，然后到達(dá)所述風(fēng)扇，從而排放到周?chē)h(huán)境中；以及提供與所述文丘里管的下游端流體連通的止回閥，以便在其中所述風(fēng)扇不運(yùn)轉(zhuǎn)的期間允許熱氣從所述文丘里管排放到周?chē)h(huán)境中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)廢熱源包括多個(gè)廢熱源，其中任何一個(gè)廢熱源都可以在比另一個(gè)廢熱源要低的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)廢熱源包括多個(gè)廢熱源，其中至少一個(gè)廢熱源可在其中另一個(gè)廢熱源運(yùn)轉(zhuǎn)的期間關(guān)閉。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，包括另外的步驟當(dāng)所述至少一個(gè)熱源排放熱氣時(shí)，關(guān)閉所述風(fēng)扇，以便使所述歧管通過(guò)所述風(fēng)扇和所述熱交換器吸入周?chē)h(huán)境空氣，而使周?chē)h(huán)境空氣被帶到從所述文丘里管排出的氣體中。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括步驟提供在所述文丘里管下游端的旁通閥，用于在其中所述風(fēng)扇處于運(yùn)轉(zhuǎn)中的期間，選擇性地允許周?chē)h(huán)境空氣流到所述文丘里管中。
全文摘要
在其中熱交換器從發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中導(dǎo)出熱量的廢熱回收系統(tǒng)中，文丘里管與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣端口流體連通，以便因此增加流率，并且降低在歧管中的壓力，該歧管流體連通地連接在文丘里管和熱交換器之間。熱交換器的下游提供有風(fēng)扇，以便將熱氣從歧管中抽出、通過(guò)熱交換器，并且將其排出到周?chē)h(huán)境中。但是，在其中發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中而風(fēng)扇沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低壓歧管將通過(guò)風(fēng)扇并且通過(guò)熱交換器而將周?chē)h(huán)境空氣吸入，其中周?chē)h(huán)境空氣然后被帶入到從文丘里管下游的排氣通道排出的廢氣中。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了多個(gè)熱源，其中每一個(gè)熱源都具有其自身的且連接到公共低壓歧管上的文丘里管。
文檔編號(hào)F28F27/02GK101094972SQ200580044886
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者T·D·拉德克利夫, D·麥科爾米克, W·小比爾鮑夫 申請(qǐng)人:Utc電力公司