热电联供(chp)系统的制作方法
【专利摘要】一种热电联供(CHP)系统，包括，发电机或涡轮、发电机和热交换器，其中热交换器具有与发动机或涡轮的排气部流体连通的至少一个烟道以及至少一个流体管道，热交换器布置成在流过至少一个烟道的烟气与流过所述至少一个流体管道的流体之间热交换，其中至少一个烟道至少由挤压形成。该系统非常可靠并且有效，便于维持和/或比根据现有技术的系统较少地有污染物倾向。
【专利说明】热电联供(CHP)系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热电联供(CHP)系统。这样的系统在现有技术中是公知的，并且将发动机或涡轮与用于产生电力的发电机和用于产生加热流体、尤其是例如工业或家庭用的水的热交换器结合。这样的水例如可用于空间加热，用于自来水或用于产生例如在工业过程中使用的工业热量。
【背景技术】
[0002]热电联供系统已知包括由例如诸如铝或铝合金的轻金属铸造或模制制成的热交换器，例如在EP1752647中公开的，该热交换器具有与斯特林电动机结合的集中加热系统的标准热交换器。热交换器由铝铸造而成并且具有充满热交换表面增加元件的气体流动管。热交换器布置成，使得流过气体流动管的气体的主要流动方向主要是垂直的。来自斯特林电动机的废气通过热交换器的中空型芯供给并且然后流出到气体管中，通过气体管向下并且通过排气口流出。
[0003]在可替换的CHP系统中，使用标准的、整体的铝铸热交换器，例如由比利时的贝卡特BvbA (Bekaert BvbA)提供的Allltop?:热交换器，该热交换器位于水平位置。CHP的电动机或涡轮的排气管连接到热交换器的进口空间，从而来自电动机或涡轮的烟气实质上水平地流过热交换器的烟气管道，与流过热交换器的水管的水交换热量。
[0004]在这些CHP系统中，由于来自涡轮或发动机的废气中携带的污染物，热交换器会产生问题。这些污染物可以是固体颗粒，诸如炭黑而且还可以是流体，诸如油。这样的污染物在热交换器内部被卡住，尤其是在烟道或管道中，导致例如降低了热交换器的效率，增加了通过排气口的小颗粒的排放和例如过滤器和催化剂的污染物。这些公知的热交换器不能完全地清洁，这意味着热交换器相对有规律地更换，这样非常昂贵并且耗时间。此外，这降低了由CHP争取的环境优势。
[0005]US5473884公开了一种CHP系统，其中来自小型燃气轮机的气体通过气体燃烧器供给到气体通道并且通过用于热交换的水槽延伸的两排的并联管。这些管将由不锈钢制成并且实质上水平地延伸。由于直管由不锈钢制成，小颗粒和例如油的污染物在铸铝热交换器中可能是较小的问题，但这样的热交换器不允许在没有不得不拆除大部分热交换器的情况下以容易的方式清洁。此外，这样的CHP并且尤其是热交换器的结构是非常贵的，由于尤其是使用的金属，并且将全部管与其它部件焊接在一起，不透水和气密的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可替换的CHP系统。本发明的目的还在于提供一种CHP系统，该系统避免或缓解了如在这里和以上的本说明书的介绍中讨论的公知的CHP系统的至少一个或一些问题。本发明进一步或可替换地目的在于提供一种CHP系统，该系统非常可靠并且有效，便于维持和/或比根据现有技术的系统较少地有污染物倾向。
[0007]根据本发明的CHP系统可以获得上述目的和其它优点中的至少一个。
[0008]在第一方面中，本发明的CHP系统的特征在于，包括发动机或涡轮、发电机和热交换器，其中热交换器具有与发动机或涡轮的排气部流体连通的至少一个烟道以及至少一个流体管道。热交换器布置为用于在流过至少一个烟道的烟气与流过所述至少一个流体管道的流体之间进行热交换。根据本发明的该方面，至少一个烟道至少由挤压形成。
[0009]在优选实施例中，CHP的热交换器具有热交换器主体，该主体包括所述至少一个烟道或至少该烟道的主要部分，并且优选地还包括所述至少一个流体管道，或至少该流体管道的主要部分，其中，该主体实质上由挤压和/或通过对挤压制成的部分进行组装而制成，其中所述至少一个烟道具有平行于主体的挤出方向或主体的挤压部分的主要流动方向。
[0010]在另一方面中，热交换器可以使用诸如铝或铝合金的轻金属或轻金属合金制成。轻金属被认为是具有密度小于大约4500kg/m3的非铁金属。优选的金属是挤压等级的铝或招合金。
[0011]在另一方面中，CHP的热交换器可以包括主体和端部元件，其中主体包括一系列烟道部段，这些烟道部段彼此平行延伸并且例如通过除去这样的部段之间的壁的一部分和/或在端部元件中或由端部元件形成的管道部分，而在端部元件处、中或靠近端部元件连接。优选地，类似的，水管或每个水管由在端部元件中或处或靠近端部元件连接的一系列平行管道部段在主体中部分地形成。主体可以由一个挤压元件或一系列相互连接的挤压元件制成。
[0012]在另一方面中，CHP的热交换器可以制成为，使得至少一个烟道由壁的烟道限定出，这些壁具有小于约25Ra、优选地小于12.5Ra、更优选地小于6Ra、甚至更优选小于2Ra的表面粗糙度。粗糙度可以是IRa或更低，例如是0.SRa或更低。通过使用挤压用于形成所述具有壁的管道，在不需要附加的机加工的情况下，可获得这样的表面粗糙度。
[0013]在另一方面中，CHP的热交换器可以设有通向所述至少一个烟道的至少一个可关闭的开口，用于烟道的清洁。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]参照附图，在以下说明书中将进一步阐述本发明，其中:
[0015]图1示出了立体图，示出了没有附连的加热回路的CHP系统；
[0016]图2示意性地示出了具有连接到其上的附加的加热锅炉和加热回路的CHP系统的流程图；
[0017]图3示意性地示出了在立体图中的热交换器；
[0018]图4以立体图示出了热交换器的一部分，总体上从第一侧示出；
[0019]图5以立体图示出了热交换器的一部分，总体上从相对侧示出；
[0020]图6是从第一端部分组合的热交换器；
[0021]图7是在侧视图中的热交换器的第一部分；
[0022]图8是在侧视图中的热交换器的第二部分；
[0023]图9是在立体图中的从第二侧部分组合的热交换器；
[0024]图10安装有端板的图9的热交换器；
[0025]图11从相对端的图9和10的热交换器；
[0026]图12示意性地示出了根据本公开的热交换器的气体流路；
[0027]图13示意性地示出了根据本公开的热交换器的水流路；
[0028]图14在立体图中示出了热交换器部件的示意性和放大部分；
[0029]图15A和15B更详细地示出了热交换器部件的前方和侧视图；以及
[0030]图16A和16B更详细地示出了热交换器部件的连接部件的侧视图。
【具体实施方式】
[0031]在该说明书中，公开和描述了 CHP系统的不同的实施例和其部件。此外，在该说明书中仅以举例的方式公开和描述了用于这样的CHP系统的热交换器和其部件的不同的实施例，以及其配备的加热回路。在这些实施例中，相同或相似的部件具有相同或类似的参考符号。示出的实施例的部件的组合也被认为在此公开了。在该说明书中，关于热交换器被理解为用于在来自发动机或涡轮和可能的附加的燃烧器的加热的烟气与流过所述热交换器内的一个或多个水通道的水之间交换热量的交换器。这样的CHP系统尤其是，而不是独占地适于在诸如用于清洁的(自来)水的家庭和商业加热系统和诸如用于空间加热和/或自来水加热装置的集中加热系统中。
[0032]在以下的描述中，可能地与挤压部件的机加工相结合的挤压将描述为用于制造用于这样的CHP系统的热交换器的部件的方式。然而，为了在热交换器中的至少一个或多个烟道中提供所需的表面粗糙度和结构，这些部件中的一些或全部还可以由铸造制成，例如并不限于与机加工结合的注塑成型、沙成型或否则熔芯成型或铸造等，机加工例如并不限于磨削、车削、铣削等公知的机加工方法。
[0033]已经发现由铸造制成，即使由铝或铝合金制成的CHP系统的热交换器的主要问题是污染物。令人惊讶地，已经发现热交换器的气体管道的壁的表面粗糙度在污染物上具有高冲击度。此外，已经发现，不仅诸如炭黑的至少固体颗粒是污染物的主要原因，而且源于发动机或涡轮、由废气传递到热交换器的油也是。污染物降低了热传递的有效性并且此外例如由小颗粒而导致废气的污染物。此外，显著地降低了热交换器的经济和技术寿命。在不锈钢热交换器中，污染物已经证明是较小的问题，尽管它们大部分难以清洁，但这样的热交换器显著地更昂贵。已经发现由诸如铝或铝合金的轻金属制成的用于CHP系统的热交换器的气体管道的挤压提供了优点:非常少的油或其它液体将粘在管道表面，但它们能被做得相对便宜。
[0034]当所述压制管道或至少该管道的壁的表面粗糙度保持较低，尤其是低于约25Ra (标准粗糙度符号)，例如小于12.5Ra，更优选小于6Ra，甚至更优选小于2Ra时，已经发现令人吃惊的优点。优选地，表面粗糙度小于2Ra，例如约I或0.SRa或更少。在使用轻金属，尤其是铝或铝合金进行挤压压制时，这是相对容易实现的，而不需要用于降低表面粗糙度的进一步机加工。此外，已经发现挤压工艺的优点是:管壁的表面硬度可以比当铸造类似的热交换器时高。这似乎还有益于污染物的减少，甚至在持续一段时间的使用之后。
[0035]热交换器的一个或多个气体管道优选地没有诸如热交换表面增加元件的阻塞件，至少在流过所述一个或多个管道的气体流动方向上或至少平行于该热交换器的截面。令人惊讶地，这将有益于热交换器的热交换特征，与热交换器的总容积相比甚至降低了热传递表面面积并且因此将预期热传递将被负面地影响。然而，使用根据本发明的热交换器已经获得了很高效率的CHP，此外，该热交换器具有很长的经济和技术寿命。
[0036]热交换器例如可以根据W02010/098666，其中代替了在燃烧器空间中的燃烧器，燃烧器空间重新限定为进口空间，来自发动机或涡轮的排气管连接到作为用于所述废气的进口的所述空间。
[0037]图1在部分地取走盖102的情况下以立体的方式示意性地示出了 CHP系统101的CHP单元100。该图示出了单元100，包括发动机104，例如气体、柴油、汽油、生物燃料或汽油驱动发动机，斯特林类型发动机或任意其它适当的发动机，例如内燃机。可替换地，CHP单元可以包括涡轮，例如燃气涡轮或其它适当类型的涡轮。发动机104或可替换地将涡轮联接到发电机105，从而发电机105可以由发动机或涡轮驱动用于发电。
[0038]CHP单元100此外包括连接到发动机或涡轮104的排气口 106的热交换器1，从而来自发动机或涡轮100的废气供给到热交换器I的烟道6，从此处废气可以通过气体出口107排出。催化剂108可以包含在排气口 106中，用于清洁至少一部分烟气，例如在公路汽车排气系统中公知的。消声器109可以提供在气体出口中，例如用于提供背压和/或降低噪音。
[0039]尤其在图2中可以看到，可以为水管7提供进水口和出水口 9A、9B，用于供给水(或其它待加热流体)和交换热量，尤其是与从流过一个或多个烟道6的废气接受的热量进行热交换。
[0040]图2示意性地示出了 CHP系统101，包括至少连接到加热回路199的CHP单元100。系统101再次包括发动机或涡轮104、连接到发动机或涡轮上的发电机105和通过排气口106联接到发动机或涡轮104的排气侧的热交换器I。在示出的实施例中，示出了涡轮，该涡轮可以是燃气涡轮104。至少一个烟道6通过热交换器I从气体进口 33延伸至气体出口 34。具有消声器109的排气部107连接到气体出口 34。烟道6或每个烟道6形成热交换器I的气体侧的一部分。
[0041]加热回路43连接到热交换器I的水管7或每个水管，形成所述热交换器I的水侧的一部分。一个或多个水管7具有通过第一管112连接到加热元件的出口 9B，加热元件例如设置在第一水容器111、诸如用于中央加热水的大桶中的螺旋件110。元件110连接到第二管113，该第二管通过第一泵114连接到诸如板式换热器或任意其它适当类型的第二热交换器115的第一流动侧的第一进口 116。第二热交换器115的相同的第一流动侧的第一出口 117通过第三管118连接到第一热交换器I的一个或多个水管6的进口侧9A。过压安全阀118A可以设置在所述回路43中，尤其是在所述第三管118中。因此水可以通过所述回路43、经过第一和第二热交换器1、115和加热元件110泵送出。在第一热交换器I中，在使用期间，热量可以从发动机或涡轮104的热的废气和流过一个或多个水管6的水传递出。
[0042]第二热交换器115的第二流动侧进一步连接到用于发动机或涡轮104的冷却回路119，从而发动机或涡轮104的温的冷却液可以通过第二热交换器115的第二流动侧供给，用于从冷却液传递热量至流过所述第二热交换器115的第一流动侧的水中。短的回路线120可以设置在冷却回路119中，从而当冷却液的温度低于预设的最小值和/或第二热交换器的第一流动侧中的水的温度高于预设值时，或两者之间的温度差低于预设值时，冷却液可以从第二热交换器115旁，直接供回至发动机或涡轮104的冷却系统中。这例如可以通过设置在回路119中的温控阀121或其它装置进行控制。因此，如果需要，在被导入第一热交换器I的一个或多个水管6之前，水可以通过第二热交换器115内部的冷却流体预热。
[0043]在第一容器111内，热量可以从元件110和流过其中的水交换至容器111内部存在的围绕元件Iio的水。第一容器111包括连接到在图2中由散热器45示意性地示出的中央加热系统123的进口 127的第一出口 122。显然，这样的加热系统123可以不同地设计，例如具有更多的散热器、对流器元件、散热片或其它加热装置。此外超过一个这样的加热回路可以连接到容器111。加热系统123的回流管线124连接到第一容器111的第一返回进口 125。可以设置短的回路线路126用于供给从加热系统123返回至进口 127的一部分回水，不返回到容器111。为此可提供混合的三通阀126A，例如温度控制或由控制器控制。
[0044]第一容器11在该实施例中进一步设置有第二出口 128，该第二出口馈送至第二加热元件129，例如容纳清洁水132的第二容器131内部的第二螺旋形物。第二元件129连接到供给水返回至第一容器以用于再加热的出口 133。可以设置第二泵134用于从第一容器111供给水通过第二加热元件129。为第二容器131设置了清洁水进口 144和清洁水出口 145，该第二容器131可以连接到清洁水系统(未示出)。可替换地，这些构件可以连接到可替换的加热系统，例如用于工业供暖。
[0045]第一和第二容器可以结合使用或可以省去一个或两个。加热系统123例如可以直接从第一热交换器I供给。诸如自来水的清洁水可以不同地加热，例如通过由烟气或从第一热交换器供给的水加热的直接热交换器。
[0046]在示出了进一步附加的，可选特征的实施例中，设置了加热锅炉135，例如本领域公知的中央加热锅炉，例如可以是气动操作的中央加热锅炉。锅炉例如可以通过三通阀136连接到第一管112并且连接到第一加热元件110，从而来自第一热交换器111的水在供给到加热元件110之前由加热锅炉135进一步加热。该三通阀136例如可以是热操作阀，当第一管112中的水温低于预设值，例如低于约80°C时转换。
[0047]在使用中，发动机或涡轮被驱动，驱动用于提供电能或电力的发电机。可替换地，发动机或涡轮可以用于驱动机器的其它部分。例如在500与600°C之间、例如约560°C的热的废气供给到第一热交换器的气体侧，进入并通过一个或每个烟道6。废气在第一热交换器I内被冷却至例如低于100°C的温度，例如约70°C。
[0048]来自废气的热量被传递至通过第一热交换器I的水侧、尤其是通过流体管7或每个流体管7泵送的水。水温将由此增加，例如增加至60与90°C之间的温度。优选地，温度上升至超过80°C的温度。该加热的水然后供给通过加热回路43，尤其通过元件110和第二热交换器115。在第二管113中，水温例如可以降低至约60°C或更低。如果供给通过第二热交换器115，则在第二热交换器中，水温可以通过来自电动机冷却液的热吸收再次增加。
[0049]因此获得了能量友好和效率系统，用于产生电力和热量两者，其中热量可以有效地用于加热、工业和/或家庭。
[0050]例如在两个热交换器1，115之间，可以提供卸压阀118A。第三泵141可以设置在冷却回路中。第四泵142可以设置在加热系统123中，例如设置在加热系统的出口侧。
[0051]可以设置控制器143用于总体上控制单元100以及CPH系统的不同部件的工作。例如控制器143可以设计成用于控制发动机或涡轮104、发电机105、第一、第二、第三和/或第四泵、可选择的锅炉135、阀126A和/或三通阀136。
[0052]根据本发明的CHP系统的热交换器可以在之后描述。
[0053]图1中示意性地以立体图总体上从第二侧示出了热交换器I。该热交换器I包括第一部分2、第二部分3、第一端部4以及第二端部5。根据本发明的热交换器I中，第一和第二部分2，3和/或第一和第二端部4，5中的至少一个可以至少部分地由挤压制出。这些部分2，3，4，5中的至少一个优选地由轻金属，诸如铝、铝合金、镁、镁合金或其它金属制成。优选地，全部部分2、3、4、5至少部分地由挤压制出并且至少部分地由金属，优选地由轻金属制成。如所示，轻金属可以被理解为至少包括具有密度为4500kg/m3或更小的非铁金属。
[0054]在示出的实施例中，第一部分2和第二部分3以及第一端部4和第二端部5中的至少两个可以互相胶合在一起，用于形成气体流动空间6和水流动空间7中的至少一个。气体流动空间6和水流动空间7例如可以由一个或多个通道或管道形成或包括一个或多个通道或管道，尤其是至少一个气体管道6和至少一个流体管道7，尤其水管7。气体管道或每个气体管道和/或流体管道或每个流体管道可以包括一系列部段30A-(N), 24A-(N),其中(N)可以是任意数目，尤其是例如在端块5中和/或由端块5彼此连接的平行部段，用于形成曲折和/或锯齿形图案管道。在图3的实施例中，第二端部5包括第一和第二通道部分8A、8B，两者都具有长度方向L8。长度方向L8在该实施例中平行，从而端部5可以在长度方向L8W压出。在每个通道部分8A、8B中，例如通过钻孔设置了开口 9A、9B。如稍后将描述的，为了将管件118、112连接至这些开口，螺旋螺纹可以设置在开口 9A、9B中。其它端部以及管件的其它类型的连接也是可能的。
[0055]在该说明书中，粘合被理解为使用弹性粘合剂在两个或更多部分之间形成粘着连接。尤其适当的是在固化后仍然有挠性并且可弹性变形的的胶或胶粘剂。优选地，粘合剂耐热至温度超过120°C，优选地高于150°C，更优选地高于170°C。可以使用耐热性高达180°C或以上的胶。可以使用温度范围在约-4和+120°C之间，优选在约-20和+150°C，更优选在约-40与+170°C之间，甚至更优选在至少-55与180°C或更高(例如PSI S406)之间的胶。温度范围应当理解为温度的一个范围，其中胶至少维持其大部分弹性和粘合性能，从而在热交换器中至少粘合剂承受住一定压力并且不透流体和气体。在本文中耐压性被理解为至少在超过2bar、优选地超过4bar、更优选地至少高达IObar的邻接空间中耐受压力。所需的耐受压力可以高达20bar或以上。一个bar是100000帕或0.1MPa0根据ASTM C794，可以对粘合至剥落作出参考。
[0056]诸如胶或胶粘剂的弹性粘合剂应当被理解为固化后在使用期间具有高屈服强度和高屈服极限的试剂。这意味着在破坏之前可以伸展至相对高的程度。弹性优选地使得屈服极限大于大约300%，优选地超过约400%，更优选地超过约550%并且特别优选地约650%或以上。优选地，该高屈服极限在热交换器使用期间位于在温度范围内。屈服极限例如可以根据ASTM D412测量。
[0057]粘合剂可以是基于硅酮或合成橡胶的胶粘剂，优选地在约室温固化成不透水和气的橡胶状部件。由所述粘合剂形成的粘结层优选地耐受至少大约4Bar的压力，更优选地耐受高达大约IOBar并且甚至更优选高达大约20Bar以上，其中粘合剂优选地作用到部件的未涂底漆的金属上。这样的粘合剂的示例是道康宁(Dow Corning) 7091，具有在-55与+180°C之间的标准温度使用范围，以及大约680%的屈服极限。
[0058]可以考虑屈服极限、耐压性和温度范围的全部类型的组合。
[0059]Dow Coming? 7091胶粘剂/密封剂是高性能、中性固化硅酮，其在室温下固化为坚韧的，柔性橡胶，适用于在此描述的使用。Dow Corning7091从-55°C至180°C (-67°至356° F)保持了柔性和稳定，并且是单个部件，非下垂密封剂。该试剂可以具有86ppi的撕裂强度和大约363psi的拉伸强度。该胶粘剂仅仅是通过举例提供并且应当不会认为以任何方式限制范围。
[0060]通过使用这样的柔性粘合剂，热交换器的部件可以彼此连接在一起，在没有附加的垫圈、密封件等的情况下形成流体、尤其是水，以及气体密封，并将在很大的温度范围内维持流体和气体密封。此外,这样的密封是相对便宜的并且耐受相对高的压力。此外，由于高柔性，避免了不同部件粘合在一起时在不同膨胀率和方向上不同的问题。
[0061]图4示出了第一部分2的立体图。该部分2可以实质上挤压制成。该部分2示出了第一壁10和两个第二壁11A、B。第一壁10是实质上是由例如实质上彼此平行延伸的第一壁部分1A和第二壁部分1B限定的空心壁，然而多个横壁12在第一和第二壁部分10A、1B之间延伸。第二壁11A、B以角度α相对于第一壁10延伸。角度α并非是180度。角度α例如在45与135度之间并且优选约90度。壁11Α、Β从第一壁10在第一方向上延伸。一个或多个第二壁IIA可以比第二壁11的至少一个其它壁IlB低。在第一壁10的第一侧上，中间壁13在与第二壁11相同的方向上延伸。在第二壁11Α、Β中的每个壁与中间壁13之间，提供了一系列的附加壁14,这些附加壁在与第一壁10的相同的第一方向上延伸。如图4所示，第二壁11、中间壁13、横壁12以及附加壁14全部具有长度方向X并且因此实质上彼此平行地延伸。第二壁11与中间壁13的自由端15可以具有在所述长度方向X上延伸、打开至远离第一壁10的一侧的沟槽16。
[0062]如图4所示，在中间壁13的右侧，附加壁14可以具有倾斜端17，从而附加壁14在第一壁10附近处具有的长度XA比在该第一壁的相对的自由侧15处所具有的长度XB长。附加壁14的相对端18可以是直的，从而附加壁14的第二端18形成实质上平坦的平面V，该平面V实质上垂直于第一壁10延伸，例如距相对边缘20距离B。这些附加壁14可以在距第一壁10的边缘19距离A处结束。中间壁13从边缘19延伸至距第一壁10的相对边缘20距离B。倾斜端17可以是可以替换的，例如还可以是凸状或凹状的。由此产生的空间可以在边缘20的方向上变窄。显而易见地，倾斜端还可以实质上或部分凹状或凸状的，或者具有其它规则或不规则形状，如果需要，提供变窄的进口空间30的所述效果。否则它们还可能实质上是直的。
[0063]如图4所示，在中间壁13的左侧，附加壁14可以具有直端21，从而附加壁14在第一壁10附近处具有的长度XC与在第一壁的相对的自由侧15处具有的长度相同。附加壁的相对端22可以是直的，从而附加壁14的第二端22邻接于实质上垂直于第一壁10延伸的实质上平坦的平面V。附加壁14中紧挨着中间壁13的一些壁可以在距第一壁10的边缘19距离C处终止。附加壁14可以延伸第一壁10的整个长度X。
[0064]在第二壁11Α、Β的两个相对的外侧，提供了轮廓23，具有实质上圆形的内横截面。在中间壁13的基部，可以提供又一开口 23Α，该又一开口通过相关部分2，3—直延伸。
[0065]该第一部分2可以通过挤压具有如图7所示横截面的轮廓的连续长度而制出。所需长度X1可以从连续长度锯下。然后，附加壁14的第一端17的一部分可以除去，例如铣去或锯除，中间壁13的第二端也可如此。由于各部分的开口侧，对于这样的机加工这可很容易接近。在实施例中示出了五个横壁12，将双重第一壁10内的空间24分隔为四个平行的通道部分24A、24B、24C、24D。可以使用不同的数目的通道或通道部分，它们也可以被称为是部段。两个中间通道部分24B、C通过在之间除去横壁12的第一端25的一部分而彼此连接，然而图4中的左手侧的两个通道部分24A、24B通过除去在平面V附近的中间横壁12的第二端26的一部分而彼此连接。以类似的方式，右侧两个通道部分24C、24D之间的横壁12的第二端26的一部分可以除去，以连接这两个通道部分24C、24D。通道部分24因此可以形成导水通道或管道6的各部分或各部段。
[0066]图5从相对的第二侧示出了图4所示的第一部分2。这里显而易见地，附加壁14与第二壁11和中间壁13的第二端可以清楚地看到，形成了平行于平面V的平面Ve。平面V和Ve是假想平面。
[0067]在附加壁14之间与在壁11、13和相邻的附加壁14之间，提供了空间30A_(N)，从而可以形成实质上规则的图案。第二部分3可以以类似的方式形成。
[0068]实施例中，在壁10和11的自由端、在长度方向Xe上看到的相对端处，可以分别形成粘结表面BI和B2。这些粘结表面优选地是平面和平坦的。如图5-9中示意性地示出并且在图14和15中进一步和更详细地示出，这些粘结表面可以设有间隔元件52。这些间隔元件52可以是部分2和域3和/或端部4和/或5的一体部分。这些间隔元件可以是粘结表面B上方较小的升起部，这些升起部可以通过机加工所述表面B、例如铣削而提供。在另一个实施例中，这些间隔元件52可以单独地提供在表面中或表面上并且例如胶合或拧入就位。如图15B所示，间隔元件在所述粘结表面B上延伸相对较短的距离Cl1，用于限定粘结层53的厚度在图14中，以放大视图示出了第一或第二部分2，3或端部4，5的一部分的立体图，并示出了实质上圆柱形的间隔元件52。显而易见地，取决于所需的理想厚度h，这些间隔元件52可以具有任意所需的形状或形式以及高度屯。
[0069]图16A中仅通过举例的方式示出了第二部分的壁11、13上的脊27，然而所述脊27的侧面形成了肩部54，作为壁11、13的大于脊27的宽度的一部分。在每个肩部上或如果需要仅在一个肩部上，提供了至少一个间隔元件52，也具有在肩部54的表面上方相对低的高度Cl1。例如这可以是在所述壁11，13的一段上延伸的脊，或一个或多个较短的元件，例如销，肋等。图16B中，在壁11的端表面上，在沟槽16的侧面，示出了这样的间隔元件52。再次，高度Cl1相对较小。在脊27的顶部，在脊的侧面和/或在凹槽16的底部56可以提供类似的元件。在图16B中，作为象征，粘结层55由虚线概略地画出。优选地,在脊27和沟槽16的内壁之间的空间具有类似于间隔元件52的高度Cl1的宽度h。
[0070]间隔元件52有下列好处即:它们限定了例如第一和第二部分2、3和/或端部4，5的两个相对的粘结表面B之间的最小间距，因此限定了粘合剂层的厚度t，并且更具体地限定了在整个相应的表面B，或脊27与与其协作的沟槽16之间的均匀厚度。这意味着可以使用最理想的量的胶，降低了成本，然而使用相关的粘合剂可以易于获得最好的粘结和密封。这可以通过将至少一个粘结表面B邻抵于所需粘结的至少一个其它粘结表面上的间隔元件52而获得，防止了被压得更接近所述粘结表面。在相关的粘结表面B上方的间隔元件52的高度可以是大约十分之一毫米或更少，例如在0.01与1.5mm之间，优选地小于1mm。显而易见地，为了最佳化，取决于使用的粘合剂的特征，可以选择层的高度并且由此选择厚度。通过将粘合剂55的层的厚度最小化，将要维持粘结在一起的部分之间的热传递。此外，基于如下事实，即其中一个部分将通过所述其中一个部分与所需粘结的另一粘结表面上的间隔元件邻抵接触而与所需粘结的部分彼此直接接触，因而会存在金属间的直接热传递，而这会进一步优化热传递。
[0071]将很清楚的是，根据本发明的热交换器还可以使用用于连接部分的其它装置，例如焊接、夹具、螺钉、使用或者不使用诸如包装或封闭环或本领域中公知的类似的装置的密封件。
[0072]图8中在侧视图中示出了部分地组装的热交换器1，其中示出了组装的至少第一部分2和第二部分3。图7和8同样地在侧视图中分别示出了第一部分2和第二部分3。可以看到第二部分3具有类似于第一部分的横截面，但第二壁IlCUlD和中间壁13B将高度设定为，使得当分别布置在第二壁IlAUlB和13上时，第一部分2的第一壁10平行于第二部分3的第一部分10延伸，因此形成了实质上矩形的截面。第二部分3的第二壁IlCUlB和中间壁13具有可以装配在沟槽16中的脊27。第一部分2的附加壁14可以在第二部分的附加壁14之间和/或第二部分的翼部和任一第二壁11C、D或中间壁13之间延伸。附加壁14可以具有实质上的三角形或梯形截面，其中靠近相应的第一壁10的基部28比该第一壁的自由侧宽。
[0073]可以看到为了增加通道部分24的热交换表面，第一壁10的通道部分24至少在附加壁14的侧部，可以具有带肋或其它波纹或带通道的表面。中间壁的热量可以通过第一壁10传递到通道部分24中的水。当水通过通道部分24传递时，通道部分24的增加了热交换表面的轮廓将增加该热交换的有效性。
[0074]对于各部段的全部通道或管道或各部分，但尤其是对于气体通道或管道或各部段，增加了热交换表面的脊优选地在通过所述通道部分或部段的气体或流体流动方向上延伸，因此不形成对于线性流动的阻碍。在其它的实施例中，壁可以甚至没有这样的元件。至少不存在从壁延伸至通道的相关部分或部段、形成通过管道或通道的所述部段或部分的气体或流体的线性流动的阻碍的这样的元件。
[0075]第一部分2通过将第一部分2的第二壁11A、B粘结到第二部分3的第二壁11C、D上可以粘结到第二部分3上。第一部分2的中间壁13还可以粘结到第二部分3的中间壁13上。优选地，至少脊27可以粘结在沟槽16中。粘结可以通过胶实现，例如丙烯酸胶，两种或更多中成分的胶，PLEXUS MA420, PERMABOND ES550 或 DOW C0RNING7091。如图 6 中可以看到，优选地沟槽可以具有宽度稍小于沟槽16的相邻部分的开口侧，然而脊27可以具有实质上类似于开口侧的宽度的宽度。这意味着，通过迫使脊27进入沟槽16，在沟槽16中的胶将在沟槽中锁定，然而当开口对称地提供时，脊27将在沟槽16内定中心。脊27与沟槽16的壁之间的空间优选地在宽度上与间隔元件52的高度类似，从而与之前讨论的粘结表面之间的厚度类似，粘合剂的层可以形成在所述脊27与沟槽16之间。
[0076]当使用脊27和/或沟槽16的实施例在图14A和B中公开时，间隔元件52再次用于限定粘合剂层的厚度。
[0077]如在不同的附图中可以看到，间隔元件52可以分布在粘结表面B和/或端部4，5的全部或一些上。优选地它们可以至少提供在靠近分隔壁12和靠近壁11和13的第一壁10上，以及在壁11和13上。此外，它们可以例如提供在底部50。优选地，它们分布成，使得作用到部分、并且尤其是端部4、5上的压力不显著地弯曲或否则使在间隔元件52之间中的任何表面变形。间隔元件52优选地设置在与它们所设置的相关粘结表面的每一一侧面成一短距离，或更优选地该侧面成一距离。这有以下优点:粘合剂可以至少部分地在粘结材料的层内围绕间隔元件52，或在间隔元件旁边的粘结表面B之间至少形成连续的密封，并且优选地可以围绕整个间隔元件52，用于在粘结部分与良好的密封之间两者形成良好的粘合。再次，通过间隔元件的金属部分之间的直接接触将改进各部分之间的热传递。粘结层55的相对小的厚度将此外防止进一步的热隔离。此外这防止了过于柔性的密封。
[0078]图9示出了部分组装的热交换器1，在第一侧打开，示出了彼此粘结的第二壁11A、C和11B、D，以及中间壁13。在第一和第二部分2，3的第一壁10和第二壁11之间，至少部分地限定了热交换空间30。在相应的第一壁10中的空间30的两个相对侧处，设置了用于例如水的通道24。第二端部5在热交换器I的第二侧部分地看得见。在第一侧处看得见附加壁14。在中间壁13的一侧处，示出了附加壁14的倾斜端17。在附加壁14的边缘19和端部17之间，提供了进口空间31。在进口空间31，可以供给来自发动机或涡轮104的废气。设置了倾斜端17以防止在中间壁17中不需要的张力。为了减小流过附加壁14和/或中间壁和壁11、13之间空间30的经加热气体的流动阻力并且改进热交换，可在中间壁13的相对侧处提供空间32。
[0079]与图9类似，在图10示出了热交换器1，但在热交换器I的第一侧处具有第一端部
4。第一端部4可以粘结、例如胶合到第一和第二部分2、3上。类似地第二端部可以粘结、例如胶合到热交换器I的第二侧上。此外，间隔元件52可用于限定最佳或至少所需的粘合剂层的厚度。在第一端部5，设置了通向进口空间31的第一开口 33。设置了第二开口 34，通向空间32。在第一开口 33中和/或上，如图12所示，可以连接进口管106。在第二开口中和/或上，如图12所示，可以连接排气部35。
[0080]如在图10和11中可以看到，在实施例中，通道8A、B可以延伸超过第一和第二部分2、3的外围。在图10和11的实施例中，通道部分8A、B在相反的方向上延伸超过外围。然而它们还可以在相同的方向上延伸。在每个延伸部分35A、35B中，例如通过钻孔或铣削设置了开口 9，优选地设有内螺纹或用于附连于加热回路的管件的其它装置。加热回路的进口可以连接到开口 9的一个上，加热回路的出口连接到开口 9的另一个上。开口 9优选地设置在通道中面对热交换器I的第一和第二部分2、3的方向的壁38中。这可以提供紧凑的热交换器并且便于检修。如图3所示，通道部分8A、B的开口端36可以由止挡件37封闭。该止挡件还可以进行诸如胶合的粘结。在每一通道部分8A、B的壁38中，可以设置至少一个又一开口 51，该至少一个又一开口通向第一壁10内的通道部分24，用于流体地将通道部分24与通道部分8以及与相关开口 9连接。在图3和图10所示的实施例中，一个通道部分8A连接到每一第一壁10的第一通道部分24A，然而另一通道部分SB连接到第一壁的最后通道部分24D。在示出的实施例中这是第四通道部分24D，但显而易见的是可以提供其它数目的通道部分，然而取决于流过壁10的水的所需流动路径，通道部分8A、B或又一些的这样的通道部分8可以连接到其它通道部分24或甚至到每一通道部分24。
[0081 ] 第一和/或第二端部4，5基本上可以挤压制出，挤压方向在通道部分8A、B的长度方向L8上。对于例如图10和11的实施例，可以例如通过钻或锯除去壁38的各部分，以提供延伸部分35A、B。然后通过例如钻或铣可以提供开口 9。端部可以粘结、例如胶合到第一和第二部分2，3上。端部4，5可以设置又一些开口 39。当组装热交换器时，螺钉或端部设有螺纹的螺杆可以插入通过这些开口 39和在后方延伸的通道23或开口 23A，之后为了进一步将端部4，5夹紧到第一和第二部分2，3上，螺母可以螺纹连接到螺钉或螺杆的螺纹上。这可以提供进一步的机械强度。
[0082]图12中示意性的示出了通过热交换器I的内部空间30，在进口空间31和排气部35之间的气体流动路径。可以看到来自发动机或涡轮的废气可以如箭头G所示从进口空间31流动到在附加壁14和/或中间壁13与相邻壁11、13之间的空间30A_(N)。在与进口空间31相对的第二侧处，气体可以在中间壁13的端部5与端部19之间流动到在第二端部5与排气部35之间的附加壁14之间的空间中。从那里气体可以流入到将排出的排气部35中。冷凝排水40可以设置在排气部35中或紧挨着排气部35。
[0083]在本发明的CHP中，热交换器中的气体和/或水的主要流动方向可以在实质上水平的平面中。这实现了单元100的紧凑设计，而不会增加污染物问题。该定位可能选择成，存在朝向排气部35的微小角度，用于排出来自烟道6的冷凝物。
[0084]如图12中可以看到，在该实施例中，在第二端部5与排气部之间的空间中，附加壁14的长度可以变化，从而最接近中间壁13的中间壁长于较接近第二壁IlB的中间壁，并且空间32具有实质上梯形的形状。这可以具有如下优点:与它们的流动路径无关，流过空间30的所有气体都与中间壁具有大约相同程度的接触。
[0085]图13中示意性地示出了流过第一壁10和通道部分8A、B的水流动路径。在该实施例中，提供至热交换器I的水通过进口 41进入到通道部分SA0进口 41示出为包括从加热回路123延伸的管件42，在图13中示意性地示出，没有例如容器111、131和附加的锅炉135，并且示出为具有泵142和散热器45，并且由管件118连接到相关的开口 9。在其它的实施例中，这例如可以是家庭用水或生活用水供给、锅炉或使用加热水或其它加热流体或气体的其它装置。从进口 9A流入的水流入通道部分8A并且在相应的第一和第二部分2、3中分配到两个通道24。在图13中仅示出了这些通道24中的一个。水然后通过通道部分24A-D，沿横壁12如箭头W所示流入两个通道部分8中的另一个SB，通过那里来自两个通道24的水可以流入出口 9B、45，这里被示出为通过管件112连接到加热回路43的管件46。因此热量可以在流过空间30的之间交换，、尤其是一个或多个气管7和中间壁和壁，、尤其是壁13和10的废气之间交换，热量然后可以传递到流过通道24的水或其它介质中，在加热回路199，、123中使用。通过通道24和空间30的流动，如果优选地，从而使得水和气体尽可能具有逆流方向。这例如可以通过将进口 41布置在中间壁13的排气部35 —侧处的第二端部5中，并将出口 45布置在第二端部5中的中间壁13的相对侧上而获得。
[0086]如将要理解的，用来将热交换器I的不同部分彼此粘结的诸如胶的粘合剂优选地提供了在这些部分之间的密封，这在不要诸如封条的进一步的密封装置的情况下，提供了不透水和气的连接。在其它实施例中，通过其它装置，例如封条、垫圈等密封装置可以获得至少一些部分彼此之间的密封。通过使用用于连接和密封热交换器的各部分的弹性粘合齐U，令人惊讶的优点是获得了低成本，并且比当使用硬的或硬化剂时更好地密封。此外，由于粘结、尤其是与间隔元件组合，连接可以变得更坚固并且气密和液密性，以及耐压性。
[0087]根据本发明的热交换器I相对容易生产，与例如由浇铸或焊接制成的具有相同容量的热交换器相比更经济，并且可以容易地适于例如不同容量，建立诸如进口和/或出口41、45、进口 31以及通道24和附加壁14的布局的修正。此外，可以提供一定范围的热交换器I，基本上仅在第一和第二部分2，3的长度X1上不同。取决于和主要相对于长度X1，这些不同的热交换器将具有不同的容量。这意味着，用相同的挤压工作可以制造出不同的热交换器，降低了生产成本。
[0088]第一和/或第二部分2，3可以设有用于支承热交换器的凸缘50。
[0089]在实施例中，热交换器可以包括主体，优选地由端部封闭的一体主体，主体已经挤压出并且包括烟道和每个烟道以及流体管道和每个流体管道。
[0090]由挤压制出的、限定烟道或通道或每个烟道或通道或部分或部段的壁，优选地具有非常低的表面粗糙度，该表面粗糙度可以低到约IRa或更低，例如约0.SRa或更低。这样的表面粗糙度实质上优选地在挤压之后没有机加工的情况下获得。如所示，每个烟道和/或流体管道可以包括一系列平行部段，意味着这些部段具有实质上平行的主流动方向。这些方向可以可替换地在相反的方向上或者，与至少一个系列的这样的部段的流动方向相反，至少一个系列的这样的部段可以具有相同的流动方向。至少一个烟道优选地是直的或具有直的平行部段，其中流过所述至少一个烟道或所述平行部段的气体的流动方向平行于所述管道或管道部段的挤压方向。
[0091]在烟道7或每个烟道7的至少一个外壁中，可以提供至少一个可关闭的开口用于检查和/或清洁管道或其相应部分。由于管道不会妨碍元件，这样的清洁无疑地是可能的。
[0092]根据本发明的热交换器I可以用作"独立的"热交换器，用于供给加热的介质，例如水。在另一个实施例中，热交换器可以被使用为"附加的"热交换器，例如联接到其它加热或动力产生装置，诸如使用"绿色"能量、电力、天然气等的加热装置。还可以连接许多这样的热交换器，从而取决于热量需求，一个或多个这些热交换器可以起动以提供热量。
[0093]本发明绝不限于在该说明书中所示和/或所描述的实施例。在权利要求范围内的其许多变形是可能的，至少包括实施例的部分和元件的全部组合以及示出的其部件的任意组合或置换。例如一个或两个壁10在彼此之上或紧挨着彼此可以具有单独的通道部分，用于连接单独的水或其它的介质回路。此外第一和/或第二部分可以具有其它的横截面并且例如可以具有倾斜的第二壁，用于提供较大的空间30。部件可以使用不同的装置彼此连接，例如螺钉、紧固件、夹具、焊接等。还可以使用其它的粘合剂，例如两种或更多成分的试齐U。此外，通过连接因此形成的粘结层的平均厚度和导热性质可以以其它方式实现，例如在粘合期间的胶合工具和用于使部件精确定位的模具，和/或通过提供连接到两个部分上的导热元件，例如但不限于是销、带或类似的，优选地插入在粘合部分之间或横过所述粘合连接中的金属元件。在其它实施例中，第一部分2可以具有第二壁11和从第一壁10的两侧延伸出的中间壁13以及附加壁14，然而两个第二部分可以设置在第一部分2的两个相对侧处，提供至第一部分2的第一壁10的每个侧面的空间30。不同部分2，3的这些空间30和水通道24可以用于相同或不同的加热回路。不同部分的形状和尺寸，以及位置可以在未决的权利要求的范围内改变。此外，可以提供比示出更多或更少的通道部分8、30、24，然而可以在第一和第二部分2、3的每个中提供超过一个的中间壁，然而通道部分、燃烧器和排气部可以提供在不同的位置。这些和其它的变化和修改被认为在权利要求公开的范围内。
【权利要求】
1.一种热电联供(CHP)系统,包括:发动机或润轮、发电机和热交换器，其中所述热交换器具有与所述发动机或涡轮的排气部流体连通的至少一个烟道以及至少一个流体管道，所述热交换器布置成使得流过所述至少一个烟道的烟气与流过所述至少一个流体管道的流体之间热交换，其中所述至少一个烟道至少由挤压形成。
2.根据权利要求1所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热交换器使用挤压技术制成，并且其中所述至少一个或多个烟道和所述一个或多个水管由轻金属制成，尤其是铝或铝混和物。
3.根据权利要求1或2所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述烟道由具有壁的烟道限定出，所述壁具有小于约25Ra、优选地小于12.5Ra、更优选地小于6Ra、甚至更优选小于2Ra的表面粗糙度。
4.根据权利要求3所述的CHP热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述粗糙度小于IRa，优选地是约0.8Ra或更少。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述至少一个烟道具有限定了在管道的流动方向看、没有诸如热交换表面增加元件之类阻碍件的壁的烟道。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述至少一个烟道包括流体地彼此连接用于形成锯齿形烟道路径的一系列平行管道部段，其中每个部段在通过相关部段的气体流动方向上看、没有诸如热交换表面增加元件之类的阻碍件。
7.根据上述权 利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述至少一个烟道是直的或具有直的平行部段，其中流过所述至少一个烟道或所述平行部段的气体的流动方向平行于所述管道或管道部段的挤压方向。
8.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热交换器设有通向所述至少一个烟道的至少一个可关闭的开口，用于所述烟道的清洁。
9.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热交换器包括由挤压制成的主体，包括所述至少一个烟道和所述至少一个流体管道，并且所述主体的相对端由优选地胶合在所述主体上的端部元件闭合。
10.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热交换器包括至少部分地由轻金属或轻金属合金挤压制成的至少两个部分，所述至少两个部分相互配合用于形成热交换空间的一部分，所述热交换空间的一部分由所述至少一个烟道或导水通道形成或者包括所述至少一个烟道或导水通道，所述导水通道由所述至少一个流体管道形成或包括至少一个流体管道，其中，所述至少两个部分的每个都包括所述热交换空间的一部分和/或所述导水通道，所述至少两个部分由弹性粘合剂、尤其是弹性胶连接，形成粘结和密封。
11.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热电联供(CHP)系统进一步包括用于所述发动机或涡轮的冷却回路，所述回路包括第二热交换器，所述第二热交换器具有连接在流体回路中或连接到所述流体回路上的流体管道，所述流体回路包括所述第一热交换器的至少一个流体管道，从而在使用期间，热量可以从所述发动机的冷却流体传递到流过包括所述第一热交换器的所述流体管道的回路的流体。
12.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述至少一个烟道或所述烟道的平行部段具有形成壁的直管和垂直于流过所述管道或部段的流动方向的实质上矩形的截面。
13.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述烟道或烟道的平行部段在所述热交换器的挤压方向上延伸，并且没有流动阻碍件和延伸至所述管道或部段中作为阻碍件的热交换表面增加元件。
14.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热交换器布置成使得通过所述热交换器的烟气的流动实质上是水平的。
15.根据上述权利要求任意一项所述的热电联供(CHP)系统，其特征在于，所述热电联供(CHP)系统进一步包括下述构件中的至少一个: 至少一个并且优选地至少两个用于保持由所述一个或多个热交换器加热的水的容器； 用于专门加热的至少一个加热回路； 用于加热流体、尤其是水的至少一个附加的加热锅炉；以及 至少用于连接到所述至少一个流体管道的流体回路中的发动机或涡轮、发电机和泵的控制器 。
【文档编号】F01K23/10GK104047648SQ201410186766
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】J·H·迪克斯, P·M·M·泰吉森 申请人:德扬技术控股有限公司