专利名称：热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换器。尤其是涉及一种具有内旁路结构的热交换器，其能够被驱动从而控制围绕热交换阵的热流体的分流以及引导流体流入旁路回路，所述热流体一般为一种气体。特别地，但并不唯一地是，本发明还涉及一种与燃气涡轮机以及汽油/柴油机相连的用于从它们的废气中提取热量的热交换器。特别地，本发明还可能涉及到工业设施领域。
背景技术：
用于从燃气涡轮机或者汽油/柴油机的废气中回收热量的这类热交换器，通常都被设计为，旁路回路位于所述热交换阵及其壳的外部，在至少一个瓣阀或者类似物例如已知的阻尼阀的控制作用下，废气流向热交换阵回路和旁路回路。DE 42 07 667示出了一种具有阻尼阀的热交换器装置，该阻尼阀采用在壳内可沿着轴线方向滑动的套筒阀的形式，以打开或关闭包含热交换器的管的入口。当所述套筒阀关闭所述热交换器时，废气绕过所述热交换器并仅仅通过所述套筒。然而，当所述套筒阀打开所述管时，所述废气既通过管又通过套筒。W099/64806也示出了一种具有阻尼阀的热交换器装置，该阻尼阀采用可滑动套筒的形式。然而，所述阻尼阀是这样布置的，在其极限位置处，可以将废气安排成选择性地流过包含有热交换器的旁路或者流过绕过所述热交换器的管。然而，即使气体已被转移过了所述热交换器，位于旁路管的下游部分的湍流也会导致这些气体加热该热交换器。此外，当所述气体进入所述热交换器，导致这些气体移动的角度能够产生明显的压降，其能够导致所述热交换器装置内的背压增加。相关的技术人员应当理解，如果所述背压值变得很大，那么向所述热交换器装置给料的发动机将达不到预期的效率。并且，所述阻尼阀的特殊排布意味着直到整个热交换器装置被组装起来，所述阻尼阀才能够被测试，这会增加所述热交换器装置的制造时间。EP1923545A2提供了另外一种阻尼阀的排布形式，所述阻尼阀基本上刚性的部件的表面呈三角形，以使这些表面可选择性地相啮合来密封所述旁路管并分开来密封所述热交换管。这个系统的缺陷在于，要使这个阻尼阀发挥作用，流体必须流经进气管上的三角形孔，以进入所述热交换管。即使当所述阻尼阀被定位成使气体得以进入所述热交换器，围绕所述三角形孔的其余的壳也因此阻碍气体流向所述热交换器。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于从热气中回收热量的热交换装置，包括有进气管，连接到该进气管上的环形热交换管和环形旁路管一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵，提供有被所述热交换管和旁路管的内部所围绕的中心核，以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导气体流经热交换装置，这样，所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，当处于第一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的这两个管子中的另一个。因为这样的排布方式为流经的流体提供更为笔直的路径，所以被认为是便捷的。 正因如此，气流内可能有更少的压降。热交换装置通常规定了横跨整个装置的最大压降，而且随着通过该阻尼阀的压降的减少，在热交换阵的设计中可以使用的压降增多，因此有利地减小了热交换阵的尺寸、重量以及成本。另外，中心核的存在有助于流体的流动，从而减少背压和/或提高流体流动的噪声抑制效果。中心核尤其能够使流体分流，将流体引导成更均勻地且更少湍流地冲击阻尼阀。进入热交换装置的流体所冲击到的中心核的一个端部可以是半球形。这样特别适宜于有利地分流流体。根据本发明的第二方面，提供了一种用于从热气中回收热量的热交换装置，其包括有进气管，连接到该进气管上的环形热交换管和环形旁路管一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵，以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导气体流经热交换装置，这样， 所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，当处于第一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的这两个管子中的另一个，在此进一步地，所述进气管具有与热交换管和旁路管中至少一个相同的横截面。因为这样的排布方式为流经的流体提供更为笔直的路径，所以被认为是便捷的。 正因如此，气流内可能有更少的压降。热交换装置通常规定了横跨整个装置的最大压降，而且随着通过该阻尼阀的压降的减少，在热交换阵的设计中可以使用的压降增多，因此有利地减小了热交换阵的尺寸、重量以及成本。另外，进气管与热交换管和旁路管中至少一个的横截面形状上的一致被认为导致了较低的背压而且有助于产生良好的流体流动特性。根据本发明的第三方面，提供了一种用于热气回收的热交换装置，其包括有进气管，连接到该进气管上的热交换管和旁路管一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵，以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导气体流经所述热交换装置，这样，所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，当处于第一极限位置时，阻尼阀提供第一连续表面并且基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一极限位置时，阻尼阀提供第二连续表面并且基本上密封来自进气管的这个管子中的另一个。由于相对于现有技术来说，这样的排布方式在该阻尼阀处于各个位置时对进入热交换装置的流体提供更小的流阻，因此这样的排布方式被认为是有利的。进入所述热交换装置的流体能横跨热交换管和旁路管中每一个的基本上全部的横截面流入这些管子中的每一个。阻尼阀被排布成当热交换管和旁路管中的一个被密封时，它使流体基本上无阻碍地流向另一未被密封的管。有利之处在于，存在较低的背压而且流体的流动特性被改进。这可以通过提供包括阻尼阀表面的阻尼阀而得到，该阻尼阀表面便利地由多个轴支撑，是连续的片状件(便利地由单个片状件构成，但作为另一选择通过多个所附着的片构成)，在此片状件被起皱形成波纹管，这些波纹管能够在些轴移动至不同位置处时偏斜而不产生过大压力。所述阻尼阀的排布因波纹结构而易弯曲，所以其形状可以根据需要而改变以有效地密封热交换管和旁路管中的一个。作为另一选择，所述阻尼阀包括有多个片状件，所述片状件通常被多个轴所支撑，这些片状件被排布呈百叶窗式。其中一些片状件与另一些片状件基本上垂直取向。这些轴能够通过多个片状件，选择性地启动来密封热交换管或者旁路管。因为所述百叶窗式的排布形式与其他系统比如前述的基于波纹形的片状件的阻尼阀相比，需要的少是适宜的，基本上(尤其是沿着热交换装置的纵向轴长)运行时需要的空间更少而且基本上重量更轻， 所以是有利的。这涉及重量较轻、重心位置较低对于热交换器来说是有利的某些申请。特别是，热交换器被用在于汹涌的深海中使用的钻井架时。其中，重量的减轻和重心的降低不仅使得热交换器的成本降低、稳定性增加，而且对钻井架也有相同的作用，因此钻井架所需要的支持结构材料更少。阻尼阀具有两个管，其中一个被另一个包围，与热交换管和旁路管排成一行。这可以有效地延伸热交换管和旁路管的长度，并且可以方便地每次仅密封和打开该些管中的一个。每一个轴支撑至少两个相互垂直取向的片状件。这样就使得其中一个管被密封的同时，另一个管被打开，以使流体被阻止通过其中一个管而被允许通过另一个管。此外，其能够使得封闭和打开的程度发生在密封和打开的极限位置之间。作为另一选择，一个轴所支撑的两个片状件可以取向成互相间夹角为90°以外的角度，这时不想要其中一个管完全关闭而另一个管打开。由同一轴支撑的基本上垂直取向的片状件，位于各自的管中，且两个管都只有基本上平行取向的片状件。在不同的管中基本上垂直的片状件意味着，当其中一个管被密封时，这些片状件将基本上不对另一个管中流体的流动提供阻碍。这些轴可以穿过这些管子，这些轴被轴承附着到这些管子上。所述轴可通过旋转其突出的外端而选择性地驱动。这提供了一种较便捷的驱动所述片状件的方式。这些轴能够被一致地驱动，当这些轴被驱动时，每一个管中平行取向的片状件能够通过这些轴旋转进入或远离工作啮合，以密封热交换管和旁路管中的一个，并打开另一个。每一个片状件边缘的部分具有一个或多个凸缘。每一个片状件的顶部和底部的表面的外周都具有连续的凸缘。因为片状件取向成封闭其中一个管时所述凸缘有助于形成更有效的密封，所以这些凸缘是有利的。片状件边缘处的凸缘可以配合起来密封相邻的片状件，而位于片状件端部的凸缘可以将每一个片状件抵靠在管壁上密封。可以给所述凸缘提供密封材料，较佳地是所述材料在阻尼阀处于工作温度时有高弹性(例如hconel 625或者 Hastoloy)。根据本发明的第四方面，提供了一种用于从热气中回收热量的热交换装置，其包括有进气管，连接到该进气管上的环形热交换管和环形旁路管相连一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵，以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导流体流经所述热交换装置，这样，所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，当处于第一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的这两个管子中的另一个，所述阻尼阀包括方便地由多个轴支撑的多个片状件，所述片状件被排布成百叶窗式结构，设置在热交换管和旁路管之一中的片状件取向成与这两个管中另一个中的片状件基本垂直，其中，这些轴被排布成被选择性地驱动以由多个片状件来密封热交换管或环形旁路。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于从热气中回收热量的热交换装置，其包括有进气管，连接到该进气管上的环形热交换管和环形旁路管一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵，以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导流体流经所述热交换装置，这样，所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，当处于第一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一极限位置时，阻尼阀基本上密封来自进气管的这两个管子中的另一个。因为这样的方式为流经的流体提供更为笔直的路径，所以被认为是便捷的。在气流内可能有更少的压降。热交换装置通常规定了横跨整个装置的最大压降，而且随着通过阻尼阀的压降的减少，在热交换阵的设计中可以使用的压降增多，因此有利地减少了热交换阵的尺寸、重量以及成本。便利的是，阻尼阀处于第一极限位置时可以包括截锥形外壳。进一步地，阻尼阀处于第二极限位置时可以包括基本上圆柱形的外壳。在其他实施方式中，阻尼阀可以包括具有其他任何横截面形状的外壳，横截面形状如椭圆形、正方形以及长方形等。若热交换装置的横截面改变了原有的圆形形状，可能地但并不绝对地，当处于第二极限位置时，阻尼阀的横截面也可能改变。阻尼阀可能包括便利地由多个轴支撑的阻尼阀表面。这样的阻尼阀表面可能是一种提供对流体的紧密密封的便利方式。所述阻尼阀表面可以由单个片状件来提供。作为另一选择，所述阻尼阀表面可以由多个片状件构成。这些片状件或每一个片状件可以起皱形成波纹管，所述波纹管能够在这些轴移动至不同位置处时偏斜而不产生过大压力。一般地，所述波纹管的波纹走向基本上平行于所述热交换装置的纵轴。这样的排布方式较易于使阻尼阀得以在两个极限位置之间移动。便利地，与折叠状相反，每一个波纹走向都呈放射状。由于这样的排布方式能够有助于减少阻尼阀内的应力集中因素(或称之为应力集中系数)，以利于延长阻尼阀的使用寿命ο这些或每个片状件可以是叠层结构，至少有一层可以是绝热和/或隔音材料。传热和传声性能可调，这样的片状件可能具有优势。便利的是，形成阻尼阀的任何轴都是围绕阻尼阀等间隔设置。热交换装置可以包括阻尼阀移动机构，被排布成使阻尼阀在两个极限位置之间移动。所述阻尼阀移动机构通常使阻尼阀得以处于两个极限位置之间的一个或多个位置。在一些实施方式中，该些位置可以是离散位置，而在其他实施方式中，阻尼阀的位置可以在两个极限位置之间无穷变化。所述阻尼阀移动机构可以便利地包括每个轴都连到其上的环。所述环通过连杆连到每一个轴上，所述连杆包括一杆状构件。所述环可以被一个或多个驱动器来驱动。在其他实施方式中，阻尼阀可以具有其他结构。例如，阻尼阀可包括多个子构件。 阻尼阀的这些子构件可被排布为一蛤壳式结构，这样，在关闭状态提供第一极限位置(即流体流经旁路管和热交换管中的一个)，在打开状态提供第二极限位置(即流体流经这两个管子中的另一个)。
便利的是，热交换管和旁路管的设置方式为中心同轴。在至少一些实施方式中，可以提供所述旁路管和热交换管的内部所围绕的中心核。所述中心核的一个端部可以提供进入所述热交换装置的流体冲击的挡板。这样的挡板有助于流体流动和/或流体流动时的噪声抑制。中心核可以被排布成提供阀座，阻尼阀处于所述第一极限位置时抵靠在所述阀座上密封。所述阀座可以包括中心核中的凹口。在一些实施方式中，可以提供空气鼓风系统，以有助于阻尼阀抵靠在中心核上密封。所述热交换装置的外壳可以提供阀座，阻尼阀处于所述第二极限位置时抵靠在所述阀座上密封。便利地，所述外壳包括提供所述阀座的台阶。在一个实施方式中，环形管的内部提供热交换管，环形管的外部提供旁路管。因为这样的排布方式能够有助于减小用于热交换阵中的盘管的直径，同时提供具有最小压降的到热交换阵的直接路线。本领域普通技术人员应当理解地是，最终的优点处理、储存以及运输所需的空间被减小。进一步地，制造盘管所需的工具的尺寸也被减小，从而进一步降低成本。再者，旁路管围绕热交换管提高了热交换管与大气间的隔热性，有助于减少热量损失并由此提高了效率。在另一实施方式中，环形管的内部提供旁路管，环形管的外部提供热交换管。热交换阵可以包括螺旋管和/或翅片管。尽管如此，热交换阵可以采用方便置于热交换管中的任何形式，例如从热交换管的第一端部(可以是顶部)纵向延伸至远端的第二端部(可以是底部)的管，废气在管内流动并且工艺流体在管外流动，或者废气在管外流动并且工艺流体在管内流动。根据本发明的第六方面，提供了一种用于从热气中回收热量的热交换装置，其包括有热交换管和旁路管、位于热交换管内的热交换阵以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导流体流向，其中旁路管围绕所述热交换管而且所述阻尼阀具有两个极限位置，当处于第一位置时，气流经过旁路管，在另一极限位置，气流经过热交换管，从而流经热交换阵。根据本发明的第七方面，提供了一种阻尼阀，所述阻尼阀被排布成提供包括多个轴的流体不渗透层，其中每一个轴上安装了至少两个片状件，所述阻尼阀还包括有内管和外管，其中，在内管和外管每一个中提供至少一个片状件，以使这些片状件每一个都与另一个基本上垂直地安装。根据本发明的第八方面，提供了一种阻尼阀，所述阻尼阀被排布成提供流体不渗透层，该流体不渗透层从第一极限位置时的截锥形结构移至第二极限位置时的基本上圆柱形的结构。本发明第六或第七方面所描述的阻尼阀适合用在之前本发明任一方面所描述的热交换装置。然而，在其他实施方式中，阻尼阀可以用在不涉及热交换的实施方式中。例如， 这样的阻尼阀可以用于引导流体选择性地流经两个同轴心的管。对所描述的阻尼阀，它的任一特点均与本发明的之前的部分所述有关。根据本发明第九方面，提供了一种用于热气回收的热交换装置，包括有进气管，连接到该进气管上的热交换管和旁路管一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵，以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导气体流经所述热交换装置，这样，所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，在第一极限位置，阻尼阀基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当在另一极限位置时，阻尼阀基本上封闭来自进气管的这两个管子中的另一个。根据本发明第十方面，提供了一种用于热气回收的热交换装置，包括有进气管，连接到该进气管上的热交换管和旁路管一个围绕另一个，还有位于热交换管内的热交换阵， 以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导气体流经所述热交换装置，这样，所述阻尼阀位于进气管内并具有两个极限位置，在第一极限位置，阻尼阀基本上关闭热交换管和旁路管中的一个，而使得另一个管的横截面基本上全部暴露出来，在第二极限位置，阻尼阀基本上关闭热交换管和旁路管中的另一个，而使得另一个管的横截面基本上全部暴露出来。根据本发明第十一方面，提供了一种被排布成从热气中回收热量的热交换装置， 该装置包括可选择性关闭的热交换管和旁路管，这两个管子中的至少一个具有一个或多个接到其中的入口，其中每一个都被排布成当其中一个管基本上关闭时流体流经另一个管， 流体是通过所述入口吸入相应管。因为这样的排布方式可以有利于防止关闭的管过热，这样的话，被吸入关闭的管的流体可当作用于冷却关闭的管的冷却流体。在一个实施方式中，热交换管具有一个或多个入口位于其中，热交换管可以有热交换阵位于其中，用于从经过所述热交换阵的热气中去热。因此，当热交换管关闭时(即基本上没有热气从进气管进入)，空气能够从一个或多个入口流入热交换管。这样引入的气流可有助于从热交换管和/或热交换阵中去除残存的热量，以防对其有损害。在其他实施方式中，一个或多个入口位于旁路管中或者位于热交换管和旁路管中。可以在一个或多个管周围设有多个入口。所述入口可以等间隔布置在所述管的周围。在一个实施方式中，在一个或多个管周围设有六个入口。在其他实施方式中，在一个或多个管周围可以设有1、2、3、4、5、7、8、10、20个或这些数之间的任意数量的入口。—个或多个入口可经由导管连接，所述导管可以排布成给一个或多个入口供应流体。所述流体可以是空气。便利的是，一个或多个入口和导管被排布成这样的方式，流体在这些入口所连入的管内产生的负压的作用下经这些入口被吸入。负压可以由流体流过未被关闭的管子的文丘里效应而产生；例如，如果入口凸出到基本上关闭的热交换管中，那么流经旁路管的流体会使热交换管中产生负压从而通过一个或多个入口吸入流体。可以在所述导管内提供流量控制机构，用于控制流经其的流体的流量。根据本发明第十二方面，提供了一种热交换装置，包括有通过该装置的管子，该装置被排布成利用文丘里效应将周围空气引入该管子。应当明白的是，本发明不局限于与独立的各个方面相关的论述。任何特征都可单独使用或与说明书中任何地方论述的其他任何特征结合起来使用，而且在这里，而且本发明扩展至并且包括这里以任何形式的热交换系统所描述的一个或多个特征的所有组合和
子组合。
下面，仅通过示例的方式参照附图对本发明进行详细描述，图中图1示出了根据本发明一个实施方式的热交换器的横截面，其中阻尼阀处于旁路位置的第一构型；图2示出了图1中的热交换器的横截面，其中阻尼阀处于热交换位置(又可称之为开放盘管的位置)提供不同于第一构型的第二构型；图3示出了波纹管式阻尼阀的进一步细节，其显示了可用于移动所述阻尼阀的推杆和环梁机构；图4示出了图3中的波纹管式阻尼阀有顶部枢轴和波纹管结构的部分；图5示出了用于前面各图中所示的阻尼阀的控制机构的进一步细节，为了清晰起见，省略了阻尼阀；图6是所示处于热交换位置(又可称之为开放盘管的位置)的百叶窗式阻尼阀结构的透视图；图7示出了图6中的百叶窗式阻尼阀结构处于旁路位置；图8示出了图6中的百叶窗式阻尼阀结构位于热交换器中；图9示出了另一种百叶窗式阻尼阀结构处于热交换位置(又可称之为开放盘管的位置)；图10示出了又一种百叶窗式阻尼阀结构处于热交换位置(又可称之为开放盘管的位置)；图11示出了本发明的另一实施方式的热交换器；以及图12及13详细示出了图11的热交换器中各处流体的流速。
具体实施例方式这些图中所示的热交换装置100适合用在例如远海的油气工业中的废气热回收装置。同样有可能用于其他领域，而且本发明不限于油气工业。这里所描述的阻尼阀除了应用于热交换装置领域，还可能在其他领域有更广泛的适用性。所述热交换装置100形状大体呈圆柱形，主轴竖直取向。如图1所示，这样的热交换装置是用于通过进气管34从燃气涡轮发动机或者其他类型的发动机(图中未示出)中接收热气10，在热交换阵2中流体循环冷却热交换所需的气体，将冷却后的气体18从气体排出管道7排出到大气、烟@或者供进一步使用。热交换流体36经由进流管38和出流管 40流入和流出热交换阵2。一般情况下，所述进流管位于热交换阵的顶部，而出流管位于热交换阵的底部，然而在某些情况下，进流管和出流管的位置也可以倒置，如果多个热交换阵安装在同一热交换管中，那么进流管和出流管可能具有不同的构型。所述热交换阵可以用于加热工艺流体，例如水、热流体、空气、燃气，或者用于产生蒸气或者其他类似物。参阅图1以及图2，热交换器装置100包括大体上圆柱形的外罩或壳1，外罩或壳 1包含环形的热交换阵2，还包括可在两个极限位置间移动的阻尼阀50，以及位于进气管34 内的挡板52。环形的热交换阵2围绕中心核M沿着其纵向轴线设置，中心核M在热交换装置的中央区域处设置。由比如钢片或钢板(一般为耐温不锈钢)制成的流体不渗透壁56，在所述热交换阵2的周围形成。不渗透壁56的直径小于外壳1的直径，正因如此，环形的流体通道58，在这个实施例中可被称为旁路管，形成于不渗透壁56和外壳1之间。因此，形成了两种管外壳1与不渗透壁56之间的环形旁路管58和不渗透壁56 与中心核M之间的环形热交换管。因此，旁路管围绕热交换管且与其中心同轴。旁路管与热交换管中每一个管都与进流管34上的连接件连通，以使进入热交换装置的流体能够流经旁路管58和热交换管59之一个或者两者。在其他实施方式中，可以没有中心核并因此旁路管与热交换管的内部可以是圆柱形而不是环状的。因此，在本实施例中，如果没有中心核，则热交换管的横截面为圆形。在图1中，示出阻尼阀50处于第一极限位置，在本实施方式中可认为其处于旁路位置，其中进入热交换装置100的热气10被阻尼阀50引导，流经环形的流体通道58。可见，在这种排布中，阻尼阀50提供截锥结构，呈现出朝着进入热交换装置100的流体的基本上连续的表面，基本上关闭热交换管但使旁路管的横截面基本上全部暴露出来，以供热气流入。如下文所述，一种机构保持阻尼阀50的外缘区域60抵靠在挡板52上，提供对大多数用途来说充分的密封性以防热气10进入热交换阵2。然而，如果还需进一步的密封效果，则比如弹性材料等密封可以提供在挡板52底部区域中凹陷的台阶500上，以靠在密封区域60的外端上密封。在一些实施方式中，为了进一步阻止任何热气10进入热交换阵2，还可以提供空气鼓风系统(未示出)，在这种实施方式中，应当可以阻止任何热气10进入热交换阵2，形成基本上百分之百的密封。在图2中，示出阻尼阀50处于第二极限位置，在本实施方式中可认为其处于热交换位置，其中阻尼阀的外端区域60靠在外壳1上。在这种排布中，进入热交换装置100的热气10被引导流经热交换管，因而流过热交换阵2。在这种布置中，可以看出阻尼阀50还可以提供基本上连续的表面，在这种情况下基本上呈圆柱形并基本上阻挡旁路通道，同时使热交换管基本上全部横截面暴露出来，以供热气流过。因此，进入热交换装置100的流体被提供通过热交换装置的大体上笔直的通道。在所述热交换位置，阻尼阀50采用基本上圆柱形的结构，可见，外壳1具有与进气管34相邻的台阶62。从图2中可见，当阻尼阀50处于热交换位置时，其外端区域60被排布成，该台阶使所述外端区域60不接收进入进气管34的热气10，由此所述台阶62作为阻尼阀的阀座。因此，当阻尼阀50处于热交换位置时，基本上所有的热气10被引导流经热交换阵2。然而，如果还需进一步的密封效果，则例如弹性材料等的密封可以提供在台阶62 上，以靠在外端区域60上密封。若需百分之百的密封效果，则可安装空气鼓风系统以防止任何废气泄露到旁路管。在其他实施方式中，当处于第二极限位置时，阻尼阀50的横截面可以采用其他的形状。为了在两个极限位置之间移动所述阻尼阀50，本发明还提供了一种阻尼阀移动机构。从图1和图3中可以看出，梁300可以通过焊接、粘接或类似方式附着到阻尼阀50的每一波纹部上。每一个梁300都具有穿过下端区域304的孔302，推杆306通过栓件308或其他方式附接于其上，以使所述推杆和梁的接合处能够旋转。在每一个推杆306的另外一端，即可称为推杆的上端区域310具有穿过该区域的孔312，所述孔312被同心环梁316上的凸耳314所穿过，其中所述同心环梁316与外壳1同心地安装在装置100内。将推杆306 的上端区域310安装到环梁316上的排布方式，使得推杆306和梁316之间能作相对旋转运动。推杆306可被认为是梁300和环316之间的连接件。从图5中最能看出，挡板52包括有互补形状的凹口 500以接收阻尼阀50的外缘区域60，从而提供了阻尼阀的阀座。阻尼阀处于图1和5中所示的第一构型时，这样的凹口 500能有助于阻尼阀50的密封。所述环梁316具有固定的直径，并与装置100的纵轴同心，在该实施方式中，环梁 316连接到三个控制杆72(从图中可以看到其中一个)上，所述控制杆通过气密封件(图中未示出)从外壳靠近进气管34的区域穿出，在本实施方式中，是便利地通过台阶62穿出。 在其他实施方式中，可提供多于或少于三个的控制杆72。控制杆72的远离阻尼阀50的末端区域，连接到驱动器102上，所述驱动器通常为液压缸或气压缸。然而，还可以使用任何其他合适的驱动器，例如电动或手动操作的驱动
ο 在环形流体通道58内的外壳上为每一个控制杆72提供导向件，所述导向件用于在其运行过程中引导每一个控制杆72，以帮助确保环梁316只能沿着装置100的主纵轴移
动，并保持其垂直于主轴。从图3和4中最能看出，梁300的顶端区域400枢轴安装在支撑环402上。从图 4中最能看出，一组凸缘404从所述支撑环的下边下垂。每一个凸缘404都枢轴连接于梁 300。特别的是，在本实施方式中，每一单独的梁300被每两个凸缘404夹设于其间，但是在其他实施方式中这种设置并不是必须的。支撑环402包括有下部凸缘406，每一个梁300包括有上部凸缘408，这些凸缘共同形成了与装置100同心的圆环。环形波纹管410被设置于下部凸缘406和由上部凸缘 408构成的环之间，由此在阻尼阀50的核心区域412和阻尼阀的外部区域之间提供对流体的紧密密封。阻尼阀表面416安装到各个梁300上，所述阻尼阀表面提供根据阻尼阀50是处于第一位置还是第二位置而密封热交换管或旁路管的表面。在一些实施方式中，阻尼阀表面 416由多个片状件构成，每一片状件都固定于梁300。在其他实施方式中，阻尼阀表面416 由单独的片状件构成，所述片状件为了能够在旁路和热交换位置之间移动必需被加工成型为波纹状。便利的是，这样的阻尼阀被认为具有波纹状灯罩的形状，且图4中示出了其更多的细节。挡板52提供在进气管34的中心区域内，并与其轴线对准，挡板52包括与外壳1 同心的大体上半球形的端部区域。挡板52作为分流器，具有圆柱形上部提供中心核M。为了改善环形旁路流体通道58中的消音效果，不渗透壁56的外表面和外壳1的内表面具有超过其至少一部分长度的消声衬。为了在热交换阵内进行噪声吸收，分别在中心核M的外边以及不渗透壁56的里边提供消声衬。所述消声衬还具有隔热功能，以减少通过热交换管壁和外壳的热损失。
在工作时，控制阻尼阀50的位置以使得热交换流体36的温度维持在所需温度值。 为此，控制杆72被驱动以控制流经热交换阵2的热气的量，所述热气的量可以在以下两个极限值之间变化，其中一个极限值是当阻尼阀50如图2所示时进入热交换装置的热气10 基本上全部流经该热交换阵，另一个极限值是当阻尼阀50如图1所示时基本上没有热气10 流经该热交换阵，通过将阻尼阀50定位在各个中间位置而使通过的热气量处于上述两个极限值之间。虽然图1和2示出了处于两种极限位置下的阻尼阀50，但应当理解的是，阻尼阀的位置可根据控制杆72的输入程度而变化，以便中间位置可以采用，从而使一些热气10得以流经环形的流体通道58，一些流经热交换阵2。现在参阅图6和7，其提供了整体由600表示的另一种阻尼阀结构。所述阻尼阀 600具有内管602和外管604，外管604围绕内管602。所述内管602和外管604分别对准热交换器800(在图8中示出)的热交换管(未示出)和旁路管(未示出)，使它们的长度被有效地延伸。在内管602的中心为挡板606。挡板606提供在进气管802的中心区域内， 并与其轴线对准，挡板606包括与热交换器800的外壳804同心的大体上半球形的端部区域。挡板606作为分流器，具有圆柱形的上部提供有中心核608。所述内管602被限定在中心核608和内管壁610之间。所述外管604被限定在内管壁610和外管壁612之间。提供通过阻尼阀600径向延伸的多个轴614，穿过外管壁612、外管604、内管壁 610和内管602，进入中心核608。轴614以有规律的间隔围绕阻尼阀600的圆周布设。在中心核608、内管壁610以及外管壁612中，还设有作为轴614的通道的合适的开口(未示出)。这些开口(未示出)还适合接收和保持轴承(未示出)，例如glacier轴承。这些轴承(未示出)意味着所述轴614能够围绕其纵轴旋转。每一个轴614的延伸部615径向向外延伸出外管壁612。延伸部615附着到驱动机构(未示出)上，例如基本上同时旋转所有轴614的控制杆或类似物。然而，可以采用任何合适的其他机构，例如设置在轴的末端区域上的齿轮等。一对不锈钢片状件可能通过焊接或其他类似方式附着到每一个轴614上，其中一个片状件设置在外管604中(外部片状件616)，另一个片状件设置在内管602中(内部片状件618)。位于内管602和外管604中的这组片状件构成了百叶窗式结构。每个轴614上的外部片状件616与内部片状件618被焊接定位于轴614，以互相垂直地取向。然而，每一个管(内管602和外管604)中的片状件618具有相同的取向。如图6所示，其示出了阻尼阀处于第一极限位置。外部片状件616被加工成型，以使得当轴614适当地旋转时，外部片状件616配合起来呈现出基本上连续的表面。当这些轴被如此排布时，内管中的片状件618基本上平行于流体的流动方向取向，且基本上垂直于外管中的片状件。因此，在所述第一极限位置，基本上密封外管604，而内管602保持开放。正因如此，外管604被基本上连续的表面所关闭。如图7所示，其示出了阻尼阀处于第二极限位置。内部片状件618被加工成型，以使得当轴614适当地旋转时，内部片状件618配合起来呈现基本上连续的表面。当这些轴被如此排布时，外管中的片状件616基本上平行于流体的流动方向取向，且基本上垂直于内管中的片状件。因此，在所述第二极限位置，基本上密封内管602，而外管604保持开放。 在所述位置处，内管602被基本上连续的表面所密封。
虽然图中未示出，在其他实施方式中，在片状件的边缘处还设置有周边凸缘。所述凸缘可能通过焊接的方式附接到片状件上，并加工成一定形状以酌情在相邻的片状件之间，在每一个片状件与中心核608和内管壁610之间，或者在每一个片状件与内管壁610和外管壁612之间形成密封。另外，所述凸缘可设有在阻尼阀800的工作温度上具有高弹性的密封件(例如Inconel 625或者Hastoloy)。现具体参阅图8中所示的热交换器800。所述热交换器在设计上与图1中所示的热交换器100类似。所述热交换器800形状大体呈圆柱形，主轴其竖直取向。所述热交换器用于通过进气管834从燃气涡轮发动机或其他类型的发动机(未示出)接收热气810，在热交换阵(未示出)中流体循环系统冷却热交换所需的气体，接着将冷却后的气体818向上输送通过出气管807排出到大气、烟@或供进一步利用。所述热交换流体836经由进流管838和出流管840流入和流出热交换阵(未示出)。一般来说，所述进流管位于热交换阵的顶部，出流管位于热交换阵的底部，然而在某些情况下，进流管和出流管的位置也可以倒置，如果多个热交换阵安装在同一热交换管中，那么进流管和出流管可能具有不同的构型。 所述热交换阵可被用于加热工艺流体，例如水、热流体、空气、燃气，或者用于产生蒸气或其他类似物。热交换器800与热交换器100的区别在于用阻尼阀600代替阻尼阀50，在工作时，控制阻尼阀800的排布以使得热交换流体836的温度维持在所需的温度。为此，轴614通过延伸部615的旋转而被驱动，以控制流经热交换阵(未示出)的热气量，所述热气量可以在以下两种极限值之间变化，其中一个极限值为当阻尼阀600如图6所示时进入所述装置的热气810基本上全部流经热交换阵，另一极限值为当阻尼阀600如图7 所示时基本上没有热气810流经该热交换阵，通过旋转延伸部615使得外部片状件616和内部片状件618取向成各个中间位置，通过的热气量处于上述两个极限值之间。虽然图6和7示出了处于两个极限位置处的阻尼阀600，但是应当理解的是，阻尼阀的位置可根据轴614的输入程度而改变，以便中间位置能够采用，从而使一些热气810得以流经旁路管(未示出)并且一些热气流经热交换管(未示出)。现参阅图9和10，其所示的阻尼阀900在工作方式和原理上与阻尼阀600相同。 图9和10的目的是为了显示百叶窗原理如何延伸至横截面非圆形的阻尼阀。在这种情况下横截面为正方形。阻尼阀900具有内管902和外管904，其中外管904围绕内管902。内管902和外管904分别对准有正方形入口的热交换器的热交换管(未示出)和旁路管(未示出)。本实施方式在内管902的中心处没有挡板，然而其也可较易地加入其中。所述内管902被限定为内管壁910内的区域。所述外管904被限定在内管壁910和外管壁912之间。为了加固内管壁910，还提供四个额外的结构壁913。这些结构壁913将外进气管分成四个部分 904a,904b,904c 以及 904d。提供通过阻尼阀900延伸的多个轴914a，穿过外管壁912、外管904、内管壁910、 内管902、内管壁910、外管904以及外管壁912。另外，提供通过阻尼阀900延伸的多个轴 914b，穿过外管壁912、外管904(包括穿过两道结构壁913)以及外管壁912。轴614以有规律的间隔设置于阻尼阀900。在内管壁910、外管壁912以及结构壁913中设有合适的开口(未示出)，作为轴91 和914b的通道。这些开口(未示出)还适合接收和保持轴承 (未示出)，例如glacier轴承。这些轴承(未示出)意味着轴914能够围绕其纵轴旋转。每一个轴91 和91 的延伸部915纵向向外延伸出外管壁912。延伸部915附着到驱动机构(未示出)上，例如用于基本上同时旋转所有轴91 和914b的控制杆。然而，可以采用任何合适的其他机构，例如设置在轴的末端区域上的齿轮等。三个不锈钢片状件可能通过焊接方式附着到每一个轴91 上，其中两个片状件设置在外管904中(外部片状件916)，另一个片状件设置在内管902中(内部片状件918)。 三个不锈钢片状件可能通过焊接方式附着到每一个轴914b上，每一个片状件都设置在外管904中(外部片状件916)，但被结构壁913隔开。位于各个管902、904中的这组片状件构成了百叶窗式结构。所有的外部片状件916都基本上互相平行取向，所有的内部片状件 918都基本上互相平行取向。然而，外部片状件916和内部片状件918之间则基本上互相垂直取向。如图8所示，外部片状件916被加工成型，以使得当轴91 和914b被旋转成使外管904中的外部片状件916朝着进入外管904的流体呈现其大片表面时，外部片状件916配合起来形成基本上连续的表面。如图9所示，内部片状件918被加工成型，以使得当轴91 被旋转成使内管902中的内部片状件918朝着进入内管902的流体呈现其大片表面时，内部片状件918配合起来形成基本上连续的表面。虽然图中未示出，但是在其他实施方式中， 还可在片状件的边缘设置周边凸缘。所述凸缘焊接到所述带状物上并加工成型，以酌情在相邻片状件之间、在每一个片状件和内管壁910之间、在外管壁912和结构壁913之间构成密封。另外，这些凸缘还可设置有在阻尼阀900的工作温度上具有高弹性的密封件(例如 Inconel 625 或者 Hastoloy)。图11至13示出了本发明又一具体实施方式
，相同的部件用相同的附图标号指示。热交换装置100有供热气10进入其中的进气管34。流过热交换装置100的气体从出气管7排出。图中示出了热交换阵(图中未示出)的排出管40，机构1100用于控制如前所述的阻尼阀。另外，在所述实施方式中，导管1102供应在装置100外周等间隔布置的六个入口 1104(从图中可见其中四个入口并被标示为110 1104d)。在本实施方式中描述的装置100以与图1中所示的方式相反的方式布置，在其中心区域处设有旁路管58，所述旁路管被热交换管59所围绕。图12中突出显示部分示出了图11中实施例的横截面。热交换管具有位于其中的热交换阵2。在该热交换装置内提供阻尼阀，可选择性地关闭热交换管或者旁路管而且受到图11中所示围绕装置100外边的机构1100的控制。每一个入口 1104延伸至热交换管中。流量控制机构1106位于导管1102内以使得导管1102可选择性地关闭或打开。排布是这样的，当装置100工作时，热交换管被阻尼阀完全关闭(因此有基本上百分之百的热气10流经通过热交换装置中心区域的旁路管)，流量控制机构1106被打开以使空气得以流经导管1102。因此(参阅图1 ，穿过旁路管58的热气通过热交换管59的出口，并由此通过因文丘里效应在热交换管59中产生了负压。由于流量控制机构1106被打开，空气通过导管1102经入口 1104吸入热交换管 1104。本发明提供冷却流体流经热交换阵2，以用于去除旁路状态下多余的热量(即基本上所有流经旁路管的热气)。这种流体的流量参见提供气流模型的图12和13，可以看出，以这种方式工作，在热交换管59内引起的流速介于6m/s和11. 5m/s之间。入口 110 内引
15起的流速高达56m/s。这样的旁路状态可能会在冷却流体流经热交换阵时发生问题的情况下存在。正因如此，该热交换状态可能作为应急情况存在(例如当热气1持续被供应时，例如涡轮机连续运行时，冷却泵无法循环冷却流体经过热交换阵)。在这种状态下，很容易想到，热量可以在该热交换装置中积聚并且大约占排出的热量的 4%。这种热量积聚可能会导致热交换装置内流体的沸腾，本领域技术人员明白上述情况应当避免。因此，通过入口 1104吸入空气可提供一种在热气流经旁路时冷却热交换阵2的方式。除了如图1 13中所示的方式，还有其他排布热交换器的内部结构的方式，可以在本发明的保护范围内开发这些方式。外壳1、热交换管以及环形流体通道58大体上为圆柱形，然而，可使用非圆形横截面的形状。只要对热交换器的内部结构作很小的修改，热交换器就还可以构型成操作在与这些图形中所示的方向相反的方向上流动的废气。热交换器最适合以所有图形中所示的竖直排布方式工作，然而，只要对热交换器的内部结构作很小的修改，其就还可以在任何其他位置上工作，包括水平和倒置。阻尼阀可以通过如上所述以及如图所示的方式的替代方式来驱动和引导，也在本发明的保护范围内。阻尼阀可以在打开状态时形成截锥形，而非圆柱形。作为另一选择，可以将阻尼阀设计成如上所述的形式，从而阻尼阀由多个片段构成，而不是一个波纹片。例如有利地使用三个片段，然而可以使用任意数量的片段，每一个扇形件都附着到驱动器上，阻尼阀以类似蛤壳的方式运行。在所述设计中，片段的长边上还需采取密封，完成所述密封可以在旁路上在挡板和热交换外壳之间使用管子用于密封，当阻尼阀对于热交换阵打开时，在热交换外壳和外壳之间使用管子用于密封。这些管子有沿着密封面的长度方向的孔，所述管可以利用其中的压缩空气来提供百分之百的密封。结合图11 13描述的进气系统可与图1 10中所示的任一实施例关联使用。同样地，结合图1 10描述的阻尼阀和阻尼阀控制机构中任何一个可与图11 13中的实施例结合使用。
权利要求
1.一种用于热气回收的热交换装置，包括有进气管，连到该进气管上的热交换管和旁路管一个围绕另一个，还包括位于所述热交换管内的热交换阵以及阻尼阀，该阻尼阀被排布成引导气体流经所述热交换装置，以使所述阻尼阀位于进气管内并具有两个位置，当处于第一位置时，所述阻尼阀提供第一连续表面，基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一位置时，所述阻尼阀提供第二连续表面，基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的另一个。
2.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，所述阻尼阀处于所述第一位置时包括截锥形外壳。
3.根据权利要求1或2所述的热交换装置，其中，所述阻尼阀处于所述第二位置时包括基本上呈圆柱形的外壳。
4.根据前述任一权利要求所述的热交换装置，其中，所述阻尼阀包括有阻尼阀表面。
5.根据权利要求4所述的热交换装置，其中，所述阻尼阀表面设有至少一个片状件。
6.根据权利要求5所述的热交换装置，其中，一个或多个所述片状件呈波纹状。
7.根据权利要求6所述的热交换装置，其中，每一个波纹呈方射状布置。
8.根据权利要求4 7中任一项所述的热交换装置，其中，所述阻尼阀表面由多个梁支撑。
9.根据权利要求8所述的热交换装置，其中，提供阻尼阀移动机构，用于使阻尼阀在所述第一位置和第二位置之间移动，并使每一个梁都连到其上的环移动。
10.根据前述任一权利要求所述的热交换装置，其中，还提供有中心核，所述旁路管和热交换管的内部围绕该中心核。
11.根据权利要求10所述的热交换装置，其中，所述中心核的端部区域提供进入所述热交换装置的流体冲撞到其上的挡板。
12.根据权利要求10或11所述的热交换装置，其中，所述中心核被排布成提供阀座，阻尼阀处于所述第一位置时靠在所述阀座上密封。
13.根据权利要求12所述的热交换装置，其中，所述阀座包括中心核中的凹口。
14.根据前述任一权利要求所述的热交换装置，其中，所述热交换装置的外壳提供阀座，阻尼阀处于所述第二位置时靠在所述阀座上密封。
15.根据权利要求18所述的热交换装置，其中，所述外壳包括提供所述阀座的台阶。
16.根据前述任一权利要求所述的热交换装置，其中，这些环形管的内部提供所述热交换管，这些环形管的外部提供所述旁路管。
17.根据权利要求1 15中任一项所述的热交换装置，其中，所述环形管的内部提供旁路管，所述环形管的外部热交换管。
18.根据前述任一权利要求所述的热交换装置，其中，所述热交换管和旁路管中至少有一个呈环形。
19.根据前述任一权利要求所述的热交换装置，其中，所述热交换管和旁路管可选择性关闭，所述热交换管和旁路管中的至少一个具有一个或多个接到其中的流体入口，其中每一个入口都排布成当其中一个管基本上关闭时流体流经另一个管，流体通过所述一个或多个入口吸入相应的管中。
20.一种排布成提供流体不渗透层的阻尼阀，从第一极限位置时的截锥形结构移动至第二极限位置时的圆柱形结构。
21.根据权利要求20所述的阻尼阀，适合用在如权利要求1 19中任一项所述的热交换装置中。
22.—种排布成从热气中回收热量的热交换装置，该装置包括可选择性关闭的热交换管和旁路管，所述热交换管和旁路管中的至少一个具有一个或多个接到其中的流体入口， 其中每一个入口都排布成当其中一个管基本上关闭时流体流经另一个管，流体通过所述一个或多个入口吸入相应的管中。
23.根据权利要求22所述的热交换装置，其中，所述热交换管具有一个或多个入口位于其中。
24.根据权利要求22或23所述的热交换装置，其中，一个或多个所述入口通过导管连接到冷却流体供应端上。
25.根据权利要求22 M中任一项所述的热交换装置，其中，所述一个或多个入口排布成流体在一个或多个所述入口接入的管内形成的负压的作用下通过所述入口吸入。
26.根据权利要求25所述的热交换装置，其中，所述热交换管和旁路管排布成流体流经其中一个管时在另一个管中产生负压。
全文摘要
一种用于热气回收的热交换装置(100)，包括有进气管(34)，连接到该进气管上的热交换管(59)和旁路管(58)一个围绕另一个，还包括位于热交换管(59)内的热交换阵(2)以及阻尼阀(50)，该阻尼阀(50)被排布成引导气体流经热交换装置(100)，以使所述阻尼阀(50)位于进气管(34)内并具有两个极限位置，当处于第一极限位置时，该阻尼阀提供第一连续表面并基本上密封来自进气管的热交换管和旁路管中的一个，当处于另一极限位置时，该阻尼阀提供第二连续表面并基本上密封来自进气管两个管子中的另一个。
文档编号F28F27/02GK102165280SQ200980138150
公开日2011年8月24日 申请日期2009年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者M·威克姆 申请人:热回收方案有限公司