輻射熱排放裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于大型內(nèi)燃機(jī)(10)的輻射熱排放裝置(30)，該裝置可包括蓋(32)。蓋(32)可以被配置為覆蓋內(nèi)燃機(jī)(10)的出口歧管(18)，蓋(32)和出口歧管(18)之間留有空隙。蓋(32)可具有至少一個出口孔(36)。輻射熱排放裝置(30)還可以包括空氣管道(38)和風(fēng)扇(46)?？諝夤艿?38)可以流體地連接到蓋(32)的至少一個出口孔(36)，并且風(fēng)扇(46)可以流體連接到空氣管道(38)。
【專利說明】輻射熱排放裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，更具體地涉及海洋船舶、發(fā)電廠或海上應(yīng)用的大型內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機(jī)的操作中，燃料在發(fā)動機(jī)的燃燒單元中燃燒產(chǎn)生大量的熱量。熱量傳遞到燃燒單元的外表面。因此，這些外表面的溫度升高。類似地，熱排氣加熱排氣系統(tǒng)。例如，排氣出口歧管可通過來自燃燒單元的熱排氣進(jìn)行加熱。
[0003]熱表面可具有散布在熱表面的精分散的燃料和/或油自燃的危險性。自燃可引發(fā)致命的爆燃，這可危害人類，并可導(dǎo)致原油和燃油泄漏，因此可能造成發(fā)動機(jī)室火災(zāi)。此外，熱表面會造成皮膚灼傷的嚴(yán)重危險。
[0004]按照國際船級社協(xié)會(IACS)、挪威船級社(DNV)和國際海上人命安全公約(SOLAS)的規(guī)定，表面溫度超過220°C的發(fā)動機(jī)表面必須隔熱。
[0005]舉例來說，眾所周知，應(yīng)對內(nèi)燃機(jī)的排氣出口歧管隔熱，以削弱220°C的調(diào)節(jié)性最高表面溫度。然而，排氣出口歧管所用的一般隔熱的成本較高。
[0006]此外，表面隔熱可導(dǎo)致發(fā)動機(jī)內(nèi)的熱積累，這可對發(fā)動機(jī)部件產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，眾所周知，特別是對于V型發(fā)動機(jī)，熱積累會導(dǎo)致曲軸偏轉(zhuǎn)。
[0007]更進(jìn)一步地，發(fā)動機(jī)室中至少一個發(fā)動機(jī)可以被設(shè)置，溫度可升高，因此，可能需要另外的發(fā)動機(jī)室通風(fēng)。否則，在發(fā)動機(jī)室工作的技術(shù)人員可能會遭受房間高溫。
[0008]發(fā)動機(jī)冷卻裝置的實例在JP540377713U、JP59035634U、US5284115A、EP2192281A1和EP0345144A1中公開。
[0009]本公開旨在至少部分地改善或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個或多個方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本公開的一個方面，一種輻射熱排放裝置可配置為用在包括出口歧管的大型內(nèi)燃機(jī)中。輻射熱排放裝置可包括:蓋，其被配置為安裝在大型內(nèi)燃機(jī)上和覆蓋內(nèi)燃機(jī)的出口歧管，蓋和出口歧管之間留有空隙，蓋具有至少一個出口孔和包括圓周下邊緣，該圓周下邊緣形狀使得圓周下邊緣的至少某些部分相對于大型內(nèi)燃機(jī)限定出進(jìn)氣間隙，空氣管道，其具有至少一個進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口流體地連接到蓋的至少一個出口孔和排氣口，以及風(fēng)扇，其流體地連接到排氣口。
[0011]根據(jù)本公開的另一個方面，一種輻射熱排放裝置可被配置成在大型內(nèi)燃機(jī)中使用，所述大型內(nèi)燃機(jī)可以包括出口歧管。輻射熱排放裝置可包括蓋，該蓋可被配置成覆蓋內(nèi)燃機(jī)的出口歧管，蓋和出口歧管之間留有空隙。蓋可具有至少一個出口孔。輻射熱排放裝置還可以包括空氣管道，所述空氣管道可以具有排氣口和至少一個進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口可流體地連接到蓋的至少一個出口孔。輻射熱排放裝置可進(jìn)一步包括可流體連接到排氣口的風(fēng)扇。
[0012]根據(jù)本公開的另一個方面，大型內(nèi)燃機(jī)可以包括輻射熱排放裝置和煙囪。煙囪可以流體地連接到下游的輻射熱排放裝置。
[0013]根據(jù)本公開的又一個方面，一種發(fā)電廠可包括發(fā)動機(jī)室以及可以布置在發(fā)動機(jī)室中的至少一個大型內(nèi)燃機(jī)。所述至少一個大型內(nèi)燃機(jī)可以包括輻射熱排放裝置。
[0014]根據(jù)本公開的又一個方面，一種用于大型內(nèi)燃機(jī)的輻射熱排放的方法可包括:操作大型內(nèi)燃機(jī)，該大型內(nèi)燃機(jī)包括出口歧管；收集蓋下方的加熱的環(huán)境空氣，蓋和出口歧管間布置有空隙，蓋被配置為安裝在大型內(nèi)燃機(jī)上，并包括圓周下邊緣，該圓周下邊緣的形狀使得所述圓周下邊緣的至少某些部分相對于大型內(nèi)燃機(jī)限定出進(jìn)氣間隙；通過蓋中的至少一個出口孔將加熱的環(huán)境空氣從蓋和出口歧管之間的空間中除去。
[0015]根據(jù)本公開的又一個方面，一種用于大型內(nèi)燃機(jī)的輻射熱排放的方法可以包括:操作該大型內(nèi)燃機(jī)。大型內(nèi)燃機(jī)可以包括出口歧管。該方法還可以包括:收集蓋下方的加熱的環(huán)境空氣，蓋和出口歧管間布置有空隙。該方法還可以包括:通過蓋中的至少一個出口孔將加熱的環(huán)境空氣從蓋和出口歧管之間的空間中除去。
[0016]本公開的其它特征和方面將通過下面的描述和附圖變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1示出內(nèi)燃機(jī)的示意圖，帶有覆蓋出口歧管的蓋；和
[0018]圖2示出內(nèi)燃機(jī)的示意圖，帶有覆蓋出口歧管的蓋。

【具體實施方式】
[0019]下面是本公開的示例性實施例的詳細(xì)描述。其中附圖中所描述的和所示的示例性實施例旨在教導(dǎo)本公開的原理，從而使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠在許多不同的環(huán)境和許多不同的應(yīng)用中實施和使用本公開。因此，該示例性實施例，并不旨在，而不應(yīng)被視為，專利保護(hù)的范圍的限制性說明。相反，專利保護(hù)的范圍由所附的權(quán)利要求書來限定。
[0020]本公開可以部分基于這樣的事實，內(nèi)燃機(jī)的出口歧管的隔熱可以不具有成本效率，并且可以具有各種副作用。例如，在發(fā)動機(jī)內(nèi)的熱積累有可能由于發(fā)動機(jī)缸體的熱膨脹導(dǎo)致曲軸偏轉(zhuǎn)，并且發(fā)動機(jī)室溫度可能會升高，并且可能需要增加發(fā)動機(jī)室通風(fēng)。
[0021]因此，人們提出了通過以成本效益的方式提供輻射熱排放裝置以冷卻出口歧管的熱表面，能夠可靠地減少在發(fā)動機(jī)內(nèi)的熱積累，和/或發(fā)動機(jī)室的高溫。
[0022]輻射熱排放裝置的示例性實施例包括蓋、空氣管道和風(fēng)扇，參照下面圖1和圖2進(jìn)行說明。
[0023]內(nèi)燃機(jī)10可包括燃燒單元12，帶有一個或多個汽缸和相關(guān)聯(lián)的燃燒室14，以及輻射熱排放裝置30。
[0024]燃燒單元12可以是，例如，柴油、重油、原油，和/或氣動力的燃燒單元。汽缸可布置成，例如，直列、V型、W型，或任何其它已知的配置。
[0025]燃燒單元12還可以包括進(jìn)氣歧管16。進(jìn)氣歧管16可連接到空氣增壓系統(tǒng)20。該空氣增壓系統(tǒng)20可包括空氣增壓系統(tǒng)中的一個或多個階段。
[0026]燃燒單元12還可以包括出口歧管18。出口歧管18可以連接到排氣系統(tǒng)20。排氣系統(tǒng)20可以包括排氣處理裝置，如催化劑和過濾器，和/或排氣渦輪機(jī)，該排氣渦輪機(jī)可驅(qū)動地聯(lián)接到空氣增壓系統(tǒng)20的壓縮機(jī)。
[0027]輻射熱排放裝置30可包括蓋32。蓋32可覆蓋大型內(nèi)燃機(jī)10的出口歧管18，蓋32和出口歧管18之間留有空隙，使得中空空間被限定。
[0028]蓋32可進(jìn)一步包括至少一個出口孔36。
[0029]在一些實施例中，蓋32可包括圓周下邊緣33。該圓周下邊緣33的形狀可以使得圓周下邊緣33的至少某些部分可以相對于內(nèi)燃機(jī)10限定出進(jìn)氣間隙34。
[0030]在一些實施例中，蓋32可被配置和構(gòu)造為僅從一側(cè)覆蓋大型內(nèi)燃機(jī)10的出口歧管18。蓋32可被安裝在大型內(nèi)燃機(jī)10上。
[0031]空氣管道38可以包括至少一個進(jìn)氣口 40，以及排氣口 42。進(jìn)氣口 40可以流體地連接到蓋32的至少一個出口孔36。
[0032]在一些實施例中，至少一個出口孔36可以被配置用作接合構(gòu)件以運(yùn)輸蓋32，例如，圍繞出口孔36的區(qū)域可以用加強(qiáng)肋或鋼筋加固。
[0033]在一些實施例中，至少一個出口孔36可以被配置以插入接合構(gòu)件，用于在組裝狀態(tài)下的大型內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)輸，其中空氣管道38還沒有連接到至少一個出口孔36。所述接合構(gòu)件接合大型內(nèi)燃機(jī)10各自的卡合對應(yīng)，并且可以通過至少一個出口孔36進(jìn)入，用于連接到例如運(yùn)輸鏈，該運(yùn)輸鏈又連接到起重機(jī)。
[0034]在一些實施例中，至少一個副空氣管道44可流體地互連蓋32的至少一個出口孔36和空氣管道38的至少一個進(jìn)氣口 40。
[0035]風(fēng)扇46可流體連接到空氣管道38的排氣口 42。
[0036]在一些實施例中，熱交換器48可以流體連接到風(fēng)扇46。熱交換器48還可以連接到熱量需求系統(tǒng)或熱量回收系統(tǒng)。
[0037]在一些實施例中，熱量需求系統(tǒng)可以是，例如，游泳池或暖氣片。
[0038]在一些實施例中，煙囪50可以流體地連接下游的熱交換器48，和/或風(fēng)扇46。
[0039]在一些實施例中，蓋32可進(jìn)一步包括多個被配置成將空氣從蓋32外引導(dǎo)至蓋32下方的空間，這些空氣可在蓋32的下面被加熱，并且通過風(fēng)扇46引導(dǎo)出蓋32。例如，所述入口孔可布置在蓋32周圍的較低的圓周區(qū)域的一部分。
[0040]工業(yè)實用性
[0041]在下文中，內(nèi)燃機(jī)的上述示例性實施例的基本操作參照圖1說明。
[0042]在大型內(nèi)燃機(jī)10正常運(yùn)行時，燃料和燃燒空氣可被提供至并在燃燒單元12中燃燒。在填充到燃燒單元12的燃燒室14之前，燃燒空氣可通過空氣增壓系統(tǒng)20的一個或多個階段進(jìn)行壓縮。
[0043]燃燒后，熱排氣可通過出口歧管18離開大型內(nèi)燃機(jī)10的燃燒單元12，到達(dá)排氣系統(tǒng)22。
[0044]通過出口歧管18的排氣可以是非常熱的，例如，500°C或更高的溫度。出口歧管18可將熱排氣的熱量傳遞到其外表面上。出口歧管18的外表面可以將熱傳遞到可位于出口歧管18和蓋32之間的空隙的周圍的環(huán)境空氣。
[0045]風(fēng)扇46可將位于出口歧管18和蓋32之間的空隙的加熱的環(huán)境空氣輸送通過蓋32的至少一個出口孔36。加熱的環(huán)境空氣也可以通過空氣管道38輸送離開出口歧管18。
[0046]同時，冷的環(huán)境空氣可通過進(jìn)氣間隙34由風(fēng)扇46吸入。流入的環(huán)境空氣的溫度可低于出口歧管18的外表面溫度，并且可以通過氣流傳輸出口歧管18的輻射熱。
[0047]在一些實施例中，風(fēng)扇46可將加熱的環(huán)境空氣輸送至熱交換器48。熱交換器48可將源自蓋32下面的加熱的環(huán)境空氣的熱量傳輸?shù)綗崃啃枨笙到y(tǒng)。例如，熱量需求系統(tǒng)可能是暖氣片。
[0048]在一些實施例中，風(fēng)扇46可通過煙囪50將來自蓋32下面的加熱的環(huán)境空氣輸送到外界中。例如，煙囪50可以布置在發(fā)動機(jī)室之外，其中，可以操作至少一個大型內(nèi)燃機(jī)10，所述至少一個大型內(nèi)燃機(jī)包括輻射熱排放裝置30。這樣的發(fā)動機(jī)室可以位于船舶、發(fā)電廠或石油鉆井平臺。
[0049]下面對大型內(nèi)燃機(jī)的輻射熱排放的方法進(jìn)行說明。
[0050]一種大型內(nèi)燃機(jī)30可以進(jìn)行操作。在操作期間，熱排氣可通過出口歧管18離開燃燒單元12，并可能會在通過出口歧管18的同時升高其溫度。
[0051]環(huán)境空氣可被收集在蓋32的下面，該蓋和出口歧管18之間布置有空隙。環(huán)境空氣可通過加熱的出口歧管18傳輸?shù)臒崃可郎亍?br> [0052]來自蓋32和出口歧管18之間的空間的加熱的環(huán)境空氣可以被去除。加熱的環(huán)境空氣可通過在蓋32中的至少一個出口孔36被去除。
[0053]此外，來自蓋32和出口歧管18之間的空間的加熱的環(huán)境空氣可以由冷的環(huán)境空氣代替。冷的環(huán)境空氣可通過至少一個進(jìn)氣間隙34流入到蓋32和出口歧管18之間的空間。
[0054]在一些實施例中，來自蓋32和出口歧管18之間的空間的加熱的環(huán)境空氣可以被輸送到熱交換器48，以便可以將加熱的環(huán)境空氣的熱量傳輸?shù)綗崃啃枨笙到y(tǒng)。
[0055]在一些實施例中，在熱量傳輸后，或取代熱量傳輸，來自蓋32和出口歧管18之間的空間的加熱的環(huán)境空氣可被釋放到外界中。這可以例如通過煙囪50完成。
[0056]一般而言，如本文中所使用的術(shù)語“內(nèi)燃機(jī)”沒有特別限制，并且包括任何發(fā)動機(jī)，其中發(fā)生伴有氧化劑的燃料的燃燒，以產(chǎn)生高溫高壓氣體，這些氣體可被直接應(yīng)用到發(fā)動機(jī)的可動部件，如活塞或渦輪葉片，并且使其移動一段距離，從而產(chǎn)生機(jī)械能。因此，如本文所用的術(shù)語“內(nèi)燃機(jī)”包括活塞式發(fā)動機(jī)和渦輪機(jī)。
[0057]在本文中，術(shù)語“大型內(nèi)燃機(jī)”可以指內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)可以被用作固定式電力提供系統(tǒng)的主發(fā)動機(jī)或輔助發(fā)動機(jī)，如產(chǎn)生熱量和/或電力的發(fā)電廠，以及用在船舶/艦艇中，如巡洋艦班船、貨船、集裝箱船和油輪。內(nèi)燃機(jī)的燃料可包括柴油、船用柴油、重油、替代燃料或它們的混合物，以及天然氣。該發(fā)動機(jī)可以包括多達(dá)20個汽缸，并且可以具有的功率輸出超過500千瓦/缸。該發(fā)動機(jī)輻射熱的范圍可以為100千瓦(小型發(fā)動機(jī))至高達(dá)700千瓦(具有多達(dá)20個汽缸的大型發(fā)動機(jī))。例如，一個12缸V型發(fā)動機(jī)可以具有的功率輸出為12000千瓦，輻射熱在500千瓦的范圍內(nèi)。
[0058]雖然已在本文中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但可以結(jié)合一些改進(jìn)和修改，而不脫離以下權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠在大型內(nèi)燃機(jī)(10)中使用的輻射熱排放裝置(30)，該大型內(nèi)燃機(jī)包括出口歧管(18)，所述輻射熱排放裝置(30)包括: 蓋(32)，其能夠安裝在大型內(nèi)燃機(jī)(10)上并覆蓋所述內(nèi)燃機(jī)(10)的出口歧管(18)，所述蓋(32)和所述出口歧管(18)之間留有空隙，所述蓋(32)具有至少一個出口孔(36)，并且所述蓋(32)包括圓周下邊緣(33)，該圓周下邊緣的形狀使得所述圓周下邊緣(33)的至少一些部分相對于大型內(nèi)燃機(jī)(10)限定出進(jìn)氣間隙(34)； 空氣管道(38)，其具有流體地連接到所述蓋(32)的所述至少一個出口孔(36)和排氣口(42)的至少一個進(jìn)氣口(40);以及 風(fēng)扇(46)，其流體地連接到所述排氣口(42)。
2.一種能夠在大型內(nèi)燃機(jī)(10)中使用的輻射熱排放裝置(30)，其中，該大型內(nèi)燃機(jī)包括出口歧管(18)，所述輻射熱排放裝置(30)包括: 蓋(32)，其能夠覆蓋所述內(nèi)燃機(jī)(10)的出口歧管(18)，所述蓋(32)和所述出口歧管(18)之間留有空隙，所述蓋(32)具有至少一個出口孔(36)； 空氣管道(38)，其具有流體地連接到所述蓋(32)的至少一個出口孔(36)和排氣口(42)的至少一個進(jìn)氣口(40);以及 風(fēng)扇(46)，其流體地連接到所述排氣口(42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射熱排放裝置(30)，其中，所述蓋(32)包括圓周下邊緣(33)，所述圓周下邊緣(33)的形狀使得所述圓周下邊緣(33)的至少一些部分相對于大型內(nèi)燃機(jī)(10)限定出進(jìn)氣間隙(34)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30)，其中，還包括流體連接到所述風(fēng)扇(46)的熱交換器(48)。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30)，其中，所述蓋(32)由鋼板制成。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30)，其中，所述蓋(32)的所述至少一個出口孔(36)被配置為運(yùn)輸所述蓋(32)的接合構(gòu)件。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30)，其中，所述蓋(32)被安裝在大型內(nèi)燃機(jī)(10)上，并且所述蓋(32)的所述至少一個出口孔(36)能夠插入用于運(yùn)輸所述大型內(nèi)燃機(jī)(10)的接合構(gòu)件。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30)，其中于，進(jìn)一步包括至少一個副空氣管道(44)，該副空氣管道流體互連于所述蓋(32)的所述至少一個出口孔(36)和所述空氣管道(38)的所述至少一個進(jìn)氣口(40)之間。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30)，其中，所述大型內(nèi)燃機(jī)(10)是用于海洋船舶、發(fā)電廠或海上應(yīng)用的大型柴油、重油、原油，或雙燃料內(nèi)燃機(jī)。
10.一種大型內(nèi)燃機(jī)(10)，包括: 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的輻射熱排放裝置(30);和 煙囪(50)，其流體地連接到下游的所述輻射熱排放裝置(30)。
11.一種發(fā)電廠，包括: 發(fā)動機(jī)室； 至少一個大型內(nèi)燃機(jī)(10)，其布置在所述發(fā)動機(jī)室中，其中，所述至少一個大型內(nèi)燃機(jī)(10)包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的輻射熱排放裝置(30);和煙囪(50)，其流體地連接到下游的所述輻射熱排放裝置(30)。
12.—種用于大型內(nèi)燃機(jī)(30)的輻射熱排放的方法，包括:操作大型內(nèi)燃機(jī)(30)，該大型內(nèi)燃機(jī)包括出口歧管(18)； 收集蓋(32)下方的加熱的環(huán)境空氣，所述蓋和出口歧管(18)間保留空隙，所述蓋(32)能夠安裝在大型內(nèi)燃機(jī)(10)上，并包括圓周下邊緣(33)，該圓周下邊緣的形狀使得所述圓周下邊緣(33)的至少一些部分相對于大型內(nèi)燃機(jī)(10)限定出進(jìn)氣間隙(34);以及 通過所述蓋(32)中的至少一個出口孔(36)將所述加熱的環(huán)境空氣從所述蓋(32)和所述出口歧管(18)之間的空間中除去。
13.一種用于大型內(nèi)燃機(jī)(30)的輻射熱排放的方法，包括: 操作所述大型內(nèi)燃機(jī)(30)，該大型內(nèi)燃機(jī)包括出口歧管(18)； 收集蓋(32)下方的加熱的環(huán)境空氣，所述蓋和所述出口歧管(18)間保留有空隙；以及通過所述蓋(32)中的至少一個出口孔(36)將所述加熱的環(huán)境空氣從所述蓋(32)和所述出口歧管(18)之間的空間中除去。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的輻射熱排放的方法，還包括: 將所述加熱的環(huán)境空氣輸送到熱交換器(48);以及 將所述加熱的環(huán)境空氣的熱量轉(zhuǎn)移到熱量需求系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的輻射熱排放，還包括:輸送所述環(huán)境空氣到外界。
【文檔編號】F01P5/02GK104271907SQ201380024531
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】K·埃夫納 申請人:卡特彼勒發(fā)動機(jī)有限責(zé)任兩合公司