一种废气冷却装置发明专利

专利名称：一种废气冷却装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010761502.1

专利申请（专利权）人：中船动力研究院有限公司
权利人地址：上海市浦东新区临港新城新元南路600号1号厂房408室

专利发明（设计）人：黄晶晶,张文博

专利摘要：本发明涉及废气处理技术领域，公开一种废气冷却装置。该废气冷却装置包括冷却箱、冷却管组件、喷淋组件和除雾器，其中，冷却箱内底部盛放有第一冷却液，冷却箱上设置有相互连通的进气口和出气口，进气口设置在冷却箱的侧壁，且位于第一冷却液的上方，出气口设置在冷却箱的上部，用于连通压缩机，在进气口和出气口之间依次设置有冷却管组件、喷淋组件和除雾器，冷却管组件内部设置有第二冷却液，喷淋组件能够向下喷洒第三冷却液，经过第一冷却液、冷却管组件和喷淋组件冷却后的废气能够通过除雾器气液分离后进入压缩机。该废气冷却装置能够充分冷却废气，提高换热效率以及减小设备占地面积。

主权利要求：
1.一种废气冷却装置，其特征在于，包括冷却箱(1)，以及设置于所述冷却箱(1)内的冷却管组件(2)、喷淋组件(3)和除雾器(4)；
所述冷却箱(1)内底部盛放有第一冷却液(13)，所述冷却箱(1)上设置有相互连通的进气口(11)和出气口(12)，所述进气口(11)设置在所述冷却箱(1)的侧壁，且位于所述第一冷却液(13)液面的上方，所述出气口(12)设置在所述冷却箱(1)的上部，用于连通压缩机；
在所述进气口(11)和所述出气口(12)之间由下到上依次设置有所述冷却管组件(2)、所述喷淋组件(3)和所述除雾器(4)；
所述冷却管组件(2)内部设置有第二冷却液；
所述喷淋组件(3)能够向下喷洒第三冷却液；
将所述喷淋组件(3)设置在所述冷却管组件(2)的上方，所述喷淋组件(3)向下喷洒的第三冷却液在下落到所述冷却箱(1)底部的过程中，能够同时对所述冷却管组件(2)进行降温和清洗；
经过所述第一冷却液(13)、所述冷却管组件(2)和所述喷淋组件(3)冷却后的废气能够通过所述除雾器(4)气液分离后进入所述压缩机；
所述废气冷却装置还包括气流均布板(5)，所述气流均布板(5)设置在所述进气口(11)和所述冷却管组件(2)之间，所述气流均布板(5)上设置有风孔(51)，所述风孔(51)的孔径按照向远离所述进气口(11)的方向依次减小；
所述废气冷却装置还包括循环组件(6)，所述循环组件(6)包括循环管路(61)和循环水泵(62)，所述循环管路(61)的一端连通于所述冷却箱(1)，另一端连通于所述喷淋组件(3)的入口，所述循环水泵(62)设置于所述循环管路(61)上，所述循环组件(6)能够将所述第一冷却液(13)导入到所述喷淋组件(3)中。
2.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，所述冷却管组件(2)包括冷却盘管(21)，所述冷却盘管(21)沿竖直方向呈螺旋形分布于所述冷却箱(1)的内部。
3.根据权利要求2所述的废气冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管(21)的数量有多个，多个所述冷却盘管(21)沿水平方向平行且间隔分布。
4.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，所述喷淋组件(3)包括喷淋主管(31)和多个第一喷嘴(32)，所述喷淋主管(31)设置于所述冷却箱(1)的内部，多个所述第一喷嘴(32)沿所述喷淋主管(31)的轴向间隔设置，并均与所述喷淋主管(31)相通。
5.根据权利要求4所述的废气冷却装置，其特征在于，所述喷淋组件(3)还包括第二喷嘴(34)和多个喷淋支管(33)，多个所述喷淋支管(33)沿所述喷淋主管(31)的轴向间隔设置于所述喷淋主管(31)上，并均与所述喷淋主管(31)相通，每个所述喷淋支管(33)上均设置有所述第二喷嘴(34)，所述第二喷嘴(34)与对应的所述喷淋支管(33)相通。
6.根据权利要求5所述的废气冷却装置，其特征在于，所述喷淋组件(3)还包括多个隔板(35)，所述隔板(35)位于所述喷淋主管(31)的下方，多个所述隔板(35)沿所述喷淋主管(31)的轴向间隔排布，每个所述隔板(35)均位于相邻两个所述喷淋支管(33)之间。
7.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，所述进气口(11)连通有进气管(14)，所述进气管(14)朝向所述冷却箱(1)的底部倾斜。
8.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，在所述循环管路(61)上还连接有换热器(7)。 说明书 : 一种废气冷却装置技术领域[0001] 本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种废气冷却装置。背景技术[0002] 在目前对排放控制日益严格的情况下，双燃料发动机越来越受到市场的青睐，为了减少气体模式下的能耗、降低甲烷逃逸率以及改善燃烧稳定性，需要将一部分的发动机排放出的废气经过处理后重新引入压缩机，但是压缩机如果吸入温度过高的气体，会减少排气量，压缩机也会有损伤，所以在废气进入压缩机之前需要对其进行充分冷却。[0003] 现有技术中的废气冷却装置通常包括箱体和设置于箱体内的喷淋组件，高温废气进入箱体后，喷淋组件通过喷洒喷淋液，使喷淋液与高温废气接触实现废气的冷却，同时，喷淋液通过换热器进行冷却，换热器内的冷却液通常使用海水，采用这种方式，换热效率低，冷却效果不好，为了提高换热效率，在喷淋组件对废气冷却的阶段和海水对喷淋液降温的阶段分别需要设置多个喷淋组件和多个换热器，造成设备占地空间大。发明内容[0004] 基于以上所述，本发明的目的在于提供一种废气冷却装置，能够对废气进行多次冷却，冷却效率较高以及设备占地空间较小。[0005] 为达上述目的，本发明采用以下技术方案：[0006] 一种废气冷却装置，包括冷却箱，以及设置于所述冷却箱内的冷却管组件、喷淋组件和除雾器；[0007] 所述冷却箱内底部盛放有第一冷却液，所述冷却箱上设置有相互连通的进气口和出气口，所述进气口设置在所述冷却箱的侧壁，且位于所述第一冷却液液面的上方，所述出气口设置在所述冷却箱的上部，用于连通压缩机；[0008] 在所述进气口和所述出气口之间由下到上依次设置有所述冷却管组件、所述喷淋组件和所述除雾器；[0009] 所述冷却管组件内部设置有第二冷却液；[0010] 所述喷淋组件能够向下喷洒第三冷却液；[0011] 经过所述第一冷却液、所述冷却管组件和所述喷淋组件冷却后的废气能够通过所述除雾器气液分离后进入所述压缩机。[0012] 作为一种废气冷却装置的优选方案，所述冷却管组件包括冷却盘管，所述冷却盘管沿竖直方向呈螺旋形分布在所述冷却箱的内部。[0013] 作为一种废气冷却装置的优选方案，所述冷却盘管的数量有多个，多个所述冷却盘管沿水平方向平行且间隔分布。[0014] 作为一种废气冷却装置的优选方案，所述喷淋组件包括喷淋主管和多个第一喷嘴，所述喷淋主管设置于所述冷却箱的内部，多个所述第一喷嘴沿所述喷淋主管的轴向间隔设置，并均与所述喷淋主管相通。[0015] 作为一种废气冷却装置的优选方案，所述喷淋组件还包括第二喷嘴和多个喷淋支管，所述多个喷淋支管沿所述喷淋主管的轴向间隔设置于所述喷淋主管上，并均与所述喷淋主管相通，每个所述喷淋支管上均设置有所述第二喷嘴，所述第二喷嘴与对应的所述喷淋支管相通。[0016] 作为一种废气冷却装置的优选方案，所述喷淋组件还包括多个隔板，所述隔板位于所述喷淋主管的下方，多个所述隔板沿所述喷淋主管的轴向间隔排布，每个所述隔板均位于相邻两个所述喷淋支管之间。[0017] 作为一种废气冷却装置的优选方案，所述进气口连通有进气管，所述进气管朝向所述冷却箱的底部倾斜。[0018] 作为一种废气冷却装置的优选方案，还包括气流均布板，所述气流均布板设置在所述进气口和所述冷却管组件之间，所述气流均布板上设置有风孔，所述风孔的孔径按照向远离所述进气口的方向依次减小。[0019] 作为一种废气冷却装置的优选方案，还包括循环组件，所述循环组件包括循环管路和循环水泵，所述循环管路一端连通于所述冷却箱，另一端连通于所述喷淋组件的入口，所述循环水泵设置于所述循环管路上，所述循环组件能够将所述第一冷却液导入到所述喷淋组件中。[0020] 作为一种废气冷却装置的优选方案，在所述循环管路上还连接有换热器。[0021] 本发明的有益效果为：[0022] 本发明提供一种废气冷却装置，该废气冷却装置包括冷却箱、冷却管组件、喷淋组件和除雾器，高温废气通过进气口进入冷却箱，与冷却箱内底部盛放的第一冷却液相接触进行第一次冷却，经过第一次冷却后的废气向上移动过程中，与内部设置有第二冷却液的冷却管组件进行换热，以实现第二次冷却，废气还能够通过喷淋组件向下喷洒的第三冷却液进行第三次冷却，从而使得高温废气在进入压缩机之前得到充分的冷却，冷却效果较好；通过将喷淋组件设置在冷却管组件的上方，喷淋组件向下喷洒的第三冷却液在下落到冷却箱底部的过程中，能够同时对冷却管组件进行降温和清洗，不仅保证了冷却管组件的换热效果，还能够避免冷却管组件表面结渣；通过在喷淋组件和出气口之间设置除雾器，完成冷却后的废气在进入压缩机之前能够通过除雾器将废气中的液滴分离，可以防止液滴进入到压缩机内，损害压缩机的阀片和动力部件。相较于现有技术，该废气冷却装置通过增设第一冷却液和冷却管组件，减少了循环冷却水的喷淋量，节约了能耗以及减小了设备占地空间。附图说明[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。[0024] 图1是本发明实施例提供的废气冷却装置的结构示意图；[0025] 图2是本发明实施例提供的废气冷却装置的喷淋组件的结构示意图；[0026] 图3是本发明实施例提供的废气冷却装置的气流均布板的结构示意图。[0027] 图中：[0028] 1‑冷却箱；11‑进气口；12‑出气口；13‑第一冷却液；14‑进气管；[0029] 2‑冷却管组件；21‑冷却盘管；22‑第一冷却管；23‑第二冷却管；[0030] 3‑喷淋组件；31‑喷淋主管；32‑第一喷嘴；33‑喷淋支管；34‑第二喷嘴；35‑隔板；[0031] 4‑除雾器；[0032] 5‑气流均布板；51‑风孔；[0033] 6‑循环组件；61‑循环管路；62‑循环水泵；[0034] 7‑换热器；71‑第四冷却液入口；72‑第四冷却液出口。具体实施方式[0035] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。[0036] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0037] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0038] 在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。[0039] 如图1所示，本实施例提供一种废气冷却装置，该废气冷却装置包括冷却箱1，以及设置于冷却箱1内的冷却管组件2、喷淋组件3和除雾器4，其中，冷却箱1内底部盛放有第一冷却液13，冷却箱1上设置有相互连通的进气口11和出气口12，进气口11设置在冷却箱1的侧壁，且位于第一冷却液13液面的上方，出气口12设置在冷却箱1的上部，用于连通压缩机；在进气口11和出气口12之间由下到上依次设置有冷却管组件2、喷淋组件3和除雾器4；冷却管组件2内部设置有第二冷却液；喷淋组件3能够向下喷洒第三冷却液；经过第一冷却液13、冷却管组件2和喷淋组件3冷却后的废气能够通过除雾器4气液分离后进入压缩机。优选地，除雾器4为管式除雾器，能有效除去液滴，防止堵塞。当然，在其他实施例中，除雾器4还可以是其他类型且能够实现对废气进行气液分离的除雾设备，本申请不做限定。[0040] 本实施例提供的废气冷却装置，该废气冷却装置包括冷却箱1、冷却管组件2、喷淋组件3和除雾器4，高温废气通过进气口11进入冷却箱1，与冷却箱1内底部盛放的第一冷却液13相接触进行第一次冷却，经过第一次冷却后的废气向上移动过程中，与内部设置有第二冷却液的冷却管组件2进行换热，以实现第二次冷却，废气还能够通过喷淋组件3向下喷洒的第三冷却液进行第三次冷却，从而使得高温废气在进入压缩机之前得到充分的冷却，冷却效果较好；通过将喷淋组件3设置在冷却管组件2的上方，喷淋组件3向下喷洒的第三冷却液在下落到冷却箱1底部的过程中，能够同时对冷却管组件2进行降温和清洗，不仅保证了冷却管组件2的换热效果，还能够避免冷却管组件2表面结渣；通过在喷淋组件3和出气口12之间设置除雾器4，完成冷却后的废气在进入压缩机之前能够通过除雾器4将废气中的液滴分离，可以防止液滴进入到压缩机内，损害压缩机的阀片和动力部件。相较于现有技术，该废气冷却装置通过增设第一冷却液13和冷却管组件2，减少了循环冷却水的喷淋量，节约了能耗以及减小了设备占地空间。[0041] 具体地，进气口11连通有进气管14，进气管14朝向冷却箱1的底部倾斜，进气管14与发动机的废气排放口相连通，进气管14用于将发动机排放的废气引入冷却箱1的内部。通过将进气管14设置为朝向冷却箱1的底部倾斜，可以避免气流直接冲击冷却箱1箱壁，减小压损，也能使进入冷却箱1的废气尽可能多的接触盛放在冷却箱1内底部的第一冷却液13，提高换热效果。优选地，本实施例的进气管14向冷却箱1的底部倾斜5‑10°，在其他实施例中，进气管14的倾斜角度可以根据进气速度和第一冷却液13液面离进气口11的距离进行调整。[0042] 进一步地，冷却管组件2包括冷却盘管21，冷却盘管21沿竖直方向呈螺旋形分布于冷却箱1的内部。优选地，冷却盘管21的数量有多个，多个冷却盘管21沿水平方向平行且间隔分布。通过将冷却盘管21螺旋设置和间隔分布，能增大冷却盘管21与废气的接触面积，提高冷却效果。[0043] 在本实施例中，由于该废气冷却装置通常应用于船只上，因此，废气冷却装置中冷却盘管21内设置的第二冷却液一般为海水，取水方便，且海水量充足。当然，在其他实施例中，冷却盘管21中的第二冷却液还可以是其他能够实现冷却效果的液体，本申请不做限定。[0044] 优选地，冷却管组件2还包括第一冷却管22和第二冷却管23，第一冷却管22的出口连通于多个冷却盘管21的入口，第二冷却管23的入口连通于多个冷却盘管21的出口，第二冷却液通过第一冷却管22的入口进入冷却管组件2，然后通过第二冷却管23的出口排出，以实现第二冷却液的循环。通过设置第一冷却管22和第二冷却管23，节省了安装空间，增大了换热面积，从而强化了冷却效果。[0045] 图2是本发明实施例提供的废气冷却装置的喷淋组件的结构示意图，如图2所示，喷淋组件3包括喷淋主管31和多个第一喷嘴32，多个第一喷嘴32沿喷淋主管31的轴向间隔设置，并均与喷淋主管31相通。优选地，第一喷嘴32为直线型空心锥形喷嘴，向下喷洒第三冷却液对废气进行接触降温。[0046] 进一步地，喷淋组件3还包括第二喷嘴34和多个喷淋支管33，多个喷淋支管33沿喷淋主管31的轴向间隔设置于喷淋主管31上，并均与喷淋主管31相通，每个喷淋支管33上均设置有第二喷嘴34，第二喷嘴34与对应的喷淋支管33相通。[0047] 优选地，喷淋主管31的两侧均设置有多个喷淋支管33，在本实施例中，分布于喷淋主管31两侧的喷淋支管33对齐设置，每个喷淋支管33上设置的第二喷嘴34为直线型空心锥形喷嘴。[0048] 当然，在其他实施例中，分布于喷淋主管31两侧的喷淋支管33也可以交错设置，每个喷淋支管33上设置的第二喷嘴34为涡旋形空心喷嘴，采用这种方式，可以保证每相邻两个分别位于喷淋主管31两侧的喷淋支管33上的第二喷嘴34的中心在一条直线上，使得喷淋主管31两侧喷洒的第三冷却液分布均匀。[0049] 为了节约经济成本，优选地，每个喷淋支管33上只设置有一个第二喷嘴34，第二喷嘴34位于喷淋支管33远离喷淋主管31的一端，多个喷淋支管33的尺寸不完全相同，不同尺寸的喷淋支管33交错设置，使得喷洒的第三冷却液分布均匀，喷淋范围广，进而使得废气尽可能多地与第三冷却液相接触，提高换热效率。[0050] 需要说明的是，涡旋空心喷嘴和直线型空心喷嘴均为现有技术，本申请不做详细叙述。[0051] 本实施例中，远离喷淋主管31入口的一端设置有固定支架，固定支架通过焊接或者螺栓连接的方式固定于冷却箱1的内壁，喷淋主管31的两侧还分别设置有平行于喷淋主管31的支管支架，支管支架两端通过焊接或者螺栓接连的方式固定于冷却箱1的内壁，喷淋支管33固定于对应侧的支管支架上，通过支管支架对喷淋支管33进行稳固。[0052] 进一步地，为了防止船舶运行时颠簸导致喷淋组件3喷洒的第三冷却液不均匀，喷淋组件3还包括多个隔板35，隔板35位于喷淋主管31的下方，多个隔板35沿喷淋主管31的轴向间隔排布，每个隔板35均位于喷淋主管31的一侧的相邻两个喷淋支管32之间。[0053] 本实施例中，向下喷洒的第三冷却液被多个隔板35分成多个区域，当船舶运行不稳时，由于有隔板35的阻挡，每个区域也会分布有第三冷却液，使得冷却效果不变。优选地，每个隔板35表面均设计成凹凸状，喷洒的第三冷却液接触隔板35的表面时，水流被多次反射，且方向不定，强化了水流扰动，增大了与废气的接触面积，有效地提高了换热效果。[0054] 图3是本发明实施例提供的气流均布板的结构示意图，如图1和图3所示，该废气冷却装置还包括气流均布板5，气流均布板5横向设置在进气口11和冷却管组件2之间，气流均布板5上设置有风孔51，风孔51能让废气通过。[0055] 由于高温废气进入冷却箱1时有一定的速度，所以远离进气口11的废气浓度高于靠近进气口11的废气浓度。优选地，风孔51的孔径按照向远离进气口11的方向依次减小，以保证废气气流更加均匀，均匀后的废气能在经过冷却组件2时更高效的换热。[0056] 进一步地，如图1所示，本实施例提供的废气冷却装置还包括循环组件6，循环组件6包括循环管路61和循环水泵62，循环管路61一端连通冷却箱1，另一端连通喷淋组件3的入口，循环水泵62设置于循环管路61上，循环组件6能够将第一冷却液13导入到喷淋组件3中。具体地，循环冷却水一般为淡水，通过循环组件6循环利用，节约水资源，避免浪费。[0057] 进一步地，在循环管路61上还连接有换热器7，具体地，该换热器7为板式换热器，换热器7内部的第四冷却液一般为海水，可以方便第四冷却液的大量取用，在板式换热器上设置有第四冷却液入口71和第四冷却液出口72，海水通过第四冷却液入口71进入换热器7，对循环淡水进行冷却后通过第四冷却液出口72排出。[0058] 本实施例中，冷却箱1的侧壁上设置有淡水出口，循环管路61的一端连通于淡水出口，第一冷却液13能够通过淡水出口进入到循环管路61中。具体而言，循环水泵62将冷却箱1底部的第一冷却液13抽取到换热器7，在换热器7中与海水进行换热，然后通过循环水泵62将冷却后的循环淡水抽送到喷淋组件3，喷淋组件3向下喷洒的第三冷却液对废气进行第三次冷却，然后降落到冷却箱1底部再重新进行循环。此外，第三冷却液在下落过程中能对隔板35、冷却盘管21以及气流均布板5进行洗刷，节省了人力清洗资源，且由于冷却盘管21的表面能保持干净，提高了换热效率，节省了能耗。[0059] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

专利地区：上海

专利申请日期：2020-07-31

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN111810324B