[发明专利]组合式热交换和流体混合设备

说明书

技术领域

本发明涉及组合式热交换和流体混合设备的领域。

背景技术

例如在机动车辆的排气系统的领域中流体混合器是众所周知的。为了使排气能够在催化转化器中进行催化反应，典型地为氨或尿素的还原剂与排气混合。例如在US2002116916中，在催化转化器的上游，栅格紧接于用于注入还原剂的注入装置布置。栅格提供排气/还原剂的混合物的均匀分布。虽然排气系统中的流体混合器和催化转化器主要用来从排气中去除诸如氧化氮的有害成分，但排气的催化反应也可以用来耗尽留在排气中的剩余燃料。如果在该过程中产生的反应热被使用，则可以提高系统的能量效率。

燃料电池被认为是具有高效率的能量转换器。在燃料电池中，例如碳氢燃料直接转变为电能和热量。为了提高能量系统的总效率，在燃料电池中产生的热量可以进一步用于加热。尤其是在高温下操作的燃料电池，诸如固体氧化燃料电池（SOFC）是用于在组合式发电和热回收装置中应用的合适的备选物。通常，热交换器被布置在加热冷流体以进一步应用的燃料电池的下游。为了操作，SOFC需要预热氧化气体，尤其是空气。该气体可以在其被引入SOFC之前在热交换器中被预热。此外，如果引入燃料电池中的燃料未被完全耗尽，则离开燃料电池的这样的贫化燃料仍包含燃料。该贫化燃料现在可以在流体混合器中与离开SOFC的热空气混合以用于氧化贫化燃料/热空气的混合物。然后该混合物被引导到热交换器中。来自热空气的热量以及来自氧化反应的反应热在热交换器中被使用。遗憾的是，这样的系统包括几个单独的部件，这些部件需要空间并且具有高生产成本，例如单独的流体混合器和单独的热交换器。另一示例包括单独的燃烧器和单独的热交换器，然而贫化燃料在所述单独的燃烧器中被混合和氧化，该单独的燃烧器放置在单独的热交换器的上游。

发明内容

因此，提供了一种考虑了现有技术的缺点的热交换和流体混合设备。尤其是，提供了一种重量减轻且节省空间并且允许降低生产成本的组合式热交换和流体混合设备。

根据本发明的组合式热交换和流体混合设备包括：

-用于引导冷流体从其通过的第一管道，所述第一管道包括冷流体入口和冷流体出口；

-用于引导热气体从其通过的第二管道，所述第二管道包括热气体入口和热气体出口；

-导热元件，所述导热元件布置在所述第一管道和所述第二管道之间，以将热量从所述热气体传递到所述冷流体，所述导热元件具有限定用于所述组合式热交换和流体混合设备中的热交换过程的最大纵向延伸部的长度；所述组合式热交换和流体混合设备还包括：

-用于引导排出流体的第三管道，所述第三管道包括用于将所述排出流体引入所述设备中的排出流体入口，以使所述排出流体与所述热气体混合并且使如此形成的排出流体/热气体的混合物在所述第二管道中发生化学反应，其中，所述第三管道设置有用于将所述排出流体从所述第三管道引入所述第二管道的一个以上的开口，其中用于将所述排出流体引入所述第二管道的所述一个以上的开口布置在用于所述组合式热交换和流体混合设备中的热交换过程的所述最大纵向延伸部内，并且所述一个以上的开口相对于所述第二管道布置在基本上相同的纵向位置处。

由导热元件分开的用于引导冷流体的第一管道和用于引导热气体的第二管道布置成用于从热气体到冷流体的热交换过程。因此，导热元件的长度限定了最大纵向延伸部，在所述最大纵向延伸部中，可以发生所述设备中的热交换过程。如果第一管道和第二管道沿导热元件的整个长度布置，则这样的最大纵向延伸部可以有效地用于从热气体到冷流体的热交换。