一种废气再循环换热器制造技术

本发明专利技术涉及一种废气再循环换热器，包括：壳体、换热管；换热管相互平行固定在壳体中；所述换热管截面高度与宽度不相等，形状呈扁状；沿所述换热管外表面设有凹槽，所述凹槽在换热管内表面呈凸起，其形状与凹槽形状相对应，在汽车发动机废气再循环系统中使用本发明专利技术，在同等条件下可以降低汽车发动机氮氧化合物的排放量，提高汽车发动机的排放性能指标。本发明专利技术同样适用于作为涡轮增压系统的中冷器以提高发动机的性能。与板翅式换热器相比，本发明专利技术结构简单，降低了制造成本。由于本发明专利技术在换热管内壁设有的螺旋凸起状结构在增强了换热的同时，强烈的湍流运动使得污垢在管内遭到了激烈的冲蚀，不易结垢，利于清洗，降低了换热器维护成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及换热器，特别涉及一种废气再循环冷却系统用换热器，以减少汽车氮氧化合物的排放量；同样适用于作为涡轮增压系统的中冷器，以提高发动机的性能。
技术介绍
热交换器的应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空航天等各工业部门。因此热交换器的优化设计对各个行业而言尤为重要。随着世界各国对排放标准越来越严格的要求，汽车废气再循环冷却系统中的换热器至关重要。废气再循环冷却技术是在众所周知的汽车发动机废气再循环系统中，将汽车发动机所排放的部分废气通过换热器进行冷却循环再利用，经冷却的废气重新回传到发动机的燃烧室中，这样引入了不活性气体(主要是二氧化碳(CO2))到燃烧室，既可以降低燃烧室内的氮气(N2)含量，又可以降低燃烧室的温度，燃烧室内较低的温度和较少的氮气(N2)，既能使燃料充分燃烧又可使氮气(N2)与氧气(O2)的反应条件缺乏，从而达到抑制氮氧化合物(NOx)的生成和排放。因此在废气再循环系统中，备有高效的废气再循环换热器可以使汽车的排放量达到较高的标准。目前，汽车发动机废气再循环系统用的换热器有两大类。第一类是板翅式换热器，是由很多块薄板和板间的二次表面组成，二次表面既作为肋化面，又能起到管板间距并增强刚度的作用，此类换热器结构复杂、制造成本高。第二类是管壳式换热器，而管壳式换热器是在一个圆筒形壳体内设置许多平行的管子(称这些平行的管子为管束)，冷热两种流体分别从管内空间(管侧)和管外空间(壳侧)流过进行热量的交换；通常会在壳侧装置与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板；以提高流体的流速并增强扰动，提高换热效率。此类换热器结构简单，但换热效率较低；目前，基于前一种换热器，在其中设置了一种表面带有向内凸起的螺旋凹槽的横截面为圆形的换热管，换热效率相对提高了许多，但是随着汽车排放标准的要求日益严格，这种换热器的换热效果已经逐渐不能满足要求了。
技术实现思路
本专利技术的目的是为提高换热器的换热效率而提出的一种废气再循环换热器技术方案，该换热器尤其适用于汽车发动机系统中的废气再循环冷却装置或发动机涡轮增压系统的中冷器。本专利技术的技术方案是这样实现的，该换热器包括壳体、换热管；换热管相互平行固定在壳体中；所述换热管截面高度与宽度不相等，形状呈扁状；沿所述换热管外表面设有凹槽，所述凹槽在换热管内表面呈凸起，其形状与凹槽形状相对应。所述壳体两端设有管板，所述换热管管口焊接在管板上与之对应的固定孔中，且与壳体侧表面平行。所述凹槽沿换热管外表面呈螺旋式旋转设置。所述凹槽为一条或多条的连续设置或断续设置。所述螺旋升角为20～75度。所述凹槽深度大于0.4mm。所述换热管根据壳体形状呈环形或方形相互平行顺序排列固定在壳体中。所述换热管的端面在换热器的管板上以一定的角度或相互垂直设置、相互平行排列固定在壳体中。所述换热管在壳体中为顺序排列或交错排列或者是顺序排列和交错排列同时使用。所述换热器壳体中设置有折流板。本专利技术对现有技术的贡献是1.在同等条件下，即冷却器的体积和热交换介质流量不变的前提下，使用本专利技术可以提高25～40％的换热效率。2.在汽车发动机废气再循环系统中使用本专利技术，在同等条件下可以降低汽车发动机氮氧化合物(NOx)的排放量，提高汽车发动机的排放性能指标。3.与板翅式换热器相比，本专利技术结构简单，降低了制造成本。4.由于本专利技术在换热管内壁设有的螺旋凸起状结构在增强了换热的同时，强烈的湍流运动使得污垢在管内遭到了激烈的冲蚀，不易结垢，利于清洗，降低了换热器维护成本。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。附图说明图1为本专利技术所使用的截面形状为扁状的螺旋凹槽换热管与传统所使用的截面形状为圆形的螺旋凹槽换热管的换热系数和截面面积关系的实验结果比较曲线图；图2为本专利技术所使用的截面形状为扁状的螺旋凹槽换热管与传统所使用的截面形状为圆形的螺旋凹槽换热管的换热系数和热交换介质流速关系的实验结果比较曲线图；图3截面形状短边为圆弧的扁平状换热管立体视图；图4截面形状短边为圆弧的扁平状换热管侧视图；图5截面形状为矩形状的换热管立体视图；图6截面形状为矩形状的换热管侧视图；图7截面形状四边均为圆弧形的换热管立体视图；图8截面形状四边均为圆弧形的换热管侧视图；图9截面形状为椭圆形的换热管立体视图；图10截面形状为椭圆形的换热管侧视图；图11截面形状短边为圆弧的扁平状换热管在圆形壳体中的布置示意图； 图12截面形状为矩形状的换热管在矩形壳体中的布置示意图；图13截面形状四边均为圆弧形的换热管在矩形壳体中的布置示意图；图14截面形状为椭圆形的换热管在矩形壳体中的布置示意图。图15壳体中设置有折流板的换热器示意图。具体实施例方式参见图1和图2，图中1为本专利技术中使用的截面形状为扁状的螺旋凹槽换热管的换热系数与换热管截面面积的关系曲线；3为本专利技术中使用的截面形状为扁状的螺旋凹槽换热管的换热系数与热交换介质流速的关系曲线；2为圆形截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数与换热管截面面积关系曲线；4为圆形截面形状的螺旋凹槽换热管的换热系数与热交换介质流速的关系曲线。废气再循环换热器的壳体中布置截面形状为扁状带螺旋凹槽换热管与布置截面形状为圆形带螺旋凹槽换热管相比首先，在换热管截面面积不变和热交换介质流量不变的前提下，扁状管的截面周长大于圆管的截面周长，所以扁状管的换热面积大于圆管的换热面积，进而提高了整个换热器的换热面积，在保证换热器体积不变的前提下，使换热器达到了较高的换热效果；另外，废气再循环换热器中所布置的扁状带螺旋凹槽的换热管不仅比圆管的换热面积有所增加，且扁状管对比圆管，因为扁状管相对于圆管来说不是中心对称的形状，扁状带螺旋凹槽管的几何中心与管壁的距离比圆形螺旋凹槽管与管壁的距离要小，管内的大部分流体可以参与换热，且扁状管的形状使得流体的扰动增强，流体在管内的扰动更为强烈，也就增强了换热效果，从而管内流体的温度下降的快，进出口的温差增大，提高了换热效率。由图1可见相同流通截面积下，扁状截面形状带螺旋凹槽换热管的换热系数相对圆形截面形状带螺旋凹槽换热管换热系数提高很多。由图2可见随热交换介质流速的增大，扁状截面形状带螺旋凹槽换热管换热系数增长较快，而圆形截面形状带螺旋凹槽换热管的换热系数到某一时期较快趋于平稳。参见图3图4，其中，换热管5为不锈钢管体，表面有一条向内凸起的螺旋旋转凹槽51；换热管5截面形状为扁平状，两个相对的短边52为由内向外呈弧形凸起，且与长边53为圆弧形过渡连接，这样的设置充分利用换热管的表面来实现最大效率的热交换，且易于生产加工；该螺旋凹槽51为一条，也可以是多条；该螺旋凹槽51沿换热管5的表面连续设置，也可以为断续设置；螺旋凹槽51的截面形状为“U”形，也可以设置为“V”形，利于小尺寸形面的生成；凹槽51的螺旋升角54为25度，可以设置在20～75度之间；凹槽51的深度为1mm，设置应不小于0.4mm。参见图5、图6，换热管5截面形状为矩形，且相邻的两边之间为圆弧过渡连接。其余部分与扁平状换热管相同。这样的结构设置，便于生产加工。参见图7、图8，该换热管5截面形状在扁平状换热管的基础上，将两个相对的长边53设置为呈由内向外凸起的弧形，即将不锈钢换热管5的四个表面均设置成由内向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废气再循环换热器，其特征在于，该换热器包括：壳体、换热管；换热管相互平行固定在壳体中；所述换热管截面高度与宽度不相等，形状呈扁状；沿所述换热管外表面设有凹槽，所述凹槽在换热管内表面呈凸起，其形状与凹槽形状相对应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景建周，景建坤，杨晓瑷，汤俊洁，沈董浩，
申请(专利权)人：北京美联桥科技发展有限公司，锦州美联桥汽车部件有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]