一种用于内燃发动机排气热能回收的热交换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于内燃发动机排气热能回收的热交换器，包括壳体、热交换管及其进、出口，所述壳体为一低沸点介质的腔体，在该腔体的腔壁上分别设有废气进、出口和一对用于低沸点介质进出的介质进、出口，位于所述腔体内的热交换管则以内燃发动机废气为高温介质，所述热交换管包括进气管和换热管，至少所述换热管采用高波波纹管制成，所述进气管设置在所述废气进口内，进气管的其中一管端用于与内燃发动机的排气口连接，另一管端则与换热管的管壁连接并相通，所述换热管的一管端封闭，另一管端则是所述壳体上的废气出口；所述低沸点介质从介质进口进入壳体内，并在其内壁与热交换管的外壁之间的空间流动，与热交换管内的高温废气进行热交换后，从所述介质出口流出热交换器。本实用新型专利技术的结构简单，制作成本低，便于推广普及，而且降低了大气环境污染和城市热污染，有利于环境保护。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种热交换器，特别是涉及一种用于内燃发动机排气热能回收的 热交换器。
技术介绍
热交换器又称换热器和换热设备，它是不同或同种工质之间传递转换能量从而实 现加热或冷却等目的的设备。热交换器一般是采用固体间壁(传热面)将不同温度的流体 隔开，也有的是两种流体在热交换器内直接接触而进行热量交换。热交换器的规格繁多，根据作用原理可分为间壁式换热器、蓄热式换热器和混合 式换热器；根据使用目的可分为冷却器、加热器、冷凝器和汽化器；根据结构材料可分为金 属材料换热器和非金属材料换热器；根据传热面的形状和结构可分为管式换热器和板式换 热器。目前，热交换器作为工质流动和传热的基本部件已经被广泛地应用于动力、制冷、 化工、能量转换等诸多领域，在保障各类工程设备正常运行中起着关键的作用。众所周知，作为热机的内燃发动机的热效率一般为18% 34%，内燃发动机工作 时，内部燃油所产生的热能，其中的一小部分用于为水循环系统散热，另外约50%的热能从 发动机的排气口排出直接进入大气环境中，这部分热能相当可观，它的直接排放造成了能 源的极大浪费，同时也污染了环境。中国专利技术专利申请200910205186. 3公开了一种废气热交换器，包括废气通路和 错位散热片，错位散热片包括多个侧壁和多个顶壁，错位散热片被限定成沿错位方向彼此 错位的多个节片，多个侧壁沿错位方向连续设置，热量在流过废气通路的废气和在废气通 路的外部流动的冷却流体之间进行交换，该种结构的热交换器可使热传输性能进一步改 善，但是，它的缺陷在于该热交换器的结构十分复杂，制作成本高，不利于广泛地普及使 用。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种结构简单、能够提高传热系数、增加换热量、提高 燃油利用率且环保的用于内燃发动机排气热能回收的热交换器。本技术的上述目的通过如下的技术方案来实现一种用于内燃发动机排气热 能回收的热交换器，包括壳体、热交换管及其进、出口，其特征在于所述壳体为一低沸点介 质的腔体，在该腔体的腔壁上分别设有废气进、出口和一对用于低沸点介质进出的介质进、 出口，位于所述腔体内的热交换管则以内燃发动机废气为高温介质，所述热交换管包括进 气管和换热管，至少所述换热管采用高波波纹管制成，所述进气管设置在所述废气进口内， 进气管的其中一管端用于与内燃发动机的排气口连接，另一管端则与换热管的管壁连接并 相通，所述换热管的一管端封闭，另一管端则是所述壳体上的废气出口 ；所述低沸点介质从 介质进口进入壳体内，并在其内壁与热交换管的外壁之间的空间流动，与热交换管内的高温废气进行热交换后，从所述介质出口流出热交换器。根据热工学原理，强化传热的重要手段是大幅提高热交换器的传热系数，增加换 热量，而本技术的热交换管采用现有的不锈钢高波波纹管，取代了现有热交换器中所 使用的铜管，可提高废气与低沸点工质在热交换器中的流速，可使废气直接冲刷管壁，从而 消除在现有热交换器中流体在流动时易出现的旋涡死滞区，增加了流体的扰动与混合，使 得流体边界层和底层无法产生，废气不断产生紊流强烈改变换热面状况，从而大幅提高换 热系数，增加换热量，提高燃油利用率；获得高温的低沸点介质可以通过换能装置等输出动 力，动力输出到发电机、机械传动装置或者液压传动装置等其它传动系统上。作为本技术的推荐的实施方式，所述热交换管的管壁厚度在0. 2 0. 5mm范 围内。热交换管的管壁较薄，可以使得低沸点介质与废气的热量交换更为充分，从而提高换 热效率。作为本技术的进一步改进，所述壳体为外壁上敷设有保温层的金属管体，在 该管体的一端设置有所述的介质进口，在该管体的另一端则设置有所述的废气出口，所述 的介质出口设置在靠近废气出口端的壳体的管体壁上，以便让低沸点介质自进入壳体后就 顺着热交换管的走向流动，从而与废气作充分的热交换，在低沸点介质与废气进行热交换 的同时，保温层可阻止低沸点介质所获得的热量向外界环境中散发，以减少热量的损耗。作为本技术的一种实施方式，所述低沸点介质可以是烷烃类有机化合物、氟 立昂、氨或醇类化合物，其中，所述烷烃类有机化合物为乙烷、丙烷、丁烷或戊烷或以上烷烃 类有机化合物的衍生物；所述醇类化合物为甲醇或者乙醇。本技术所述内燃发动机可以是压燃式发动机或点燃式发动机等。与现有技术相比，本技术具有如下显著的技术效果⑴本技术采用了不锈钢高波波纹管作为热交换管，以取代现有作为热交换管 的铜管，提高了废气与低沸点工质在热交换器中的流速，可使废气直接冲刷管壁，从而消除 了在现有热交换器中流体在流动时易出现的旋涡死滞区，增加了流体的扰动与混合，使得 流体边界层和底层无法产生，废气不断产生紊流强烈改变换热面状况，从而大幅提高了换 热系数，增加了换热量，也提高了燃油利用率。⑵本技术收集的热能可以转化为有效功，能够大幅提高燃油的利用效率，例 如获得高温的低沸点介质可以通过换能装置等将热能转化为动力输出，可用于发电机、机 械传动装置或者液压传动装置等其它传动系统上，使得节能降耗具有积极的经济效益。⑶本技术的结构简单，制作成本低，便于推广普及。⑷本技术降低了大气环境污染和城市热污染，有利于环境保护。以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细说明。附图说明图1为本技术的透视结构示意图。具体实施方式如图1所示一种用于内燃发动机排气热能回收的热交换器1是本技术的一种 实施例，它具有一金属管形的壳体2，所述壳体为一低沸点介质的腔体，该壳体2的外壁上敷设有保温层，壳体2的腔壁上设有6个废气进口 21与一个废气出口 22，和一对用于低沸 点介质B进出的介质进口 23与介质出口 24;在壳体2内设置的用于内燃发动机废气A流 动的热交换管3，热交换管3，该热交换管3包括6个进气管31和一个换热管32，其中，换热 管32采用不锈钢高波波纹管制成，6个进气管31沿换热管32轴向排列，其另一管端对应与 内燃发动机的排气口连接，管形壳体上的废气进口 21为锥形管套在进气管31的外围，废气 进口 21和进气管31的数量对应所连接的内燃发动机的排气口数量；换热管32的一管端封 闭，另一管端即为废气出口 22位于壳体2的管体的一端；在壳体2的管体的另一端设有所 述的介质进口 23，所述的介质出口 M设置在靠近废气出口端的壳体2的管体壁上，低沸点 介质B自进入壳体后在壳体2的内壁与热交换管3的外壁之间的空间顺着热交换管的走向 流动，从而与热交换管3内的高温废气A进行充分的热交换后，从所述介质出口 M流出热 交换器。在本实施例中，热交换管3的管壁厚度为0. 2mm，热交换管3采用薄壁的不锈钢高 波波纹管，在废气进口 21处设有连接板4，连接板4的板面朝向废气进口 21，连接板4的板 面上开有用于将内燃发动机的排气口定位于其内的定位孔41，定位孔41与废气进口 21相 通，连接板4可将内燃发动机的排气管口定位于定位孔中，以实现本技术与内燃发动 机排气口的紧密连接。本实施例中的的低沸点介质B采用氟立昂，即R134a。除此之外，低沸点介质还 可以是烷烃类有机化合物、氨或醇类化合物，其中，烷烃类有机化合物为乙烷、丙烷、丁烷 或戊烷或以上烷烃类有机化合物的衍生物；醇类化合本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于内燃发动机排气热能回收的热交换器，包括壳体、热交换管及其进、出口，其特征在于所述壳体为一低沸点介质的腔体，在该腔体的腔壁上分别设有废气进、出口和一对用于低沸点介质进出的介质进、出口，位于所述腔体内的热交换管则以内燃发动机废气为高温介质，所述热交换管包括进气管和换热管，至少所述换热管采用高波波纹管制成，所述进气管设置在所述废气进口内，进气管的其中一管端用于与内燃发动机的排气口连接，另一管端则与换热管的管壁连接并相通，所述换热管的一管端封闭，另一管端则是所述壳体上的废气出口；所述低沸点介质从介质进口进入壳体内，并在其内壁与热交换管的外壁之间的空间流动，与热交换管内的高温废气进行热交换后，从所述介质出口流出热交换器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：顾建平，牛东，
申请(专利权)人：牛东，顾建平，
类型：实用新型
国别省市：81