[发明专利]一种多管程的热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热交换器，特别涉及一种多管程的热交换器，该热交换器适用于汽车发动机的废气再循环系统中，用以减少氮氧化合物(NOx)排放量的冷却器，同样适用于作为涡轮增压系统的中冷装置，以提高发动机的性能。

背景技术

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热交换器至关重要。

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热交换器有两大类。

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，此类热交换器结构复杂、制造成本高。

第二类是管壳式热交换器，而管壳式热交换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；此类热交换器结构简单，但换热效率较低。由于汽车发动机周围空间有限，在不降低换热效率的前体下，为有效地缩减不必要的设置，需要找到一种换热效率高和结构紧凑的热交换器。

发明内容

本发明的目的是为提高热交换器的换热效率和结构紧凑而提出的一种多管程的热交换器技术方案，该热交换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装置。

本发明的技术方案是这样实现的，该热交换器包括有壳体、换热管；所述壳体两端分别设有管板，所述换热管管口分别焊接在管板上并相互平行固定在壳体中；其特征在于，由所述换热管组成双管程，按换热介质在换热管内流动的先后顺序，分为第一管程和第二管程，所述第一管程换热介质出口与第二管程换热介质进口，通过固定在壳体上的封头形成“U”形回路，所述第一管程的换热管数量多于第二管程换热管数量；所述换热管截面高度与宽度不相等，形状呈扁状；所述换热管沿外表面设有凹槽，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。

所述换热管截面为椭圆形，椭圆的长轴和短轴的比值小于4:1。

所述换热管截面呈扁平状，两个相对的长边设置为呈由内向外凸起的弧形，两个相对的短边为由内向外呈弧形凸起、且与长边为圆弧形过渡连接。

所述换热管截面形状由两个相对的短边和两个相对的长边构成，其中，所述短边呈由内向外凸出的弧线，所述长边为直线。

所述换热管截面形状为矩形，且相邻的两边之间为弧形过渡连接。

所述换热管为不锈钢管体。

所述凹槽沿所述换热管外表面呈断续或连续螺旋式设置。

所述换热管凹槽深度不小于0.4mm。

所述凹槽为一条或多条设置其截面形状为“U”形或“V”形。

所述封头形状为弧形曲面。

所述热交换器壳体中设置有折流板。

换热器的壳体可以依据发动机内部空间进行多种形式的外观结构设计。而换热管则根据壳体不同的外观形状以合理的排列方式布置在换热器的壳体内。

本发明与现有技术对比优点是：

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，使用本发明可以提高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发明，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，本发明结构简单，降低了制造成本。

4.由于本发明在热交换器中使用了多路管程结构，在同等条件下缩短了热交换器长度和体积，使发动机结构更加紧凑。