[实用新型]扁状凹槽换热管及应用扁状凹槽换热管的换热器

说明书

技术领域

本实用新型扁状凹槽换热管及应用扁状凹槽换热管的换热器，是一种用于汽车发动机的配件，是一种应用于汽车发动机废气再循环系统中作为废气再循环冷却器的换热器。

背景技术

换热器的应用历史悠久，但仍处于不断的改进和发展中。换热器在石油化工、机械制造、炼油、冶金、轻工、制药、食品等行业的应中占全部工艺设备投资的40％～60％，因此新型换热器随着科技的进步而不断涌现。在汽车领域，发动机废气再循环冷却系统用冷却器也在不断的改进，以适应日益严格的汽车尾气排放的标准。

废气再循环冷却器的应用是汽车行业降低汽车尾气排放的有效措施之一，也是满足国三、国四甚至更高排放要求所需选用设备的一种。废气再循环冷却技术是废气再循环系统中加入冷却器，将汽车发动机所排放的部分循环再利用的废气先通过废气再循环冷却器进行冷却后，重新与新鲜空气充分混合后回传到发动机的燃烧室进行燃烧的一种技术。由于发动机NOx的生成条件是高温富氧，而废气再循环技术利用废气中含有大量化学惰性气体(CO₂、N₂、H₂O)具有较高的比热，使混合气热容量增大，使得相同量的混合气升高同样温度则所需的热量增加，从而有效降低最高燃烧温度，偏离了NOx的高温生成区；另一方面废气对新鲜空气的稀释也相应降低了氧的浓度，从而有效地抑制NOx的生成。因此在废气再循环系统中，设置高效的废气再循环冷却器可以使汽车的尾气排放量满足严格法规的要求。

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，是由多块薄板和板间的翅片组成，翅片属于传热的二次表面，翅片增加了传热总面积，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，同时其换热效率也比传统的管壳式换热器相对较高一些，但板翅式换热器适用于较低的热负荷和较低机械负荷的工作环境。

第二类是管壳式换热器，而一般传统的管壳式换热器是在一个圆筒形壳体内设置许多平管(称这些平管为管束)，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，可以对这种传统的管壳式换热器的换热管进行改进设计，最终实现提高换热效率的目的；

目前，应用在废气再循环系统的冷却器是基于上述的管壳式换热器，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，且目前应用比较广泛。但是随着世界各国汽车排放法规的日益严格，应用圆形螺旋凹槽换热管的换热器的需要进行改进。

为进一步提高换热效率，在管壳式换热器中通常选择的换热管为扁管。所述扁管的意思是管的截面是非圆形的管子，截面的尺寸有一长轴和一短轴，长轴与短轴的比例大于1。扁管截面的几何形状可以是椭圆形或近似矩形，或者两个半圆中间由直线连接而成等多种形状，因为扁管的可以增大管内外介质的换热面积。这种扁状管在长轴方向上形成比较宽阔的上下表面，在短轴方向上形成比较狭窄的侧表面。在通常情况下管壳式换热器可以通过设置密集的换热管来提高换热效率，但对于汽车发动机废气再循环使用的换热器则情况比较特殊，使用的环境相对恶劣。汽车发动机所排出的废气有两个特点：一是温度变化较大，发动机未启动时换热器在常温下，发动机一旦启动，换热器中的温度会持续升高，甚至达到数百度的高温，因为汽车发动机经常处于启动和停止的变化工作状态中，所以废气再循环使用的换热器的工作环境也变化十分频繁，这是一般换热器的工作环境所没有的。另一个问题是换热器管内压力周期性变化。由于发动机工作在吸气-压缩-做功-排气这-循环中，也就是说废气再循环换热器中管内的压力只是在发动机排气的时候才出现，其他时间压力较小，当然实际情况是有多个发动机缸体轮换工作，即便在多缸体轮换工作的情况下，废气再循环换热器中管内的压力也是不断的变化，管壁不断的受到周期性的冲击，这也是通常换热器所没有的工作环境。由于急剧变化的温度和压力使废气再循环换热器中的换热管十分容易产生变形。特别是扁状管，因为扁状管长轴方向的管体相对短轴方向的管体薄弱，特别是在管内周期性压力冲击的情况下，长轴方向的管壁容易向外鼓起变形。如果换热管过于密集，两个鼓起的换热管就可能挤在一起，阻挡换热管外换热介质的流动，导致换热器整体的换热效率降低。需要提出一种新型的换热管克服换热管变形的缺点。

发明内容