[发明专利]一种中重型车用串联式废气再循环冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及一种中重型车用串联式废气再循环冷却器，是一种应用于中、重型汽车发动机废气再循环冷却系统的热交换器。

背景技术

随着汽车排放法规的日益严格，发动机废气再循环冷却系统用冷却器的应用越来越广泛，同时由于受到发动机空间的限制，对冷却器换热性能的要求也越来越高，因此，废气再循环冷却器需要不断的改进以满足使用要求；对于中重型柴油机车而言，废气再循环冷却器的成本较轻型柴油机车用冷却器的成本要高、加工难度大，因此在为客户设计和制造冷却器时，不仅要充分考虑到其换热性能和可靠性，同时要兼顾到加工的难易程度和成本问题。

废气再循环冷却器是废气再循环冷却技术的一个重要组元，而废气再循环冷却技术的应用在汽车行业是降低尾气排放的有效措施之一。废气再循环冷却技术是将汽车发动机所排放的部分废气先通过冷却器进行冷却后，重新回传到发动机燃烧室与新鲜空气共同参与燃烧，从而有效降低NO_X排放的一种技术。该技术利用废气中含有的大量化学惰性气体(CO₂、N₂、H₂O)具有较高比热这一特性来降低NO_X的生成。因为NO_X的生成条件是高温富氧，而温度较低废气的引入一方面使混合气热容量增大，使得相同量的混合气升高同样温度所需的热量增加，从而有效降低最高燃烧温度，偏离了NO_X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NO_X的生成。因此在汽车发动机废气再循环系统中，设置高效可靠的废气再循环冷却器可以使汽车的尾气排放满足严格的法规要求。

目前，汽车发动机废气再循环系统用的冷却器有两大类。一类为板翅式冷却器，一类为管壳式冷却器，其中以管壳式冷却器的类型应用最为广泛。由于废气再循环冷却器的加入会影响发动机整个冷却系统的运行，甚至会对整个发动机造成影响，因此不仅要求冷却器紧凑高效，更重要的是要保证其可靠性，同时从成本方面考虑，要用最实用的工艺制造出高可靠性的产品，为客户节省成本同时保证产品的批量供应，管壳式冷却器是合适的选择；而板翅式换热器应用在中重型车上有其固有的缺点，不仅成本高、加工难度大、可靠性较差，而且容易堵塞，因此在中重车上很少应用板翅式换热器作为废气再循环冷却器。

由于中重型车的运行环境比较恶劣，因此废气再循环冷却器的可靠性非常重要，如果冷却器在运行过程中出现泄漏，无论是气侧还是水侧泄漏都将直接对发动机造成破坏性的伤害。由于中重型车用废气再循环冷却器一般都较长，因此不能忽略由于管壳和管束的受热不等而引起的热应力，如未考虑热膨胀问题，冷却器的可靠性会较差，长时间运行后，可能导致冷却器泄漏，从而对发动机产生破坏，因此，为了避免这种情况发生，必须采取措施保证冷却器整体的强度和可靠性。

目前在国内设计和生产的中重型柴油机车用管壳式废气再循环冷却器中，管壳多采用铸件，冷却器的整体结构比较笨重，占用发动机较大的空间，这种形式的冷却器的功率密度较低，未充分发挥单位体积内冷却器的换热效果，而且这种冷却器升级换代的能力较差；更重要的一点是对于采用铸件管壳的冷却器而言，解决管壳与管束之间的热膨胀问题较难，或者是解决热膨胀问题所带来的成本较高。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出一种中重型车用串联式废气再循环冷却器，所述冷却器的外壳为圆形或矩形截面，管壳由金属薄板围成而非铸件，可以有效地利用外部空间，且充分利用管壳内的空间，紧凑的布置换热管束，使冷却器的性能满足要求，具有升级换代的潜力。冷却器的换热管体组件设计，各管束之间为串联的关系，管壳和管束的数目并不是对应的，分体管壳的数目大于等于管束的数目；换热管体组件的设计有效解决了管壳和管束由于受热不均而产生的热应力问题，提高了冷却器整体的可靠性，从性能和可靠性两方面满足发动机的使用要求，从而满足日趋严格的排放法规要求。换热管体组件的设计使管壳和换热管的设计标准化、模块化，缩短了新产品的开发周期，同时由于降低了加工难度，满足冷却器批量生产的需求。