[发明专利]一种换热管变截面的废气再循环冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热管变截面的废气再循环冷却器，是一种应用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和创新以满足越来越高的使用要求。

废气再循环冷却技术是汽车行业降低尾气排放的有效措施之一。其中，废气再循环冷却器是废气再循环冷却系统的一个重要组件。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混合后共同参与燃烧，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。

由于汽车发动机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。由于排放法规的提高，对冷却器换热性能要求逐步提高，因此现在应用于中重型车的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，冷却器的可靠性和耐久性会变差，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。

目前应用于废气再循环冷却器的结构可谓多种多样，其中换热单元的形式以管壳式、管翅式和板翅式为主流产品。但是对于单一型式冷却器的设计存在一个问题，就是当废气在冷却器中流动时，随着废气温度的提高和流动时间的增长，冷却器的换热管内壁被熏黑，产生积垢，而积垢会导致冷却器性能下降、压力损失提高。因此，在保证废气再循环冷却器换热性能和可靠性的基础上，还必须考虑通过设计优化来减少冷却器内积垢的生成。由于积垢的产生是不可避免的，如何减少废气再循环系统产品积垢的产生，或者使产品生命周期内由于积垢产生的对性能的影响降低到最小，一直是发动机废气再循环系统产品供应商考虑和希望解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出了一种换热管变截面的废气再循环冷却器。所述的冷却器在保证废气再循环冷却器可靠性的基础上，采用换热管变截面的方式，减小废气在换热管中的流速变化，减少积垢的产生，以减少由于积垢所导致的冷却器换热性能的下降及压力损失的增加，从而有效避免车辆的氮氧化合物排放超标。

发明的目的是这样实现的：一种换热管变截面的废气再循环冷却器，包括：设有与发动机排气歧管直接或间接相连接的法兰盘的扩散器，所述扩散器依次与多个带有换热管束的换热单元、收集器串联焊接连接，所述的收集器设有与发动机进气管直接或间接相连接的法兰盘，与所述扩散器连接的换热单元上设有进水管，与所述收集器连接的换热单元上设有出水管，所述各个换热单元的换热管束的截面积按照换热单元由扩散器到收集器的顺序依次递减，所述换热管束中的换热管的当量直径按照换热单元由扩散器到收集器的顺序依次递增。

本发明产生的有效益：本发明通过设计一串不同换热管当量直径和不同换热管束截面积的换热单元，使废气依次进入不同的换热单元，使通过冷却器的废气在逐渐冷却的过程中流速尽量保持一致，与整个冷却器的换热管没有变化的现有技术相比，有效的减少由于废气流经冷却器过程中流速不断降低而造成的换热管内壁积垢，从而将冷却器的冷却性能由于积垢而下降控制在较小幅度内。