CN101307736B - 两级热管egr冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两级热管式EGR冷却器，其主要由两端分别设废气进口和废气出口的壳体、两级其加热段设置在所述壳体内部的热管组成。所述热管由首尾依次连通的加热段、蒸汽管、冷凝段、冷凝管四段管体组成，所述两级热管的加热段在壳体内沿废气流向先后排列，所述两级热管的冷凝段沿散热风吹向重叠布置。所述两级热管中，第一、二级热管内分别采用水和甲醇做冷却介质。本发明的原理是采用热管技术对废气进行冷却，具有较好的冷却效果。另外，两级热管的合理组成，以及两种散热介质的有交配合，更进一步提高了冷却器的降温效果。

Description

两级热管EGR冷却器 

技术领域

本发明涉及一种气体冷却装置，具体说是一种废气再循环冷却器。它可以广泛应用在使用废气再循环的动力装置上。 

背景技术

随着排放要求的日益严格，废气再循环技术越来越多地应用在动力装置上。其原理是将第一次排出的部分废气经冷却后再导回发动机内以有效降低废气中的氮氧化物的生成。传统的废气再循环(EGR)过程中的冷却器分大致分为管壳式和板翅式两种。它们主要存在以下弊端：1、传统的废气冷却方式利用发动机冷却液进行冷却，由于蒸汽状态的冷却液会对发动机冷却回路造成严重气蚀，因此发动机冷却液在工作状态下总以液态形式存在，也就是说废气冷却是靠发动机冷却液温升的方式带走热量，这种方式冷却效果较差。2、常规EGR冷却器采用管壳式或板翅式结构，紧凑的结构更易结炭，会大大降低EGR冷却器的冷却效率。3、传统的管壳式EGR冷却器，管束与两侧端板焊接处受热应力作用明显，易泄漏。4、传统的管壳式EGR冷却器，废气流向与冷却液流向相同，目的是减少冷却液汽化程度，但顺流的冷却效果不如逆流好。 

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述缺陷，旨在提供一种新的EGR冷却器，可有效地降低冷却后的废气温度，在同样再循环废气量的前提下，可以有效缓解废气对发动机升功率造成的影响。能有效降低结炭带来的负面影响。也可以有效减少壳体与法兰焊接面的泄漏机会。 

解决上述问题采用的技术方案是：一种两级热管EGR冷却器，主要由两端分别设废气进口和废气出口的壳体、两个其加热段设置在所述壳体内部的热管组成。所述热管由首尾依次连通的加热段、蒸汽管、冷凝段、冷凝管四段管体组成，所述两级热管的加热段在壳体内沿废气流向先后排列，所述两级热管的冷凝段沿散热风吹向重叠布置。所述壳体的废气进口和废气出口分别通过法兰与发动机排气管和回气管连通。 

因为热管的冷却功能，是由加热段内的冷却液受热汽化带走热量而实现的， 这种换热方式的换热能力要比用液态冷却液受热升温带走热量的方式高100多倍。所以本发明摈弃借用发动机冷却液冷却的方式，而采用与发动机冷却系统相独立的热管换热系统，其冷却发动机废气的效果明显优于传统的EGR冷却器。并且，热管内的冷凝液无需外加泵的驱动力，可以根据物质各种状态的物理性质自行循环，有效地节约了能源，并且简化了机器的结构。此外，两级热管的合理组合，进一步提高了冷却器的降温效果。 

在本发明中，所述壳体为圆柱形筒状，其两端的废气进口和废气出口与发动机排气管和回气管之间通过法兰连接。所述两级热管的加热段适宜采用相同结构，这样会便于生产和制造。比较优选的加热段结构方案是，加热段在所述壳体内部呈双层柱形螺旋状布置。采用这种结构的目的，一方面是弯曲的加热段管体，有效地增加了加热段换热工作面面积；另一方面，管体的弹簧状布置可以使其在管体发生热胀冷缩时自由伸缩，而不会裂损。并且管体的伸缩还可以促使其上挂结的积炭脱落。为增加冷凝效果，所述冷凝段适宜呈迂回状设置。 

在每级热管中，为了使冷却液实现良好的定向循环，所述冷凝段与所述蒸汽管的接口应该高于与所述冷凝管的接口。 

作为本发明的进一步改进，所述两级热管内的冷却液循环方向与壳体内废气流向相反。这种废气与冷却液相互逆向流动的设计，有利于充分换热。其具体实现方式可以是，所述蒸汽管与所述加热段接口位于壳体的废气进口方向，所述冷凝管与所述加热段接口位于壳体的废气出口方向。由于壳体内靠近废气进口的一段和靠近废气出口一段温差较大，这种布置方式有利于热管内介质自然循环。 

作为本发明的进一步改进，将第一级热管的加热段设置在壳体内靠近废气进口的一侧，第二级热管的加热段设置在壳体内靠近废气出口的一侧。并且在第一级热管内使用水做为冷却介质，而第二级热管内使用甲醇做为冷却介质。由于壳体内废气进口处温度较高，它可以很容易将水汽化，用大比热高沸点的水做冷却介质，可以吸收更多的热量。而废气出口的温度较低，如果在第二级热管中再用水做为冷却介质，那么工作过程中，将只有少量水被较低温度的废气汽化，发挥作用不大。而甲醇的沸点较低，用在温度较低的废气出口处比较合适。采用这种两级不同散热介质的设计，可以有效的发挥两级双重冷却结构的冷却性能。 

在上述改进的基础上，作为本发明的再进一步改进，将第一级热管的冷凝段在散热风吹向上设置在第二级热管冷凝段之前，即第二级热管冷凝段比第一级热 管冷凝段更靠近散热风扇。这种结构设置是根据两级热管内的冷介质不同沸点进行确定的。将采用甲醇做为冷却介质的冷凝段靠近散热风扇，可以，使之先进行冷却。因为其沸点较低，经冷却后的散热风不会很热，然后再对采用水做为冷却介质的冷凝段进行冷却，仍能达到良好的效果。反之，做为散热介质的甲醇将很难实现冷却。 

本发明的热管EGR冷却器优点如下：1、利用冷却液的汽化潜热进行冷却，换热能力与常规冷却液相比可提高100倍以上，也就是说，经本发明冷却器冷却后的废气温度更低，在这种前提下，相同量的废气经本发明冷却器冷却后再回到发动机内会占用更小空间，这样便有效地降低了废气再循环对发动机升功率的影响。2、与传统的冷却液走壳程的方式相反，在本发明中废气已不再走管道狭小的换热管，而是从壳体内腔通过。这种采用废气走壳程的方法，由于加热段为弹簧状结构，热胀冷缩时更容易令附在管表面的积炭破裂、脱落，具有自动除炭功能，可大大降低结炭带来的负面影响。3、本发明的热管加热段采用弹簧状螺旋结构设计，其横向自由伸缩性较强，可以有效缓冲热应力的影响。4、逆流形式更利于废气与冷却液进行热交换。5、两级热管的合理组合，以及两种冷却介质的有效配合，大大提高了冷却器的降温效果。 

附图说明

图1是常规管壳式EGR冷却器示意图。 

图2是本发明的两级热管EGR冷却器结构示意图。 

图3是第二级热管与壳体之间的装配关系示意图。 

图4是第二级热管冷却介质流向示意图。 

图5是壳体内废气流向示意图。 

图6是本发明两级热管冷凝段位置关系示意图。 

图7是图6的左视图。 

具体实施方式

参照图1，本图所示为一种管壳式传统EGR冷却器，其包括侧面设有冷却液进口3和出口4的壳体2、在壳体2内平行设置且相互间留有间隙的一组换热管1。所述换热管1通过进口法兰5和出口法兰6连接在发动机废气再循环回路中。而发动机冷却液由管道引出后从所述冷却液进口3进入所述壳体2内腔，然后从冷 却液出口4流出，再由管道送回到发动机冷却系统。在此结构中，为了达到更好换热效果，所述换热管1一般都很多且很细，在换热管内的狭小管道里，管内壁很容易结碳，而且结碳难以自动去除，大大降低了EGR冷却器的冷却效率。 

参照图2、3，本发明涉及的热管EGR冷却器由两级热管和壳体三部分组成。其中所述壳体由两段组圆柱形筒23、11组成，其两端分别设废气进口10和废气出口13。所述两级热管结构相同，均包括加热段，蒸汽管22、8，冷凝段21、7和冷凝管24、9；所述加热段设置在所述壳体的内腔。所述蒸汽管22、8和冷凝管24、9分别连接在所述加热段两端，然后从壳体23、11侧面向上穿出。再分别连接在冷凝段21、7两端。所述冷凝段21、7设置在壳体上方。由于所述热管加热段和冷凝段21、7与壳体之间仅通过蒸汽管22、8和冷凝管24、9连接，而加热段和冷凝段均为悬空的自由端，因此其产生的应力可以自行消除。所述两级热管的加热段在壳体内沿废气流动方向先后排列，其第一级热管加热段靠近废气进口。所述两级热管的冷凝段沿散热风扇吹向重叠设置。 

图4为本发明中热管结构，此处以第二级热管为例，第一级热管在壳体中的结构第二级热管全完相同。由图可见，所述热管的加热段12弯曲成双层弹簧状，所述蒸汽管8连接在其左端，所述冷凝管9连接其右端。所述冷凝段7弯折成迂回状，所述蒸汽管8与其连接处16位于左端最上方，所述冷凝管9与其连接处17位于右端最下方。由此可见，冷却液在热管内的循环方向为加热段——蒸汽管——冷凝段——冷凝管——加热段。在这里，所述热管加热段12采用三流程形式，可以使冷却液更充分地与废气接触，更好地吸收废气中的热量，以保障热管内介质充分汽化。 

参照图5，所述壳体呈圆柱形直筒状，其左右两端分别通过进口法兰14和出口法兰15与发动机排气管和回气管连通。所述废气在壳体内的流动方向为从左至右。 

结合图4和图5可知，在本发明的两级热管EGR冷却器中废气在壳体内的流向与冷却液在两级热管内的循环方向相逆，这更便于充分实现热交换。 

参照图6、7，所述两级热管的冷凝段21、7重叠设置在散热风扇25、26后方，并且第二级热管冷凝段7设置在更靠近散热风扇25、26的一侧。 

应该理解到的是：上述实施方式只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种两级热管EGR冷却器，主要由两端分别设废气进口(10)和废气出口(13)的壳体和两级其加热段设置在所述壳体内的热管组成，所述两级热管均由首尾依次相连通的加热段(12)、蒸汽管(22、8)、冷凝段(21、7)、冷凝管(24、9)四段管体组成，所述两热管的加热段(12)在壳体内沿废气流向先后排列，其特征在于所述两热管的冷凝段(21、7)沿散热风吹向重叠布置。

2.根据权利要求1所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述壳体为圆柱形筒状，其两端的废气进口(10)和废气出口(13)分别与发动机排气管和回气管通过法兰(14、15)连接。

3.根据权利要求1所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述两级热管的加热段(12)呈双层柱形螺旋状布置在所述壳体内。

4.据权利要求1所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述蒸汽管(22、8)和冷凝管(24、9)从所述壳体侧面穿出，并与之固定。

5.根据权利要求1所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述冷凝段(21、7)设置在所述壳体上方。

6.根据权利要求1-5任一项所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述冷凝段(21、7)与所述蒸汽管(22、8)的接口高于与所述冷凝管(24、9)的接口。

7.根据权利要求6所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述两级热管内冷却液的循环方向与壳体内废气流向相反。

8.根据权利要求7所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，所述蒸汽管(22、8)与所述加热段(12)的接口位于壳体的废气进口侧，所述冷凝管(24、9)与所述加热段(12)的接口位于壳体的废气出口侧。

9.根据权利要求8所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，第一级热管的加热段设置在壳体内靠近废气进口(10)的一侧，第二级热管的加热段(12)设置在壳体内靠近废气出口(13)的一侧，与第一级热管的冷凝段(21)相比，第二级热管的冷凝段(7)设置在更靠近散热风扇(25、26)的一侧。

10.根据权利要求9所述的两级热管EGR冷却器，其特征在于，第一级热管内采用水做为冷却介质，第二级热管内采用甲醇做为冷却介质。 

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