CN112595156A - 一种多相耦合散热egr冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多相耦合散热EGR冷却器，包括筒体，筒体的两端设有由尾气接口法兰、封头、外侧孔板、筒环及内侧孔板组成的封头组件，尾气接口法兰、封头及外侧孔板包围成尾气进、出气腔，外侧孔板、筒环及内侧孔板包围成第一、第二循环气腔；筒体外壁设有与第一、第二循环气腔相通的第三循环气腔，筒体内设有由主管和副管组成的换热管组件，副管及第一、第二循环气腔内均填充承载相变材料的泡沫金属。本发明的换热管组件兼具局部相变散热和单相散热功能，不仅能够提升冷却器的散热速率且可避免换热管干烧现象的产生。泡沫金属不仅起到承载骨架的作用，还可提供相变材料内循环的毛细驱动力，从而实现相变材料的循环使用。

Description

一种多相耦合散热EGR冷却器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种多相耦合散热EGR冷却器。

背景技术

随着消耗一次能源的机动车保有量的不断上升，减少机动车尾气排放成为“打赢蓝天保卫战，治理大气污染”的重要环节。废气再循环技术是机动车尾气净化技术的重要组成部分。EGR冷却器是废气再循环技术的关键设备。随着尾气排放标准的日趋严格，EGR冷却器处理量也随之不断攀升，但受限于车载空间，仅通过增大冷却器体积的方式提升散热量难以满足要求。众所周知相变散热能力远高于单相散热能力，但全相变散热技术易引起干烧现象，反而恶化散热性能。因此，在确保EGR冷却器基本结构性能的基础上，设计一种在较小散热面积条件下可实现最大热量传递的EGR冷却器，显著提升散热速率，对本领域技术人员来说仍是一项挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种多相耦合散热EGR冷却器，用于车载废气再循环系统。

本发明采用的技术方案是：

一种多相耦合散热EGR冷却器，包括筒体10，筒体10的两端设有封头组件，所述封头组件由尾气接口法兰1、封头2、外侧孔板3、筒环4及内侧孔板5依次固定连接组成，左侧封头组件的尾气接口法兰1、封头2及外侧孔板3包围成尾气进气腔，外侧孔板3、筒环4及内侧孔板5包围成第一循环气腔，右侧封头组件的尾气接口法兰1、封头2及外侧孔板3包围成尾气出气腔，外侧孔板3、筒环4及内侧孔板5包围成第二循环气腔；

筒体10内设有换热管组件，所述换热管组件由若干主管11和副管12组成，每一根主管11均与若干副管12固定连接，副管12沿主管11圆周分布且与主管11共用一个侧壁，所有主管11的两端均依次穿过左右两侧的内侧孔板5、外侧孔板3分别与尾气进气腔及尾气出气腔相通，所有副管12的两端均穿过左右两侧的内侧孔板5分别与第一循环气腔及第二循环气腔相通；换热管组件的外侧壁与筒体10的内侧壁及两侧的内侧孔板5共同包围成冷却腔，筒体10上设有冷却剂进口管8及冷却剂出口管81，冷却剂进口管8及冷却剂出口管81均与所述冷却腔相通；

筒体10的外周设有若干第三循环气腔9，第三循环气腔9的两端分别与第一循环气腔和第二循环气腔相通；第一循环气腔、第二循环气腔及副管12内均填充有承载相变材料7的泡沫金属6。

进一步地，冷却腔内设有若干折流板13，所述折流板13相间隔地交错穿套在主管11和副管12上并与主管11和副管12固定连接。

进一步地，：所述主管11为外壁平整且外壁母线是直线的换热管。

进一步地，所述主管11为圆管、椭圆管、矩形管、内翅片管、内螺纹管或内波纹管。

进一步地，所述副管12为圆管、椭圆管或多边形管，所述圆管、椭圆管或多边形管设有环形缺口，所述环形缺口与主管11外侧壁固定连接。

进一步地，所述循环气腔9的轴线可以是直线、螺旋线和折线；所述循环气腔9的横截面为缺口圆环、缺口椭圆环、缺口矩形环或缺口三角形环，所述循环气腔9的环缺处与筒体10外侧壁固定连接。

本发明的有益效果：

1、本发明采用主、副管一体结构的换热管组件，所述换热管组件兼具局部相变散热和单相散热功能，不仅能够高效提升冷却器的散热速率和散热量，且可减少或避免换热管干烧现象的产生。

2、本发明采用由第一循环气腔、第二循环气腔、第三循环气腔9及副管12组成的相变介质流动空间，在除第三循环气腔9以外的该流动空间内均填充有承载相变材料的泡沫金属，泡沫金属不仅起到相变材料承载骨架的作用，还可为相变材料提供内循环的毛细驱动力，从而实现相变介质的自循环，实现相变材料的循环使用。

附图说明

图1是本发明多相耦合散热EGR冷却器的外形图。

图2是图1的纵向剖视图。

图3是图1的横向剖视图。

图4是本发明多相耦合散热EGR冷却器的主管和副管的连接结构图。

图5是本发明多相耦合散热EGR冷却器的外侧孔板的结构示意图。

图6是本发明多相耦合散热EGR冷却器的内侧孔板的结构示意图。

图7是本发明多相耦合散热EGR冷却器的承载相变材料的泡沫金属填充区的结构示意图。

图8是图7在A处的局部结构放大图。

图9是本发明多相耦合散热EGR冷却器的尾气流动空间结构示意图。

图10是本发明多相耦合散热EGR冷却器的冷却剂流动空间结构示意图。

图11是本发明多相耦合散热EGR冷却器的相变材料流动空间结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

参阅图1～图11，本实施例提供一种多相耦合散热EGR冷却器，所述多相耦合散热EGR冷却器包括尾气接口法兰1、封头2、外侧孔板3、筒环4、内侧孔板5、泡沫金属6、相变材料7、冷却剂进口管8、冷却剂出口管81、第三循环气腔9、筒体10、主管11、副管12及折流板13。

尾气接口法兰1、封头2、外侧孔板3、筒环4、内侧孔板5依次同心固定连接组成封头组件，外侧孔板3和内侧孔板5的外缘端部均与筒环4焊接连接，内侧孔板5的外侧面与筒体10两端端面焊接连接，内侧孔板5的外圆直径大于筒体10的外径。筒体10左侧的尾气接口法兰1、封头2及外侧孔板3包围成尾气进气腔，外侧孔板3、筒环4及内侧孔板5包围成第一循环气腔，筒体右侧的尾气接口法兰1、封头2及外侧孔板3包围成尾气出气腔，外侧孔板3、筒环4及内侧孔板5包围成第二循环气腔。外侧孔板3上分布有与主管11外径适配的通孔，内侧孔板5上分布有与主管11及副管12组成的换热管适配的通孔。

主管11和副管12组成换热管组件，所述换热管组件设于筒体10内，所述换热管组件设有若干个。例如，在本实施例中，筒体内共设有19个换热管组件，19个换热管组件呈三角形阵列分布。在其他实施例中，可以根据工艺需要布置换热管组件的数量，并且还可以采用矩形阵列分布，以及各类螺旋线形分布。主管11的两端依次穿过内侧孔板5、外侧孔板3分别与尾气进气腔和尾气出气腔相通并固接，副管12两端穿过内侧孔板5分别与第一循环气腔和第二循环气腔相通并固接。换热管组件的外侧壁与筒体10的内侧壁及两侧的内侧孔板5共同包围成冷却腔，冷却剂进口管8、冷却剂出口管81分别设于筒体10外侧的前后两端，且均与所述冷却腔相通并固接，冷却剂进口管8用于通入冷却剂，冷却剂出口管81用于换热后冷却剂的流出。若干块折流板13穿插在所述换热管组件上，沿筒体10轴向相间隔地设置，用于延长冷却剂流程，提高换热效果。

换热管组件的组成结构是：每根主管11的外周均环绕有若干根副管12，一根主管11与环绕在其外周的若干根副管12组成一个换热管组件，例如，在本实施例中，一根主管11连接三根副管12，副管12与主管11共用一个侧壁，通过焊接连接为一体。在其他实施例中，一根主管11可以连接多根副管12，但副管12不能完全包裹主管11的外壁圆周；副管12与主管11共用一个侧壁可提高换热效果。在本实施例中，副管12为半圆管，其横截面为圆环缺，半圆管侧壁与主管11外侧壁焊接连接。在其他实施例中，副管12的横截面也可以为椭圆环缺、矩形环缺、三角形环缺等，环缺与主管11外侧壁焊接连接。在本实施例中，主管11为内翅片管，在其他实施例中，主管11为外壁平整且外壁母线是直线的换热管，可以是光滑圆管、光滑椭圆管、光滑矩形管、内螺纹管、内波纹管，或者管内壁具有各种凹凸类形态或二次扩展表面的强化换热管。各类强化换热管的使用，将显著加强散热性能。

筒体10的外周环绕若干第三循环气腔9，例如，在本实施例中，共设有四根第三循环气腔。在本实施例中，第三循环气腔9为半圆直管，其横截面为圆环缺，半圆管侧壁与筒体10外侧壁焊接连接，第三循环气腔9与筒体10共用一个侧壁可提高换热效果。循环气管9两端穿过内侧孔板5分别与第一循环气腔和第二循环气腔相通并固接。第一、第二循环气腔和副管12的管腔内均填充有承载相变材料7的泡沫金属6。

在其他实施例中，第三循环气腔9的横截面也可为缺口椭圆环、缺口矩形环、缺口三角形环等，环缺口与主管11外侧壁通过焊接连接；且第三循环气腔9的轴线也可以为螺旋线或其它曲线或折线，非直线的第三循环气腔9可以延长流程，有利于气态相变材料的散热。

本发明使用时，高温尾气从左侧的尾气接口法兰1进入，流入封头2在尾气进气腔中汇集，通过外侧孔板3均匀分布后流入主管11；冷却剂从冷却剂进口管8流入冷却腔，与主管11内的高温尾气及副管12内的相变材料7交换热量后从冷却剂出口管81流出，主管11内高温尾气被冷却剂及相变材料移除大量的热量后从主管11的另一端中流出，再次在另一侧的封头2中汇集，最后从该处的尾气接口法兰1排出；

在热交换过程中，相变材料7吸收热量快速从固态转变为液体直至气态，相变过程中会产生剧烈的热量交换，使得高温尾气散热速率大增。填充在副管12前段和第一循环气腔中的相变材料7，在吸收高温尾气热量后迅速气化并进入第三循环气腔9，进而与筒体10内冷却剂进行热量交换，移除大量热量后，由气态转变为液态，在毛细力作用下进入第二循环气腔；填充在副管12后段和第二循环气腔中的相变材料吸收热量后转变为液态，在毛细力作用下，液态相变材料经副管12向换热器前端移动，受热后再次迅速气化进入第一循环气腔，而后进入第三循环气腔9，从而实现相变材料的循环使用。

以上显示和描述了本专利的基本原理和主要特征，对于本领域技术人员而言，显然本专利不限于上述示范性实施例的细节，并且在不背离本专利的主旨或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本功能。因此，本实施例可看作是示范性的，并且是非限制性的，本专利范围由所附专利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各式实例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (6)

1.一种多相耦合散热EGR冷却器，其特征在于：包括筒体(10)，筒体(10)的两端设有封头组件，所述封头组件由尾气接口法兰(1)、封头(2)、外侧孔板(3)、筒环(4)及内侧孔板(5)依次固定连接组成，左侧封头组件的尾气接口法兰(1)、封头(2)及外侧孔板(3)包围成尾气进气腔，外侧孔板(3)、筒环(4)及内侧孔板(5)包围成第一循环气腔，右侧封头组件的尾气接口法兰(1)、封头(2)及外侧孔板(3)包围成尾气出气腔，外侧孔板(3)、筒环(4)及内侧孔板(5)包围成第二循环气腔；

筒体(10)内设有换热管组件，所述换热管组件由若干主管(11)和副管(12)组成，每一根主管(11)均与若干副管(12)固定连接，副管(12)沿主管(11)圆周分布且与主管(11)共用一个侧壁，所有主管(11)的两端均依次穿过左右两侧的内侧孔板(5)、外侧孔板(3)分别与尾气进气腔及尾气出气腔相通，所有副管(12)的两端均穿过左右两侧的内侧孔板(5)分别与第一循环气腔及第二循环气腔相通；换热管组件的外侧壁与筒体(10)的内侧壁及两侧的内侧孔板(5)共同包围成冷却腔，筒体(10)上设有冷却剂进口管(8)及冷却剂出口管(81)，冷却剂进口管(8)及冷却剂出口管(81)均与所述冷却腔相通；

筒体(10)的外周设有若干第三循环气腔(9)，第三循环气腔(9)的两端分别与第一循环气腔和第二循环气腔相通；第一循环气腔、第二循环气腔及副管(12)内均填充有承载相变材料(7)的泡沫金属(6)。

2.根据权利要求1所述的多相耦合散热EGR冷却器，其特征在于：冷却腔内设有若干折流板(13)，所述折流板(13)相间隔地交错穿套在主管(11)和副管(12)上并与主管(11)和副管(12)固定连接。

3.根据权利要求1所述的多相耦合散热EGR冷却器，其特征在于：所述主管(11)为外壁平整且外壁母线是直线的换热管。

4.根据权利要求3所述的多相耦合散热EGR冷却器，其特征在于：所述主管(11)为圆管、椭圆管、矩形管、内翅片管、内螺纹管或内波纹管。

5.根据权利要求1所述的多相耦合散热EGR冷却器，其特征在于：所述副管(12)为圆管、椭圆管或多边形管，所述圆管、椭圆管或多边形管设有环形缺口，所述环形缺口与主管(11)外侧壁固定连接。

6.根据权利要求1所述的多相耦合散热EGR冷却器，其特征在于：所述循环气腔(9)的轴线可以是直线、螺旋线和折线；所述循环气腔(9)的横截面为缺口圆环、缺口椭圆环、缺口矩形环或缺口三角形环，所述循环气腔(9)的环缺处与筒体(10)外侧壁固定连接。

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