CN201322563Y - 螺旋消音换热器 - Google Patents

Abstract

螺旋消音换热器涉及利用发动机尾气进行换热的装置，包括外壳(1)和内管(2)，外壳(1)前端和后端分别设有换热工质出口(3)和废气出口(4)，内管(2)管腔于中部分隔，内管(2)与外壳(1)同轴线固定，内管(2)和外壳(1)间盘绕设有螺旋换热片(8)将外壳(1)和内管(2)间的空间分隔成废气螺旋通道(9)和换热工质螺旋通道(10)。它解决了由于增加冷热工质换热面积达到一定回收热能而造成工质流通阻力大、用钢材料多、消声效果差等技术难题；同时解决发动机不同工况(不同排量)的消声换热效果。它具有空气动力性能好、消声效果好、体积小、结构简单、坚固耐用、安全、可靠的优点。

Description

螺旋消音换热器

技术领域

本实用新型涉及利用发动机尾气进行换热的装置，具体是一种螺旋式消音换热器。

背景技术

发动机排气是由高温并伴有周期性、涡流性和空气性共鸣噪声组成的扰流脉动混合气体。由发动机的热平衡试验知道，发动机排气所带走的热量占燃料燃烧热的30％～40％左右，因此回收其余热以满足冬季车内采暖、夏季制冷和提高发动机进气温度，进而提高发动机的热利用率，十分符合“节能减排”战略方针。但是目前消声器均是由管板材料及其部分穿孔组成单、多腔室并附有吸声材料而构成的阻性、抗性和阻抗复合型等多种消音器，所采用的废气余热回收装置，也是由各种管材和板材组成不同的热交换装置，其结构复杂、流动阻力大，传热性能和消音性能很难兼顾，影响发动机的动力性和经济性，而且季节性较强，因此尚未得到广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、流动阻力小，传热性能和消音性能好的螺旋消音换热器。

本实用新型的技术解决方案是：它包括外壳和内管，外壳为两端封闭的圆筒状体，外壳前端和后端分别设有换热工质出口和废气出口，内管管腔于中部分隔，内管与外壳同轴线固定，内管两端伸出外壳，内管和外壳间盘绕设有螺旋换热片，螺旋换热片将外壳和内管间的空间分隔成废气螺旋通道和换热工质螺旋通道，废气螺旋通道于前端口封闭，换热工质螺旋通道于后端口封闭，内管于分隔件两侧的管壁上分别设有与废气螺旋通道和换热工质螺旋通道的封闭端相连通的废气进孔和换热工质进孔。

本实用新型的技术效果是：它解决了由于增加冷热工质换热面积达到一定回收热能而造成工质流通阻力大、用钢材料多、消声效果差等技术难题；同时解决发动机不同工况(不同排量)的消声换热效果。它具有空气动力性能好、消声效果好、体积小、结构简单、坚固耐用、安全、可靠的优点。

附图说明

附图为本实用新型的剖视结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，它包括外壳1和内管2，外壳1为两端封闭的圆筒状体，外壳1前端和后端分别设有换热工质出口3和废气出口4，内管2管腔于中部设有分隔件5分隔，内管2前端作为废气入口6，内管2后端作为换热工质入口7，分隔件5将内管2管腔前后分隔成废气入口端和换热工质入口端两部分，内管2与外壳1同轴线固定，内管2两端伸出外壳1，内管2和外壳1间盘绕设有偶数个螺旋换热片8，螺旋换热片8将外壳1和内管2间的空间分隔成废气螺旋通道9和换热工质螺旋通道10，废气螺旋通道9于前端口设有前隔板11封闭，换热工质螺旋通道10于后端口设有后隔板12封闭，内管2于分隔件5两侧的管壁上分别设有与废气螺旋通道9和换热工质螺旋通道10的封闭端相连通的废气进孔13和换热工质进孔14。

废气进孔13前部分为圆孔，后部分为顺螺旋方向的长孔。

换热工质入口7可以是方孔等较大尺寸的孔。

内管2管腔内于废气进孔13和分隔件5之间设有温控调节阀门15。温控调节阀门15是由若干片双金属片制成的锥筒状体，其锥口端双金属片相固定，锥尖端可随温度升高程度开启。

内管2于温控调节门15和分隔件5之间的管壁上设有与废气螺旋通道9相连通的共振孔16。

本实施方式中，螺旋换热片8为两片，将外壳1和内管2间的空间分隔成废气螺旋通道9和换热工质螺旋通道10两个相互缠绕且不相通的通道。

本实用新型根据热废气的噪声速、噪声压和热废气压力与其温度的变化关系，以及消声的基本原理、金属材料的固有特性制造实施。该装置无内插管和导流管及反向腔，空气动力性能好；在发动机中低转速时，温控调节门15关闭，其中间共振孔16起到抗性消声作用，所以中低转速中的中、高频噪声区域消声效果更好；该装置中的废气螺旋通道9可制成旋式有规则曲率形状，即波纹管状，很难产生驻波，不产生共振现象；该装置中的螺旋式通道使波长较短的高频声波与旋转面得到很好的接触碰撞和反射，从而使消声量明显提高；该装置中的通道螺旋管道外围板采用波纹声流式，使管道形状达到连续变化，局部结构阻力损失小，其空气动力性能好，脉动气流反射压力波小，热交换面积大；该装置中的螺旋声流式通道，使声波传播方向和气流运动方向不一致，甚至相反，使声波在换热室中衰减系数不下降反而增加，更有利于消声；该装置设计结构不易产生再次噪声，可以适当提高气流速度，减少使用材料使该装置的空气动力性能更好；该装置设计可以缩短排气管长度，增大消音器出口排管截面，降低排气阻力，削除气体对管壁激发而产生的空气柱的共鸣噪声，使发动机功率、背压、燃料消耗率得到良好改善；通过改变内管2直径、螺旋换热室的螺距、内外直径、波纹声流式的峰谷值及旋转周数，即改变换热室的容积、扩张收缩流通断面，以适用于各种排量车型，调整十分简单。

在发动机中小工况下，即发动机中低转速时(温控调节门15未打开)，发动机排气经废气入口6、废气进孔13进入废气螺旋通道9，此时气流被分割成许多小支流，并沿着废气螺旋通道9的曲率面流动，一方面曲率面平滑地变动气流方向，使气流多次与通道表面接触碰撞传导和反折射声波；同时使气流重复通过收缩又扩张曲率断面(波纹决定的)，将排气热量通过螺旋管壁传给吸热工质使气流得以冷却；此外在温控调节门15未打开前，其后的共振孔16起到共振消声作用，突出有选择的消除低、中频成分的噪声。交换完热量的废气进入内壁设有吸音材料废气膨胀集汽室，即后隔板12与外壳1间的空间，中低频噪声得到进一步削除，最后经废气出口4排入大气。这就是发动机中小工况下(对汽车发动机是指在2000转/分以下运行)，发动机排气废气的流通过程，主要是将其自身的热量传递给螺旋波纹管壁。与此同时冷工质通过泵或风机由冷工质入口管进入，通过换热工质入口7进入换热工质螺旋通道10，废气螺旋通道9的热量使冷工质温度升高，变成热工质，交换完毕后的热工质经换热工质出口3排出。以上过程消耗废气流的能量，平衡降低气流的压力波动，将废气的热能转换给热工质，达到了消音换热的目的。

在发动机高转速大工况运行时(汽车发动机大于2000转/分)，因此时排量增大排气温度上升，使温控调节门15逐渐打开，此时共振孔16与废气进孔13的作用是一样的，均向废气螺旋通道9排入热废气，进一步提高废气流通截面，使大工况的废气快速进入废气螺旋通道9，进行能量转换，近而降低发动机排气背压，提高发动机的空气动力性(此时排气噪声以远低于轮胎噪声)。

Claims (5)

1、螺旋消音换热器，包括外壳(1)和内管(2)，其特征在于，外壳(1)为两端封闭的圆筒状体，外壳(1)前端和后端分别设有换热工质出口(3)和废气出口(4)，内管(2)管腔于中部分隔，内管(2)与外壳(1)同轴线固定，内管(2)两端伸出外壳(1)，内管(2)和外壳(1)间盘绕设有螺旋换热片(8)，螺旋换热片(8)将外壳(1)和内管(2)间的空间分隔成废气螺旋通道(9)和换热工质螺旋通道(10)，废气螺旋通道(9)于前端口封闭，换热工质螺旋通道(10)于后端口封闭，内管(2)于分隔件(5)两侧的管壁上分别设有与废气螺旋通道(9)和换热工质螺旋通道(10)的封闭端相连通的废气进孔(13)和换热工质进孔(14)。

2、如权利要求1所述的螺旋消音换热器，其特征在于，所述废气进孔(13)前部分为圆孔，后部分为顺螺旋方向的长孔。

3、如权利要求1所述的螺旋消音换热器，其特征在于，所述内管(2)管腔内于废气进孔(13)和分隔件(5)之间设有温控调节阀门(15)。

4、如权利要求3所述的螺旋消音换热器，其特征在于，所述温控调节阀门(15)是由若干片双金属片制成的锥筒状体，其锥口端双金属片相固定，锥尖端可随温度升高程度开启。

5、如权利要求1或3所述的螺旋消音换热器，其特征在于，所述内管(2)于温控调节门(15)和分隔件(5)之间的管壁上设有与废气螺旋通(9)相连通的共振孔(16)。

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