CN203742842U - 用于内燃机的余热回收式egr 冷却器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，包括：腔体，其具有出水端与进水端，EGR冷却器的冷却液通过进水端与出水端在腔体内循环；冷却芯组件，其包括至少一个冷却管，冷却芯组件设在腔体的内部，冷却管的管腔与腔体分离设置，内燃机的排气穿过冷却管的管腔，经过冷却管的管腔的排气与经过腔体的冷却液进行热交换；以及温差发电组件，其设在冷却管上。该产品提高了燃料的能量利用率，解决了普通EGR冷却器出现的冷却液温度大幅升高问题，降低了发动机的整机热负荷。

Description

用于内燃机的余热回收式EGR 冷却器

技术领域

本实用新型涉及内燃机技术领域，特别涉及一种应用在内燃机上的余热回收式EGR冷却器。 

背景技术

随着社会的发展，内燃机在工业中的应用越来越广泛，包括汽车、轮船、农用机械和发电等等，同时，内燃机的节能减排技术受到广泛的关注，我们要在降低能源消耗的同时降低排放污染物。对于内燃机来说，主要就是提高燃料的能量利用率，目前燃料燃烧放出的热量大约20—40%用于做功，其余大部分能量随着燃烧产生的高温废气排向了大气中。 

为了解决发动机的排放污染物，尤其是氮氧化合物，目前一般采用了EGR技术。EGR（Exhaust Gas Recycling，废气再循环）就是将发动机的一部分排气重新引入气缸内燃烧以达到降低NOx的目的，但是引入的这部分排气的温度对NOx的产生影响非常大，需要较低的温度才能更好的降低NOx，因此，为了降低这部分重新回到缸内的排气的温度，一般采用EGR冷却器。EGR冷却器是通过发动机的冷却液来冷却排气，高温排气在通过EGR冷却器时与低温冷却液发生热交换，从而使得温度被大大降低。一般情况下，发动机的排气温度大约600-700℃，经过EGR管路引入到EGR冷却器时的温度500℃左右，经过EGR冷却器后的温度大概160℃，而经过EGR冷却器的冷却液温度基本在80-100℃之间变化，引入到EGR冷却器的排气的温度与EGR冷却器的冷却液温度之间的温差在80-400℃左右。 

但是，现有技术中的EGR冷却器只能对排气进行冷却，不能对排气中的余热加以利用，对能量的利用率低。而且，EGR冷却器通过冷却液来降低排 气温度，但高温排气直接将热能传递给低温冷却液，导致冷却液的温度同步上升，为了降低这部分冷却液的温升，发动机的散热系统就需要做更多的功消耗更多的能量，同时增加了发动机整机的热负荷。 

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，通过将排气的热能转换为电能，阻止了高温排气直接将冷却液加热，能够解决冷却液温度升高的问题，同时又能够降低排气温度，实现EGR冷却器的功能。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，包括：腔体，其具有出水端与进水端，EGR冷却器的冷却液通过进水端与出水端在腔体内循环；冷却芯组件，其包括至少一个冷却管，冷却芯组件设在腔体的内部，冷却管的管腔与腔体分离设置，内燃机的排气穿过冷却管的管腔，经过冷却管的管腔的排气与经过腔体的冷却液进行热交换；以及温差发电组件，其设在冷却管上。 

优选地，腔体的两端敞开；冷却芯组件还包括前端板和后端板，前端板和后端板分别对应设在冷却管的两端，且冷却管的两端分别贯通前端板和后端板，前端板和后端板分别与腔体的两敞开端密封连接。 

优选地，冷却管为扁管，扁管至少三根且层状设置。 

优选地，前端板外侧设有进气腔，进气腔具有进气端口，后端板的外侧设有出气腔，出气腔具有出气端口。 

优选地，扁管的上表面设有开口；温差发电组件包括温差发电块、散热肋片和引线，散热肋片设在温差发电块的上下表面，引线设在温差发电块的 一端，温差发电块密封设在开口处。 

优选地，温差发电块为壳体形式，壳体内部设置有若干半导体温差发电片，散热肋片交错设置在壳体上下表面。 

优选地，扁管、散热肋片和壳体是由导热材料制成。 

优选地，扁管的横截面为矩形，腔体为中空立方体形状。 

优选地，扁管的下表面设有散热片。 

优选地，引线设在温差发电块靠近后端板的一端。 

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本装置将冷却功能和温差发电功能集成在一起，实现了EGR冷却器的多功能化，对排气余热的回收利用，提高了燃料的能量利用率；通过对排气能量的回收利用，解决了普通EGR冷却器出现的冷却液温度大幅升高问题，降低了发动机的整机热负荷，间接的降低了冷却系统散热所需要的消耗的能量；而且不改变EGR冷却器的外壳结构和安装方式，对整机布置毫无影响。 

附图说明

图1是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的整体结构示意图； 

图2是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的冷却芯组件与温差发电组件的安装示意图； 

图3是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的冷却管的结构示意图； 

图4是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的前端板结构示意图； 

图5是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的温差发电组件的结构示意图； 

图6是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的温差发电组件安装在冷却管上的结构示意图； 

图7是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的温差发电组件安装在冷却管上的左视示意图； 

图8是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的冷却芯组件与温差发电组件的轴侧示意图； 

图9是根据本实用新型的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器的冷却芯组件与温差发电组件的剖视图。 

主要附图标记说明： 

1-腔体，11-出水端，12-进水端，13-进气腔，14-出气腔，2-冷却芯组件，21-冷却管，3-温差发电组件，31-温差发电块，32-散热肋片，4-排气通道，5-冷却液通道。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。 

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。 

本实用新型具体实施方式的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器是一种冷却功能和发电功能的集成设计，发电功能是根据温差发电原理实现的，温差发电是将热能转换成电能的有效方式，目前应用方便快捷的就是半导体温差发电片。半导体温差发电的原理就是利用热电材料的塞贝克效应，将热能转换成电能，具体就是将P、N两种类型不同的半导体材料串联整合起来，并在两端给予不同的温度形成温差，即在两端就会产生电压，接入回路就会形成电流通过。 

如图1所示，根据本实用新型具体实施方式的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，包括腔体1、冷却芯组件2以及温差发电组件3（参照图2），腔体1具有出水端11与进水端12，EGR冷却器的冷却液通过进水端11与出水端12在腔体1内循环。冷却芯组件2包括至少一个冷却管21（参照图2），冷却芯组件2设在腔体1的内部，冷却管21的管腔与腔体1相对分离，内燃机的排气穿过冷却管21的管腔，经过冷却管21的管腔的排气与经过腔体1的冷却液进行冷热交换，具体地，冷却管21的管腔形成内燃机的排气通道4（参见图9），冷却管21的管腔外表面与腔体1的内表面形成冷却液通道5（参见图9），即排气通道4与冷却液通道5形成热源与冷源之间的温差，为设在冷却管21上的温差发电组件3进行温差发电提供条件，而且温差发电组件3的热端温度在150-500℃之间，冷端温度在80-100℃之间。 

作为一种具体实施例，排气通道4与冷却液通道5的分离设计可以这样实现，腔体1为中空立方体形状，腔体1的两端敞开，冷却芯组件2还包括前端板22和后端板23，前端板22和后端板23分别对应设在冷却管21的两端，且冷却管21的两端分别贯通前端板22和后端板23（参见图8），前端板22和后端板23分别与腔体1的两敞开端密封连接。作为一种优选实施例，冷却管21为扁管，扁管的横截面为矩形，扁管至少三根且层状等间距设置（参见图2），当然冷却管21的数量并不局限于三个，也可以根据发动机的实际情况设计不同数量的冷却管21。相应的，在前端板22的相应位置设有矩形孔221（参见图4），扁管的开口与矩形孔221密封连接，后端板23的设计同理（参见图8）。另外，前端板22的外侧设有进气腔13，进气腔13具有进气端口131，后端板23的外侧设有出气腔14，出气腔14具有出气端口141（参见图1），这样，内燃机的高温排气即可经过进气端口131进入进气腔13，进入进气腔13的排气分配到各个冷却管21，经过各个冷却管21的排气汇集到出气腔14，最后通过出气端口141排出。 

如图3、5、6及7所示，扁管的上表面设有开口211，开口211为长方形，温差发电组件3包括温差发电块31、散热肋片32和引线33，散热肋片32设在温差发电块31的上下表面，引线33设在温差发电块31的一端，具体布置在后端板23上，并且从出气腔14的一端引出，将温差发电组件3产生的电能引出。具体地，温差发电块为壳体形式，壳体内部设置有若干半导体温差 发电片（市场购买），散热肋片32对称分布在壳体上下表面，且散热肋片32的相邻两排肋片之间的位置是错开的，这样能够加强对流体的扰动，开口211的尺寸略比温差发电块31的尺寸小，这样温差发电块31放在该开口211上面就不会掉进去，方便将扁管与温差发电块31密封焊接为一个整体，高温排气从扁管内部流过，冷却液从扁管外部流过，排气的热量通过壳体上的散热肋片32与冷却液进行热交换。其中，扁管、散热肋片和壳体是由导热材料制成，或者不锈钢。为了加强散热，在扁管的下表面可以设有散热片（图中未示出），散热片可以设计为散热肋片32。 

本实施例提供的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器具体功能实现的过程如下： 

在使用EGR技术的发动机装上该余热回收式EGR冷却器，排气管分流出来的高温排气，从进气腔13进入扁管的内部，经过温差发电块31上的散热肋片32的扰流，将高温传递给温差发电块31，最后经过冷却的排气从出气腔14流出，进入到发动机中参与燃烧。发动机的冷却液从进水端12进入腔体1与冷却芯组件2之间的通道，冷却液经过温差发电块31上散热肋片32的扰流，将低温传递给温差发电块31并吸收高温，对温差发电块31进行冷却，最后被加热的冷却液从出水端11流出，并回到发动机冷却系统。 

具体的，温差发电块31一侧处于排气的高温环境中，另一侧处于冷却液的低温环境中，形成了较高的温度差，温差发电块31内部设置的若干半导体温差发电片即可发电，这时通过引线33将温差发电块31的电压引入回路就能够产生电流，进行发电，实现了排气余热回收的功能。同时，高温排气在扁管中通过散热肋片32和扁管的壳体本身将高温传递给冷却液，得到了良好的冷却，充分达到了降低排气温度的目标，起到了普通EGR冷却器的作用。 

为了说明EGR冷却器中高温排气与冷却液的温差，下面给出某中型发动机在常用工作转速下的EGR冷却器的排气进出口温度和冷却液进出口温度数据作为参考。 

从上表看出，整个温差范围在60-450℃之间，能够给温差发电块31提供足够的温差，保证其处于正常的发电工作状态。 

本装置将冷却功能和温差发电功能集成在一起，实现了EGR冷却器的多功能化，对排气余热的回收利用，提高了燃料的能量利用率，通过对排气能量的回收利用，解决了普通EGR冷却器导致的冷却液温度大幅升高问题，从而降低了发动机的整机热负荷，间接的降低了冷却系统散热所需要消耗的能量。而且不改变EGR冷却器的外壳结构和安装方式，对整机布置毫无影响。 

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。 

Claims (10)

1.一种用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，包括：

腔体，其具有出水端与进水端，EGR冷却器的冷却液通过所述进水端与所述出水端在所述腔体内循环；

冷却芯组件，其包括至少一个冷却管，所述冷却芯组件设在所述腔体的内部，所述冷却管的管腔与所述腔体分离设置，内燃机的排气穿过所述冷却管的管腔，经过所述冷却管的管腔的排气与经过所述腔体的冷却液进行热交换；以及

温差发电组件，其设在所述冷却管上。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述腔体的两端敞开；所述冷却芯组件还包括前端板和后端板，所述前端板和所述后端板分别对应设在所述冷却管的两端，且所述冷却管的两端分别贯通所述前端板和所述后端板，所述前端板和所述后端板分别与所述腔体的两敞开端密封连接。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述冷却管为扁管，所述扁管至少三根且层状设置。

4.根据权利要求3所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述前端板的外侧设有进气腔，所述进气腔具有进气端口，所述后端板的外侧设有出气腔，所述出气腔具有出气端口。

5.根据权利要求4所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述扁管的上表面设有开口；所述温差发电组件包括温差发电块、散热肋片和引线，所述散热肋片设在所述温差发电块的上下表面，所述引线设在所述温差发电块的一端，所述温差发电块密封设在所述开口处。

6.根据权利要求5所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述温差发电块为壳体形式，所述壳体内部设置有若干半导体温差发电片，所述散热肋片交错设置在所述壳体上下表面。

7.根据权利要求6所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述扁管、所述散热肋片和所述壳体是由导热材料制成。

8.根据权利要求3至7任一项所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述扁管的横截面为矩形，所述腔体为中空立方体形状。

9.根据权利要求5至7任一项所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述扁管的下表面设有散热片。

10.根据权利要求5至7任一项所述的用于内燃机的余热回收式EGR冷却器，其特征在于，所述引线设在所述温差发电块靠近所述后端板的一端。