CN2911595Y - 交叉螺旋凹槽换热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种交叉螺旋凹槽换热管，包括不锈钢管体，所述管体上设有向内凹进的螺旋凹槽，所述螺旋凹槽为两条或两条以上交叉设置的螺旋凹槽；所述螺旋凹槽为连续设置或断续设置；所述螺旋凹槽的截面为U形、V形或圆弧形；所述管体的截面形状呈圆形或高度与宽度不等的扁状；所述管体两端设有光滑段。所述交叉螺旋凹槽换热管尤其适于应用到汽车发动机的废气再循环冷却器中，能够提高冷却器的换热效率，提高汽车发动机的排放性能指标，满足日益严格的环保排放要求；同时，由于换热管中交叉螺旋的设计使得管内外均不易结垢，利于清洗，减少换热器的维护费用和更换次数。

Description

交叉螺旋凹槽换热管

技术领域

本实用新型涉及一种交叉螺旋凹槽换热管，尤其适于应用到汽车发动机废气再循环冷却器或应用到涡轮增压的中冷器中，具有截面形状为高度与宽度不相等的扁状的交叉螺旋凹槽换热管。

背景技术

废气再循环冷却系统是汽车发动机满足日益严格的世界环保标准控制氮氧化合物(NOx)排放的关键高新技术之一，其必将成为国内外汽车发动机满足排放要求的必需装备。

废气再循环冷却技术是把汽车发动机所排放的的部分废气通过废气再循环冷却器进行冷却后，重新回传到发动机的燃烧室中循环再利用，这样既引入了不活性气体到燃烧室，降低燃烧室内氮气和氧气的含量，又可以降低燃烧室的温度，由于氮氧化合物的生成是与燃烧峰值及氧气含量密切相关的，采用废气再循环冷却技术从而抑制氮氧化合物生成和排放。其中，换热器是废气再循环冷却系统中的关键元件，其换热效率的高低决定了再循环废气的温度高低，因此，在保证发动机性能不降低的前提下，提高换热器的换热效率是设计换热器时首要考虑因素。而换热管是组成换热器的关键部件，换热管换热系数的高低很大程度影响着换热器换热效率的大小，因此需要不断的改进换热管的设计以提高其换热系数。

目前，发动机废气再循环冷却器中大量采用的换热管是一种表面带有向内凹进螺旋凹槽的横截面为圆形的不锈钢管。但是随着环保法规对汽车尾气中氮氧化合物的生成和排放量的限制成倍增加的现实，这种截面形状为圆形的螺旋凹槽换热管的换热效果已不能满足要求；为了达到排放标准以及在日益激烈的市场竞争中增强实力，需要对这种常用的截面形状为圆形的螺旋凹槽换热管进行改进。

实用新型的内容

本实用新型就是针对上述表面带有向内凹进螺旋凹槽的横截面为圆形的不锈钢管应用到废气再循环冷却器中已不能满足的汽车尾气的排放日益严格的环保标准要求的现状所提出的；其目的是设计一种高效的交叉螺旋凹槽换热管，截面形状呈扁状，尤其适于应用到汽车发动机废气再循环冷却器中或应用到涡轮增压中冷器中，很大程度提高换热器的换热效率，从而提高汽车排放的性能指标、改善发动机的性能。

本实用新型涉及一种交叉螺旋凹槽换热管，包括不锈钢管体，所述管体上设有向内凹进的螺旋凹槽，所述螺旋凹槽为两条或两条以上交叉设置的螺旋凹槽。

在上述技术方案中，所述螺旋凹槽为连续设置或断续设置；所述螺旋凹槽的截面为U形、V形或圆弧形，利于小尺寸形面的生成；所述螺旋凹槽的螺旋升角为20-75度之间；凹槽的深度为大于等于0.4毫米。

在上述技术方案中，所述管体的截面形状呈圆形或高度与宽度不等的扁状；所述扁状截面的长边和短边为直线，两直线段通过圆弧倒角相连；所述扁状截面的长边和短边为向外凸起的圆弧，所述长边的圆弧半径大于所述短边的圆弧半径；所述扁状截面形状为椭圆形。

在上述技术方案中，当管体的截面形状为扁状时，所述螺旋凹槽的交叉部位位于所述管体长边的表面上；所述管体两端设有光滑段。

交叉螺旋凹槽管的这种设置能使流体在管内产生充分的紊流；同时，为了确保经济适用，简化加工难度，故将截面所有锐角均设计为圆弧过渡，使所有表面均能进行充分良好地换热，彻底消除了热交换死角。本实用新型中的螺旋换热管由于其独特的设计可以根据壳体的形状，以不同的排列方式分布在壳体中，提高管内外流体的扰动，从而更有效的提高换热器的换热效果。

本实用新型中换热管布置在废气再循环冷却器中，当废气通过这种交叉螺旋凹槽换热管，在管内流动时，受螺旋槽纹的引导，靠近壁面沿轴向运动同时，螺旋形的凹进也使流体产生周期性的扰动。前种作用有利于减少流体边界层厚度；后一种作用会引起边界层中流体质点的扰动，因而可以加快由壁面到流体主体的热量传递。具体的说当废气遇到螺旋凹进部位的阻碍作用，流动方向发生变化，产生复杂的二次流涡旋流动，同时在螺旋凹进的后面也形成了涡旋，增大了废气的湍流度，尤其增大了对近壁区边界层的扰动，破坏或减薄了流体的边界层，从而增强了换热；同时，流体扰动的增强使得临界雷诺数降低，即从层流向湍流的转变提早发生，管内流体产生强烈湍流地旋转运动，对换热管壁有较强地冲刷作用，以及螺旋槽管本身具有热补偿能力，热胀冷缩，管壁不易结垢，而且，即使结垢，清垢也比较方便。此外，这种交叉的凸肋增强了换热管的机械强度。

总之，交叉螺旋槽管管壁上的螺旋槽在传热的过程中能明显的提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。螺旋槽管的强化传热机理有以下几个方面：(1)形成旋流层；(2)减薄或破坏边界层；(3)管中心的流体与靠近管壁流体产生置换作用；(4)产生二次流。在换热器中应用螺旋凹槽管是对传统换热设备的改进，提高换热器的换热性能，不仅如此，在强化换热的同时，能达到清除污垢的目的。

本实用新型通过改进换热管的设计，以提高换热管的表面换热系数从而强化换热器的换热效率，可以为汽车发动机废气再循环系统的有限空间内提供更好的换热效果。本实用新型应用到废气再循环冷却器中，在降低循环再利用废气的温度的同时，可以减少或抑制NOx的排放量，是汽车发动机尾气排放达到日益严格的环保标准，这就是本实用新型的主要作用。

利用本实用新型制成的汽车发动机废气再循环冷却器能够在同等的体积尺寸下，获得更大的冷却效果，很大程度上提高汽车发动机的排放性能指标，满足未来日益严格的排放法规的要求。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的立体结构示意图；

图2为图1所示第一实施例的截面形状示意图；

图3为本实用新型第二实施例的立体结构示意图；

图4为图1所示第二实施例的截面形状示意图；

图5为本实用新型第三实施例的立体结构示意图；

图6为图1所示第三实施例的截面形状示意图；

图7为本实用新型第四实施例的立体结构示意图；

图8为图1所示第四实施例的截面形状示意图。

具体实施方式

实施例1

图1为本实用新型第一实施例的立体结构示意图，图2为本实用新型第一实施例的截面形状示意图。如图2所示，为了充分利用换热管的表面来实现最大效率的热交换，且易于生产加工，本实施例将换热管管体除去螺旋凹槽情况下，其截面中相对的长边和相对的短边均设置成弧形，且长边与短边圆滑的相连。换热管的管体1的外表面具有向内凹进的交叉螺旋凹槽2和3，而管体1的内表面具有与外表面凹槽相对应的凹进的交叉螺旋凹台，管体1的两端为光滑段；螺旋凹槽2、3的截面形状可以设置为“U”形、“V”形或圆弧形，利于小尺寸形面的生成；凹槽螺旋升角设计为20～75度之间；凹槽深度不小于0.4mm。如图2所示，长边的圆弧半径远远大于短边的半径，这样不会出现表面“塌陷”的现象。

采用扁状螺旋换热管，与目前所采用的圆形螺旋换热管相比；首先，在保证冷却器的体积和废气流量不变的前提下，也就是换热管截面面积不变的情况下，扁状管的截面周长肯定大于圆管的截面周长，从而扁状管的换热面积大于圆管的换热面积，进而提高了整个换热器的换热面积，使换热器达到了较高的换热效果。

实施例2

图3、4所示分别为本实用新型第二实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。本实施例与上述第一实施例的区别在于不锈钢管体的截面形状呈扁平状，两个相对的长边为直线，相对的短边由内向外呈弧形凹进的半圆弧面，如图4所示；其余部分与实施例一相同。这样的设置，可以提高换热效率。

扁状管相对于圆管来说不是中心对称的形状，扁状螺旋管的几何中心与管壁的距离比圆形螺旋管与管壁的距离要小，管内的大部分流体可以参与换热，且扁状管的形状使得流体的扰动增强，换热效果增强，从而管内流体的温度下降的要快，进出口的温差增大，换热效率高。

实施例3

图5、6所示分别为本实用新型第三实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。本实施例是在第一实施例的基础上的一个变形，将换热管的整个的截面圆滑的连接起来，即为了方便加工，在除去螺旋凹槽的截面形状的情况下，将管体的截面形状设置成椭圆形；其余部分与实施例一相同。

扁状螺旋管的非中心对称性相对于圆形的螺旋管来说，不同的排列方式可以产生不同的效果，因此根据不同的需求，换热管的布置的方式上可以有多种，换热管顺排、错排或者是顺排和错排同时使用，不同的排列方式使得管外冷却剂的流动发生扰动的效果不同，从而也可以加强管内外流体的换热，增强换热器的换热效率。

实施例4

图7、8所示分别为本实用新型第四实施例的立体结构示意图及截面形状示意图。本实施例将换热管相邻的两面之间设置半圆弧形过渡连接，该换热管截面除去螺旋凹槽的截面形状，不锈钢管体的截面形状即为矩形，且相邻的两面之间为弧形过渡连接；其余部分与实施例一相同，这种设置使得换热效率可以有效的增加。

如实施例4所示的扁状管，同样具有上述三种实施例相对于圆管的优势存在。扁状管的采用在提高换热器的换热效率方面起到很大的作用。

本实用新型具有很高的换热性能，应用到废气再循环冷却器中，可以获得极大冷却效果，同时使汽车发动机有限的空间更为紧凑，从而提高汽车发动机的排放性能指标，满足日益提高的环保要求。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1、一种交叉螺旋凹槽换热管，包括不锈钢管体，所述管体上设有向内凹进的螺旋槽，其特征在于：所述螺旋凹槽为两条或两条以上交叉设置的螺旋凹槽。

2、根据权利要求1所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述螺旋凹槽为连续设置或断续设置。

3、根据权利要求1所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述螺旋凹槽的截面为U形、V形或圆弧形。

4、根据权利要求1所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述螺旋凹槽的螺旋升角为20-75度之间。

5、根据权利要求1所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述螺旋凹槽的深度为大于等于0.4毫米。

6、根据权利要求1所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述管体的截面形状呈圆形或高度与宽度不等的扁状。

7、根据权利要求6所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述扁状截面的长边和短边为直线，两直线段通过圆弧倒角相连。

8、根据权利要求6所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述扁状截面的长边和短边为向外凸起的圆弧，所述长边的圆弧半径大于所述短边的圆弧半径。

9、根据权利要求6、7或8所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述扁状截面由长边的直线段和半圆弧连接。

10、根据权利要求6所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述扁状截面形状为椭圆形。

11、根据权利要求1或6所述的交叉螺旋凹槽换热管，其特征在于：所述管体的截面形状为扁状，所述螺旋凹槽的交叉部位位于所述管体长边的表面上。

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