RU185103U1 - Heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine - Google Patents
Heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU185103U1 RU185103U1 RU2017146813U RU2017146813U RU185103U1 RU 185103 U1 RU185103 U1 RU 185103U1 RU 2017146813 U RU2017146813 U RU 2017146813U RU 2017146813 U RU2017146813 U RU 2017146813U RU 185103 U1 RU185103 U1 RU 185103U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- tubes
- exchange
- foam
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
- F28D7/0075—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with particular circuits for the same heat exchange medium, e.g. with the same heat exchange medium flowing through sections having different heat exchange capacities or for heating or cooling the same heat exchange medium at different temperatures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, в частности к охладителю отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, представляющему собой кожухотрубный теплообменник с разъемным корпусом.Теплообменник состоит из отдельных теплообменных секций с теплообменными трубами, заполненными пенометаллом (пеномедь) с необходимой пористостью, и внутри которых движется первый теплоноситель. Объем, ограниченный внутренней поверхностью корпуса и внешними поверхностями теплообменных труб, образует межтрубное пространство теплообменника, в котором движется второй теплоноситель. В теплообменнике происходит раздельное и встречно-поперечное движение двух теплоносителей - отработавших газов и охлаждающей жидкости.Теплообменник состоит из впускного коллектора для подачи первого теплоносителя в теплообменные трубы и выпускного коллектора для отвода первого теплоносителя из теплообменных труб. Каждая теплообменная секция содержит две трубные решетки, обеспечивающие шахматное расположение теплообменных труб, а также имеет впускной и выпускной патрубки для подачи и отвода второго теплоносителя из межтрубного пространства. При этом для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства каждой секции патрубки секций последовательно соединены между собой с помощью гибкого трубопровода или другим подходящим способом.Технический результат обеспечивает повышение надежности теплообменника, а также снижение стоимости изготовления теплообменника и эксплуатационных расходов, связанных с обслуживанием элементов теплообменника. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to heat exchangers, in particular to an exhaust gas cooler of an internal combustion engine, which is a shell-and-tube heat exchanger with a detachable body. The heat exchanger consists of separate heat exchanger sections with heat exchanger tubes filled with foam metal (foam copper) with the necessary porosity, and inside which the first heat carrier moves . The volume limited by the inner surface of the casing and the outer surfaces of the heat exchanger tubes forms the annular space of the heat exchanger in which the second heat carrier moves. In the heat exchanger, separate and counter-transverse motion of two heat carriers — exhaust gases and coolant — takes place. The heat exchanger consists of an intake manifold for supplying the first heat carrier to the heat exchange pipes and an exhaust manifold for removing the first heat carrier from the heat transfer pipes. Each heat-exchange section contains two tube sheets providing a checkerboard arrangement of heat-exchange tubes, and also has an inlet and outlet pipe for supplying and discharging a second heat carrier from the annular space. At the same time, to ensure hydraulic connection between the annulus of each section, the branch pipes are sequentially interconnected using a flexible pipe or other suitable method.The technical result improves the reliability of the heat exchanger, as well as reduces the cost of manufacturing the heat exchanger and operating costs associated with servicing the elements of the heat exchanger. 3 s.p. f-ly, 2 ill.
Description
Техническое решение относится к теплообменным аппаратам, в частности к охладителю отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, представляющему собой кожухотрубный теплообменник, состоящий из отдельных теплообменных секций с теплообменными трубами, заполненными пенометаллом, в котором организовано раздельное и встречно-поперечное движение теплоносителей - отработавших газов и охлаждающей жидкости.The technical solution relates to heat exchangers, in particular to an exhaust gas cooler of an internal combustion engine, which is a shell-and-tube heat exchanger, consisting of separate heat-exchange sections with heat-exchange tubes filled with foam metal, in which separate and counter-transverse movement of heat carriers - exhaust gases and coolant is organized .
Теплообменники различного назначения широко используются в транспортных средствах и энергоустановках, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, для регулирования температуры охлаждающей жидкости и моторного масла, для использования остаточной теплоты отработавших газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания, и пр.Various heat exchangers are widely used in vehicles and power plants equipped with internal combustion engines to control the temperature of the coolant and engine oil, to use the residual heat of the exhaust gases leaving the internal combustion engine, etc.
В целом, теплообменники представляют собой устройства, в которых происходит перенос тепловой энергии между двумя теплоносителями без прямого контакта между ними. Таким образом, тепловая энергия переносится между теплоносителями через стенки и прочие элементы теплообменника, разделяющие теплоносители.In general, heat exchangers are devices in which thermal energy is transferred between two heat carriers without direct contact between them. Thus, thermal energy is transferred between the heat carriers through the walls and other elements of the heat exchanger that separate the heat carriers.
Рабочие параметры теплообменника, связанные с передачей тепловой энергии между теплоносителями, зависят от площади поверхности теплообмена и физических свойств используемых материалов.The operating parameters of the heat exchanger associated with the transfer of thermal energy between the heat carriers depend on the surface area of the heat transfer and the physical properties of the materials used.
Современные тенденции к энергосбережению и повышению эффективности использования топлива, а также меры, направленные на решение экологических проблем, приводят к необходимости постоянного совершенствования компонентной базы, используемой при создании транспортных и стационарных энергоустановок. Вышесказанное в полной мере относится и к теплообменникам для охлаждения отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Известно, что стремление повысить мощность теплообменника при сохранении прежних габаритных размеров, приводит к росту внутреннего гидравлического сопротивления, вызванного увеличением скорости движения теплоносителей, и использованию сложных технологий и дорогих материалов при создании теплообменных поверхностей.Current trends in energy conservation and fuel efficiency, as well as measures aimed at solving environmental problems, lead to the need for continuous improvement of the component base used in the creation of transport and stationary power plants. The above fully applies to heat exchangers for cooling exhaust gases of internal combustion engines. It is known that the desire to increase the capacity of the heat exchanger while maintaining the previous overall dimensions, leads to an increase in internal hydraulic resistance caused by an increase in the speed of movement of the coolants, and the use of complex technologies and expensive materials to create heat transfer surfaces.
Одним из решений возникающих проблем является использование пенометаллов в конструкции теплообменника для интенсификации теплообмена и повышения площади теплообменной поверхности.One of the solutions to these problems is the use of foam metals in the design of the heat exchanger to intensify heat transfer and increase the area of the heat exchange surface.
Пенометалл представляет собой пористый материал с высокой удельной площадью поверхности, составляющей 2000-10000 м2/м3. Пористость пенометалла, представляющая собой отношение объема воздуха, заключенного в пенометалле, к полному объему пенометалла, обычно равна 75-98%, благодаря чему плотность пенометалла является очень низкой. Для изготовления пенометаллов обычно используются материалы с высокой теплопроводностью (алюминий, медь и др.), благодаря чему достигается более равномерное температурное поле пенометалла и теплоносителя, протекающего в нем.Foam is a porous material with a high specific surface area of 2000-10000 m 2 / m 3 . The porosity of the foam metal, which is the ratio of the volume of air enclosed in the foam metal, to the total volume of the foam metal, is usually 75-98%, so the density of the foam metal is very low. For the manufacture of foam metals, materials with high thermal conductivity (aluminum, copper, etc.) are usually used, due to which a more uniform temperature field of the foam metal and the coolant flowing in it is achieved.
Пенометалл является относительно новым материалом и его использование во многих областях машиностроения является перспективным.Foam is a relatively new material and its use in many areas of mechanical engineering is promising.
Из уровня техники известны различные варианты исполнения теплообменных аппаратов для охлаждения отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.The prior art various embodiments of heat exchangers for cooling exhaust gases of internal combustion engines.
В патенте на полезную модель (CN 201748825, МПК: F28D 7/00, F28F 1/42, опубликованному 16.02.2011) предложен кожухотрубный теплообменник, в конструкции которого использован пенометалл для улучшения теплообмена. Пенометалл представляет собой многослойную пористую структуру, которая получается из пористой ленты после ее сворачивания в цилиндр. Полученный при этом сплошной цилиндр устанавливается внутрь теплообменной трубы теплообменника, а полый цилиндр размещается снаружи теплообменной трубы.The utility model patent (CN 201748825, IPC: F28D 7/00, F28F 1/42, published February 16, 2011) proposes a shell-and-tube heat exchanger in the construction of which foam metal is used to improve heat transfer. Foam is a multilayer porous structure, which is obtained from a porous tape after it is rolled into a cylinder. The resulting solid cylinder is installed inside the heat exchanger pipe of the heat exchanger, and the hollow cylinder is placed outside the heat exchanger pipe.
Использование пенометалла в конструкции теплообменника позволяет снизить его габаритные размеры и массу, а также достичь снижения материалоемкости и стоимости готового изделия. В патенте предлагается отказаться от внутренних перегородок, что упрощает конструкцию и сборку теплообменника.The use of foam metal in the design of the heat exchanger allows to reduce its overall dimensions and weight, as well as to reduce material consumption and the cost of the finished product. The patent proposes to abandon the internal partitions, which simplifies the design and assembly of the heat exchanger.
Однако предложенный теплообменник обладает несколькими недостатками.However, the proposed heat exchanger has several disadvantages.
Так при размещении пенометалла снаружи теплообменной трубы предложенный теплообменник будет иметь ограниченное применение. Например, при использовании плотного теплоносителя, к которому можно отнести воду и прочие охлаждающие жидкости, его прохождение через пенометалл с относительно высокими скоростями будет сопровождаться увеличенным гидравлическим сопротивлением. Это приведет к увеличению затрат энергии на привод насоса, что снизит общую эффективность использования теплообменника.So when placing the foam metal outside the heat exchanger pipe, the proposed heat exchanger will have limited use. For example, when using a dense coolant, to which water and other coolants can be attributed, its passage through the foam metal at relatively high speeds will be accompanied by increased hydraulic resistance. This will increase the energy cost of the pump drive, which will reduce the overall efficiency of the heat exchanger.
Отметим также технологические недостатки теплообменника, связанные с процессом внешней и внутренней установки пенометалла.We also note the technological disadvantages of the heat exchanger associated with the process of external and internal installation of foam metal.
Для обеспечения достаточного усилия прилегания пенометалла к внешней поверхности теплообменной трубы необходимо создание изначального соединения с гарантированным натягом, когда внутренний диаметр пенометалла будет меньше внешнего диаметра теплообменной трубы. Сложность состоит в обеспечении надежного соединения свернутого пенометалла и гарантированного сохранения его формы во время работы, поскольку отдельные связи таких пенометаллов, как медь или алюминий, не обладают достаточной прочностью.To ensure sufficient adhesion of the foam metal to the outer surface of the heat exchanger pipe, it is necessary to create the initial connection with a guaranteed interference fit when the inner diameter of the foam metal is less than the outer diameter of the heat exchanger pipe. The difficulty lies in ensuring a reliable connection of rolled-up foam metal and guaranteed preservation of its shape during operation, since individual bonds of foam metals such as copper or aluminum do not have sufficient strength.
При внутреннем размещении пенометалла также необходимо сворачивать листовой пенометалл в цилиндр и фиксировать полученную форму. В этом случае при установке пенометалла внутрь теплообменной трубы его форма будет поддерживаться во время работы теплообменника. Однако процесс установки пенометалла, имеющего высокую пористость, в трубу будет затруднен, так как установка пенометалла, выполненного в виде стержня, в трубу с требуемым натягом приведет к его деформации и повреждению.For internal placement of foam metal, it is also necessary to fold sheet metal foam into a cylinder and fix the resulting shape. In this case, when installing the foam metal inside the heat exchanger pipe, its shape will be maintained during operation of the heat exchanger. However, the process of installing a foam metal having high porosity in a pipe will be difficult, since installing a foam metal made in the form of a rod in a pipe with the required interference will lead to its deformation and damage.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является кожухотрубный теплообменник, рассмотренный в патенте на изобретение (US 8272431, МПК: F28F 13/12, публ. 25.09.2012). Теплообменник относится к кожухотрубному типу и используется для теплообмена между двумя теплоносителями. Корпус теплообменника состоит из трех деталей: входного и выходного коллекторов и центральной части, содержащей теплообменные трубы. Корпус теплообменника оснащен трубными решетками, в которые устанавливаются теплообменные трубы, а внутри корпуса расположены перегородки, обеспечивающие встречно-перпендикулярное движение теплоносителей.The closest analogue selected as a prototype is a shell-and-tube heat exchanger, discussed in the patent for the invention (US 8272431, IPC: F28F 13/12, publ. September 25, 2012). The heat exchanger is a shell-and-tube type and is used for heat exchange between two heat carriers. The heat exchanger housing consists of three parts: the inlet and outlet manifolds and the central part containing the heat exchange tubes. The heat exchanger case is equipped with tube sheets in which heat exchanger tubes are installed, and inside the case there are partitions providing counter-perpendicular movement of the heat carriers.
Особенностью теплообменника является использование пенографита и слоя из графитового материала для изготовления теплообменных труб, которые имеют двухслойную конструкцию. Первый внешний слой является стенкой теплообменной трубы и образован слоем из графитового материала, который является непроницаемым или частично проницаемым для теплоносителей. Второй слой, выполненный из пенографита с открытыми ячейками, расположен внутри теплообменной трубы и является проницаемым для теплоносителя, движущегося внутри трубы. Оба слоя соединены между собой в единую неразборную структуру.A feature of the heat exchanger is the use of penografite and a layer of graphite material for the manufacture of heat transfer tubes, which have a two-layer structure. The first outer layer is the wall of the heat exchanger tube and is formed by a layer of graphite material that is impermeable or partially permeable to the coolant. The second layer, made of open-cell foamite, is located inside the heat exchange tube and is permeable to the heat carrier moving inside the tube. Both layers are interconnected into a single non-separable structure.
Благодаря применению пенографита значительно снижается масса теплообменных труб, а высокая площадь поверхности теплообмена пенографита обеспечивает компактность конструкции.Thanks to the use of penografit, the mass of heat exchange tubes is significantly reduced, and the high surface area of heat exchange of penografit ensures a compact design.
Однако представленная конструкция имеет ряд недостатков, связанных с технологией изготовления и эксплуатацией теплообменника.However, the presented design has several disadvantages associated with the manufacturing technology and operation of the heat exchanger.
1) Отметим сложность технологии изготовления теплообменных труб, практическая реализация которой требует применения специального оборудования и оснастки для создания двухслойной теплообменной трубы. К тому же невозможно проведение замены пенографита, что может потребоваться при засорении пенографита, вызывающем снижение пропускной способности и увеличение гидравлического сопротивления, или при иных повреждениях.1) We note the complexity of the technology of manufacturing heat transfer tubes, the practical implementation of which requires the use of special equipment and equipment to create a two-layer heat transfer tube. In addition, it is impossible to replace the penografit, which may be necessary if the penografit is clogged, causing a decrease in throughput and an increase in hydraulic resistance, or in case of other damage.
2) Для соединения теплообменных труб, внешний слой которых выполнен из графитного материала, с трубной решеткой необходимо использование химических или клеевых способов соединения. При этом возникают ограничения по рабочим температурам и устойчивости полученного соединения к вибрациям, которые могут возникать во время работы. Таким образом, это снижает области применения рассмотренного теплообменника.2) For the connection of heat transfer pipes, the outer layer of which is made of graphite material, with the tube sheet, the use of chemical or adhesive methods of connection is necessary. In this case, there are limitations on operating temperatures and the stability of the resulting compound to vibrations that may occur during operation. Thus, this reduces the scope of the considered heat exchanger.
3) Неразборная конструкция центральной части теплообменника приводит к сложности проведения периодического обслуживания во время его эксплуатации. Например, выполнение работ по очистке турбулизаторов потока от загрязнений и отложений, расположенных на внешней поверхности теплообменных труб. Нарушение нормальных условий работы турбулизаторов потока приводит к снижению эффективности теплообменника, увеличению гидравлического сопротивления и пр.3) The fixed design of the central part of the heat exchanger leads to the difficulty of periodic maintenance during its operation. For example, the work on cleaning the flow turbulators from contaminants and deposits located on the outer surface of the heat transfer pipes. Violation of normal operating conditions of flow turbulators leads to a decrease in the efficiency of the heat exchanger, an increase in hydraulic resistance, etc.
Задача, поставленная в полезной модели, заключается в расширении областей применения теплообменника, в повышении технологичности конструкции и упрощении периодического обслуживания теплообменника во время его эксплуатации.The task posed in the utility model is to expand the scope of the heat exchanger, to increase the manufacturability of the design and simplify periodic maintenance of the heat exchanger during its operation.
Технический результат заключается в повышении надежности теплообменника, а также в снижении стоимости изготовления теплообменника и эксплуатационных расходов, связанных с обслуживанием элементов теплообменника.The technical result consists in increasing the reliability of the heat exchanger, as well as in reducing the cost of manufacturing the heat exchanger and operating costs associated with servicing the elements of the heat exchanger.
Сущность полезной модели состоит в том, что теплообменник для охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит разъемный корпус теплообменника, содержащий не менее двух теплообменных секций, впускной коллектор для подачи первого теплоносителя в теплообменные трубы теплообменника, выпускной коллектор для отвода первого теплоносителя из теплообменных труб теплообменника, причем каждая теплообменная секция включает в состав теплообменные трубы, заполненные внутри пенометаллом с необходимой пористостью и внутри которых движется первый теплоноситель, и снабжена двумя крепежными фланцами, уплотнительными и крепежными элементами, теплообменные трубы, а объем, ограниченный внутренней поверхностью корпуса и внешними поверхностями теплообменных труб, образует межтрубное пространство теплообменника.The essence of the utility model is that the heat exchanger for cooling the exhaust gases of an internal combustion engine comprises a detachable heat exchanger housing containing at least two heat exchanger sections, an inlet manifold for supplying the first heat carrier to the heat exchanger tubes of the heat exchanger, an exhaust manifold for removing the first heat carrier from the heat exchanger tubes of the heat exchanger, moreover, each heat-exchange section includes heat-exchange pipes filled inside with foam metal with the necessary porosity and inside of which the first heat carrier moves, and is equipped with two mounting flanges, sealing and fixing elements, heat transfer pipes, and the volume limited by the inner surface of the casing and the external surfaces of the heat transfer pipes forms the annular space of the heat exchanger.
Каждая теплообменная секция содержит две трубные решетки, обеспечивающие шахматное расположение теплообменных труб, причем взаимное расположение теплообменных труб и патрубков обеспечивает противоточное движение обоих теплоносителей, при котором также происходит поперечное омывание наружной поверхности теплообменных труб вторым теплоносителем, при этом межтрубное пространство теплообменника выполнено таким образом, что во время движения обоих теплоносителей не происходит их смешивания.Each heat-exchange section contains two tube sheets providing a staggered arrangement of heat-exchange pipes, and the mutual arrangement of heat-exchange pipes and nozzles provides countercurrent movement of both heat carriers, in which lateral washing of the outer surface of the heat-exchange pipes by the second heat carrier also occurs, while the annular space of the heat exchanger is made in such a way that during the movement of both heat carriers, they do not mix.
Также внешняя поверхность теплообменных труб для повышения коэффициента теплоотдачи содержит турбулизаторы потока, выполненные в виде пластин, впускной патрубок, установленный на корпусе теплообменника и используемый для подачи второго теплоносителя в межтрубное пространство, выпускной патрубок, установленный на корпусе теплообменника и используемый для отвода второго теплоносителя из межтрубного пространства.Also, the outer surface of the heat exchanger pipes to increase the heat transfer coefficient contains flow turbulators made in the form of plates, an inlet pipe mounted on the heat exchanger body and used to supply a second heat carrier to the annular space, an exhaust pipe mounted on the heat exchanger body and used to divert the second heat carrier from the annular space.
При этом каждая теплообменная секция имеет два патрубка, один из которых используется для подачи второго теплоносителя в межтрубное пространство секции, а другой - для отвода второго теплоносителя из секции, при этом для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства каждой секции патрубки секций последовательно соединены между собой с помощью гибкого трубопровода.In this case, each heat-exchange section has two nozzles, one of which is used to supply the second coolant to the annulus of the section, and the other to divert the second coolant from the section, while to ensure hydraulic communication between the annulus of each section, the nozzles of the sections are connected in series using flex.
Причем по одному патрубку на крайних теплообменных секциях используется для гидравлической связи теплообменника с внешним охлаждающим контуром.Moreover, one pipe at the extreme heat exchange sections is used for hydraulic connection of the heat exchanger with an external cooling circuit.
Кроме того, еще отличия состоят в том, что:In addition, another difference is that:
теплообменные трубы изготовлены из нержавеющей стали;heat transfer tubes made of stainless steel;
теплообменные трубы заполнены пенометаллическими цилиндрическими элементами, изготовленными из пеномеди;heat exchange tubes are filled with foam metal cylindrical elements made of foam
пеномедь установлена в теплообменные трубы с необходимым натягом, величина которого определяется пористостью пеномеди в свободном состоянии и рабочими температурами теплоносителей;foam copper is installed in heat exchange pipes with the necessary interference, the value of which is determined by the porosity of the foam foam in a free state and the operating temperatures of the heat carriers;
Достигается технический результат тем, что при таком исполнении теплообменника теплообменные трубы, изготовленные из нержавеющей стали, фиксируются в трубных решетках с помощью сварного соединения, которое имеет высокую устойчивость к вибрационным и температурным нагрузкам, возникающим во время работы теплообменника, что обеспечивает повышение надежности теплообменника.The technical result is achieved by the fact that with this design of the heat exchanger, heat exchangers made of stainless steel are fixed in the tube sheets with a welded joint, which has high resistance to vibration and temperature loads that occur during operation of the heat exchanger, which ensures increased reliability of the heat exchanger.
Пористая структура из пеномеди, размещаемая внутри трубы, представляет собой отдельные цилиндрические элементы, которые получаются в результате раскроя листовой пеномеди, не требующего использования дорогостоящего оборудования. Теплообменная труба имеет круглое сечение и турбулизаторы потока на наружной поверхности. Использование стандартных и доступных материалов снижает стоимость изготовления теплообменника.The porous foam-honeycomb structure placed inside the pipe represents individual cylindrical elements, which are obtained as a result of cutting sheet foam-honey, which does not require the use of expensive equipment. The heat exchange tube has a circular cross section and flow turbulators on the outer surface. The use of standard and affordable materials reduces the cost of manufacturing a heat exchanger.
Предложенное исполнение теплообменника, согласно которому он имеет разъемный корпус, позволяет проводить обслуживание турбулизаторов потока и пенометалла. Причем пенометалл, при необходимости, может быть полностью заменен на аналогичный или с другими свойствами без внесения изменений в конструкцию теплообменника. Такое исполнение обеспечивает снижение эксплуатационных расходов.The proposed design of the heat exchanger, according to which it has a detachable body, allows for maintenance of flow turbulators and foam metal. Moreover, the foam metal, if necessary, can be completely replaced with a similar or with other properties without making changes to the design of the heat exchanger. This design provides a reduction in operating costs.
Полезная модель иллюстрируется двумя чертежами, на которых представлен продольный разрез теплообменника для охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) и общий вид теплообменника (фиг. 2).The utility model is illustrated by two drawings, which show a longitudinal section of a heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine (Fig. 1) and a general view of the heat exchanger (Fig. 2).
Теплообменник состоит из разъемного корпуса 1 теплообменника, содержащего не менее двух теплообменных секций 2, теплообменных труб 3, расположенных в каждой теплообменной секции 2 и заполненных внутри пеноматериалом 4 с необходимой пористостью, межтрубного пространства 5, представляющего собой объем, ограниченный внутренней поверхностью корпуса и внешними поверхностями теплообменных труб 3, причем также внешняя поверхность теплообменных труб 3 для повышения коэффициента теплоотдачи содержит турбулизаторы потока (на чертеже не показаны), выполненные в виде пластин, каждая теплообменная секция, снабженная двумя крепежными фланцами 6, уплотнительными 7 и крепежными 8 элементами, соединяется между собой и образует разъемный корпус 1 теплообменника, впускного коллектора 9 для подачи первого теплоносителя в теплообменные трубы 3, выпускной коллектор 10 для отвода первого теплоносителя из теплообменных труб 3.The heat exchanger consists of a
Каждая теплообменная секция 2 содержит две трубные решетки 11, обеспечивающие шахматное расположение теплообменных труб 3, впускной 12 и выпускной 13 патрубки, установленные на корпусе теплообменника и используемые, соответственно, для подачи второго теплоносителя в межтрубное пространство 5 и отвода второго теплоносителя из межтрубного пространства 5, при этом для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства 5 каждой секции 2 патрубки 12 и 13 секций последовательно соединены между собой с помощью гибкого трубопровода 14.Each heat-
При этом взаимное расположение теплообменных труб 3 и патрубков 12 и 13 обеспечивает встречно-поперечное движение обоих теплоносителей, при котором второй теплоноситель омывает наружную поверхность теплообменных труб 3 в перпендикулярном направлении, причем по одному патрубку 12 и 13 на крайних теплообменных секциях 2 используется для гидравлической связи теплообменника с внешним охлаждающим контуром (на чертеже не показан).In this case, the mutual arrangement of the
Теплообменник для охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.A heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine operates as follows.
Теплообменник устанавливается в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. При наличии каталитического нейтрализатора в системе выпуска теплообменник размещается после нейтрализатора по ходу движения отработавших газов. Такое расположение теплообменника вызвано необходимостью осуществления окислительно-восстановительных реакций в присутствии катализатора, для которых необходима высокая температура отработавших газов.The heat exchanger is installed in the exhaust system of the internal combustion engine. In the presence of a catalytic converter in the exhaust system, the heat exchanger is located after the converter in the direction of exhaust gas movement. This arrangement of the heat exchanger is caused by the need to carry out redox reactions in the presence of a catalyst, which require a high temperature of the exhaust gases.
Первый теплоноситель, которым являются горячие отработавшие газы, поступает во впускной коллектор 9 теплообменника. Впускной коллектор 9 в продольном направлении имеет необходимое расширение проходного сечения, выполненное для обеспечения равномерного распределения потока отработавших газов на входе в теплообменные трубы 3, а также для безотрывного движения отработавших газов относительно внутренней стенки впускного коллектора 9. Выполнение последнего требования позволяет снизить завихрения отработавших газов и гидравлическое сопротивление теплообменника.The first heat carrier, which is the hot exhaust gas, enters the
Затем поток отработавших газов последовательно проходит через пенометалл 4 теплообменных труб 3, расположенных в трех теплообменных секциях 2.Then, the exhaust gas stream passes sequentially through the
Работа пенометалла 4 заключается в увеличении скорости движения первого теплоносителя внутри теплообменной трубы 3, что приводит к повышению значения числа Рейнольдса. В результате этого увеличивается число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи от отработавших газов к пенометаллу 4 и стенке теплообменной трубы 3. В результате этого повышается эффективность теплообмена со стороны первого теплоносителя.The work of the
Использование пенометалла 4 также увеличивает площадь теплообменной поверхности, что позволяет повысить тепловую мощность, передаваемую от первого теплоносителя.The use of
Второй теплоноситель, которым является охлаждающая жидкость двигателя, поступает через впускной патрубок 12 в межтрубное пространство 5 первой теплообменной секции 2 и омывает внешнюю поверхность каждой теплообменной трубы 3 в перпендикулярном направлении.The second coolant, which is the engine coolant, enters through the
Во время движения поперек теплообменных труб второй теплоноситель проходит через турбулизаторы потока, при этом увеличивается скорость движения охлаждающей жидкости вокруг теплообменных труб 3, что приводит к повышению значения числа Рейнольдса. В результате этого увеличивается число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи между наружной поверхностью теплообменных труб 3 и охлаждающей жидкостью, что приводит к росту эффективности теплообмена со вторым теплоносителем.During movement across the heat exchange tubes, the second heat carrier passes through the flow turbulators, while the speed of movement of the coolant around the
Использование турбулизаторов потока также увеличивает площадь теплообменной поверхности, в результате чего повышается тепловая мощность, которая может передаваться второму теплоносителю.The use of flow turbulators also increases the heat exchange surface area, as a result of which the thermal power that can be transferred to the second heat carrier is increased.
Поскольку межтрубное пространство 5 каждой теплообменной секции 2 гидравлически связано между собой с помощью трубопроводов 14 и штуцеров 12 и 13, то охлаждающая жидкость проходит последовательно через все теплообменные секции 2, в которых полностью повторяется теплообменный процесс, описанный для первой секции 2.Since the
С помощью впускного 12 и выпускного 13 патрубок крайних теплообменных секций 2 теплообменник соединяется с внешним охлаждающим контуром, который связан с контуром охлаждения двигателя и отопителем салона транспортного средства. Для циркуляции охлаждающей жидкости через теплообменник используется дополнительный жидкостной насос с электрическим приводом.Using the
Электрический привод жидкостного насоса позволяет регулировать расход охлаждающей жидкости, проходящей через теплообменник. Во время прогрева холодного двигателя и в режиме холостого хода расход охлаждающей жидкости снижается, а на средних и высоких оборотах расход повышается.The electric drive of the liquid pump allows you to adjust the flow rate of the coolant passing through the heat exchanger. During warm-up of a cold engine and in idle mode, the coolant flow rate decreases, and at medium and high speeds, the flow rate increases.
После прохождения последней теплообменной секции 2 охлажденные отработавшие газы поступают в выпускной коллектор 10 теплообменника, который имеет необходимое сужение проходного сечения в продольном направлении. Такая форма выпускного коллектора 10 обусловлена необходимостью снижения коэффициента местного сопротивления, вызванного уменьшением площади проходного сечения.After passing the last heat-
Совместная работа пенометалла и турбулизаторов потока обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи теплообменника, что позволяет сократить его массогабаритные параметры и стоимость.The joint work of the foam metal and the flow turbulators provides a high heat transfer coefficient of the heat exchanger, which reduces its weight and size parameters and cost.
Теплообменник для охлаждения отработавших газов используется на различных режимах работы двигателя. Например, запуск холодного двигателя и его работа до момента достижения рабочей температуры по многим параметрам относятся к неблагоприятным режимам работы двигателя. Производители прикладывают усилия, чтобы сократить продолжительность этих режимов. Для этого существует несколько способов, среди которых использование предпусковых подогревателей (электрических и топливных), применение системы охлаждения двигателя с несколькими термостатами и др.A heat exchanger for cooling exhaust gases is used in various engine operating modes. For example, starting a cold engine and its operation until the operating temperature is reached, in many ways relate to adverse engine operating conditions. Manufacturers are making efforts to shorten the duration of these modes. There are several ways to do this, including using preheaters (electric and fuel), using an engine cooling system with several thermostats, etc.
Работа предложенного теплообменника на этом режиме состоит в ускорении нагрева охлаждающей жидкости за счет использования остаточной теплоты отработавших газов. В результате этого снижается продолжительность выхода двигателя на рабочую температуру, сокращается расход топлива и повышается скорость прогрева салона.The work of the proposed heat exchanger in this mode consists in accelerating the heating of the coolant by using the residual heat of the exhaust gases. As a result of this, the duration of the engine reaching the operating temperature is reduced, the fuel consumption is reduced, and the interior heating rate is increased.
При работе погретого двигателя тепло, передаваемое охлаждающей жидкости в теплообменнике, может использоваться только для поддержания необходимой температуры в салоне транспортного средства. Если для работы двигателя и транспортного средства не требуется дополнительная тепловая энергия, то отработавшие газы могут проходить в обход теплообменника и он не будет использоваться.When a hot engine is running, the heat transferred to the coolant in the heat exchanger can only be used to maintain the required temperature in the vehicle interior. If additional thermal energy is not required for the operation of the engine and the vehicle, the exhaust gases can bypass the heat exchanger and it will not be used.
Таким образом, наибольшая эффективность работы теплообменника достигается в холодное время года, когда все тепло, получаемое при охлаждении отработавших газов, может использоваться для совершения необходимых процессов.Thus, the greatest efficiency of the heat exchanger is achieved in the cold season, when all the heat obtained by cooling the exhaust gas can be used to carry out the necessary processes.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146813U RU185103U1 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146813U RU185103U1 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU185103U1 true RU185103U1 (en) | 2018-11-21 |
Family
ID=64558133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146813U RU185103U1 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU185103U1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111794829A (en) * | 2019-04-08 | 2020-10-20 | 现代自动车株式会社 | Tube pin assembly for heat exchanger of vehicle |
RU208959U1 (en) * | 2021-07-09 | 2022-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Shell and tube heat exchanger |
CN114025142A (en) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 四川启睿克科技有限公司 | Liquid cooling heat dissipation cold head, liquid cooling heat dissipation system and laser television |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2301912C1 (en) * | 2005-10-27 | 2007-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Heat exchanger for submersible oil-filled electric motor |
US20090126918A1 (en) * | 2005-12-27 | 2009-05-21 | Caterpillar Inc. | Heat exchanger using graphite foam |
CN201748825U (en) * | 2009-08-13 | 2011-02-16 | 河北科技大学 | Multilayer foam metal tube-and-shell heat exchanger |
RU2529218C1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-09-27 | Закрытое акционерное общество "ЭКАТ" | Modular unit of air purification from gas emissions of industrial enterprises |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146813U patent/RU185103U1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2301912C1 (en) * | 2005-10-27 | 2007-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Heat exchanger for submersible oil-filled electric motor |
US20090126918A1 (en) * | 2005-12-27 | 2009-05-21 | Caterpillar Inc. | Heat exchanger using graphite foam |
CN201748825U (en) * | 2009-08-13 | 2011-02-16 | 河北科技大学 | Multilayer foam metal tube-and-shell heat exchanger |
RU2529218C1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-09-27 | Закрытое акционерное общество "ЭКАТ" | Modular unit of air purification from gas emissions of industrial enterprises |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111794829A (en) * | 2019-04-08 | 2020-10-20 | 现代自动车株式会社 | Tube pin assembly for heat exchanger of vehicle |
RU208959U1 (en) * | 2021-07-09 | 2022-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Shell and tube heat exchanger |
CN114025142A (en) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 四川启睿克科技有限公司 | Liquid cooling heat dissipation cold head, liquid cooling heat dissipation system and laser television |
CN114025142B (en) * | 2021-10-28 | 2023-06-13 | 四川启睿克科技有限公司 | Liquid cooling heat dissipation cold head, liquid cooling heat dissipation system and laser television |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU185103U1 (en) | Heat exchanger for cooling exhaust gases of an internal combustion engine | |
CN109405589B (en) | Spherical heat exchanger with double tube-pass independent heat exchange | |
CN201517899U (en) | Pipe shell type heat exchanger | |
JP7169923B2 (en) | Heat exchanger | |
JP2007270789A (en) | Stirling engine | |
US4862955A (en) | Heat exchanger | |
CN201706810U (en) | Micro-channel heat exchanger for heat pump water heater | |
JP2007155321A (en) | Small high-temperature heat exchanger such as recovery heat exchanger | |
CN210400112U (en) | Heat-storage and heat-exchange device and fertilizer production vehicle | |
CN216081081U (en) | Vibration-controllable floating coil heat exchange device | |
CN110542334A (en) | Pure countercurrent shell and tube type fresh water cooler | |
JP2005055153A (en) | Heat exchanger | |
JP2010127170A (en) | Egr cooler | |
RU2386095C2 (en) | Heat exchanger | |
JP3591970B2 (en) | Multi-tube heat exchanger | |
KR100256515B1 (en) | An egr gas cooling device | |
RU194107U1 (en) | THERMAL-ACOUSTIC SILENCER OF THE VEHICLE ENGINE | |
KR101194570B1 (en) | Turbulent pipe and heat exchanger having the same | |
JP2016056752A (en) | Waste heat recovery device for engine | |
CN204163911U (en) | A kind of engine coolant intensification auxiliary system | |
RU65189U1 (en) | HEAT GENERATING INSTALLATION | |
JP6295898B2 (en) | Engine waste heat recovery system | |
CN213109329U (en) | Motor car heat exchanger | |
CN218155672U (en) | Multi-flow fixed tube plate heat exchanger | |
RU2036408C1 (en) | Diesel locomotive cooling device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181229 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20200703 |
|
PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20200820 |