專利名稱：兩級(jí)熱管egr冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體冷卻裝置，具體說(shuō)是一種廢氣再循環(huán)冷卻器。它可以廣
泛應(yīng)用在使用廢氣再循環(huán)的動(dòng)力裝置上。
背景技術(shù)：
隨著排放要求的日益嚴(yán)格，廢氣再循環(huán)技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用在動(dòng)力裝置上。 其原理是將第一次排出的部分廢氣經(jīng)冷卻后再導(dǎo)回發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以有效降低廢氣中的 氮氧化物的生成。傳統(tǒng)的廢氣再循環(huán)(EGR)過(guò)程中的冷卻器分人致分為管殼式和 板翅式兩種。它們主要存在以下弊端1、傳統(tǒng)的廢氣冷卻方式利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液 進(jìn)行冷卻，由于蒸汽狀態(tài)的冷卻液會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路造成嚴(yán)重氣蝕，因此發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻液在工作狀態(tài)下總以液態(tài)形式存在，也就是說(shuō)廢氣冷卻是靠發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液 溫升的方式帶走熱量，這種方式冷卻效果較差。2、常規(guī)EGR冷卻器采用管殼式或 板翅式結(jié)構(gòu)，緊湊的結(jié)構(gòu)更易結(jié)炭，會(huì)大大降低EGR冷卻器的冷卻效率。3、傳統(tǒng) 的管殼式EGR冷卻器，管束與兩側(cè)端板焊接處受熱應(yīng)力作用明顯，易泄漏。4、傳 統(tǒng)的管殼式EGR冷卻器，廢氣流向與冷卻液流向相同，目的是減少冷卻液汽化程 度，但順流的冷卻效果不如逆流好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，旨在提供一種新的EGR冷卻器， 可有效地降低冷卻后的廢氣溫度，在同樣再循環(huán)廢氣量的前提下，可以有效緩解 廢氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)升功率造成的影響。能有效降低結(jié)炭帶來(lái)的負(fù)面影響。也可以有效 減少殼體與法蘭焊接面的泄漏機(jī)會(huì)。
解決上述問(wèn)題采用的技術(shù)方案是 一種兩級(jí)熱管EGR冷卻器，主要由兩端分 別設(shè)廢氣進(jìn)口和廢氣出口的殼體、兩個(gè)其加熱段設(shè)置在所述殼體內(nèi)部的熱管組成。 所述熱管由首尾依次連通的加熱段、蒸汽管、冷凝段、冷凝管四段管體組成，所 述兩級(jí)熱管的加熱段在殼體內(nèi)沿廢氣流向先后排列，所述兩級(jí)熱管的冷凝段沿散 熱風(fēng)吹向重疊布置。所述殼體的廢氣進(jìn)口和廢氣出口分別通過(guò)法蘭與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣 管和回氣管連通。
因?yàn)闊峁艿睦鋮s功能，是由加熱段內(nèi)的冷卻液受熱汽化帶走熱量而實(shí)現(xiàn)的，這種換熱方式的換熱能力要比用液態(tài)冷卻液受熱升溫帶走熱量的方式高100多倍。 所以本發(fā)明擯棄借用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液冷卻的方式，而采用與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)相獨(dú)立
的熱管換熱系統(tǒng)，其冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的EGR冷卻器。并且， 熱管內(nèi)的冷凝液無(wú)需外加泵的驅(qū)動(dòng)力，可以根據(jù)物質(zhì)各種狀態(tài)的物理性質(zhì)自行循 環(huán)，有效地節(jié)約了能源，并且簡(jiǎn)化了機(jī)器的結(jié)構(gòu)。此外，兩級(jí)熱管的合理組合， 進(jìn)一歩提高了冷卻器的降溫效果。
在本發(fā)明中，所述殼體為圓柱形筒狀，其兩端的廢氣進(jìn)口和廢氣出口與發(fā)動(dòng) 機(jī)排氣管和回氣管之間通過(guò)法蘭連接。所述兩級(jí)熱管的加熱段適宜采用相同結(jié)構(gòu)， 這樣會(huì)便于生產(chǎn)和制造。比較優(yōu)選的加熱段結(jié)構(gòu)方案是，加熱段在所述殼體內(nèi)部 呈雙層柱形螺旋狀布置。采用這種結(jié)構(gòu)的目的， 一方面是彎曲的加熱段管體，有 效地增加了加熱段換熱工作面面積；另一方面，管體的彈簧狀布置可以使其在管 體發(fā)生熱脹冷縮時(shí)自由伸縮，而不會(huì)裂損。并且管體的伸縮還可以促使其上掛結(jié) 的積炭脫落。為增加冷凝效果，所述冷凝段適宜呈迂回狀設(shè)置。
在每級(jí)熱管中，為了使冷卻液實(shí)現(xiàn)良好的定向循環(huán)，所述冷凝段與所述蒸汽 管的接口應(yīng)該高于與所述冷凝管的接口。
作為本發(fā)明的進(jìn)一歩改進(jìn)，所述兩級(jí)熱管內(nèi)的冷卻液循環(huán)方向與殼體內(nèi)廢氣 流向相反。這種廢氣與冷卻液相互逆向流動(dòng)的設(shè)計(jì)，有利于充分換熱。其具體實(shí) 現(xiàn)方式可以是，所述蒸汽管與所述加熱段接口位于殼體的廢氣進(jìn)口方向，所述冷 凝管與所述加熱段接口位于殼體的廢氣出口方向。由于殼體內(nèi)靠近廢氣進(jìn)口的一 段和靠近廢氣出口一段溫差較大，這種布置方式有利于熱管內(nèi)介質(zhì)自然循環(huán)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一歩改進(jìn)，將第一級(jí)熱管的加熱段設(shè)置在殼體內(nèi)靠近廢氣進(jìn)
口的一側(cè)，第二級(jí)熱管的如熱段設(shè)置在殼體內(nèi)靠近廢氣出口的一側(cè)。并且在第一 級(jí)熱管內(nèi)使用水做為冷卻介質(zhì)，而第二級(jí)熱管內(nèi)使用甲醇做為冷卻介質(zhì)。由于殼 體內(nèi)廢氣進(jìn)口處溫度較高，它可以很容易將水汽化，用大比熱高沸點(diǎn)的水做冷卻 介質(zhì)，可以吸收更多的熱量。而廢氣出口的溫度較低，如果在第二級(jí)熱管中再用 水做為冷卻介質(zhì)，那么工作過(guò)程中，將只有少量水被較低溫度的廢氣汽化，發(fā)揮 作用不大。而甲醇的沸點(diǎn)較低，用在溫度較低的廢氣出口處比較合適。采用這種 兩級(jí)不同散熱介質(zhì)的設(shè)計(jì)，可以有效的發(fā)揮兩級(jí)雙重冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻性能。
在上述改進(jìn)的基礎(chǔ)上，作為本發(fā)明的再進(jìn)一歩改進(jìn)，將第一級(jí)熱管的冷卻段 在散熱風(fēng)吹向上設(shè)置在第二級(jí)熱管冷卻段之前，即第二級(jí)熱管冷卻段比第一級(jí)熱管冷卻段更靠近散熱風(fēng)扇。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置是根據(jù)兩級(jí)熱管內(nèi)的冷介質(zhì)不同沸點(diǎn)進(jìn) 行確定的。將采用甲醇做為冷卻介質(zhì)的冷卻段靠近散熱風(fēng)扇，可以，使之先進(jìn)行 冷卻。因?yàn)槠浞悬c(diǎn)較低，經(jīng)冷卻后的散熱風(fēng)不會(huì)很熱，然后再對(duì)采用水做為冷卻 介質(zhì)的冷卻段進(jìn)行冷卻，仍能達(dá)到良好的效果。反之，做為散熱介質(zhì)的甲醇將很 難實(shí)現(xiàn)冷卻。
本發(fā)明的熱管EGR冷卻器優(yōu)點(diǎn)如下1、利用冷卻液的汽化潛熱進(jìn)行冷卻，換
熱能力與常規(guī)冷卻液相比可提高100倍以上，也就是說(shuō)，經(jīng)本發(fā)明冷卻器冷卻后
的廢氣溫度更低，在這種前提下，相同量的廢氣經(jīng)本發(fā)明冷卻器冷卻后再回到發(fā) 動(dòng)機(jī)內(nèi)會(huì)占用更小空間，這樣便有效地降低了廢氣再循環(huán)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)升功率的影響。
2、與傳統(tǒng)的冷卻液走殼程的方式相反，在本發(fā)明中廢氣己不再走管道狹小的換熱
管，而是從殼體內(nèi)腔通過(guò)。這種采用廢氣走殼程的方法，由于加熱段為彈簧狀結(jié) 構(gòu)，熱脹冷縮時(shí)更容易令附在管表面的積炭破裂、脫落，具有自動(dòng)除炭功能，可
大大降低結(jié)炭帶來(lái)的負(fù)面影響。3、本發(fā)明的熱管加熱段采用彈簧狀螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 其橫向自由伸縮性較強(qiáng)，可以有效緩沖熱應(yīng)力的影響。4、逆流形式更利于廢氣與 冷卻液進(jìn)行熱交換。5、兩級(jí)熱管的合理組合，以及兩種冷卻介質(zhì)的有效配合，大 大提高了冷卻器的降溫效果。


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圖1是常規(guī)管殼式EGR冷卻器示意圖。
圖2是本發(fā)明的兩級(jí)熱管EGR冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是第二級(jí)熱管與殼體之間的裝配關(guān)系示意圖。
圖4是第二級(jí)熱管冷卻介質(zhì)流向示意圖。
圖5是殼體內(nèi)廢氣流向示意圖。
圖6是本發(fā)明兩級(jí)熱管冷卻段位置關(guān)系示意圖。
圖7是圖6的左視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本圖所示為一種管殼式傳統(tǒng)EGR冷卻器，其包括側(cè)面設(shè)有冷卻液進(jìn) 口 3和出口 4的殼體2、在殼體2內(nèi)平行設(shè)置且相互間留有間隙的一組換熱管1。 所述換熱管1通過(guò)進(jìn)口法蘭5和出口法蘭6連接在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)回路中。而 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液由管道引出后從所述冷卻液進(jìn)口 3進(jìn)入所述殼體2內(nèi)腔，然后從冷卻液出口 4流出，再由管道送回到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。在此結(jié)構(gòu)中，為了達(dá)到更好 換熱效果，所述換熱管1 一般都很多且很細(xì)，在換熱管內(nèi)的狹小管道里，管內(nèi)壁 很容易結(jié)碳，而且結(jié)碳難以自動(dòng)去除，大大降低了 EGR冷卻器的冷卻效率。
參照?qǐng)D2、 3，本發(fā)明涉及的熱管EGR冷卻器由兩級(jí)熱管和殼體三部分組成。 其中所述殼體由兩段組圓柱形筒23、 ll組成，其兩端分別設(shè)廢氣進(jìn)口 10和廢氣 出口 13。所述兩級(jí)熱管結(jié)構(gòu)相同，均包括加熱段，蒸汽管22、 8，冷卻段21、 7 和冷凝管24、 9;所述加熱段設(shè)置在所述殼體的內(nèi)腔。所述蒸汽管22、 8和冷凝管 24、 9分別連接在所述加熱段兩端，然后從殼體23、 ll側(cè)面向上穿出。再分別連 接在冷卻段21、 7兩端。所述冷卻段21、 7設(shè)置在殼體上方。由于所述熱管加熱 段和冷卻段21、 7與殼體之間僅通過(guò)蒸汽管22、 8和冷凝管24、 9連接，而加熱 段和冷卻段均為懸空的自由端，因此其產(chǎn)生的應(yīng)力可以自行消除。所述兩級(jí)熱管 的加熱段在殼體內(nèi)沿廢氣流動(dòng)方向先后排列，其第一級(jí)熱管加熱段靠近廢氣進(jìn)口。 所述兩級(jí)熱管的冷卻段沿散熱風(fēng)扇吹向重疊設(shè)置。
圖4為本發(fā)明中熱管結(jié)構(gòu)，此處以第二級(jí)熱管為例，第一級(jí)熱管在殼體中的 結(jié)構(gòu)第二級(jí)熱管全完相同。由圖可見，所述熱管的加熱段12彎曲成雙層彈簧狀， 所述蒸汽管8連接在其左端，所述冷凝管9連接其右端。所述冷卻段7彎折成迂 回狀，所述蒸汽管8與其連接處16位于左端最上方，所述冷凝管9與其連接處17 位于右端最下方。由此可見，冷卻液在熱管內(nèi)的循環(huán)方向?yàn)榧訜岫巍羝芤?一冷卻段——冷凝管——加熱段。在這里，所述熱管加熱段12采用三流程形式， 可以使冷卻液更充分地與廢氣接觸，更好地吸收廢氣中的熱量，以保障熱管內(nèi)介 質(zhì)充分汽化。
參照?qǐng)D5，所述殼體呈圓柱形直筒狀，其左右兩端分別通過(guò)進(jìn)口法蘭14和出 口法蘭15與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管和回氣管連通。所述廢氣在殼體內(nèi)的流動(dòng)方向?yàn)閺淖笾?右。
結(jié)合圖4和圖5可知，在本發(fā)明的兩級(jí)熱管EGR冷卻器中廢氣在殼體內(nèi)的流 向與冷卻液在兩級(jí)熱管內(nèi)的循環(huán)方向相逆，這更便于充分實(shí)現(xiàn)熱交換。
參照?qǐng)D6、 7，所述兩級(jí)熱管的冷卻段21、 7重疊設(shè)置在散熱風(fēng)扇25、 26后方， 并且第二級(jí)熱管冷卻段7設(shè)置在更靠近散熱風(fēng)扇25、 26的一側(cè)。
應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施方式只是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制， 任何不超出本發(fā)明精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種兩級(jí)熱管EGR冷卻器，主要由兩端分別設(shè)廢氣進(jìn)口(10)和廢氣出口(13)的殼體和兩級(jí)其加熱段設(shè)置在所述殼體內(nèi)的熱管組成，所述兩級(jí)熱管均由首尾依次相連通的加熱段(12)、蒸汽管(22、8)、冷凝段(21、7)、冷凝管(24、9)四段管體組成，所述兩熱管的加熱段(12)在殼體內(nèi)沿廢氣流向先后排列，所述兩熱管的冷凝段(21、7)沿散熱風(fēng)吹向重疊布置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述殼體為圓柱 形筒狀，其兩端的廢氣進(jìn)口(10)和廢氣出口(13)分別與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管和回氣 管通過(guò)法蘭(14、 15)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述兩級(jí)熱管的 加熱段(12)呈雙層柱形螺旋狀布置在所述殼體內(nèi)。
4、 據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述蒸汽管(22、 8) 和冷凝管(24、 9)從所述殼體側(cè)面穿出，并與之固定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述冷卻段(21、7) 設(shè)置在所述殼體上方。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述冷 卻段(21、 7)與所述蒸汽管(22、 8)的接口高于與所述冷凝管(24、 9)的接口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述兩級(jí)熱管內(nèi) 冷卻液的循環(huán)方向與殼體內(nèi)廢氣流向相反。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，所述蒸汽管(22、8) 與所述加熱段(12)的接口位于殼體的廢氣進(jìn)口側(cè)，所述冷凝管(24、 9)與所 述加熱段(12)的接口位于殼體的廢氣出口側(cè)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，第一級(jí)熱管的加 熱段設(shè)置在殼體內(nèi)靠近廢氣進(jìn)口 (10)的一側(cè)，第二級(jí)熱管的加熱段(12) 設(shè)置在殼體內(nèi)靠近廢氣出口 (13)的一側(cè)，與第一級(jí)熱管的冷卻段(21)相 比，第二級(jí)熱管的冷卻段(7)設(shè)置在更靠近散熱風(fēng)扇(25、 26)的一側(cè)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的兩級(jí)熱管EGR冷卻器，其特征在于，第一級(jí)熱管 內(nèi)采用水做為冷卻介質(zhì)，第二級(jí)熱管內(nèi)采用甲醇做為冷卻介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩級(jí)熱管式EGR冷卻器，其主要由兩端分別設(shè)廢氣進(jìn)口和廢氣出口的殼體、兩級(jí)其加熱段設(shè)置在所述殼體內(nèi)部的熱管組成。所述熱管由首尾依次連通的加熱段、蒸汽管、冷凝段、冷凝管四段管體組成，所述兩級(jí)熱管的加熱段在殼體內(nèi)沿廢氣流向先后排列，所述兩級(jí)熱管的冷凝段沿散熱風(fēng)吹向重疊布置。所述兩級(jí)熱管中，第一、二級(jí)熱管內(nèi)分別采用水和甲醇做冷卻介質(zhì)。本發(fā)明的原理是采用熱管技術(shù)對(duì)廢氣進(jìn)行冷卻，具有較好的冷卻效果。另外，兩級(jí)熱管的合理組成，以及兩種散熱介質(zhì)的有交配合，更進(jìn)一步提高了冷卻器的降溫效果。
文檔編號(hào)F02M25/07GK101307736SQ20081006352
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者葉萬(wàn)鑫, 安曉平, 張首都, 褚禮亞, 陸國(guó)棟 申請(qǐng)人:浙江銀輪機(jī)械股份有限公司