一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子的制作方法

專利名稱:一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板、兩側(cè)側(cè)板和多個(gè)芯子模塊，其特征在于所述的芯子模塊為不銹鋼管帶式結(jié)構(gòu)，管子內(nèi)側(cè)為氟利昂冷媒，外側(cè)為高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣；多個(gè)芯子模塊呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒側(cè)串聯(lián)；尾氣和氟利昂冷媒在流動(dòng)方向上呈逆錯(cuò)流布置。由于過熱區(qū)處在中間層芯子模塊，可以有效避免冷媒高溫裂解的問題。
【專利說明】
一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及廢熱回收和熱交換器領(lǐng)域，特別涉及一種用于滿足⑶2排放法規(guī)的重型卡車的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱回收的蒸發(fā)過熱器芯子，其主要是采用有機(jī)朗肯循環(huán)廢熱回收技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器。【背景技術(shù)】
[0002]隨著道路車輛排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和實(shí)施，歐六排放法規(guī)實(shí)施后，2020年將進(jìn)入以限制C02排放為主的碳排放法規(guī)的實(shí)施階段，會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的每百公里燃油消耗提出了嚴(yán)格的要求和標(biāo)準(zhǔn)。為此，以朗肯循環(huán)為代表的各種廢熱回收技術(shù)，成為未來車輛降低C02排放最有效的手段和技術(shù)之一。
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)的能源利用效率比較低，一般為40%左右，其余60%的熱量以各種形式散失而排入大氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)各種形式廢熱中，以發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱比重最大。而基于廢熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán)通過把發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣、廢氣再循環(huán)EGR以及發(fā)動(dòng)機(jī)缸套水的廢熱吸收，通過膨脹機(jī)轉(zhuǎn)化為有效功輸出，從而間接提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低C02的排放。[00〇4]在發(fā)動(dòng)機(jī)排放熱量中，尾氣的熱量占整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收系統(tǒng)熱量的60%以上， 因此尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器是整個(gè)車用0RC系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件之一，完成朗肯循環(huán)中有機(jī)工質(zhì)-氟利昂吸收高溫尾氣的熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)廢熱能量的轉(zhuǎn)化和利用。由于尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理之后的，如SCR系統(tǒng)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)排氣系統(tǒng)的壓力降非常敏感，如果排氣系統(tǒng)阻力大，將會(huì)導(dǎo)致排氣系統(tǒng)的背壓升高、燃燒惡化，排放物等得不到有效控制，進(jìn)而會(huì)對(duì)渦輪增壓器等性能產(chǎn)生影響。因此，在0RC系統(tǒng)中，對(duì)尾氣沸騰器尾氣側(cè)的壓力降要求非常嚴(yán)格，一般小于4kPa。而同時(shí)，尾氣沸騰蒸發(fā)器的尾氣的流量相對(duì)EGR冷卻器而言非常大，其尾氣絕對(duì)壓力也比常規(guī)EGR尾氣壓力低很多，這些導(dǎo)致如果采用傳統(tǒng)EGR 結(jié)構(gòu)形式，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足尾氣壓力降的要求。
[0005]而同時(shí)高溫尾氣與氟利昂冷媒進(jìn)行熱交換，氟利昂從過冷液體，吸收熱量后，變成高溫高壓的過熱蒸汽。由于氟利昂屬于有機(jī)物，在遇到高溫金屬壁面時(shí)候，會(huì)發(fā)生裂解而導(dǎo)致失效，如R245fa遇到250°C的金屬壁面，會(huì)發(fā)生熱裂解。
[0006]而且由于氟利昂在相變區(qū)域和過熱區(qū)域的金屬表面的傳熱系數(shù)差異非常大，導(dǎo)致金屬管壁的溫度差變大，進(jìn)而導(dǎo)致熱膨脹和熱應(yīng)力變化非常大，容易使產(chǎn)品熱疲勞失效。同時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中含有酸性S0x、N0x等氣體與H20等共同作用形式酸性物質(zhì)，導(dǎo)致尾氣流經(jīng)金屬表面時(shí)候發(fā)生腐蝕。
[0007]因此，解決高溫?zé)煔獯罅髁俊⒌妥枇?、腐蝕性氣體以及壁面氟利昂高溫裂解等問題，是設(shè)計(jì)高效緊湊、低重量的尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器的關(guān)鍵問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，旨在提出一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱回收的蒸發(fā)過熱器芯子。該蒸發(fā)過熱器芯子不僅要解決煙氣側(cè)低阻力、冷媒高溫裂解等問題，而且還要結(jié)構(gòu)緊湊，滿足應(yīng)用于道路移動(dòng)式ORC系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量輕的要求。
[0009]為解決上述問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板、兩側(cè)側(cè)板和多個(gè)芯子模塊，其特征在于所述的芯子模塊為不銹鋼管帶式結(jié)構(gòu)，管子內(nèi)側(cè)為氟利昂冷媒，外側(cè)為高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣；多個(gè)芯子模塊呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒側(cè)串聯(lián);尾氣和氟利昂冷媒在流動(dòng)方向上呈逆錯(cuò)流布置，所述的多個(gè)芯子模塊在尾氣流動(dòng)方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預(yù)熱區(qū)。
[0010]本實(shí)用新型的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，熱交換部分由多個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)芯子模塊組合而成，在氟利昂冷媒側(cè)串聯(lián)構(gòu)成多流程布置形式，使氟利昂從過冷液體變成高溫高壓的過熱蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)能量的回收。多個(gè)獨(dú)立的芯子模塊以矩陣方式排列，且尾氣和氟利昂冷媒在流動(dòng)方向上呈逆錯(cuò)流布置，這樣在尾氣流動(dòng)方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預(yù)熱區(qū)，由于過熱區(qū)處在中間層芯子模塊，可以有效避免冷媒高溫裂解的問題，解決了氟利昂冷媒在相變過程中，因冷媒傳熱系數(shù)巨大差異和芯子內(nèi)部尾氣的溫度梯度變化大，導(dǎo)致各個(gè)小芯子之間金屬壁面溫度梯度大而產(chǎn)生熱應(yīng)力的問題。同時(shí)，本實(shí)用新型還解決了發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣流量大，對(duì)蒸發(fā)器沸騰器尾氣側(cè)低壓降、高效傳熱的問題。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型，所述的側(cè)板上位于相鄰兩層芯子模塊處具有弧形折邊。該弧形折邊用于釋放芯子模塊因各自不同的熱膨脹脹而產(chǎn)生熱應(yīng)力。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型，所述的薄壁大主板上設(shè)有冷媒入口和冷媒出口，且冷媒入口的管徑小于冷媒出口的管徑。冷媒進(jìn)入芯子模塊組件前是液態(tài)的，從芯子模塊組件出來后吸熱蒸發(fā)，變成氣態(tài)，因此，通過冷媒入口和出口的管徑設(shè)置，可有效地控制尾氣沸騰器尾氣側(cè)的壓力降，減小排氣系統(tǒng)的阻力。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型，所述的芯子模塊包括兩端的冷媒腔室、模塊主板、模塊副主板、 兩側(cè)的隔板和扁管，所述的扁管內(nèi)設(shè)有錯(cuò)齒型翅片，所述的扁管間的尾氣側(cè)設(shè)有波紋型翅片。隔板與大主板一起構(gòu)成一個(gè)封閉的空間，以免尾氣泄漏到外部環(huán)境。煙氣側(cè)采用波紋型翅片，可高效強(qiáng)化傳熱，且不利于積碳。由于煙氣側(cè)溫度較高、且存在可能產(chǎn)生腐蝕作用的 S0x、N0x等氣體，因此需要選用耐高溫腐蝕的材料，比如316L。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型，所述的冷媒腔室內(nèi)還設(shè)有均流板，所述的均流板上開設(shè)有多個(gè)小孔，其一方面可以使進(jìn)入冷媒腔室的冷媒均勻的分配到各個(gè)扁管內(nèi)，另一方面可以增加冷媒腔室的強(qiáng)度。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型，所述的隔板上縱向設(shè)有多條折邊，用于提高芯子的橫向耐壓強(qiáng)度和扁管冷媒流動(dòng)方向的熱膨脹。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型，所述的芯子模塊按4X2的矩陣排布?！靖綀D說明】

[0017]圖1是本實(shí)用新型一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型多個(gè)芯子模塊組件布置示意圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型多個(gè)芯子模塊組件冷媒側(cè)管路連接方式，其中A為一個(gè)端面的視圖，B為另一個(gè)端面的視圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型大主板結(jié)構(gòu)示意圖。[0021 ]圖5是本實(shí)用新型芯子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是本實(shí)用新型芯子模塊中隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7是本實(shí)用新型芯子模塊的冷媒腔室中均流板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是本實(shí)用新型所使用波紋型翅片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖9是本實(shí)用新型所使用錯(cuò)齒型翅片的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板4、兩側(cè)側(cè)板5和多個(gè)芯子模塊3。[〇〇27]參照?qǐng)D2和圖3,所述的芯子模塊3為不銹鋼管帶式結(jié)構(gòu)，管子內(nèi)側(cè)為氟利昂冷媒1， 外側(cè)為高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣2;多個(gè)芯子模塊3呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒側(cè)串聯(lián);尾氣2和氟利昂冷媒1在流動(dòng)方向上呈逆錯(cuò)流布置，所述的多個(gè)芯子模塊3在尾氣流動(dòng)方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預(yù)熱區(qū)。[〇〇28]在本實(shí)施例中，多個(gè)芯子模塊3按4X2的矩陣排布。芯子模塊301?308是通過兩端的薄壁大主板4實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯子的連接，在氟利昂冷媒側(cè)，8個(gè)芯子模塊的連接是通過不銹鋼管19來實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的。氟利昂冷媒在芯子內(nèi)部的流程依次為:30143024304^30343074 308—306—305。高溫尾氣從上往下穿過芯子的尾氣側(cè)，依次經(jīng)過沸騰蒸發(fā)區(qū)芯子模塊308、 307、306、305，過熱區(qū)芯子模塊304、303和預(yù)熱區(qū)芯子模塊302、301。過熱區(qū)芯子模塊304、 303處在中間層，可以有效避免冷媒高溫裂解的問題。
[0029]氟利昂冷媒進(jìn)入8個(gè)芯子組件前是液態(tài)的，從芯子組件出來后吸熱蒸發(fā)，變成氣態(tài)，因此冷媒入口 6管徑較小，出口 7管徑較大。
[0030]參照?qǐng)D4,所述的側(cè)板5上位于相鄰兩層芯子模塊3處具有弧形折邊16。該弧形折邊用于釋放芯子模塊因各自不同的熱膨脹脹而產(chǎn)生熱應(yīng)力。
[0031]參照?qǐng)D5,所述的芯子模塊3包括兩端的冷媒腔室8、模塊主板10、模塊副主板11、兩側(cè)的隔板15和扁管14,所述的扁管14內(nèi)設(shè)有錯(cuò)齒型翅片13,所述的扁管間的尾氣側(cè)設(shè)有波紋型翅片12。
[0032]參照?qǐng)D6,所述的隔板15上縱向設(shè)有多條折邊17,用于提高芯子的橫向耐壓強(qiáng)度和扁管冷媒流動(dòng)方向的熱膨脹。隔板15與大主板4一起構(gòu)成一個(gè)封閉的空間，以免尾氣泄漏到外部環(huán)境。
[0033]參照?qǐng)D7,所述的冷媒腔室8內(nèi)還設(shè)有均流板9,所述的均流板9上開設(shè)有多個(gè)小孔 18。
[0034]參照?qǐng)D8,煙氣側(cè)采用波紋型翅片，可高效強(qiáng)化傳熱，且不利于積碳。由于煙氣側(cè)溫度較高、且存在可能產(chǎn)生腐蝕作用的S0x、N0x等氣體，因此需要選用耐高溫腐蝕的材料，比如316L。[〇〇35]參照?qǐng)D9,芯子模塊的尾氣側(cè)設(shè)有波紋型翅片12。
[0036]應(yīng)該理解到的是:上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說明，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的實(shí)用新型創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板(4)、兩側(cè)側(cè)板(5)和 多個(gè)芯子模塊(3)，其特征在于所述的芯子模塊(3)為不銹鋼管帶式結(jié)構(gòu)，管子內(nèi)側(cè)為氟利 昂冷媒(1)，外側(cè)為高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣(2);多個(gè)芯子模塊(3)呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒 側(cè)串聯(lián);尾氣(2)和氟利昂冷媒(1)在流動(dòng)方向上呈逆錯(cuò)流布置，所述的多個(gè)芯子模塊(3)在 尾氣流動(dòng)方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預(yù)熱區(qū)。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的側(cè) 板(5)上位于相鄰兩層芯子模塊(3)處具有弧形折邊(16)。3.如權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的薄 壁大主板(4)上設(shè)有冷媒入口(6)和冷媒出口(7 )，且冷媒入口(6)的管徑小于冷媒出口(7) 的管徑。4.如權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的芯 子模塊(3)包括兩端的冷媒腔室(8)、模塊主板(10)、模塊副主板(11)、兩側(cè)的隔板(15)和扁 管(14)，所述的扁管(14)內(nèi)設(shè)有錯(cuò)齒型翅片(13)，所述的扁管間的尾氣側(cè)設(shè)有波紋型翅片 (⑵。5.如權(quán)利要求4所述的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的冷 媒腔室(8)內(nèi)還設(shè)有均流板(9)，所述的均流板(9)上開設(shè)有多個(gè)小孔(18)。6.如權(quán)利要求4所述的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的隔 板(15)上縱向設(shè)有多條折邊(17)。7.如權(quán)利要求1所述的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的芯 子模塊(3)按4X2的矩陣排布。
【文檔編號(hào)】F28F9/26GK205718582SQ201620398761
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】董軍啟, 王建長(zhǎng), 張文鋒, 陳偉建, 詹凌云, 楊聯(lián)民
【申請(qǐng)人】浙江銀輪機(jī)械股份有限公司