專利名稱：扁狀凹槽換熱管及應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明扁狀凹槽換熱管及應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的換熱器，是一種用于汽車 發(fā)動機(jī)的配件，是一種應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中作為廢氣再循環(huán)冷 卻器的換熱器。
背景技術(shù)：
換熱器的應(yīng)用歷史悠久，但仍處于不斷的改進(jìn)和發(fā)展中。換熱器在石油化 工、機(jī)械制造、煉油、冶金、輕工、制藥、食品等行業(yè)的應(yīng)中占全部工藝設(shè)備
投資的40%~60%，因此新型換熱器隨著科技的進(jìn)步而不斷涌現(xiàn)。在汽車領(lǐng)域， 發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)用冷卻器也在不斷的改進(jìn)，以適應(yīng)日益嚴(yán)格的汽車 尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)。
廢氣再循環(huán)冷卻器的應(yīng)用是汽車行業(yè)降低汽車尾氣排放的有效措施之一， 也是滿足國三、國四甚至更高排放要求所需選用設(shè)備的一種。廢氣再循環(huán)冷卻 技術(shù)是廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中加入冷卻器，將汽車發(fā)動機(jī)所排放的部分循環(huán)再利用 的廢氣先通過廢氣再循環(huán)冷卻器進(jìn)行冷卻后，重新與新鮮空氣充分混合后回傳 到發(fā)動機(jī)的燃燒室進(jìn)行燃燒的一種技術(shù)。由于發(fā)動機(jī)N0x的生成條件是高溫富 氧，而廢氣再循環(huán)技術(shù)利用廢氣中含有大量化學(xué)惰性氣體(C02、 N2、 1120)具有較 高的比熱，使混合氣熱容量增大，使得相同量的混合氣升高同樣溫度則所需的 熱量增加，從而有效降低最高燃燒溫度，偏離了 NOx的高溫生成區(qū)；另一方面 廢氣對新鮮空氣的稀釋也相應(yīng)降低了氧的濃度，從而有效地抑制NOx的生成。 因此在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置高效的廢氣再循環(huán)冷卻器可以使汽車的尾氣排 放量滿足嚴(yán)格法規(guī)的要求。
目前，汽車發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用的換熱器有兩大類。 第一類是板翅式換熱器，是由多塊薄板和板間的翅片組成，翅片屬于傳熱 的二次表面，翅片增加了傳熱總面積，又能起到管板間距并增強(qiáng)剛度的作用， 此類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，同時(shí)其換熱效率也比傳統(tǒng)的管殼式換熱器 相對較高一些，但板翅式換熱器適用于較低的熱負(fù)荷和較低機(jī)械負(fù)荷的工作環(huán)境。
第二類是管殼式換熱器，而一般傳統(tǒng)的管殼式換熱器是在一個圓筒形殼體 內(nèi)設(shè)置許多平管(稱這些平管為管束)，冷熱兩種流體分別從管內(nèi)空間(管側(cè))
和管外空間(殼側(cè))流過進(jìn)行熱量的交換；通常會在殼側(cè)裝置與管束平行的縱 向隔板或與管束垂直的折流板；以提高流體的流速并增強(qiáng)擾動，提高換熱效率。 此類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，但換熱效率較低，可以對這種傳統(tǒng)的管殼式換熱器的換 熱管進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)提高換熱效率的目的；
目前，應(yīng)用在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的冷卻器是基于上述的管殼式換熱器，在其 中設(shè)置了 一種表面帶有向內(nèi)凸起的螺旋凹槽的橫截面為圓形的換熱管，換熱效 率相對提高了許多，且目前應(yīng)用比較廣泛。但是隨著世界各國汽車排放法規(guī)的 日益嚴(yán)格，應(yīng)用圓形螺旋凹槽換熱管的換熱器的需要進(jìn)行改進(jìn)。
為進(jìn)一步提高換熱效率，在管殼式換熱器中通常選擇的換熱管為扁管。所 述扁管的意思是管的截面是非圓形的管子，截面的尺寸有一長軸和一短軸，長 軸與短軸的比例大于l。扁管截面的幾何形狀可以是橢圓形或近似矩形，或者兩 個半圓中間由直線連接而成等多種形狀，因?yàn)楸夤艿目梢栽龃蠊軆?nèi)外介質(zhì)的換 熱面積。這種扁狀管在長軸方向上形成比較寬闊的上下表面，在短軸方向上形 成比較狹窄的側(cè)表面。在通常情況下管殼式換熱器可以通過設(shè)置密集的換熱管 來提高換熱效率，但對于汽車發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)使用的換熱器則情況比較特殊， 使用的環(huán)境相對惡劣。汽車發(fā)動機(jī)所排出的廢氣有兩個特點(diǎn) 一是溫度變化較 大，發(fā)動機(jī)未啟動時(shí)換熱器在常溫下，發(fā)動機(jī)一旦啟動，換熱器中的溫度會持 續(xù)升高，甚至達(dá)到數(shù)百度的高溫，因?yàn)槠嚢l(fā)動機(jī)經(jīng)常處于啟動和停止的變化 工作狀態(tài)中，所以廢氣再循環(huán)使用的換熱器的工作環(huán)境也變化十分頻繁，這是 一般換熱器的工作環(huán)境所沒有的。另 一個問題是換熱器管內(nèi)壓力周期性變化。 由于發(fā)動機(jī)工作在吸氣-壓縮-做功-排氣這-循環(huán)中，也就是說廢氣再循環(huán)換熱 器中管內(nèi)的壓力只是在發(fā)動機(jī)排氣的時(shí)候才出現(xiàn)，其他時(shí)間壓力較小，當(dāng)然實(shí)
際情況是有多個發(fā)動機(jī)缸體輪換工作，即便在多缸體輪換工作的情況下，廢氣 再循環(huán)換熱器中管內(nèi)的壓力也是不斷的變化，管壁不斷的受到周期性的沖擊， 這也是通常換熱器所沒有的工作環(huán)境。由于急劇變化的溫度和壓力使廢氣再循 環(huán)換熱器中的換熱管十分容易產(chǎn)生變形。特別是扁狀管，因?yàn)楸鉅罟荛L軸方向的管體相對短軸方向的管體薄弱，特別是在管內(nèi)周期性壓力沖擊的情況下，長 軸方向的管壁容易向外鼓起變形。如果換熱管過于密集，兩個鼓起的換熱管就 可能擠在一起，阻擋換熱管外換熱介質(zhì)的流動，導(dǎo)致?lián)Q熱器整體的換熱效率降 低。需要提出 一種新型的換熱管克服換熱管變形的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種扁狀凹槽換熱管及應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的換熱 器，所述的扁狀凹槽換熱管是一種在密集換熱管的換熱器中不易變形，不會阻 塞管外介質(zhì)流動的換熱管。所述的換熱器使用的所述的換熱管。所述換熱管構(gòu) 成的換熱器尤其適于作為汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的廢氣再循環(huán)冷卻器或渦輪增壓系 統(tǒng)中換熱器。
本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的 一種扁狀凹槽換熱管，包括截面形狀的高度 和寬度不等的不銹鋼管體，所述管體上下表面設(shè)有平行排列的向內(nèi)凹的短凹槽， 間隔多個凹槽之間的上下表面設(shè)有向外凸起的鼓包。
一種應(yīng)用上述扁狀凹槽換熱管的換熱器，包括殼體、換熱管、管板、法 蘭、水管和支架；所述管板設(shè)置在殼體的兩端，所述換熱管管口焊接在管板預(yù) 留的通孔中，所述換熱管為帶有向外凸起鼓包的扁狀凹槽換熱管，換熱管之間 通過所述鼓包相互支撐。
本發(fā)明的有益效果是由于扁狀凹槽換熱管，其凹槽和鼓包的組合設(shè)置， 使換熱管在承受劇烈溫度和壓力變化的情況下，不易變形并產(chǎn)生較高的換熱效 果。增加換熱效率的短凹槽還起到增加扁管長軸方向平面的強(qiáng)度抑制了變形， 管與管之間鼓包的互相支撐有力的改善了管壁的受力情況，使扁管的變形最小， 即使變形也可以在管之間留有足夠的余地，有利于管外介質(zhì)的流動。較于以前 的連續(xù)凹槽換熱管的設(shè)計(jì)優(yōu)勢在于，上下表面的凹槽設(shè)置連接在一起形成連續(xù) 凹槽，該扁狀換熱管對凹槽的布置相當(dāng)于斷續(xù)設(shè)置凹槽，應(yīng)用這種方式換熱管 的換熱器，其換熱效率比應(yīng)用連續(xù)凹槽換熱管的效率會有所提高，更重要的一 點(diǎn)是通過上下兩管之間鼓包的支撐作用，增加了換熱器管束的可靠性。
本發(fā)明所采用的換熱管的截面形狀為扁狀，上下表面布置有多條凹槽，且 設(shè)置有鼓包；截面面積相同的扁狀換熱管與圓形換熱管相比，其截面的周長有 所增加，相同長度的換熱管的換熱面積同時(shí)有所提高，使換熱效果提高。換熱管上螺旋凹槽的設(shè)計(jì)，流體在管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流運(yùn)動，4吏得污垢在管內(nèi)遭到
了激烈的沖蝕，不易結(jié)垢，利于清洗，降低了換熱器維護(hù)成本；對于應(yīng)用這種 換熱管的換熱器而言，換熱管不僅促進(jìn)了管內(nèi)流體的擾動，同時(shí)對管外冷卻劑 的流動也具有加強(qiáng)流動和促使混合充分均勻的效果，而換熱管上的鼓包設(shè)計(jì)也 加強(qiáng)了管外流體的擾動，使應(yīng)用該換熱器的可靠性增加；換熱管按一定的順序 分布在殼體中，緊湊合理的利用殼體有限的空間，使得換熱器不僅具有了管殼 式換熱器制造簡單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也包含了板翅式換熱器換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)；本 發(fā)明從節(jié)省成本提高性能作為出發(fā)點(diǎn)，為發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)制冷系統(tǒng)與動力系 統(tǒng)有機(jī)的整合為一體提供了技術(shù)平臺，大大節(jié)省了發(fā)動機(jī)空間及體積，有效地 縮減了不必要的設(shè)置，在提高發(fā)動機(jī)性能的同時(shí)，極大地為制造者節(jié)省制造成 本。在廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中應(yīng)用該換熱器，有效的降低汽車廢氣中氮氧化合 物的排放。
在平直的圓形螺旋凹槽換熱管的基礎(chǔ)上，經(jīng)分析了加強(qiáng)流體換熱的因素以 及實(shí)際加工中的難易度，設(shè)計(jì)了扁狀螺旋凹槽換熱管。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過繼續(xù) 研究，在這種扁狀螺旋凹槽的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)的改造，將凹槽只設(shè)計(jì)在上下 的表面上，且每隔幾個凹槽就設(shè)置一個鼓包，鼓包的設(shè)置可以使換熱管應(yīng)用到 換熱器中， 一方面增加冷卻劑的擾動，另一方面可以對管管支撐起到重要作用， 從而使扁狀換熱管不易變形，也增加了換熱器的可靠性。扁狀凹槽換熱管及應(yīng) 用這種換熱管的幾種換熱器，與目前廣泛使用的應(yīng)用圓形螺旋凹槽管的換熱器 相比，效率提高了很多，能夠滿足歐四及更高排放標(biāo)準(zhǔn)要求。


下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。 圖1本發(fā)明實(shí)施例一、八應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的換熱器； 圖2本發(fā)明實(shí)施例一所述的扁狀凹槽換熱管的立體圖； 圖3本發(fā)明實(shí)施例一所迷的扁狀凹槽換熱管的局部;改大圖； 圖4采用連續(xù)螺4t凹槽換熱管的立體圖5本發(fā)明實(shí)施例四所述的扁狀凹槽換熱管的短凹槽布置示意圖； 圖6本發(fā)明實(shí)施例六所述的扁狀凹槽換熱管俯視圖的局部放大圖； 圖7本發(fā)明實(shí)施例六所述的扁狀凹槽換熱管的左視圖；圖8本發(fā)明實(shí)施例六所述的扁狀凹槽換熱管前視圖的局部放大圖； 圖9
置；
圖10 布置；
圖11本發(fā)明實(shí)施例十一所述的扁狀凹槽換熱管的截面示意圖 圖12本發(fā)明實(shí)施例十二所述的扁狀凹槽換熱管的截面示意圖 圖13本發(fā)明實(shí)施例十三所述的扁狀凹槽換熱管的截面示意圖 圖14本發(fā)明實(shí)施例十四所述的扁狀凹槽換熱管的截面示意圖； 圖15本發(fā)明實(shí)施例十五所述的應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的雙管程式換熱器； 圖16本發(fā)明實(shí)施例十六所述的應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的雙U型換熱器。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
本實(shí)施例是一種扁狀凹槽換熱管，包括截面形狀的高度和寬度不等的不銹 鋼管體，所述管體上下表面設(shè)有平行排列的向內(nèi)凹的短凹槽，間隔多個凹槽之 間的上下表面設(shè)有向外凸起的鼓包。
參見圖1、圖2和圖3，圖2為截面形狀為扁狀凹槽換熱管的立體圖，圖3 為扁狀換熱管的局部放大圖，圖1為應(yīng)用扁狀換熱管的換熱器。換熱器主要由 殼體1，換熱管2,管板3和水管4組成。殼體兩端的管板上設(shè)有再循環(huán)廢氣入 口和廢氣出口，殼體上設(shè)有冷卻劑入口和冷卻劑出口。換熱管的截面為長邊和 短邊不等的矩形，管體的上下表面布置有平行排列的短凹槽，每隔幾個短凹槽 會布置一個鼓包，上下表面的短凹槽的軸線連接起來后成等距的螺旋線，這種 扁狀凹槽管順序的排列在換熱器的殼體中，結(jié)構(gòu)緊湊，對管內(nèi)外流體的流動都 起到了加強(qiáng)的作用，從而強(qiáng)化了整個換熱器的換熱效率，提高了換熱效率，也 增強(qiáng)了換熱器的可靠性。
實(shí)施例二
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，本實(shí)施所述短凹槽的間距相等，管體上所有 的短凹槽的沿長邊方向的軸線連接在一起可以形成一條連續(xù)的圍繞管體的等螺 距的螺旋線，如圖2、 3所示。等距的螺線類似于已有的采用連續(xù)螺旋凹槽換熱管上的螺線，如圖4所示。 圖4所示為采用扁狀連續(xù)螺旋凹槽換熱管的立體圖，這種換熱管同樣具有對管 內(nèi)外流體的流動強(qiáng)化的作用，但與本發(fā)明中的扁狀凹槽管相比缺乏了管體上的 鼓包設(shè)置，從而布置在換熱器中時(shí)，使得管管之間無支撐，有可能會有高溫下 扁狀管子變形的情況出現(xiàn)，這樣就可能導(dǎo)致?lián)Q熱效果下降，本發(fā)明就是為了防 止這種現(xiàn)象發(fā)生而提出的，且鼓包的設(shè)置使得換熱器的可靠性提高。本實(shí)施例 所述的螺線是一條虛擬的螺線，所有的短凹槽的沿長邊方向的軸線與這條螺線 重合。
扁狀凹槽換熱管的短凹槽和鼓包的特殊設(shè)計(jì)，使得管內(nèi)外流體的流動都得 到強(qiáng)化，促進(jìn)了流體的湍流流動，分離、減薄和破壞了邊界層，從而強(qiáng)化了傳 熱。換熱管的管端為平直段，這樣的設(shè)計(jì)使得換熱管焊接在管板上與之對應(yīng)的 孔上時(shí)，易于加工，結(jié)構(gòu)更合理、緊固。換熱管2為不銹鋼管體，換熱管的管 體上表面平行布置了由外向內(nèi)凸起的短凹槽23，管體下表面同樣也平行布置了 由外向內(nèi)凸起的短凹槽24。 23與24連接起來為呈一定螺旋升角25的螺旋狀， 此螺旋升角為20。，如圖3所示。
實(shí)施例三
本實(shí)施例是實(shí)施例二的改進(jìn)。本實(shí)施例中所述短凹槽的沿長邊方向的軸線 的螺旋升角的范圍為15~30° 。
在本實(shí)施例中短凹槽23、 24的螺旋升角25在15 ~ 30度之間。短凹槽23、 24的深度不小于0. 4wm。例如，在扁狀管的長短邊長度分別為13. 5mm和4 wm ， 壁厚為O. 3m/w時(shí),4豆凹槽的;果度可k乂為0. 6m/n 、 0. 8附m、 1. Omm、 1. 2wwn 等幾 種不同數(shù)值。
實(shí)施例四
本實(shí)施例是實(shí)施例一、二、三的改進(jìn)。本實(shí)施例中所述的鼓包的設(shè)置是間 隔多個凹槽設(shè)置一個鼓包，以鼓包代替該位置上的凹槽，如圖5所示。
換熱管的管體上表面布置有鼓包21,下表面布置有鼓包22,鼓包的設(shè)置是 的換熱管布置在換熱器中起到管體互相支持、防止管子變形的作用。
換熱器的管殼中布置這種截面形狀為扁狀且上下表面均設(shè)置了短凹槽和鼓 包的特殊設(shè)計(jì)，無論對于管內(nèi)流過的高溫氣體還是對管外流過的冷卻劑的流動，都有強(qiáng)烈的促進(jìn)作用。流體在扁狀凹槽管內(nèi)，除了受到上下表面短凹槽的引導(dǎo) 作用，在管內(nèi)沿短凹槽做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時(shí)沿軸向運(yùn)動，來自兩個不同運(yùn)動方向 的流體互相碰撞，從而破壞了流體的邊界層，促進(jìn)了管內(nèi)外流體之間的傳熱作
用；換熱管外流體的流動同樣受到了扁狀短凹槽管特殊結(jié)構(gòu)的影響，管外的短 凹槽和鼓包對冷卻劑的流動起到了促進(jìn)作用，使得冷卻劑的混合更加充分，擾 動的增強(qiáng)同樣使流體的湍流程度加大；在管內(nèi)外流體都增強(qiáng)的情況下，流體之 間的換熱效果明顯的增強(qiáng)，換熱效率得到很大提高。
可以很明顯的看出扁狀凹槽管與圓形螺旋凹槽換熱管的不同之處，換熱管 的扁狀截面，不是中心對稱的形狀，扁狀帶螺旋凹槽管的幾何中心與管壁的距 離比圓形螺旋凹槽管與管壁的距離要小，管內(nèi)的大部分流體可以參與換熱，且 扁狀管的形狀使得流體的擾動增強(qiáng)，流體在管內(nèi)的擾動更為強(qiáng)烈，也就增強(qiáng)了 換熱效果，從而管內(nèi)流體的溫度下降的快，進(jìn)出口的溫差增大，提高了換熱效 率。
圖5所示為扁狀凹槽換熱管的俯視圖，圖6為換熱管俯視圖的局部放大圖， 從圖5和圖6可以清晰地看到上下表面的凹槽23、 24連接起來可以形成連續(xù)的 等距螺旋凹槽的形狀。
圖7所示為扁狀凹槽換熱管的左視圖，圖8為扁狀換熱管的前視圖的局部 放大圖。從圖7中可以看到管體上下表面的由外向內(nèi)凸起的凹槽23、 24的設(shè)置， 其深度相同；同時(shí)圖7可看到管體上下表面由內(nèi)向外凸起的鼓包21、 22的設(shè)置， 其高度相同。從圖8種可以看到凹槽和鼓包的設(shè)置互相交錯，這樣才可以形成 螺旋狀。
實(shí)施例五
本實(shí)施例是實(shí)施例四的改進(jìn)。本實(shí)施例所述鼓包的突出高度不小于0. 4咖。 因鼓包的作用除產(chǎn)生紊流外，主要是為了起到與相鄰管的相互支撐作用，因?yàn)?鼓包的高度與換熱器中的換熱管之間的距離有關(guān)，鼓包的高度越高，相鄰換熱 管之間距離越大，從而增大了管外介質(zhì)的流通通道。
實(shí)施例六
本實(shí)施例是實(shí)施例五的改進(jìn)。本實(shí)施例所述的鼓包的形狀為短凸槽，所述 短凸槽的沿長邊方向的軸線與各所述短凹槽的軸線形成螺旋線。本實(shí)施例所述的鼓包的形狀與短凹槽相似，只是縱向長度較短，如圖5、 6 所示。
實(shí)施例七
本實(shí)施例是實(shí)施例五的改進(jìn)。本實(shí)施例所述的鼓包的形狀為圓形或橢圓形，
所述圓形鼓包的圓心在各所述短凹槽的中線軸線形成螺旋線上；所述橢圓形鼓
包的長軸軸線與各所述短凹槽的中線軸線形成螺旋線。
本實(shí)施例是兩種鼓包的方案， 一種是圓形鼓包，這種鼓包形狀比較簡單， 自做方便，成本較低。
另一種鼓包的形狀是橢圓形，這種鼓包的可以起到與實(shí)施六類似的效果。
實(shí)施例八
本實(shí)施例是一種應(yīng)用上述各實(shí)施例所述扁狀凹槽換熱管的換熱器，包括 殼體、換熱管、管板、法蘭、水管和支架；所述管板設(shè)置在殼體的兩端，所述 換熱管管口焊接在管板預(yù)留的通孔中，所述換熱管為帶有向外凸起鼓包的扁狀 凹槽換熱管，換熱管之間通過所述鼓包相互支撐，如圖1所示。
本實(shí)施例的關(guān)鍵是應(yīng)用了上述實(shí)施例所述的扁狀凹槽換熱管，這種換熱管 向外凸起的鼓包，可以使相鄰換熱管之間互相支撐，短凹槽可以抑制換熱管的 變形，克服了換熱器采用無鼓包扁形換熱管容易變形的問題。
實(shí)施例九
本實(shí)施例是實(shí)施例八的改進(jìn)。本實(shí)施例所述換熱管的鼓包頂端與相鄰換熱 管的鼓包頂端接觸，如圖9所示。
在本實(shí)施例中換熱管布置在換熱器中時(shí)，相鄰管之間是通過鼓包相互接觸 的。圖9中表明上下兩根換熱管是鼓包與鼓包相互接觸的，此時(shí)鼓包的高度設(shè) 置可以相對較低，則加工難度也會降低。
實(shí)施例十
本實(shí)施例是實(shí)施例八的改進(jìn)。本實(shí)施例所述換熱管的鼓包頂端與相鄰換熱 管沒有凹槽或鼓包的部分^^姿觸，如圖10所示。
圖10所示的布置方式，上下?lián)Q熱管連接時(shí)，是鼓包和管體直接接觸，此時(shí) 為了確保冷卻劑的流通通道，鼓包的高度會相對較高，但是這種布置使得管管 的支撐可靠性較大；因此，在實(shí)際的應(yīng)用中可以根據(jù)需要選擇不同的相鄰換熱管之間的接觸方式。
實(shí)施例十一
本實(shí)施例是上述各實(shí)施例的改進(jìn)，是扁狀凹槽換熱管截面的改進(jìn)，參見圖
11。 圖11為扁狀凹槽換熱管的一種截面示意圖，該截面不包含凹槽和鼓包，只 是簡單的示意，兩個相對的短邊為由內(nèi)向外呈弧形凸起，且與長邊為圓滑過渡 連接，這樣的設(shè)置充分利用換熱管的表面來實(shí)現(xiàn)最大效率的熱交換，且易于生
產(chǎn)加工。
實(shí)施例十二
本實(shí)施例是上述各實(shí)施例的改進(jìn)，是扁狀凹槽換熱管截面的改進(jìn)，參見圖
12。 圖12為扁狀凹槽換熱管的第二種截面示意圖，截面形狀為矩形，且相鄰的 兩邊之間為圓弧過渡連接。其余部分與第一種換熱管相同。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置， 《更于生產(chǎn)加工。
實(shí)施例十三
本實(shí)施例是上述各實(shí)施例的改進(jìn)，是扁狀凹槽換熱管截面的改進(jìn)，參見圖
13。 圖13為扁狀凹槽換熱管的第三種截面示意圖，換熱管截面形狀在扁平狀換 熱管的基礎(chǔ)上，將兩個相對的長邊設(shè)置為呈由內(nèi)向外凸起的弧形，即將不銹鋼 換熱管的四個表面均設(shè)置成由內(nèi)向外呈弧形凸起的圓孤面；長邊的圓弧半徑遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于短邊的半徑，這樣可以避免長邊出現(xiàn)表面"塌陷"的現(xiàn)象；其余部分與 第一種換熱管相同。
實(shí)施例十四
本實(shí)施例是上述各實(shí)施例的改進(jìn)，是扁狀凹槽換熱管截面的改進(jìn)，參見圖
14。 圖14為扁狀凹槽換熱管的第三種截面示意圖，換熱管的截面形狀為橢圓形； 橢圓形的長軸和短軸的比值小于4，其余部分與第一種換熱管相同。 實(shí)施例十五
本實(shí)施例是實(shí)施例八的改進(jìn)。參見圖15,應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的換熱器。 該換熱器為雙管程換熱器，流體在管程的流動為U形回路。換熱器由殼體l、換 熱管2、管板3、水管4、管箱5、封頭6、折流板7組成；其中，在殼體的兩端 設(shè)有固定管板，管板上開有換熱管的固定通孔，換熱管的端部分別焊接在管板 上與之相對應(yīng)的孔中，并相互平行固定在殼體中。換熱管被分程隔板分成兩程，第一管程和第二管程，發(fā)動機(jī)的廢氣出口端 與第一管程的廢氣進(jìn)口端相連，第一管程的廢氣出口端與第二管程的廢氣進(jìn)口 端，通過固定在殼體上的封頭相互貫通連接，第二管程的廢氣出口端與發(fā)動機(jī)
進(jìn)氣口相連；且第一管程換熱管的數(shù)量大于第二管程換熱管的數(shù)量。封頭呈弧 形曲面以利于廢氣的流動。
在本實(shí)施例中，從發(fā)動機(jī)出來的廢氣先流過第一管程的換熱管，而后流過 第二管程的換熱管，流體在管程的流動呈"U，，形的回路。廢氣經(jīng)過冷卻器后， 冷卻前后的溫度可以相差幾百度，氣體的密度戶在高溫和低溫時(shí)有一定的差距， 因此將氣體的密度變化考慮到換熱器的設(shè)計(jì)中，則流體在不同管程的質(zhì)量流量 ^保持不變前提下，廢氣在通過第一管程時(shí)的溫度比通過第二管程時(shí)的溫度要 高，那么廢氣在第一管程時(shí)的密度A比在第二管程時(shí)的密度^低，即p^A, 根據(jù)流體力學(xué)公式gw =/^4巧=/ 2X2v2 = cowtanf可知，為了保i正流體在不同管程中 的平均流動速度v和阻力損失情況大致相同，則第一管程的流通面積要大于第二 管程的流通面積，即4^4。所以第一管程的換熱管的數(shù)量多于第二管程的換熱 管的數(shù)量。這樣即保證了在相同的質(zhì)量流量下，第一管程的管數(shù)量有所增加， 阻力有所下降，第二管程的管數(shù)有所減少，速度有所提高，則換熱效果有所增 強(qiáng)，最終使換熱器達(dá)到較高的換熱效率，同時(shí)也減少了換熱管使用的數(shù)量，節(jié) 省了材料。 實(shí)施例十六
本實(shí)施例是實(shí)施例八的改進(jìn)。參見圖16，為應(yīng)用扁狀換熱管的雙U型回路 設(shè)計(jì)的換熱器，所謂雙U型回路就是換熱管的管程和殼程均^皮設(shè)計(jì)成U型回路 的流動方式。換熱器由管殼1、換熱管2、管板3、水管4、連接法蘭5、封頭6、 分程隔板7、支架8組成。這種雙U型回路的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，在相同的體積 范圍內(nèi)其換熱量會比其他方式高，即這種雙U型回i 各設(shè)計(jì)的換熱器功率密度大。
換熱器中布置扁狀凹槽帶螺旋凹槽的換熱管，當(dāng)流體通過這種換熱管時(shí)， 遇到管內(nèi)螺旋凸起部位的阻礙作用，流動方向發(fā)生變化，產(chǎn)生復(fù)雜的二次流渦 旋流動，同時(shí)在螺旋凸起的后面也形成了渦旋，增大了廢氣的湍流度，尤其增 大了對近壁區(qū)邊界層的擾動，破壞或減薄了流體的邊界層，從而增強(qiáng)了換熱； 流體在通過彎曲通道時(shí)，流體的流動方向發(fā)生相應(yīng)的變化，同樣增加了流體的擾動，促進(jìn)了流體的換熱效果；同時(shí)，流體擾動的增強(qiáng)使得臨界雷諾數(shù)降低， 即從層流向湍流的轉(zhuǎn)變^:早發(fā)生，強(qiáng)烈的湍流運(yùn)動使得污垢在管內(nèi)遭到了激烈 的沖蝕，不易結(jié)垢，利于清洗。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的換熱器應(yīng)用到汽車發(fā)動機(jī)廢氣 再循環(huán)系統(tǒng)中，可以大大提高汽車發(fā)動機(jī)的排放性能指標(biāo)，滿足日益嚴(yán)格的環(huán) 保排放要求。作為汽車發(fā)動機(jī)增壓系統(tǒng)的中冷器，可以最大限度提高發(fā)動機(jī)的 功率和扭矩，改善發(fā)動機(jī)的性能。
以上只是顯示了本發(fā)明的幾種典型的扁狀凹槽換熱管和應(yīng)用扁狀凹槽管的 換熱器中的幾種布置方式，其中關(guān)于換熱管的長度、數(shù)目以及換熱管在殼體中 的排列方式及殼體的形狀和冷卻劑進(jìn)出口的位置都可以修改；扁狀凹槽換熱管 的應(yīng)用對管內(nèi)外流體的擾動都有所加強(qiáng)，提高了換熱器的換熱效果，從而提高 汽車發(fā)動機(jī)的排放性能指標(biāo)，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的排放要求。
最后所應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳布置方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 可以對本發(fā)明的技術(shù)方案(比如殼體的外形、換熱管的截面形狀、所述凹槽和 鼓包的數(shù)目、所述凹槽和鼓包的形狀等)進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本 發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種扁狀凹槽換熱管，包括截面形狀的高度和寬度不等的不銹鋼管體，其特征在于，所述管體上下表面設(shè)有平行排列的向內(nèi)凹的短凹槽，間隔多個凹槽之間的上下表面設(shè)有向外凸起的鼓包。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管，其特征在于，所述短凹槽的間距相等， 管體上所有的短凹槽的沿長邊方向的軸線連接在一起可以形成一條連續(xù)的圍繞 管體的等螺距的螺旋線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁狀凹槽換熱管，其特征在于，所述短凹槽的沿 長邊方向的軸線的螺旋升角的范圍為15~30° 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3所述的換熱管，其特征在于，所述的鼓包的設(shè)置 是間隔多個凹槽設(shè)置一個鼓包，以鼓包代替該位置上的凹槽。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的扁狀凹槽換熱管，其特征在于，所述鼓包的突出 高度不小于0. 4mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的扁狀凹槽換熱管，其特征在于，所述鼓包的形狀 為短凸槽，所述短凸槽的沿長邊方向的軸線與各所述短凹槽的軸線形成螺旋線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的扁狀凹槽換熱管，其特征在于，所述鼓包的形狀 為圓形或橢圓形，所述圓形鼓包的圓心在各所述短凹槽的中線軸線形成螺旋線 上；所述橢圓形鼓包的長軸軸線與各所述短凹槽的沿長邊防線的軸線形成螺凝: 線。
8. —種應(yīng)用權(quán)利要求l所述扁狀凹槽換熱管的換熱器，包括殼體、換熱 管、管板、法蘭、水管和支架；所述管板設(shè)置在殼體的兩端，所述換熱管管口 焊接在管板預(yù)留的通孔中，其特征在于，所述換熱管為帶有向外凸起鼓包的扁 狀凹槽換熱管，換熱管之間通過所述鼓包相互支撐。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的換熱器，其特征在于，所述換熱管的鼓包頂端與 相鄰換熱管的鼓包頂端接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的換熱器，其特征在于，所述換熱管的鼓包頂端 與相鄰換熱管沒有凹槽或鼓包的管體部分接觸。
全文摘要
本發(fā)明扁狀凹槽換熱管及應(yīng)用扁狀凹槽換熱管的換熱器，是一種應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中作為發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)冷卻器的換熱器。包括截面形狀的高度和寬度不等的不銹鋼管體，所述管體上下表面設(shè)有平行排列的向內(nèi)凹的短凹槽，間隔多個凹槽之間的上下表面設(shè)有向外凸起的鼓包。本發(fā)明由于扁狀凹槽換熱管的凹槽和鼓包的組合設(shè)置，使換熱管在承受劇烈溫度和壓力變化的情況下，不易變形并產(chǎn)生穩(wěn)定的換熱效果。增加換熱效率的短凹槽還起到增加扁管長軸方向平面的強(qiáng)度抑制了變形，管與管之間鼓包的互相支撐有力的改善了管壁的受力情況，使扁管的變形最小，即使變形也可以在管之間留有足夠的余地，有利于管外介質(zhì)的流動。
文檔編號F28D7/10GK101413765SQ200810227898
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
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