專利名稱:一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板、兩側側板和多個芯子模塊，其特征在于所述的芯子模塊為不銹鋼管帶式結構，管子內側為氟利昂冷媒，外側為高溫的發(fā)動機尾氣；多個芯子模塊呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒側串聯(lián)；尾氣和氟利昂冷媒在流動方向上呈逆錯流布置。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)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子
技術領域
[0001]本實用新型涉及廢熱回收和熱交換器領域，特別涉及一種用于滿足⑶2排放法規(guī)的重型卡車的發(fā)動機尾氣廢熱回收的蒸發(fā)過熱器芯子，其主要是采用有機朗肯循環(huán)廢熱回收技術的發(fā)動機尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著道路車輛排放法規(guī)的日益嚴格和實施，歐六排放法規(guī)實施后，2020年將進入以限制C02排放為主的碳排放法規(guī)的實施階段，會對發(fā)動機的每百公里燃油消耗提出了嚴格的要求和標準。為此，以朗肯循環(huán)為代表的各種廢熱回收技術，成為未來車輛降低C02排放最有效的手段和技術之一。
[0003]發(fā)動機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)動機各種形式廢熱中，以發(fā)動機尾氣廢熱比重最大。而基于廢熱回收的有機朗肯循環(huán)通過把發(fā)動機的尾氣、廢氣再循環(huán)EGR以及發(fā)動機缸套水的廢熱吸收，通過膨脹機轉化為有效功輸出，從而間接提升發(fā)動機燃油經濟性和降低C02的排放。[00〇4]在發(fā)動機排放熱量中，尾氣的熱量占整個發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)熱量的60%以上， 因此尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器是整個車用0RC系統(tǒng)最為關鍵的部件之一，完成朗肯循環(huán)中有機工質-氟利昂吸收高溫尾氣的熱量，進而實現(xiàn)廢熱能量的轉化和利用。由于尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器是安裝在發(fā)動機尾氣后處理之后的，如SCR系統(tǒng)之后，發(fā)動機對排氣系統(tǒng)的壓力降非常敏感，如果排氣系統(tǒng)阻力大，將會導致排氣系統(tǒng)的背壓升高、燃燒惡化，排放物等得不到有效控制，進而會對渦輪增壓器等性能產生影響。因此，在0RC系統(tǒng)中，對尾氣沸騰器尾氣側的壓力降要求非常嚴格，一般小于4kPa。而同時，尾氣沸騰蒸發(fā)器的尾氣的流量相對EGR冷卻器而言非常大，其尾氣絕對壓力也比常規(guī)EGR尾氣壓力低很多，這些導致如果采用傳統(tǒng)EGR 結構形式，將遠遠不能滿足尾氣壓力降的要求。
[0005]而同時高溫尾氣與氟利昂冷媒進行熱交換，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物，在遇到高溫金屬壁面時候，會發(fā)生裂解而導致失效，如R245fa遇到250°C的金屬壁面，會發(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差異非常大，導致金屬管壁的溫度差變大，進而導致熱膨脹和熱應力變化非常大，容易使產品熱疲勞失效。同時，由于發(fā)動機尾氣中含有酸性S0x、N0x等氣體與H20等共同作用形式酸性物質，導致尾氣流經金屬表面時候發(fā)生腐蝕。
[0007]因此，解決高溫煙氣大流量、低阻力、腐蝕性氣體以及壁面氟利昂高溫裂解等問題，是設計高效緊湊、低重量的尾氣沸騰蒸發(fā)過熱器的關鍵問題。
【發(fā)明內容】

[0008]本實用新型要解決的是現(xiàn)有技術存在的上述問題，旨在提出一種用于發(fā)動機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低阻力、冷媒高溫裂解等問題，而且還要結構緊湊，滿足應用于道路移動式ORC系統(tǒng)對質量輕的要求。
[0009]為解決上述問題，本實用新型采用以下技術方案:一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板、兩側側板和多個芯子模塊，其特征在于所述的芯子模塊為不銹鋼管帶式結構，管子內側為氟利昂冷媒，外側為高溫的發(fā)動機尾氣；多個芯子模塊呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒側串聯(lián);尾氣和氟利昂冷媒在流動方向上呈逆錯流布置，所述的多個芯子模塊在尾氣流動方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預熱區(qū)。
[0010]本實用新型的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，熱交換部分由多個獨立的標準芯子模塊組合而成，在氟利昂冷媒側串聯(lián)構成多流程布置形式，使氟利昂從過冷液體變成高溫高壓的過熱蒸汽，從而實現(xiàn)能量的回收。多個獨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方向上呈逆錯流布置，這樣在尾氣流動方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預熱區(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，因冷媒傳熱系數巨大差異和芯子內部尾氣的溫度梯度變化大，導致各個小芯子之間金屬壁面溫度梯度大而產生熱應力的問題。同時，本實用新型還解決了發(fā)動機尾氣流量大，對蒸發(fā)器沸騰器尾氣側低壓降、高效傳熱的問題。
[0011]根據本實用新型，所述的側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生熱應力。
[0012]根據本實用新型，所述的薄壁大主板上設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置，可有效地控制尾氣沸騰器尾氣側的壓力降，減小排氣系統(tǒng)的阻力。
[0013]根據本實用新型，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、 兩側的隔板和扁管，所述的扁管內設有錯齒型翅片，所述的扁管間的尾氣側設有波紋型翅片。隔板與大主板一起構成一個封閉的空間，以免尾氣泄漏到外部環(huán)境。煙氣側采用波紋型翅片，可高效強化傳熱，且不利于積碳。由于煙氣側溫度較高、且存在可能產生腐蝕作用的 S0x、N0x等氣體，因此需要選用耐高溫腐蝕的材料，比如316L。
[0014]根據本實用新型，所述的冷媒腔室內還設有均流板，所述的均流板上開設有多個小孔，其一方面可以使進入冷媒腔室的冷媒均勻的分配到各個扁管內，另一方面可以增加冷媒腔室的強度。
[0015]根據本實用新型，所述的隔板上縱向設有多條折邊，用于提高芯子的橫向耐壓強度和扁管冷媒流動方向的熱膨脹。
[0016]根據本實用新型，所述的芯子模塊按4X2的矩陣排布?！靖綀D說明】

[0017]圖1是本實用新型一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子的整體結構示意圖。
[0018]圖2是本實用新型多個芯子模塊組件布置示意圖。
[0019]圖3是本實用新型多個芯子模塊組件冷媒側管路連接方式，其中A為一個端面的視圖，B為另一個端面的視圖。
[0020]圖4是本實用新型大主板結構示意圖。[0021 ]圖5是本實用新型芯子模塊的結構示意圖。
[0022]圖6是本實用新型芯子模塊中隔板的結構示意圖。
[0023]圖7是本實用新型芯子模塊的冷媒腔室中均流板的結構示意圖。
[0024]圖8是本實用新型所使用波紋型翅片的結構示意圖。
[0025]圖9是本實用新型所使用錯齒型翅片的結構示意圖?！揪唧w實施方式】
[0026]參照圖1，本實用新型的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板4、兩側側板5和多個芯子模塊3。[〇〇27]參照圖2和圖3,所述的芯子模塊3為不銹鋼管帶式結構，管子內側為氟利昂冷媒1， 外側為高溫的發(fā)動機尾氣2;多個芯子模塊3呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒側串聯(lián);尾氣2和氟利昂冷媒1在流動方向上呈逆錯流布置，所述的多個芯子模塊3在尾氣流動方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預熱區(qū)。[〇〇28]在本實施例中，多個芯子模塊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實現(xiàn)整個芯子的連接，在氟利昂冷媒側，8個芯子模塊的連接是通過不銹鋼管19來實現(xiàn)串聯(lián)的。氟利昂冷媒在芯子內部的流程依次為:30143024304^30343074 308—306—305。高溫尾氣從上往下穿過芯子的尾氣側，依次經過沸騰蒸發(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]氟利昂冷媒進入8個芯子組件前是液態(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]參照圖4,所述的側板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生熱應力。
[0031]參照圖5,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、兩側的隔板15和扁管14,所述的扁管14內設有錯齒型翅片13,所述的扁管間的尾氣側設有波紋型翅片12。
[0032]參照圖6,所述的隔板15上縱向設有多條折邊17,用于提高芯子的橫向耐壓強度和扁管冷媒流動方向的熱膨脹。隔板15與大主板4一起構成一個封閉的空間，以免尾氣泄漏到外部環(huán)境。
[0033]參照圖7,所述的冷媒腔室8內還設有均流板9,所述的均流板9上開設有多個小孔 18。
[0034]參照圖8,煙氣側采用波紋型翅片，可高效強化傳熱，且不利于積碳。由于煙氣側溫度較高、且存在可能產生腐蝕作用的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]參照圖9,芯子模塊的尾氣側設有波紋型翅片12。
[0036]應該理解到的是:上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型的限制，任何不超出本實用新型實質精神范圍內的實用新型創(chuàng)造，均落入本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，包括兩端薄壁大主板(4)、兩側側板(5)和 多個芯子模塊(3)，其特征在于所述的芯子模塊(3)為不銹鋼管帶式結構，管子內側為氟利 昂冷媒(1)，外側為高溫的發(fā)動機尾氣(2);多個芯子模塊(3)呈矩陣排列，且在氟利昂冷媒 側串聯(lián);尾氣(2)和氟利昂冷媒(1)在流動方向上呈逆錯流布置，所述的多個芯子模塊(3)在 尾氣流動方向上依次分成沸騰蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)和預熱區(qū)。2.如權利要求1所述的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的側 板(5)上位于相鄰兩層芯子模塊(3)處具有弧形折邊(16)。3.如權利要求1所述的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(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.如權利要求1所述的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(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)、兩側的隔板(15)和扁 管(14)，所述的扁管(14)內設有錯齒型翅片(13)，所述的扁管間的尾氣側設有波紋型翅片 (⑵。5.如權利要求4所述的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的冷 媒腔室(8)內還設有均流板(9)，所述的均流板(9)上開設有多個小孔(18)。6.如權利要求4所述的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(fā)過熱器的芯子，其特征在于所述的隔 板(15)上縱向設有多條折邊(17)。7.如權利要求1所述的一種用于發(fā)動機尾氣蒸發(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】F28F9/26GK205718582SQ201620398761
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】董軍啟, 王建長, 張文鋒, 陳偉建, 詹凌云, 楊聯(lián)民
【申請人】浙江銀輪機械股份有限公司