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發動機用板翅式換熱器的制作方法
點擊次數:26 更新時間:2024-04-27

  本發明涉及一種換熱器,尤其是發動機用板翅式換熱器。

  背景技術:

  研究表明,高溫富氧是汽車尾氣排放中NOx主要的產生條件,廢氣再循環(EGR)技術的基本原理是將部分排氣引入進氣管,以提高混合氣中的廢氣成分,這樣一來,廢氣對新氣的稀釋作用意味著降低了氧濃度,破壞了富氧的條件;另一方面,由于廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等三原子分子,比熱容大,可以有效地降低氣缸內的*高燃燒溫度,破環高溫的條件,從而達到降低NOx 含量的目的。然而,直接將廢氣送入進氣管的EGR 技術增加了進氣溫度,降低了燃燒效率,因此也降低了燃油的經濟性,同時提高了*高燃燒溫度,又使NOx 的排放量增加。基于此缺點提出的冷卻的EGR技術是將再循環廢氣經冷卻器冷卻后,再送入進氣端,進一步降低進氣溫度,更有利于降低NOx的排放,同時也改善了燃油的經濟性。研究表明:冷卻的EGR技術對于NOx,PM的排放以及燃油的消耗率都有積極的影響。

  EGR 冷卻器是一種換熱器,選型的標準很多,*基本的涉及待處理流體的類型、操作壓力、溫度、熱負荷和費用等。另外,用于對廢氣進行冷卻的EGR 冷卻器不僅要滿足熱交換器的基本要求,還要滿足它自身冷卻溫度不能過低的特殊要求。過低的冷卻溫度將使排氣中的水蒸氣凝結,與排氣中的含硫化合物結合形成酸,造成對冷卻器及連接管路的酸性腐蝕,降低冷卻器的壽命與可靠性。由于EGR 冷卻器的冷卻對象是溫度較高的再循環廢氣,要求冷卻器在較小的換熱面積下實現大的熱量傳遞,而且必須盡可能提高廢氣再循環冷卻器的冷卻效率,同時還要適應發動機振動大的特點。此種工作條件下對冷卻器的要求是:

  (1)冷卻器要耐高溫、耐腐蝕;

  (2)體積小、散熱效率高、壓力損失小、能防堵塞。

  目前市場上,散熱器體積較大、成本高、散熱效果差、通到窄小,積碳性能差、容易堵塞、使用壽命短。

  技術實現要素:

  為解決上述問題,本發明提供一種散熱效率高、積碳空間大、使用壽命長的發動機用板翅式換熱器,具體技術方案為:

  發動機用板翅式換熱器,包括外殼、散熱組件、水管和法蘭,所述外殼的兩側分別設有進水口和出水口,外殼的兩端為開口;所述散熱組件不少于兩組,層疊在一起,并且固定在外殼內部,所述水管分別固定在外殼兩側的進水口和出水口上,所述法蘭通過管接頭固定在外殼的兩端;所述散熱組件包括散熱板、上蓋板和下蓋板,所述上蓋板和下蓋板合在一起壓緊散熱板;所述散熱板是由不少于兩個散熱片組成的整體,相鄰的散熱片成V形或倒V形連接,多個散熱片相連時散熱板的橫截面為波浪形,所述散熱片上設有漩渦凸,所述漩渦凸不少于兩個,漩渦凸沿散熱片長度方向依次交錯分布,即一個漩渦凸向散熱片的一側凸起,相鄰的另一個漩渦凸向散熱片的另一側凸起,所述漩渦凸之間的間距相等,相鄰散熱片的漩渦凸的凸起方向一致,即一個散熱片上的漩渦凸與相鄰散熱片上相同位置的漩渦凸的凸起方向一致,相鄰散熱片之間形成鋸齒形的通道;所述上蓋板和下蓋板與散熱板接觸的面為內側面,上蓋板和下蓋板的內側面均設有焊料槽,所述焊料槽向上蓋板和下蓋板的外側面凸起,所述下蓋板的兩端設有凸臺,所述凸臺向下蓋板的外側面凸起;所述上蓋板和下蓋板的兩側均設有折邊,所述折邊均向上蓋板和下蓋板的內側面折彎,所述上蓋板的折邊包在散熱板的兩側,所述下蓋板的折邊包在上蓋板的折邊的外側;所述散熱組件層疊時,上層散熱組件的下蓋板兩端的凸臺壓在下層的散熱組件的上蓋板上,凸臺使層疊的散熱組件之間具有間隙,形成冷卻水通道。

  優選的,所述漩渦凸均相互連接,沿散熱片的長度方向交錯分布。

  優選的,所述漩渦凸為斜三棱柱,所述斜三棱柱的底面為等腰三角形,等腰三角形的底邊在散熱片上,等腰三角形的兩個腰向散熱片的外側凸起,等腰三角形的腰所在的兩個側面為菱形;相鄰的漩渦凸的菱形側面相互連接,并且菱形的邊相互平行,即相鄰的斜三棱柱一個向上傾斜,另一個向下傾斜,上下交錯。

  優選的,所述斜三棱柱兩個菱形側面的夾角C的角度為134°~148°。

  優選的,所述斜三棱柱兩個菱形側面相交的邊為頂邊,位于散熱片同一側的相鄰的頂邊之間的距離為A,頂邊到散熱片的距離為B,A/B的比值范圍為2

  優選的,所述外殼設有連接區、進水區、出水區和定位區;所述外殼的兩端為連接區,連接區分別與管接頭連接;所述外殼的中間為定位區;所述進水區和出水區分別位于連接區和定位區之間;所述連接區和定位區的內側寬度均與散熱組件的寬度一致,所述進水區和出水區的寬度和高度均不小于定位區的寬度和高度,形成進水腔和出水腔,所述進水口和出水口分別位于進水區和出水區的的側面,且不在同一側。

  優選的,所述外殼分為上外殼和下外殼,所述進水口和出水口位于下外殼上,所述上外殼的定位區設有外殼凸點,所述外殼凸點向上外殼的內側凸起,壓在散熱組件的上蓋板上,使上蓋板與上外殼之間留有冷卻水通道。

  優選的,所述散熱片之間為圓弧連接。

  散熱組件為板翅式,通過翅片式散熱板與上下蓋板共同散熱,結構緊湊、輕巧、散熱效率高。

  散熱板,沖壓出褶皺,從端部看成波浪形,由多個散熱片成V形或倒V形連接,形成多個氣流通道,增加了與廢氣的接觸面積,V形連接的底部空間較大,有利于吸附更多的顆粒物和碳,延長使用壽命。散熱板與上蓋板和下蓋板緊貼在一起,將熱量傳遞給上蓋板和下蓋板。散熱組件之間的冷卻水通道流過冷卻水,從散熱組件的上蓋板和下蓋板同時將熱量帶走,散熱效率高。

  散熱片上的漩渦凸由多個連接在一起的斜三棱柱組成,沿散熱片的長發方向分布,呈鋸齒形,使氣體產生紊流,延長了氣體的通過時間,大大提高氣體的散熱效率,增加了散熱量。同時,相鄰的斜三棱柱上下交錯,形成間斷的間隙,可以讓氣體在間斷的間隙產生紊流,吸附廢氣中的碳以及顆粒物,由于間隙空間較大,可以吸附較多的顆粒物和碳,延長了產品的使用壽命,使產品持續穩定地保持*初散熱效果。目前很多翅片式散熱板上也有凸起,但是凸起均是圓弧過渡,并且氣流通道多為波浪形,廢氣很快流過散熱翅片,不會產生紊流,散熱效果差,對顆粒物和碳的吸附效果差。

  相鄰散熱片的凸起位置一致,有利于形成鋸齒形通道。

  下蓋板兩端的凸臺使散熱組件層疊時,散熱組件之間保持有間隙,方便冷卻水通過。下蓋板兩端的凸臺使散熱組件的兩端密封,使冷卻水不會進入到散熱組件內部。凸臺使*低層的散熱組件與外殼之間留有間隙,形成冷卻水通道。

  上外殼和下外殼的進水區和出水區寬度比散熱組件寬度寬,方便冷卻水在該區域匯合,保證冷卻水流過全部散熱組件的上下兩個面,從而保證冷卻效果。

  上外殼的外殼凸點也是為了保證散熱組件與外殼之間具有間隙,方便冷卻水的通過。

  上外殼和下外殼的連接區與定位區的內側寬度與散熱組件的寬度一致,卡住散熱組件。連接區的四個面均與散熱組件接觸,方便后續焊接密封。

  法蘭用于與發動機連接。

  整個熱交換器采用納米鎳粉高溫熔化焊接,將所有縫隙填焊好,使散熱組件與管接頭密封,保證廢氣不會進入到冷水通道,冷卻水不會進入到廢氣通道中,外殼也密封起來,不會發生冷卻水泄漏。納米鎳粉高強度、高耐腐蝕,焊接效果好,產品合格率高,降低了成本,保證了產品質量,提高了使用壽命。

  熱交換器均采用不銹鋼制作,耐腐蝕、耐高溫,提高了使用壽命。

  發動機用板翅式換熱器與其他公司產品相比,質量降低30%,其他壓力狀況相同的情況下性能提高10%。適用于歐4、歐5、歐6排放法規。

  與現有技術相比本發明具有以下有益效果:

  本發明提供的發動機用板翅式換熱器實現了低壓損、高效率、體積小、重量輕、散熱效率高、減少泵動損失、同時提高燃料使用率、耐積碳。

  附圖說明

  圖1是本發明的爆炸結構示意圖;

  圖2是散熱板的正視圖;

  圖3是散熱板的左視圖;

  圖4是散熱板的俯視圖;

  圖5是圖3的I處的局部放大圖;

  圖6是圖5沿D-D線的局部剖面示意圖;

  圖7是下蓋板的結構示意圖;

  圖8是C為148°,A/B=2時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖9是C為148°,A/B=3時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖10是C為148°,A/B=4時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖11是C為148°,A/B=5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖12是C為140.4°,A/B=1.5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖13是C為140.4°,A/B=2時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖14是C為140.4°,A/B=2.5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖15是C為134°,A/B=2時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖16是C為134°,A/B=3時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖17是C為134°,A/B=4時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖18是C為134°,A/B=5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況;

  圖19是發動機用板翅式換熱器與其他公司換熱器中吸附的顆粒物和積碳對氣流阻礙的對比圖。

  具體實施方式

  現結合附圖說明本發明的具體實施方式。

  實施例一

  如圖1至圖7所示,發動機用板翅式換熱器,包括外殼、散熱組件、水管6和法蘭5,所述外殼的兩側分別設有進水口和出水口,外殼的兩端為開口;所述散熱組件不少于兩組,層疊在一起,并且固定在外殼內部,所述水管6分別固定在外殼兩側的進水口和出水口上,所述法蘭5通過管接頭4固定在外殼的兩端;所述散熱組件包括散熱板7、上蓋板8和下蓋板9,所述上蓋板8和下蓋板9合在一起壓緊散熱板7;所述散熱板7是由不少于兩個散熱片71組成的整體,相鄰的散熱片71成V形或倒V形連接,多個散熱片71相連時散熱板7的橫截面為波浪形,所述散熱片71上設有漩渦凸,所述漩渦凸不少于兩個,漩渦凸沿散熱片71長度方向依次交錯分布,即一個漩渦凸向散熱片71的一側凸起,相鄰的另一個漩渦凸向散熱片71的另一側凸起,所述漩渦凸之間的間距相等,相鄰散熱片71的漩渦凸的凸起方向一致,即一個散熱片71上的漩渦凸與相鄰散熱片71上相同位置的漩渦凸的凸起方向一致,相鄰散熱片71之間形成鋸齒形的通道;所述上蓋板8和下蓋板9與散熱板7接觸的面為內側面,上蓋板8和下蓋板9的內側面均設有焊料槽,所述焊料槽向上蓋板8和下蓋板9的外側面凸起,所述下蓋板9的兩端設有凸臺,所述凸臺向下蓋板9的外側面凸起;所述上蓋板8和下蓋板9的兩側均設有折邊,所述折邊均向上蓋板8和下蓋板9的內側面折彎,所述上蓋板8的折邊包在散熱板7的兩側,所述下蓋板9的折邊包在上蓋板8的折邊的外側;所述散熱組件層疊時,上層散熱組件的下蓋板9兩端的凸臺壓在下層的散熱組件的上蓋板8上,凸臺使層疊的散熱組件之間具有間隙,形成冷卻水通道。

  焊料槽內填有焊料,散熱組件之間也涂有焊料,法蘭5與管接頭4之間也涂有焊料,上蓋板8和下蓋板9之間的縫隙涂有焊料,整個發動機用板翅式換熱器的所有連接縫隙均涂有焊料,焊料采用納米鎳粉,整個發動機用板翅式換熱器采用納米鎳粉高溫熔化焊接,將所有縫隙填焊好,使散熱組件與外殼密封,保證廢氣不會進入到冷卻水通道,冷卻水不會進入到散熱組件中,外殼也密封起來,不會發生冷卻水泄漏。焊料槽內的焊料使散熱板7與上蓋板8和下蓋板9之間保持固定的緊密貼合,通入高溫氣體時不會發生形變,防止變形導致散熱板7與上蓋板8和下蓋板9之間形成縫隙,影響導熱,從而影響散熱效果。金屬焊料的導熱性能好,不影響散熱板7與上蓋板8和下蓋板9之間的導熱。納米鎳粉高強度、高耐腐蝕,高耐溫、焊接效果好,產品合格率高,降低了成本,保證了產品質量,提高了使用壽命。

  散熱組件為板翅式,通過翅片式散熱板7與上蓋板8和下蓋板9共同散熱,結構緊湊、輕巧、散熱效率高。

  散熱板7沖壓出褶皺,從端部看成波浪形,由多個散熱片71成V形或倒V形連接,形成多個廢氣通道,增加了與廢氣的接觸面積,提高了散熱效果。V形連接的底部空間較大,有利于吸附更多的顆粒物和碳,延長使用壽命。漩渦凸阻礙氣流的運動,有利于形成紊流,降低氣流的速度,延長氣體的通過時間,提高換熱效果,并有利于顆粒物和碳吸附到散熱板7上。相鄰散熱片71的漩渦凸的凸起方向一致,有利于形成鋸齒形通道。漩渦凸在散熱片71的正反兩個面都有,使散熱片71組成散熱板7時所形成的每個廢氣通道都是鋸齒形通道。散熱板7與上蓋板8和下蓋板9緊貼在一起,將熱量傳遞給上蓋板8和下蓋板9。冷卻水從進水口進去,冷卻水流過冷卻水通道,即冷卻水流過上蓋板8和下蓋板9,將熱量帶走,從出水口出來,散熱效率高。

  實施例二

  在實施例一的基礎上,所述漩渦凸均相互連接,沿散熱片71的長度方向交錯分布。

  所述漩渦凸為斜三棱柱,所述斜三棱柱的底面為等腰三角形,等腰三角形的底邊在散熱片71上,等腰三角形的兩個腰向散熱片71的外側凸起,等腰三角形的腰所在的兩個側面為菱形;相鄰的漩渦凸的菱形側面相互連接,并且菱形的邊相互平行,即相鄰的斜三棱柱一個向上傾斜,另一個向下傾斜,上下交錯。

  散熱片上的漩渦凸由多個連接在一起的斜三棱柱組成,沿散熱片的長發方向分布,呈鋸齒形,使氣體產生紊流,降低了氣流的速度,延長了氣體的通過時間,大大提高了氣體的散熱效率,增加了散熱量,能減小換熱器的體積,同時有利于廢氣中的顆粒物和碳吸附到散熱板7上。相鄰的斜三棱柱上下交錯,與上蓋板8和下蓋板9共同形成間斷的間隙,可以讓氣流在間斷的間隙中再產生紊流,有效吸附廢氣中的碳以及顆粒物,由于間隙空間較大,可以吸附較多的顆粒物和碳,延長了產品的使用壽命,使產品持續穩定地保持*初散熱效果。目前很多翅片式散熱板上也有凸起,但是凸起均是圓弧過渡,并且氣流通道多為波浪形,廢氣很快流過散熱翅片,散熱效果差,吸附效果也不好。

  實施例三

  在實施例二的基礎上,如圖2至圖6所示,所述斜三棱柱兩個菱形側面的夾角C的角度為134°~148°。

  所述斜三棱柱兩個菱形側面相交的邊為頂邊,位于散熱片71同一側的相鄰的頂邊之間的距離為A,頂邊到散熱片71的距離為B,A/B的比值范圍為2

  所述散熱片71之間為圓弧連接。圓弧連接增加了散熱板7與上蓋板8和下蓋板9的接觸面積,提高了散熱效果。同時也提高了顆粒物和碳的吸附空間。

  如圖8至圖19所示,圖8是C為148°,A/B=2時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中未能形成紊流,成波浪形流動。

  圖9是C為148°,A/B=3時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中產生紊流,紊流狀態較好。

  圖10是C為148°,A/B=4時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中產生紊流,紊流的狀態沒有A/B=3時好。

  圖11是C為148°,A/B=5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道的中部產生紊流,而中部往后的通道中不能產生紊流。

  圖12是C為140.4°,A/B=1.5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中未能產生紊流,成波浪形流動。

  圖13是C為140.4°,A/B=2時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中產生紊流,紊流狀態較好。

  圖14是C為140.4°,A/B=2.5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中產生紊流,紊流的狀態較好。

  圖15是C為134°,A/B=2時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中未能產生紊流,成波浪形流動。

  圖16是C為134°,A/B=3時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中產生紊流,紊流狀態較好。

  圖17是C為134°,A/B=4時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中產生紊流,紊流狀態較好。

  圖18是C為134°,A/B=5時的氣流經過鋸齒形的通道的狀況,氣流在散熱板7的鋸齒形通道中的中部產生紊流,而中部往后的通道中不能產生紊流。

  氣流過早產生紊流會影響通道后方產生紊流,不利于降低氣流的速度,導致對顆粒物的吸附效果差,容易影響發動機的尾氣排放的顆粒物含量,造成排放不合格。因為顆粒物主要通過吸附的方式進行沉降,如果氣流通道后方無法持續產生紊流,顆粒物容易被氣流帶走,無法吸附。持續的紊流降低了氣體的流速,同時增加顆粒物與散熱板7的接觸機會,提高了吸附效果,同時也提高了換熱效率,紊流使高溫廢氣能與散熱板7的接觸時間變長,換熱充分,紊流打亂了氣體的規則流向,將氣體攪亂,使廢氣通道中所有氣體均能與散熱板7接觸。穩定的氣流經過廢氣通道時會發生與通道接觸的氣流溫度低,而氣流中心的溫度仍然較高,因為位于中心的氣流與散熱板7無接觸,無法換熱,僅能與中心周圍的氣體進行換熱,而換熱器由于尺寸限制,廢氣通道不會很長,因此散熱效果較差。

  廢氣中的顆粒物和碳大多數吸附在散熱板7的末端,對散熱板7的整體散熱效果影響很小。

  圖19是發動機用板翅式換熱器與其他公司換熱器中吸附的顆粒物和積碳對氣流阻礙的對比圖。隨著循環次數的增長,其他公司換熱器的廢氣通道隨著顆粒物和碳吸附的越來越多導致廢氣通道越來越小,對空氣的抵抗越來越大,散熱效果變差,使用壽命縮短。而發動機用板翅式換熱器由于廢氣通道顆粒物容納間隙大,不會隨著循環次數的增長使空氣抵抗快速變大,對散熱效果影響小,提高了使用壽命。

  發動機用板翅式換熱器的積碳主要集中在V形的底部,積碳飽和以后的積碳厚度約為0.15mm,使用前的間隙為1.2mm,積碳飽和后斷面的投影剩余量為0.9mm,而其他公司的換熱器使用前的間隙為0.4mm,積碳飽和后端面的投影剩余量為0.1mm。發動機用板翅式換熱器和其他公司的換熱器相比,積碳以后其間隙量還是比較大的。

  實施例四

  在實施例一、二或三的基礎上,所述外殼設有連接區、進水區、出水區和定位區;所述外殼的兩端為連接區,連接區分別與管接頭4連接;所述外殼的中間為定位區;所述進水區和出水區分別位于連接區和定位區之間;所述連接區和定位區的內側寬度均與散熱組件的寬度一致,所述進水區和出水區的寬度和高度均不小于定位區的寬度和高度,形成進水腔和出水腔,所述進水口和出水口分別位于進水區和出水區的的側面,且不在同一側。

  所述外殼分為上外殼1和下外殼2,所述進水口和出水口位于下外殼2上,所述上外殼1的定位區設有外殼凸點,所述外殼凸點向上外殼1的內側凸起,壓在散熱組件的上蓋板8上,使上蓋板8與上外殼1之間留有冷卻水通道。

  進水區和出水區的寬度和高度均比定位區的寬度和高度大,形成進水腔和出水腔,進水腔和出水腔使冷卻水能夠充分流過每個散熱組件之間的間隙,能夠充分進行換熱。如果沒有進水腔和出水腔,冷卻水僅從水管的出口處進入到散熱組件的間隙,冷卻水不能充分進入每個散熱組件的間隙,散熱效果差。

  將外殼分成上外殼1和下外殼2方便加工和發動機用板翅式換熱器的裝配。

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