用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式egr冷卻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，包括：腔體，其具有出水端與進(jìn)水端，EGR冷卻器的冷卻液通過(guò)進(jìn)水端與出水端在腔體內(nèi)循環(huán)；冷卻芯組件，其包括至少一個(gè)冷卻管，冷卻芯組件設(shè)在腔體的內(nèi)部，冷卻管的管腔與腔體分離設(shè)置，內(nèi)燃機(jī)的排氣穿過(guò)冷卻管的管腔，經(jīng)過(guò)冷卻管的管腔的排氣與經(jīng)過(guò)腔體的冷卻液進(jìn)行熱交換；以及溫差發(fā)電組件，其設(shè)在冷卻管上。該產(chǎn)品提高了燃料的能量利用率，解決了普通EGR冷卻器出現(xiàn)的冷卻液溫度大幅升高問(wèn)題，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)熱負(fù)荷。
【專利說(shuō)明】用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)上的余熱回收式EGR冷卻器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，包括汽車、輪船、農(nóng)用機(jī)械和發(fā)電等等，同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能減排技術(shù)受到廣泛的關(guān)注，我們要在降低能源消耗的同時(shí)降低排放污染物。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，主要就是提高燃料的能量利用率，目前燃料燃燒放出的熱量大約20— 40%用于做功，其余大部分能量隨著燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣排向了大氣中。
[0003]為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染物，尤其是氮氧化合物，目前一般采用了EGR技術(shù)。EGR (Exhaust Gas Recycling,廢氣再循環(huán))就是將發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分排氣重新引入氣缸內(nèi)燃燒以達(dá)到降低NOx的目的，但是引入的這部分排氣的溫度對(duì)NOx的產(chǎn)生影響非常大，需要較低的溫度才能更好的降低NOx，因此，為了降低這部分重新回到缸內(nèi)的排氣的溫度，一般采用EGR冷卻器。EGR冷卻器是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液來(lái)冷卻排氣，高溫排氣在通過(guò)EGR冷卻器時(shí)與低溫冷卻液發(fā)生熱交換，從而使得溫度被大大降低。一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度大約600-700°C，經(jīng)過(guò)EGR管路引入到EGR冷卻器時(shí)的溫度500°C左右，經(jīng)過(guò)EGR冷卻器后的溫度大概160°C，而經(jīng)過(guò)EGR冷卻器的冷卻液溫度基本在80-100°C之間變化，引入到EGR冷卻器的排氣的溫度與EGR冷卻器的冷卻液溫度之間的溫差在80-400°C左右。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)中的EGR冷卻器只能對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，不能對(duì)排氣中的余熱加以利用，對(duì)能量的利用率低。而且，EGR冷卻器通過(guò)冷卻液來(lái)降低排氣溫度，但高溫排氣直接將熱能傳遞給低溫冷卻液，導(dǎo)致冷卻液的溫度同步上升，為了降低這部分冷卻液的溫升，發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱系統(tǒng)就需要做更多的功消耗更多的能量，同時(shí)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的熱負(fù)荷。
[0005]公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，通過(guò)將排氣的熱能轉(zhuǎn)換為電能，阻止了高溫排氣直接將冷卻液加熱，能夠解決冷卻液溫度升高的問(wèn)題，同時(shí)又能夠降低排氣溫度，實(shí)現(xiàn)EGR冷卻器的功能。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，包括:腔體，其具有出水端與進(jìn)水端，EGR冷卻器的冷卻液通過(guò)進(jìn)水端與出水端在腔體內(nèi)循環(huán)；冷卻芯組件，其包括至少一個(gè)冷卻管，冷卻芯組件設(shè)在腔體的內(nèi)部，冷卻管的管腔與腔體分離設(shè)置，內(nèi)燃機(jī)的排氣穿過(guò)冷卻管的管腔，經(jīng)過(guò)冷卻管的管腔的排氣與經(jīng)過(guò)腔體的冷卻液進(jìn)行熱交換；以及溫差發(fā)電組件，其設(shè)在冷卻管上。
[0008]優(yōu)選地，腔體的兩端敞開；冷卻芯組件還包括前端板和后端板，前端板和后端板分別對(duì)應(yīng)設(shè)在冷卻管的兩端，且冷卻管的兩端分別貫通前端板和后端板，前端板和后端板分別與腔體的兩敞開端密封連接。
[0009]優(yōu)選地，冷卻管為扁管，扁管至少三根且層狀設(shè)置。
[0010]優(yōu)選地，前端板外側(cè)設(shè)有進(jìn)氣腔，進(jìn)氣腔具有進(jìn)氣端口，后端板的外側(cè)設(shè)有出氣腔，出氣腔具有出氣端口。
[0011]優(yōu)選地，扁管的上表面設(shè)有開口 ；溫差發(fā)電組件包括溫差發(fā)電塊、散熱肋片和引線，散熱肋片設(shè)在溫差發(fā)電塊的上下表面，引線設(shè)在溫差發(fā)電塊的一端，溫差發(fā)電塊密封設(shè)在開口處。
[0012]優(yōu)選地，溫差發(fā)電塊為殼體形式，殼體內(nèi)部設(shè)置有若干半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，散熱肋片交錯(cuò)設(shè)置在殼體上下表面。
[0013]優(yōu)選地，扁管、散熱肋片和殼體是由導(dǎo)熱材料制成。
[0014]優(yōu)選地，扁管的橫截面為矩形，腔體為中空立方體形狀。
[0015]優(yōu)選地，扁管的下表面設(shè)有散熱片。
[0016]優(yōu)選地，引線設(shè)在溫差發(fā)電塊靠近后端板的一端。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本裝置將冷卻功能和溫差發(fā)電功能集成在一起，實(shí)現(xiàn)了 EGR冷卻器的多功能化，對(duì)排氣余熱的回收利用，提高了燃料的能量利用率；通過(guò)對(duì)排氣能量的回收利用，解決了普通EGR冷卻器出現(xiàn)的冷卻液溫度大幅升高問(wèn)題，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)熱負(fù)荷，間接的降低了冷卻系統(tǒng)散熱所需要的消耗的能量；而且不改變EGR冷卻器的外殼結(jié)構(gòu)和安裝方式，對(duì)整機(jī)布置毫無(wú)影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的冷卻芯組件與溫差發(fā)電組件的安裝示意圖；
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的冷卻管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的前端板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的溫差發(fā)電組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的溫差發(fā)電組件安裝在冷卻管上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的溫差發(fā)電組件安裝在冷卻管上的左視不意圖；
[0025]圖8是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的冷卻芯組件與溫差發(fā)電組件的軸側(cè)示意圖；
[0026]圖9是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器的冷卻芯組件與溫差發(fā)電組件的剖視圖。
[0027]主要附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0028]1-腔體，11-出水端，12-進(jìn)水端，13-進(jìn)氣腔，14-出氣腔，2_冷卻芯組件，21-冷卻管，3-溫差發(fā)電組件，31-溫差發(fā)電塊，32-散熱肋片，4-排氣通道，5-冷卻液通道?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0030]除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0031]本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器是一種冷卻功能和發(fā)電功能的集成設(shè)計(jì)，發(fā)電功能是根據(jù)溫差發(fā)電原理實(shí)現(xiàn)的，溫差發(fā)電是將熱能轉(zhuǎn)換成電能的有效方式，目前應(yīng)用方便快捷的就是半導(dǎo)體溫差發(fā)電片。半導(dǎo)體溫差發(fā)電的原理就是利用熱電材料的塞貝克效應(yīng)，將熱能轉(zhuǎn)換成電能，具體就是將P、N兩種類型不同的半導(dǎo)體材料串聯(lián)整合起來(lái)，并在兩端給予不同的溫度形成溫差，即在兩端就會(huì)產(chǎn)生電壓，接入回路就會(huì)形成電流通過(guò)。
[0032]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，包括腔體1、冷卻芯組件2以及溫差發(fā)電組件3 (參照?qǐng)D2)，腔體I具有出水端11與進(jìn)水端12，EGR冷卻器的冷卻液通過(guò)進(jìn)水端11與出水端12在腔體I內(nèi)循環(huán)。冷卻芯組件2包括至少一個(gè)冷卻管21 (參照?qǐng)D2)，冷卻芯組件2設(shè)在腔體I的內(nèi)部，冷卻管21的管腔與腔體I相對(duì)分離，內(nèi)燃機(jī)的排氣穿過(guò)冷卻管21的管腔，經(jīng)過(guò)冷卻管21的管腔的排氣與經(jīng)過(guò)腔體I的冷卻液進(jìn)行冷熱交換，具體地，冷卻管21的管腔形成內(nèi)燃機(jī)的排氣通道4 (參見圖9)，冷卻管21的管腔外表面與腔體I的內(nèi)表面形成冷卻液通道5 (參見圖9)，即排氣通道4與冷卻液通道5形成熱源與冷源之間的溫差，為設(shè)在冷卻管21上的溫差發(fā)電組件3進(jìn)行溫差發(fā)電提供條件，而且溫差發(fā)電組件3的熱端溫度在150-500°C之間，冷端溫度在80-100°C之間。
[0033]作為一種具體實(shí)施例，排氣通道4與冷卻液通道5的分離設(shè)計(jì)可以這樣實(shí)現(xiàn)，腔體I為中空立方體形狀，腔體I的兩端敞開，冷卻芯組件2還包括前端板22和后端板23，前端板22和后端板23分別對(duì)應(yīng)設(shè)在冷卻管21的兩端，且冷卻管21的兩端分別貫通前端板22和后端板23 (參見圖8)，前端板22和后端板23分別與腔體I的兩敞開端密封連接。作為一種優(yōu)選實(shí)施例，冷卻管21為扁管，扁管的橫截面為矩形，扁管至少三根且層狀等間距設(shè)置(參見圖2)，當(dāng)然冷卻管21的數(shù)量并不局限于三個(gè)，也可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同數(shù)量的冷卻管21。相應(yīng)的，在前端板22的相應(yīng)位置設(shè)有矩形孔221 (參見圖4)，扁管的開口與矩形孔221密封連接，后端板23的設(shè)計(jì)同理(參見圖8)。另外，前端板22的外側(cè)設(shè)有進(jìn)氣腔13，進(jìn)氣腔13具有進(jìn)氣端口 131，后端板23的外側(cè)設(shè)有出氣腔14，出氣腔14具有出氣端口 141(參見圖1)，這樣，內(nèi)燃機(jī)的高溫排氣即可經(jīng)過(guò)進(jìn)氣端口 131進(jìn)入進(jìn)氣腔13，進(jìn)入進(jìn)氣腔13的排氣分配到各個(gè)冷卻管21，經(jīng)過(guò)各個(gè)冷卻管21的排氣匯集到出氣腔14，最后通過(guò)出氣端口 141排出。
[0034]如圖3、5、6及7所示，扁管的上表面設(shè)有開口 211，開口 211為長(zhǎng)方形，溫差發(fā)電組件3包括溫差發(fā)電塊31、散熱肋片32和引線33，散熱肋片32設(shè)在溫差發(fā)電塊31的上下表面，引線33設(shè)在溫差發(fā)電塊31的一端，具體布置在后端板23上，并且從出氣腔14的一端引出，將溫差發(fā)電組件3產(chǎn)生的電能引出。具體地，溫差發(fā)電塊為殼體形式，殼體內(nèi)部設(shè)置有若干半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(市場(chǎng)購(gòu)買)，散熱肋片32對(duì)稱分布在殼體上下表面,且散熱肋片32的相鄰兩排肋片之間的位置是錯(cuò)開的，這樣能夠加強(qiáng)對(duì)流體的擾動(dòng)，開口 211的尺寸略比溫差發(fā)電塊31的尺寸小，這樣溫差發(fā)電塊31放在該開口 211上面就不會(huì)掉進(jìn)去，方便將扁管與溫差發(fā)電塊31密封焊接為一個(gè)整體，高溫排氣從扁管內(nèi)部流過(guò)，冷卻液從扁管外部流過(guò)，排氣的熱量通過(guò)殼體上的散熱肋片32與冷卻液進(jìn)行熱交換。其中，扁管、散熱肋片和殼體是由導(dǎo)熱材料制成，或者不銹鋼。為了加強(qiáng)散熱，在扁管的下表面可以設(shè)有散熱片(圖中未示出)，散熱片可以設(shè)計(jì)為散熱肋片32。
[0035]本實(shí)施例提供的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器具體功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程如下:
[0036]在使用EGR技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝上該余熱回收式EGR冷卻器，排氣管分流出來(lái)的高溫排氣，從進(jìn)氣腔13進(jìn)入扁管的內(nèi)部，經(jīng)過(guò)溫差發(fā)電塊31上的散熱肋片32的擾流，將高溫傳遞給溫差發(fā)電塊31，最后經(jīng)過(guò)冷卻的排氣從出氣腔14流出，進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)中參與燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液從進(jìn)水端12進(jìn)入腔體I與冷卻芯組件2之間的通道，冷卻液經(jīng)過(guò)溫差發(fā)電塊31上散熱肋片32的擾流，將低溫傳遞給溫差發(fā)電塊31并吸收高溫，對(duì)溫差發(fā)電塊31進(jìn)行冷卻，最后被加熱的冷卻液從出水端11流出，并回到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。
[0037]具體的,溫差發(fā)電塊31 —側(cè)處于排氣的高溫環(huán)境中，另一側(cè)處于冷卻液的低溫環(huán)境中，形成了較高的溫度差，溫差發(fā)電塊31內(nèi)部設(shè)置的若干半導(dǎo)體溫差發(fā)電片即可發(fā)電，這時(shí)通過(guò)引線33將溫差發(fā)電塊31的電壓引入回路就能夠產(chǎn)生電流，進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了排氣余熱回收的功能。同時(shí)，高溫排氣在扁管中通過(guò)散熱肋片32和扁管的殼體本身將高溫傳遞給冷卻液，得到了良好的冷卻，充分達(dá)到了降低排氣溫度的目標(biāo)，起到了普通EGR冷卻器的作用。
[0038]為了說(shuō)明EGR冷卻器中高溫排氣與冷卻液的溫差，下面給出某中型發(fā)動(dòng)機(jī)在常用工作轉(zhuǎn)速下的EGR冷卻器的排氣進(jìn)出口溫度和冷卻液進(jìn)出口溫度數(shù)據(jù)作為參考。
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，包括: 腔體，其具有出水端與進(jìn)水端，EGR冷卻器的冷卻液通過(guò)所述進(jìn)水端與所述出水端在所述腔體內(nèi)循環(huán)； 冷卻芯組件，其包括至少一個(gè)冷卻管，所述冷卻芯組件設(shè)在所述腔體的內(nèi)部，所述冷卻管的管腔與所述腔體分離設(shè)置，內(nèi)燃機(jī)的排氣穿過(guò)所述冷卻管的管腔，經(jīng)過(guò)所述冷卻管的管腔的排氣與經(jīng)過(guò)所述腔體的冷卻液進(jìn)行熱交換；以及 溫差發(fā)電組件，其設(shè)在所述冷卻管上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述腔體的兩端敞開；所述冷卻芯組件還包括前端板和后端板，所述前端板和所述后端板分別對(duì)應(yīng)設(shè)在所述冷卻管的兩端，且所述冷卻管的兩端分別貫通所述前端板和所述后端板，所述前端板和所述后端板分別與所述腔體的兩敞開端密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述冷卻管為扁管，所述扁管至少三根且層狀設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述前端板外側(cè)設(shè)有進(jìn)氣腔，所述進(jìn)氣腔具有進(jìn)氣端口，所述后端板的外側(cè)設(shè)有出氣腔，所述出氣腔具有出氣端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述扁管的上表面設(shè)有開口 ；所述溫差發(fā)電組件包括溫差發(fā)電塊、散熱肋片和引線，所述散熱肋片設(shè)在所述溫差發(fā)電塊的上下表面，所述引線設(shè)在所述溫差發(fā)電塊的一端，所述溫差發(fā)電塊密封設(shè)在所述開口處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述溫差發(fā)電塊為殼體形式，所述殼體內(nèi)部設(shè)置有若干半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，所述散熱肋片交錯(cuò)設(shè)置在所述殼體上下表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述扁管、所述散熱肋片和所述殼體是由導(dǎo)熱材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述扁管的橫截面為矩形，所述腔體為中空立方體形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述扁管的下表面設(shè)有散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收式EGR冷卻器，其特征在于，所述引線設(shè)在所述溫差發(fā)電塊靠近所述后端板的一端。
【文檔編號(hào)】F02G5/02GK103883433SQ201410134472
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】舒正龍, 楊劍, 陶澤民, 林鐵堅(jiān) 申請(qǐng)人:廣西玉柴機(jī)器股份有限公司