发动机用板翅式换热器的制作方法

本发明涉及一种换热器，尤其是发动机用板翅式换热器。

背景技术：

研究表明，高温富氧是汽车尾气排放中NOx主要的产生条件，废气再循环（EGR）技术的基本原理是将部分排气引入进气管，以提高混合气中的废气成分，这样一来，废气对新气的稀释作用意味着降低了氧浓度，破坏了富氧的条件；另一方面，由于废气中含有的水蒸气和二氧化碳等三原子分子，比热容大，可以有效地降低气缸内的最高燃烧温度，破环高温的条件，从而达到降低NOx 含量的目的。然而，直接将废气送入进气管的EGR 技术增加了进气温度，降低了燃烧效率，因此也降低了燃油的经济性，同时提高了最高燃烧温度，又使NOx 的排放量增加。基于此缺点提出的冷却的EGR技术是将再循环废气经冷却器冷却后，再送入进气端，进一步降低进气温度，更有利于降低NOx的排放，同时也改善了燃油的经济性。研究表明：冷却的EGR技术对于NOx，PM的排放以及燃油的消耗率都有积极的影响。

EGR 冷却器是一种换热器，选型的标准很多，最基本的涉及待处理流体的类型、操作压力、温度、热负荷和费用等。另外，用于对废气进行冷却的EGR 冷却器不仅要满足热交换器的基本要求，还要满足它自身冷却温度不能过低的特殊要求。过低的冷却温度将使排气中的水蒸气凝结，与排气中的含硫化合物结合形成酸，造成对冷却器及连接管路的酸性腐蚀，降低冷却器的寿命与可靠性。由于EGR 冷却器的冷却对象是温度较高的再循环废气，要求冷却器在较小的换热面积下实现大的热量传递，而且必须尽可能提高废气再循环冷却器的冷却效率，同时还要适应发动机振动大的特点。此种工作条件下对冷却器的要求是：

（1）冷却器要耐高温、耐腐蚀；

（2）体积小、散热效率高、压力损失小、能防堵塞。

目前市场上，散热器体积较大、成本高、散热效果差、通到窄小，积碳性能差、容易堵塞、使用寿命短。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种散热效率高、积碳空间大、使用寿命长的发动机用板翅式换热器，具体技术方案为：

发动机用板翅式换热器，包括外壳、散热组件、水管和法兰，所述外壳的两侧分别设有进水口和出水口，外壳的两端为开口；所述散热组件不少于两组，层叠在一起，并且固定在外壳内部，所述水管分别固定在外壳两侧的进水口和出水口上，所述法兰通过管接头固定在外壳的两端；所述散热组件包括散热板、上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板合在一起压紧散热板；所述散热板是由不少于两个散热片组成的整体，相邻的散热片成V形或倒V形连接，多个散热片相连时散热板的横截面为波浪形，所述散热片上设有漩涡凸，所述漩涡凸不少于两个，漩涡凸沿散热片长度方向依次交错分布，即一个漩涡凸向散热片的一侧凸起，相邻的另一个漩涡凸向散热片的另一侧凸起，所述漩涡凸之间的间距相等，相邻散热片的漩涡凸的凸起方向一致，即一个散热片上的漩涡凸与相邻散热片上相同位置的漩涡凸的凸起方向一致，相邻散热片之间形成锯齿形的通道；所述上盖板和下盖板与散热板接触的面为内侧面，上盖板和下盖板的内侧面均设有焊料槽，所述焊料槽向上盖板和下盖板的外侧面凸起，所述下盖板的两端设有凸台，所述凸台向下盖板的外侧面凸起；所述上盖板和下盖板的两侧均设有折边，所述折边均向上盖板和下盖板的内侧面折弯，所述上盖板的折边包在散热板的两侧，所述下盖板的折边包在上盖板的折边的外侧；所述散热组件层叠时，上层散热组件的下盖板两端的凸台压在下层的散热组件的上盖板上，凸台使层叠的散热组件之间具有间隙，形成冷却水通道。

优选的，所述漩涡凸均相互连接，沿散热片的长度方向交错分布。

优选的，所述漩涡凸为斜三棱柱，所述斜三棱柱的底面为等腰三角形，等腰三角形的底边在散热片上，等腰三角形的两个腰向散热片的外侧凸起，等腰三角形的腰所在的两个侧面为菱形；相邻的漩涡凸的菱形侧面相互连接，并且菱形的边相互平行，即相邻的斜三棱柱一个向上倾斜，另一个向下倾斜，上下交错。

优选的，所述斜三棱柱两个菱形侧面的夹角C的角度为134°~148°。

优选的，所述斜三棱柱两个菱形侧面相交的边为顶边，位于散热片同一侧的相邻的顶边之间的距离为A，顶边到散热片的距离为B，A/B的比值范围为2<A/B≤4。

优选的，所述外壳设有连接区、进水区、出水区和定位区；所述外壳的两端为连接区，连接区分别与管接头连接；所述外壳的中间为定位区；所述进水区和出水区分别位于连接区和定位区之间；所述连接区和定位区的内侧宽度均与散热组件的宽度一致，所述进水区和出水区的宽度和高度均不小于定位区的宽度和高度，形成进水腔和出水腔，所述进水口和出水口分别位于进水区和出水区的的侧面，且不在同一侧。

优选的，所述外壳分为上外壳和下外壳，所述进水口和出水口位于下外壳上，所述上外壳的定位区设有外壳凸点，所述外壳凸点向上外壳的内侧凸起，压在散热组件的上盖板上，使上盖板与上外壳之间留有冷却水通道。

优选的，所述散热片之间为圆弧连接。

散热组件为板翅式，通过翅片式散热板与上下盖板共同散热，结构紧凑、轻巧、散热效率高。

散热板，冲压出褶皱，从端部看成波浪形，由多个散热片成V形或倒V形连接，形成多个气流通道，增加了与废气的接触面积，V形连接的底部空间较大，有利于吸附更多的颗粒物和碳，延长使用寿命。散热板与上盖板和下盖板紧贴在一起，将热量传递给上盖板和下盖板。散热组件之间的冷却水通道流过冷却水，从散热组件的上盖板和下盖板同时将热量带走，散热效率高。

散热片上的漩涡凸由多个连接在一起的斜三棱柱组成，沿散热片的长发方向分布，呈锯齿形，使气体产生紊流，延长了气体的通过时间，大大提高气体的散热效率，增加了散热量。同时，相邻的斜三棱柱上下交错，形成间断的间隙，可以让气体在间断的间隙产生紊流，吸附废气中的碳以及颗粒物，由于间隙空间较大，可以吸附较多的颗粒物和碳，延长了产品的使用寿命，使产品持续稳定地保持最初散热效果。目前很多翅片式散热板上也有凸起，但是凸起均是圆弧过渡，并且气流通道多为波浪形，废气很快流过散热翅片，不会产生紊流，散热效果差，对颗粒物和碳的吸附效果差。

相邻散热片的凸起位置一致，有利于形成锯齿形通道。

下盖板两端的凸台使散热组件层叠时，散热组件之间保持有间隙，方便冷却水通过。下盖板两端的凸台使散热组件的两端密封，使冷却水不会进入到散热组件内部。凸台使最低层的散热组件与外壳之间留有间隙，形成冷却水通道。

上外壳和下外壳的进水区和出水区宽度比散热组件宽度宽，方便冷却水在该区域汇合，保证冷却水流过全部散热组件的上下两个面，从而保证冷却效果。

上外壳的外壳凸点也是为了保证散热组件与外壳之间具有间隙，方便冷却水的通过。

上外壳和下外壳的连接区与定位区的内侧宽度与散热组件的宽度一致，卡住散热组件。连接区的四个面均与散热组件接触，方便后续焊接密封。

法兰用于与发动机连接。

整个热交换器采用纳米镍粉高温熔化焊接，将所有缝隙填焊好，使散热组件与管接头密封，保证废气不会进入到冷水通道，冷却水不会进入到废气通道中，外壳也密封起来，不会发生冷却水泄漏。纳米镍粉高强度、高耐腐蚀，焊接效果好，产品合格率高，降低了成本，保证了产品质量，提高了使用寿命。

热交换器均采用不锈钢制作，耐腐蚀、耐高温，提高了使用寿命。

发动机用板翅式换热器与其他公司产品相比，质量降低30%，其他压力状况相同的情况下性能提高10%。适用于欧4、欧5、欧6排放法规。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的发动机用板翅式换热器实现了低压损、高效率、体积小、重量轻、散热效率高、减少泵动损失、同时提高燃料使用率、耐积碳。

附图说明

图1是本发明的爆炸结构示意图；

图2是散热板的正视图；

图3是散热板的左视图；

图4是散热板的俯视图；

图5是图3的I处的局部放大图；

图6是图5沿D-D线的局部剖面示意图；

图7是下盖板的结构示意图；

图8是C为148°，A/B=2时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图9是C为148°，A/B=3时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图10是C为148°，A/B=4时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图11是C为148°，A/B=5时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图12是C为140.4°，A/B=1.5时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图13是C为140.4°，A/B=2时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图14是C为140.4°，A/B=2.5时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图15是C为134°，A/B=2时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图16是C为134°，A/B=3时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图17是C为134°，A/B=4时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图18是C为134°，A/B=5时的气流经过锯齿形的通道的状况；

图19是发动机用板翅式换热器与其他公司换热器中吸附的颗粒物和积碳对气流阻碍的对比图。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例一

如图1至图7所示，发动机用板翅式换热器，包括外壳、散热组件、水管6和法兰5，所述外壳的两侧分别设有进水口和出水口，外壳的两端为开口；所述散热组件不少于两组，层叠在一起，并且固定在外壳内部，所述水管6分别固定在外壳两侧的进水口和出水口上，所述法兰5通过管接头4固定在外壳的两端；所述散热组件包括散热板7、上盖板8和下盖板9，所述上盖板8和下盖板9合在一起压紧散热板7；所述散热板7是由不少于两个散热片71组成的整体，相邻的散热片71成V形或倒V形连接，多个散热片71相连时散热板7的横截面为波浪形，所述散热片71上设有漩涡凸，所述漩涡凸不少于两个，漩涡凸沿散热片71长度方向依次交错分布，即一个漩涡凸向散热片71的一侧凸起，相邻的另一个漩涡凸向散热片71的另一侧凸起，所述漩涡凸之间的间距相等，相邻散热片71的漩涡凸的凸起方向一致，即一个散热片71上的漩涡凸与相邻散热片71上相同位置的漩涡凸的凸起方向一致，相邻散热片71之间形成锯齿形的通道；所述上盖板8和下盖板9与散热板7接触的面为内侧面，上盖板8和下盖板9的内侧面均设有焊料槽，所述焊料槽向上盖板8和下盖板9的外侧面凸起，所述下盖板9的两端设有凸台，所述凸台向下盖板9的外侧面凸起；所述上盖板8和下盖板9的两侧均设有折边，所述折边均向上盖板8和下盖板9的内侧面折弯，所述上盖板8的折边包在散热板7的两侧，所述下盖板9的折边包在上盖板8的折边的外侧；所述散热组件层叠时，上层散热组件的下盖板9两端的凸台压在下层的散热组件的上盖板8上，凸台使层叠的散热组件之间具有间隙，形成冷却水通道。

焊料槽内填有焊料，散热组件之间也涂有焊料，法兰5与管接头4之间也涂有焊料，上盖板8和下盖板9之间的缝隙涂有焊料，整个发动机用板翅式换热器的所有连接缝隙均涂有焊料，焊料采用纳米镍粉，整个发动机用板翅式换热器采用纳米镍粉高温熔化焊接，将所有缝隙填焊好，使散热组件与外壳密封，保证废气不会进入到冷却水通道，冷却水不会进入到散热组件中，外壳也密封起来，不会发生冷却水泄漏。焊料槽内的焊料使散热板7与上盖板8和下盖板9之间保持固定的紧密贴合，通入高温气体时不会发生形变，防止变形导致散热板7与上盖板8和下盖板9之间形成缝隙，影响导热，从而影响散热效果。金属焊料的导热性能好，不影响散热板7与上盖板8和下盖板9之间的导热。纳米镍粉高强度、高耐腐蚀，高耐温、焊接效果好，产品合格率高，降低了成本，保证了产品质量，提高了使用寿命。

散热组件为板翅式，通过翅片式散热板7与上盖板8和下盖板9共同散热，结构紧凑、轻巧、散热效率高。

散热板7冲压出褶皱，从端部看成波浪形，由多个散热片71成V形或倒V形连接，形成多个废气通道，增加了与废气的接触面积，提高了散热效果。V形连接的底部空间较大，有利于吸附更多的颗粒物和碳，延长使用寿命。漩涡凸阻碍气流的运动，有利于形成紊流，降低气流的速度，延长气体的通过时间，提高换热效果，并有利于颗粒物和碳吸附到散热板7上。相邻散热片71的漩涡凸的凸起方向一致，有利于形成锯齿形通道。漩涡凸在散热片71的正反两个面都有，使散热片71组成散热板7时所形成的每个废气通道都是锯齿形通道。散热板7与上盖板8和下盖板9紧贴在一起，将热量传递给上盖板8和下盖板9。冷却水从进水口进去，冷却水流过冷却水通道，即冷却水流过上盖板8和下盖板9，将热量带走，从出水口出来，散热效率高。

实施例二

在实施例一的基础上，所述漩涡凸均相互连接，沿散热片71的长度方向交错分布。

所述漩涡凸为斜三棱柱，所述斜三棱柱的底面为等腰三角形，等腰三角形的底边在散热片71上，等腰三角形的两个腰向散热片71的外侧凸起，等腰三角形的腰所在的两个侧面为菱形；相邻的漩涡凸的菱形侧面相互连接，并且菱形的边相互平行，即相邻的斜三棱柱一个向上倾斜，另一个向下倾斜，上下交错。

散热片上的漩涡凸由多个连接在一起的斜三棱柱组成，沿散热片的长发方向分布，呈锯齿形，使气体产生紊流，降低了气流的速度，延长了气体的通过时间，大大提高了气体的散热效率，增加了散热量，能减小换热器的体积，同时有利于废气中的颗粒物和碳吸附到散热板7上。相邻的斜三棱柱上下交错，与上盖板8和下盖板9共同形成间断的间隙，可以让气流在间断的间隙中再产生紊流，有效吸附废气中的碳以及颗粒物，由于间隙空间较大，可以吸附较多的颗粒物和碳，延长了产品的使用寿命，使产品持续稳定地保持最初散热效果。目前很多翅片式散热板上也有凸起，但是凸起均是圆弧过渡，并且气流通道多为波浪形，废气很快流过散热翅片，散热效果差，吸附效果也不好。

实施例三

在实施例二的基础上，如图2至图6所示，所述斜三棱柱两个菱形侧面的夹角C的角度为134°~148°。

所述斜三棱柱两个菱形侧面相交的边为顶边，位于散热片71同一侧的相邻的顶边之间的距离为A，顶边到散热片71的距离为B，A/B的比值范围为2<A/B≤4。

所述散热片71之间为圆弧连接。圆弧连接增加了散热板7与上盖板8和下盖板9的接触面积，提高了散热效果。同时也提高了颗粒物和碳的吸附空间。

如图8至图19所示，图8是C为148°，A/B=2时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中未能形成紊流，成波浪形流动。

图9是C为148°，A/B=3时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中产生紊流，紊流状态较好。

图10是C为148°，A/B=4时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中产生紊流，紊流的状态没有A/B=3时好。

图11是C为148°，A/B=5时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道的中部产生紊流，而中部往后的通道中不能产生紊流。

图12是C为140.4°，A/B=1.5时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中未能产生紊流，成波浪形流动。

图13是C为140.4°，A/B=2时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中产生紊流，紊流状态较好。

图14是C为140.4°，A/B=2.5时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中产生紊流，紊流的状态较好。

图15是C为134°，A/B=2时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中未能产生紊流，成波浪形流动。

图16是C为134°，A/B=3时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中产生紊流，紊流状态较好。

图17是C为134°，A/B=4时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中产生紊流，紊流状态较好。

图18是C为134°，A/B=5时的气流经过锯齿形的通道的状况，气流在散热板7的锯齿形通道中的中部产生紊流，而中部往后的通道中不能产生紊流。

气流过早产生紊流会影响通道后方产生紊流，不利于降低气流的速度，导致对颗粒物的吸附效果差，容易影响发动机的尾气排放的颗粒物含量，造成排放不合格。因为颗粒物主要通过吸附的方式进行沉降，如果气流通道后方无法持续产生紊流，颗粒物容易被气流带走，无法吸附。持续的紊流降低了气体的流速，同时增加颗粒物与散热板7的接触机会，提高了吸附效果，同时也提高了换热效率，紊流使高温废气能与散热板7的接触时间变长，换热充分，紊流打乱了气体的规则流向，将气体搅乱，使废气通道中所有气体均能与散热板7接触。稳定的气流经过废气通道时会发生与通道接触的气流温度低，而气流中心的温度仍然较高，因为位于中心的气流与散热板7无接触，无法换热，仅能与中心周围的气体进行换热，而换热器由于尺寸限制，废气通道不会很长，因此散热效果较差。

废气中的颗粒物和碳大多数吸附在散热板7的末端，对散热板7的整体散热效果影响很小。

图19是发动机用板翅式换热器与其他公司换热器中吸附的颗粒物和积碳对气流阻碍的对比图。随着循环次数的增长，其他公司换热器的废气通道随着颗粒物和碳吸附的越来越多导致废气通道越来越小，对空气的抵抗越来越大，散热效果变差，使用寿命缩短。而发动机用板翅式换热器由于废气通道颗粒物容纳间隙大，不会随着循环次数的增长使空气抵抗快速变大，对散热效果影响小，提高了使用寿命。

发动机用板翅式换热器的积碳主要集中在V形的底部，积碳饱和以后的积碳厚度约为0.15mm，使用前的间隙为1.2mm，积碳饱和后断面的投影剩余量为0.9mm，而其他公司的换热器使用前的间隙为0.4mm，积碳饱和后端面的投影剩余量为0.1mm。发动机用板翅式换热器和其他公司的换热器相比，积碳以后其间隙量还是比较大的。

实施例四

在实施例一、二或三的基础上，所述外壳设有连接区、进水区、出水区和定位区；所述外壳的两端为连接区，连接区分别与管接头4连接；所述外壳的中间为定位区；所述进水区和出水区分别位于连接区和定位区之间；所述连接区和定位区的内侧宽度均与散热组件的宽度一致，所述进水区和出水区的宽度和高度均不小于定位区的宽度和高度，形成进水腔和出水腔，所述进水口和出水口分别位于进水区和出水区的的侧面，且不在同一侧。

所述外壳分为上外壳1和下外壳2，所述进水口和出水口位于下外壳2上，所述上外壳1的定位区设有外壳凸点，所述外壳凸点向上外壳1的内侧凸起，压在散热组件的上盖板8上，使上盖板8与上外壳1之间留有冷却水通道。

进水区和出水区的宽度和高度均比定位区的宽度和高度大，形成进水腔和出水腔，进水腔和出水腔使冷却水能够充分流过每个散热组件之间的间隙，能够充分进行换热。如果没有进水腔和出水腔，冷却水仅从水管的出口处进入到散热组件的间隙，冷却水不能充分进入每个散热组件的间隙，散热效果差。

将外壳分成上外壳1和下外壳2方便加工和发动机用板翅式换热器的装配。