[實用新型]基于仿生非光滑表面強化傳熱的熱交換器

有效

• 申請號: 201520386462.1
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN204941660U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 汪怡平;羅凡;易力;冷文亮;曾繁明;王耀東;張子駿;吳幫輝
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉秋芳

技術領域

本實用新型涉及一種汽車尾氣熱交換器，尤其涉及基于仿生非光滑表面強化傳熱的熱交換器。

背景技術

節能、減排和安全是21世紀汽車發展三大主題。近年來,隨著汽車保有量逐年增大及能源危機日益嚴重,節能問題已經成為制約汽車工業發展的重要因素。隨著汽車電子化進程,汽車電子產品不斷增加,對電能的需求越來越多,然而汽車發電系統效率卻非常低。有關資料顯示，汽車發動機以汽油和柴油為燃料燃燒產生的熱量僅有25%被轉換成有用功輸出，剩下70%的熱量被冷卻水和尾氣帶走而白白耗散掉，這其中40%的熱量會被尾氣帶走,使得尾氣溫度高達600－700K,因而將汽車尾氣攜帶的熱量進行強制熱轉換將會產生很大一部分能量,將這部分能量用于對汽車上空調等設備的供電是非常有意義的。

目前已有傳統熱電發電機（TEG）研究將尾氣中的熱能轉換成電能。傳統熱電發電機的熱交換器安裝在汽車排氣管上，熱交換器進氣管與發動機排氣管聯通，出氣管與汽車排氣管聯通。熱交換器兩邊是水箱，水箱和熱交換器之間通過夾緊裝置夾有熱電模塊。當尾氣流過熱交換器時，高溫尾氣作為熱端，水箱中的水作為冷端，通過之間的熱電模塊將溫差轉化為電能。

但是傳統的熱電發電機由于在熱交換器內部布置了大量導流板，這雖然增大了尾氣與熱交換器的接觸面積，可同樣也增大了排氣阻力，提高了排氣背壓，增加了發動機強制排氣時消耗的機械功，導致發動機機械效率下降；而且還會增加氣缸內殘留廢氣量，降低發動機的充氣系數，影響內燃機的動力性與經濟性。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種能提高熱轉化率、減少排氣背壓的基于仿生非光滑表面強化傳熱的熱交換器。

本實用新型所采用的技術方案為：基于仿生非光滑表面強化傳熱的熱交換器，它包括內為中空狀并具有進氣管和出氣管的多邊體殼體，其特征在于在殼體內表面設置有多個凹坑，所述進氣管和出氣管均伸入殼體內與殼體內腔相連通。

按上述技術方案，進氣管伸入至殼體內延伸靠近出氣管的端部，出氣管伸入至殼體內延伸靠近進氣管的端部。

按上述技術方案，所述進氣管呈曲線狀，其從殼體的一端頭中部伸入，向殼體的一側平滑彎曲，且尾部與殼體該側的內壁面相切并固連；出氣管呈曲線狀，其從殼體的另一端頭中部伸入，向殼體的另一側平滑彎曲，且尾部與殼體該側的內壁面相切并固連。

按上述技術方案，所述殼體為正六棱柱結構。

按上述技術方案，所述凹坑為球面凹坑，凹坑的半徑為2mm-4mm，凹坑扁平率（凹坑深度與殼體內表面與球面凹坑相交的圓的半徑之比）為為0.3至0.8。

按上述技術方案，凹坑設置在整個殼體的內表面并均勻分布，相鄰凹坑的外圓（外圓為殼體內表面與球面凹坑相交的圓）間距為1mm至5mm。

本實用新型所取得的有益效果為：1、本實用新型將傳統熱交換器中大量的導流板結構換成了熱交換器內部表面均勻分布的仿蜣螂的凹坑結構，凹坑表面能增大其與氣流的接觸面積，同時尾氣流經凹坑時會形成紊流及二次流，提高了熱轉化效率，提高了對尾氣中攜帶熱能的利用率，在一定程度上解決了傳統熱電發電機熱轉換效率不高的問題；2、尾氣流經凹坑時有一部分流體留在凹坑內低速旋轉，這種低速旋轉的氣流起到了類似于滾動軸承的作用，當尾氣流向下游時，其不是沿凹坑壁面而是從凹坑上部流過，尾氣不與凹坑壁面直接接觸，大大降低了摩擦阻力；3、將殼體設置成多邊體可以增加與尾氣的接觸面積；4、進氣管與出氣管均呈曲線形，不僅大大的減少了排氣背壓，而且這種結構能使尾氣在殼體內停留較長時間充分換熱，進一步提高換熱效率。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型進一步說明。

圖1為本實用新型的軸側圖。

圖2為本實用新型的的主剖視圖。

圖3為本實用新型忽略進氣管出氣管的橫截面剖視圖。

圖4為圖3中C的局部視圖。

圖中：1─進氣管，2─殼體，3─出氣管，4─凹坑。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1-4所示，本實施例提供了一種基于仿生非光滑表面強化傳熱的熱交換器，它包括內為中空狀并具有進氣管1和出氣管3的正六棱柱狀殼體2，殼體由六塊長為400mm、寬為57mm、厚度為5mm的銅板通過電焊連接而成，在殼體內表面均勻布設有多個球面凹坑4，其中，凹坑4的內凹圓半徑為3mm，扁平率為0.4（即球面凹坑的深度與半徑之比），相鄰凹坑的外圓間距為2mm。所述進氣管1和出氣管2均伸入殼體內與殼體內腔相連通。