[实用新型]基于仿生非光滑表面强化传热的热交换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种汽车尾气热交换器，尤其涉及基于仿生非光滑表面强化传热的热交换器。

背景技术

节能、减排和安全是21世纪汽车发展三大主题。近年来,随着汽车保有量逐年增大及能源危机日益严重,节能问题已经成为制约汽车工业发展的重要因素。随着汽车电子化进程,汽车电子产品不断增加,对电能的需求越来越多,然而汽车发电系统效率却非常低。有关资料显示，汽车发动机以汽油和柴油为燃料燃烧产生的热量仅有25%被转换成有用功输出，剩下70%的热量被冷却水和尾气带走而白白耗散掉，这其中40%的热量会被尾气带走,使得尾气温度高达600－700K,因而将汽车尾气携带的热量进行强制热转换将会产生很大一部分能量,将这部分能量用于对汽车上空调等设备的供电是非常有意义的。

目前已有传统热电发电机（TEG）研究将尾气中的热能转换成电能。传统热电发电机的热交换器安装在汽车排气管上，热交换器进气管与发动机排气管联通，出气管与汽车排气管联通。热交换器两边是水箱，水箱和热交换器之间通过夹紧装置夹有热电模块。当尾气流过热交换器时，高温尾气作为热端，水箱中的水作为冷端，通过之间的热电模块将温差转化为电能。

但是传统的热电发电机由于在热交换器内部布置了大量导流板，这虽然增大了尾气与热交换器的接触面积，可同样也增大了排气阻力，提高了排气背压，增加了发动机强制排气时消耗的机械功，导致发动机机械效率下降；而且还会增加气缸内残留废气量，降低发动机的充气系数，影响内燃机的动力性与经济性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高热转化率、减少排气背压的基于仿生非光滑表面强化传热的热交换器。

本实用新型所采用的技术方案为：基于仿生非光滑表面强化传热的热交换器，它包括内为中空状并具有进气管和出气管的多边体壳体，其特征在于在壳体内表面设置有多个凹坑，所述进气管和出气管均伸入壳体内与壳体内腔相连通。

按上述技术方案，进气管伸入至壳体内延伸靠近出气管的端部，出气管伸入至壳体内延伸靠近进气管的端部。

按上述技术方案，所述进气管呈曲线状，其从壳体的一端头中部伸入，向壳体的一侧平滑弯曲，且尾部与壳体该侧的内壁面相切并固连；出气管呈曲线状，其从壳体的另一端头中部伸入，向壳体的另一侧平滑弯曲，且尾部与壳体该侧的内壁面相切并固连。

按上述技术方案，所述壳体为正六棱柱结构。

按上述技术方案，所述凹坑为球面凹坑，凹坑的半径为2mm-4mm，凹坑扁平率（凹坑深度与壳体内表面与球面凹坑相交的圆的半径之比）为为0.3至0.8。

按上述技术方案，凹坑设置在整个壳体的内表面并均匀分布，相邻凹坑的外圆（外圆为壳体内表面与球面凹坑相交的圆）间距为1mm至5mm。

本实用新型所取得的有益效果为：1、本实用新型将传统热交换器中大量的导流板结构换成了热交换器内部表面均匀分布的仿蜣螂的凹坑结构，凹坑表面能增大其与气流的接触面积，同时尾气流经凹坑时会形成紊流及二次流，提高了热转化效率，提高了对尾气中携带热能的利用率，在一定程度上解决了传统热电发电机热转换效率不高的问题；2、尾气流经凹坑时有一部分流体留在凹坑内低速旋转，这种低速旋转的气流起到了类似于滚动轴承的作用，当尾气流向下游时，其不是沿凹坑壁面而是从凹坑上部流过，尾气不与凹坑壁面直接接触，大大降低了摩擦阻力；3、将壳体设置成多边体可以增加与尾气的接触面积；4、进气管与出气管均呈曲线形，不仅大大的减少了排气背压，而且这种结构能使尾气在壳体内停留较长时间充分换热，进一步提高换热效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型的轴侧图。

图2为本实用新型的的主剖视图。

图3为本实用新型忽略进气管出气管的横截面剖视图。

图4为图3中C的局部视图。

图中：1─进气管，2─壳体，3─出气管，4─凹坑。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-4所示，本实施例提供了一种基于仿生非光滑表面强化传热的热交换器，它包括内为中空状并具有进气管1和出气管3的正六棱柱状壳体2，壳体由六块长为400mm、宽为57mm、厚度为5mm的铜板通过电焊连接而成，在壳体内表面均匀布设有多个球面凹坑4，其中，凹坑4的内凹圆半径为3mm，扁平率为0.4（即球面凹坑的深度与半径之比），相邻凹坑的外圆间距为2mm。所述进气管1和出气管2均伸入壳体内与壳体内腔相连通。