一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器

本发明涉及一种基于三周期极小曲面结构的冷却器，属于换热器。

背景技术：

1、废气再循环egr将已排出气缸的废气的一部分重新引入进气道并与新鲜空气混合，不仅使得氧浓度降低，同时也意味混合气总热容得到提高，这将降低最高燃烧温度，从而实现降低nox排放量的效果。然而，高温废气的直接引入会对发动机的燃油经济性、动力性能、排放等方面带来消极作用，因此一般情况都会采用冷却废气再循环技术，即增加废气再循环冷却器。

2、目前废气再循环冷却器主要类型有：光管式、螺纹管式、翅片式、螺旋折流板式、板翅式等。光管式和螺纹管式换热效率低，翅片式、螺旋折流板式以及板翅式制造工艺复杂，沿程阻力大。例如：公开号为cn116809957a，发明创造名称为一种双通道点阵换热器成形方法，其技术方案中双通道点阵芯体由三周期极小曲面单胞阵列而成，换热器在应用于废气再循环冷却器存在以下问题：1)分流隔板为圆锥形，流动阻力大，结构复杂，废气流经此处易积碳；2)由于进气室为双层结构，热流体从圆锥形分流板外侧进入三周期曲面结构，圆柱外形的三周期极小曲面结构外缘部分局部温度高，冷却效果差，热应力大。

3、废气再循环冷却器的性能好坏在很大程度上影响着废气再循环的技术效果，目前废气再循环冷却器存在以下问题：结构不紧凑，换热效率不高，积碳以及热疲劳。

4、因此，亟需提出一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，包括壳体、换热结构、第一折流板和第二折流板，壳体内设置有换热结构，壳体的左右两端均具有开口，壳体的左侧上部、壳体的右侧下部均具有开孔，第二折流板、第一折流板位于两个开孔之间，第二折流板上部及侧面与壳体连接，第一折流板的下部及侧面与壳体连接。

4、优选的：所述换热结构为三周期极小曲面换热结构，曲面为primitive曲面，该曲面的方程为：

5、

6、其中，l为单元尺寸，c为水平集常数，x、y、z为任意点的坐标；

7、可通过控制“l”值的大小控制单个胞元的大小，控制水平集常数“c”值大小控制三周期极小曲面结构壁厚；该三周期极小曲面结构由单个胞元沿x,y,z三个坐标轴方向阵列得到。

8、优选的：第一折流板和第二折流板为壳体内部横截面的3/5。

9、优选的：还包括第一挡板、废气封堵结构和第二挡板，第一挡板、第二挡板分别设置在壳体左右两侧，第一挡板、第二挡板上加工有若干气孔，第一挡板、第二挡板与壳体连接，换热结构左边缘的胞元与第一挡板的气孔处连接，换热结构右侧边缘的胞元与第二挡板的气孔处连接，换热结构上、下、前、后边缘的通孔处设置废气封堵结构。

10、优选的：还包括进气室、冷却水出口管道、出气室和冷却水进口管道，壳体的左右两端分别与进气室、出气室连接，第一挡板设置在进气室与壳体的连接部，第二挡板设置在出气室与壳体的连接部，壳体的上部与冷却水出口管道连接，壳体的下部与冷却水进口管道连接。

11、优选的：进气室的端部具有废气进口法兰边，出气室的端部具有废气出口法兰边，进气室、出气室中心线为水平方向。

12、优选的：一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器由增材制造技术一体打印，材料选择铝合金。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明能够显著提高废气再循环冷却器的冷却效果，同时结构紧凑，该结构由平均曲率为零的曲面函数构成，表面光滑，能引发漩涡以及紊流，换热效率高，流动阻力较小，不易积碳；

15、本发明结构强度优良，质量轻，符合汽车等轻量化趋势要求。

技术特征：

1.一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，其特征在于：包括壳体(3)、换热结构(7)、第一折流板(10)和第二折流板(11)，壳体(3)内设置有换热结构(7)，壳体(3)的左右两端均具有开口，壳体(3)的左侧上部、壳体(3)的右侧下部均具有开孔，第二折流板(11)、第一折流板(10)位于两个开孔之间，第二折流板(11)上部及侧面与壳体(3)连接，第一折流板(10)的下部及侧面与壳体(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，其特征在于：所述换热结构(7)为三周期极小曲面换热结构，曲面为primitive曲面，该曲面的方程为：

3.根据权利要求2所述的一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，其特征在于：第一折流板(10)和第二折流板(11)为壳体(3)内部横截面的3/5。

4.根据权利要求2所述的一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，其特征在于：还包括第一挡板(6)、废气封堵结构(8)和第二挡板(9)，第一挡板(6)、第二挡板(9)分别设置在壳体(3)左右两侧，第一挡板(6)、第二挡板(9)上加工有若干气孔，第一挡板(6)、第二挡板(9)与壳体(3)连接，换热结构(7)左边缘的胞元与第一挡板(6)的气孔处连接，换热结构(7)右侧边缘的胞元与第二挡板(9)的气孔处连接，换热结构(7)上、下、前、后边缘的通孔处设置废气封堵结构(8)。

5.根据权利要求4所述的一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，其特征在于：还包括进气室(1)、冷却水出口管道(2)、出气室(4)和冷却水进口管道(5)，壳体(3)的左右两端分别与进气室(1)、出气室(4)连接，第一挡板(6)设置在进气室(1)与壳体(3)的连接部，第二挡板(9)设置在出气室(4)与壳体(3)的连接部，壳体(3)的上部与冷却水出口管道(2)连接，壳体(3)的下部与冷却水进口管道(5)连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，其特征在于：进气室(1)的端部具有废气进口法兰边(12)，出气室(4)的端部具有废气出口法兰边(13)，进气室(1)、出气室(4)中心线为水平方向。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，

技术总结本发明涉及一种基于三周期极小曲面结构的废气再循环冷却器，属于换热器技术领域。解决目前废气再循环冷却器存在结构不紧凑，换热效率不高，积碳以及热疲劳的问题。包括壳体、换热结构、第一折流板和第二折流板，壳体内设置有换热结构，壳体的左右两端均具有开口，壳体的左侧上部、壳体的右侧下部均具有开孔，第二折流板、第一折流板位于两个开孔之间，第二折流板上部及侧面与壳体连接，第一折流板的下部及侧面与壳体连接。本发明能够显著提高废气再循环冷却器的冷却效果，同时结构紧凑，该结构由平均曲率为零的曲面函数构成，表面光滑，能引发漩涡以及紊流，换热效率高，流动阻力较小，不易积碳。技术研发人员：曲永磊,衡康,张晓云,沈家波,万雷,杨连峰,陈小虎,王萌受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18