CN101165332A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器，包括在壳体(230)中的第一管子(210，210A)和第二管子(270)。第一管子(210，210A)和第二管子(270)成层布置，使得第一空间(215)设置在相邻的第一管子(210，210A)之间以及第二空间(219)被限定在第二管子(270)的周边上。第一管子(210，210A)和第二管子(270)的端部连接至芯板(260)，使得被限定在第一管子(210，210A)和第二管子(270)内的第一流体通道(214)与连接凸缘(251)相连通，并且第一和第二空间(215，219)与连接凸缘(251)分离。壳体(230)包括与第一空间(215)相连通的扩张部分(231，235)，并且与端部第一管子(210A)的侧壁相接触的侧壁位于相邻于第二管子(270)的位置处，使得第二空间(219)与第一空间(215)和连通室分离。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种例如用作排气热交换器的热交换器，用于内燃机的废气再循环系统，用于执行废气和冷却剂之间的热交换。
背景技术
在废气再循环系统(以下称EGR系统)中，从内燃机中排出的废气部分地返回到发动机的进口侧。设置废气热交换器以执行冷却剂和要返回到发动机进口侧的部分废气(以下称EGR气体)之间的热交换，从而冷去EGR气体。
在EGR系统中，降低了二氧化氮的体积。由于EGR气体在通过热交换器冷却后被返回到发动机的进口侧，所以进一步改善了降低二氧化氮的效果。如果EGR气体仅仅再循环，那么微粒材料发射量和碳氢化合物发射量将根据发动机的操作情况而增加。即，EGR气体具有可以降低二氧化氮发射量和微粒材料的量的最佳温度。
日本专利公开出版物第2004-257366号披露了一种用于EGR系统的EGR热交换器。公开的热交换器具有用于通过发动机冷却剂冷却EGR气体的EGR冷却通道和EGR气体不在其中被冷却的旁路通道。旁路通道由填充有空气的层包围，使得通过旁路通道的EGR气体不被冷却。EGR冷却通道和旁路通道互相平行设置。在公开的EGR系统中，通过串联地连接到EGR热交换器的开关阀控制流到EGR冷却通道和旁路通道中的EGR气体的体积，从而将EGR气体温度控制为最佳温度。
在公开的EGR热交换器中，限定EGR冷却通道的冷却管和限定旁路通道的旁路管堆叠在管状壳体的内部。盖连接至管状壳体的端部，用于将EGR热交换器固定到EGR系统的EGR气体通道。在壳体中，分离壁设置在冷却管和旁路管之间，使得壳体的内部分成两个空间。
冷却管设置在第一空间中，且旁路管设置在第二空间中。发动机冷却剂被引入第一空间中，使得执行发动机冷却剂和经由冷却管通过冷却管的EGR气体之间的热交换。另一方面，空气代替发动机冷却剂被装入第二空间中。即，填充有空气的层形成在第二空间中的旁路管的外部。因此，通过旁路管的EGR气体几乎不被冷却。然而，在该结构中，需要气密且整体地将分离壁固定到壳体的内表面。
发明内容
考虑到前述问题提出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种用于执行第一流体和第二流体之间的热交换的热交换器，所述热交换器具有在不需要分离壁的情况下能够使不执行热交换的空间和执行热交换的空间分离的结构。
根据本发明的一个方面，热交换器包括壳体、多个第一管子、和第二管子。所述多个第一管子设置在壳体中并以预定的间隔层叠，使得第一空间设置在相邻的第一管子之间。第一管子在其内部限定用于使第一流体流动的第一流体通道。第一空间限定用于使第二流体流动的第二流体通道。第二管子设置在壳体中并沿端部第一管子设置，所述端部第一管子是多个第一管子中的一个并设置在端层处，使得在第二管子的周边上限定第二空间。第二管子在其内部限定用于使第一流体流动的另一第一流体通道。所述热交换器进一步包括连接凸缘和芯板。连接凸缘设置在第一管子和第二管子的端部处。芯板连接至第一管子和第二管子的端部，使得第一流动通道与连接凸缘相连通，并且第二流体通道和第二空间与连接凸缘分离。所述壳体包括壳体侧壁和第一扩张部分。所述壳体侧壁沿多个第一管子和第二管子的侧壁设置。第一扩张部分从壳体侧壁沿壳体向外的方向扩张，以在所述第一扩张部分内设置第一连通室。第一连通室与第二流体通道连通。壳体侧壁具有与端部第一管子的侧壁接触的内表面，使得第二空间与第一连通室和第二流体通道分离。
因此，在第一管子中流动的第一流体和在设置在相邻的第一管子之间的第二流动通道中流动的第二流体之间执行热交换。另一方面，由于第二空间与第一连通室和第二流体通道分离，所以第二流体不在第二空间中流动。即，设置在第二管子的周边上的第二空间用作热绝缘空间，并且在第二管子中不执行热交换。因此，第二管子设有旁路通道，并且在旁路通道中流动的第一流体不与第二流体进行热交换。第二空间在不需要分离壁的情况下与第一空间分离。
根据本发明的第二方面，一种热交换器包括：多个管子、连接至多个管子的板件、和被连接至第二流体流动通过的第二流体回路的连接件。各管子内限定用于使第一流体流动的第一流体通道并包括管主壁。每一个管子的管主壁中的至少一个包括突出部和凹部。所述突出部在管子的向外的方向上沿管主壁的周边端部突出。凹部设置在管主壁的周边端上并从突出部的端部凹入。管子被堆叠成使管主壁互相相对，在相邻管子的相对的管主壁和突出部之间限定空间，并且通过与空间相连通的管子的侧壁上的凹部提供开口。板件包括壁部分和凸出部分。所述壁部分沿管子的侧壁设置并具有封闭至少一个开口的内表面，使得封闭与通过内表面封闭的所述开口相对应的空间以提供绝热空间。凸出部分从壁部分扩张以在所述凸出部分内限定连通室。凸出部分被限定在与其余开口相对应的位置处，使得与其余开口相对应的空间通过其余开口与连通室相连通，并且限定第二流体流动通过的第二流体通道。连接件连接至所述凸出部分并与连通室相连通。
因此，第二流体流动通过与凸出部分的连通室相连通的空间。另一方面，由于绝热空间的开口被板件的壁部分封闭，所以第二流体在绝热空间中不流动。同样地，不在其中执行热交换的空间在不需要分离壁的情况下与执行热交换的空间分离。
附图说明
参照附图从以下的详细说明中使本发明的其它目的、特征和优点变得更显而易见，其中相同的部件由相同的附图标记表示，其中：
图1是根据本发明第一实施例的EGR气体冷却器的示意性主视图；
图2是沿图1中的箭头II观察时的EGR气体冷却器的示意性侧视图；
图3是沿图1中的箭头III观察时的EGR气体冷却器的示意性端视图
图4是根据第一实施例的EGR气体冷却器的分解立体图；
图5A是根据第一实施例的EGR气体冷却器的管子的俯视图；
图5B是根据第一实施例的管子的侧视图；
图5C是根据第一实施例的管子的仰视图；
图6是根据第一实施例的沿图5B中的线VI-VI截取的作为实例的管子的一部分的示意性横截面图；
图7是根据第一实施例的沿对应于图5B中的VI-VI线的位置截取的作为另一实例的管子的一部分的示意性横截面图；
图8是根据第一实施例的EGR气体冷却器的管子叠列的示意性侧视图；
图9是沿图1中的IX-IX线截取的EGR气体冷却器的示意性横截面图；
图10是根据第一实施例的EGR气体冷却器的壳体的壳体件的连接部分的局部横截面图；
图11是沿图1中的XI-XI线截取的EGR气体冷却器的横截面图；
图12是根据本发明的第二实施例的在与图1中的线XI-XI相对应的位置截取的、作为实例的EGR气体冷却器的示意性横截面图；
图13是根据第二实施例的在与图1中的线XI-XI相对应的位置处截取的、作为另一实例的EGR气体冷却器的示意性横截面图；
图14是根据本发明的第三实施例的EGR气体冷却器的分解立体图；以及
图15是根据第三实施例的在与图1中的线XI-XI相对应的位置处截取的EGR气体冷却器的示意性横截面图。
具体实施方式
将参照图1至11说明本发明的第一实施例。例如，图1中示出的热交换器100作为用于柴油发动机的废气再循环系统(EGR系统)的EGR气体冷却器。
在EGR系统中，从发动机排出的废气与进入的空气一起部分地被引入到燃烧室中。EGR气体冷却器100设置在连通发动机排气管和发动机进气管的EGR通道上。EGR气体冷却器100通常执行要被返回到进气管的废气(例如，第一流体)和发动机冷却剂(例如，第二流体)之间的热交换，从而冷却废气。
具体地，EGR气体冷却器100具有冷却通道C1和旁路通道B1，废气流动通过冷却通道C1以通过与发动机冷却剂的热交换而冷却，流动通过旁路通道B1的废气不会被冷却。例如，通过设置在EGR气体冷却器100的入口侧的控制阀控制流入冷却通道C1和旁路通道B1中的废气的体积。即，由于控制通过冷却通道C1的废气的体积和通过旁路通道B1的废气的体积，EGR气体冷却器100的出口侧的废气的温度(即，要被引入到进气管的EGR气体的温度)可被控制为预定温度。
然后将说明EGR气体冷却器100的结构。在视图中，箭头CL表示发动机冷却剂的流动，并且箭头EG表示废气的流动。
EGR气体冷却器100通常包括管子110、壳体130和连接凸缘151及类似的部件。因为EGR气体冷却器100直接接触冷却剂和废气，所以EGR气体冷却器100的零部件由具有足够抗腐蚀性和耐热性的诸如不锈钢的材料制成。各零部件通过诸如硬焊或焊接连接。
如图4至6、9和11所示，管子110中的每一个都具有基本平坦的管形形状，并限定使废气流动通过其中的气体通道(第一流体通道)114。管子110具有在垂直于管子110的纵向方向的方向上限定的基本长方形的横截面。内部散热片120设置在管子110的内部。
例如，每一个管子110都由第一管板(第一管件)110a和第二管板(第二管件)110b构成。第一和第二管板110a、110b中的每一个都通过诸如压制和轧制从平坦的板件成形为具有大致呈U形的横截面。具体地，管板110a、110b具有主壁和在主壁相对侧的侧壁。
第一和第二管板110a、110b互相连接，使得主壁互相相对并且各自的侧壁互相部分重叠。因此，由限定在第一和第二管板110a、110b之间的空间提供气体通道114。
图6示出第一和第二管板110a、110b的连接部分的实例。在图6中，侧壁在管子110的一侧基本中间的部分处重叠。图7示出第一和第二管板110a、110b的连接部分的另一实例。在图7中，侧壁在靠近第二管板110b的主壁的位置处重叠。
管板110a、110b中的每一个的主壁都设置管主壁(相对壁)111。管主壁与扁平管110的平壁相对应。即，管主壁与矩形横截面中的纵向侧相对应。管板110a、110b相连接的侧壁提供管侧壁118。管侧壁118与管子110的纵向侧相对应。即，侧壁118与矩形横截面中的短边相对应。
例如，内部散热片120是通过压制由薄板件形成的波状散热片。内部散热片120位于第一和第二管板110a、110b之间并通过诸如硬焊连接至管主壁111的内表面。在制造中，例如，内部散热片120设置在第一和第二管板110a、110b之间，并且在该情况下硬焊第一和第二管板110a、110b。因此，硬焊第一和第二管板110a、110b的同时，将内部散热片120与第一和第二管板110a、110b硬焊在一起。
如图4、8和9所示，管子110堆叠或层叠成使管主壁111互相相对。在相邻的管子110的管主壁111之间设置空间。冷却剂流动通过的冷却剂通道(第二流体通道)115由相邻的管子110之间的空间提供。气体通道114形成在管子110的内部。设置在管子110的叠列的最外层上的最外的管子110的主壁111提供最外管壁111a。
如图5A至5C所示，每一个管子110在其两个管主壁111上都具有突出部112和凹部113。例如，突出部112通过在形成第一和第二管板110a、110b的同时进行压制而形成。在本实施例中，所有的管子110都具有相同的形状和结构。因此，如图4所示，最外管子110在最外管壁111a上也具有突出部112和凹部113。
突出部112从管主壁111沿管子110的向外方向突出。例如，突出部112通过压制形成。突出部112沿管主壁111的周边端部形成，类似于连续的水坝或岸堤。
凹部113部分地形成在管主壁111的周边端部，并且朝向管主壁111从突出部112的顶端凹入。凹部113中的每一个在管主壁111的纵向方向上都具有预定长度。在本实施例中，例如，凹部113的深度与相对于管主壁111的垂直方向上的突出部112的高度相等。即，凹部113的底面与管主壁111共面。
例如，突出部112不全部沿管子110的周边端部形成，而只是部分沿管子110的周边端部形成，使得由没有形成突出部112的部分提供凹部113。这里，每一个管主壁111上形成两个凹部113。并且，两个凹部113位于对角位置并沿管主壁111的纵向侧定位。
如图9所示，因此，当管子110层叠时，设置在相邻管子110的管主壁111和突出部112之间的空间作为冷却剂通道115。并且，通过相邻管子110的相对的凹部113形成开口113a、113b，以使冷却剂通道115的空间与管子110叠列的外部相连通。即，只通过开口就可使冷却剂通道115与管子110叠列的外部相连通。开口113a、113b用作用于将冷却剂引入冷却剂通道115和将冷却剂从冷却剂通道115排出的冷却剂入口113a和冷却剂出口113b。
由于凹部113沿管主壁111的纵向侧(即，沿管侧壁118)形成，因此冷却剂通道115在管子110的纵向端封闭。在该情况下，不需要通常为了提供相邻管子之间的空间用于以预定间隔保持管子的芯板。
另外，管子110在其两个管主壁111上具有第一升高部分116。第一升高部分116以预定的间隔布置在管主壁111上。每一个成管形或圆柱形的升高部分116从管主壁111向外突出，并在垂直于管主壁111的方向上具有与突出部112相同的尺寸(高度)。
管子110进一步具有在其管主壁111上、作为用于调节或布置冷却剂流动的流动调节部分或整流部分的第二升高部分117。每一个第二升高部分117与一个凹部113(例如，相对于废气的流动与管子110的上游端相邻的凹部113)相邻。并且，第二升高部分117位于靠近形成冷却剂入口113a的凹部113处。
在图5A和5C示出的实例中，第二升高部分117位于靠近左侧凹部113处。并且，第二升高部分117位于靠近形成气体通道114的入口的端部处。
第二升高部分117平行于管主壁111的短侧延伸，即，垂直于管子110的纵向方向延伸。第二升高部分117具有与突出部112相同的高度。如图5A中的虚线CL所示，由于第二升高部分117与冷却剂入口113a相邻形成，所以冷却剂在冷却剂通道115中流动。通过第二升高部分117，冷却剂被引入到冷却剂通道115中，使得冷却剂均匀地分布在管主壁111上。因此，改善了冷却剂和废气之间的热交换效率。
如图4所示，具有上述结构的管子110堆叠，使得管主壁111互相相对并且各突出部112彼此相对并互相接触。同样地，管子110在突出部112处互相连接。以下，管子110的叠列被称作管堆叠体L1。
由于第一升高部分116和第二升高部分117具有与突出部112相同的高度，所以相邻的管子110也与第一升高部分116和第二升高部分117接触并在第一升高部分116和第二升高部分117处连接。另外，内部散热片120连接至管子110的内表面。因此，改善了管堆叠体L1的强度。
在管堆叠体L1中，由于突出部112形成在管主壁111上，所以在相邻的管子之间设有空间。每一个空间被突出部112包围。如图9和12所示，冷却剂通道115由除了第一升高部分116和第二升高部分117之外的该空间限定。
另外，冷却剂通道115中每一个都具有两个开口113a、113b，每一个开口都由相邻的管子110的相对凹部113提供。这里，开口113a、113b中的一个是用于将冷却剂引入到冷却剂通道115中的冷却剂入口，而另一个是用于从冷却剂通道115排出冷却剂的冷却剂出口。在本实施例中，相邻于第二升高部分117的开口113a是冷却剂入口，而相对于第二升高部分117比开口113a更远的开口113b是冷却剂出口。
如图4所示，设置壳体130以包围管堆叠体L1。壳体130连接到所有的管子110。例如，壳体130包括在管堆叠体L1的纵向方向上对齐的第一壳体件130a和第二壳体件130b。第一壳体件130a相邻于管堆叠体L1的冷却剂入口113a设置，并且第二壳体件130b相邻于管堆叠体L1的冷却剂出口113b设置。
第一和第二壳体件130a、130b中的每一个是基本U形，并且包括壳体外壁131和外壁131之间的连接壁(板件)132。例如，外壁131互相平行。例如，第一和第二壳体件130a、130b由板件通过弯曲而形成。
第一和第二壳体件130a、130b连接到管堆叠体L1，使得外壁131与最外管壁111a相对，以及连接壁132与管侧壁118相对。另外，第一和第二壳体件130a、130b连接到管堆叠体L1，使得连接壁132与管侧壁118接触，并且覆盖冷却剂入口和出口130a、130b。
在该情况下，由于冷却剂入口113a和冷却剂出口113b位于管堆叠体L1的对角位置上，第一和第二壳体件103a、130b从管堆叠体L1的相对侧连接。具体地，第一壳体件130a的连接部分132与冷却剂入口113a相对，并且第二壳体件130b的连接部分132与冷却剂出口113b相对。
另外，如图1所示，第一和第二壳体件130a、130b中的每一个在与管堆叠体L1的大致中间部分相对应的位置上沿纵向方向互相接合并连接。例如，如图10所示，第一和第二壳体件130a、130b的端部互相重叠。
尽管第一和第二壳体件130a、130b在相对的方向上并在不同的位置处连接到管堆叠体L1，但是所述第一和第二壳体件具有相似的结构。因此，以下将根据作为实例的第一壳体件130a的结构详细说明第一和第二壳体件130a、130b的结构。
如图1、2和9所示，每一个外壁131的周边端部与最外管壁111a的突出部112接触并连接。每一个外壁131除了周边端部的主要部分从周边端部沿U形壳体件130a向外的方向升高。另外，第一凹部135、第二凹部136和加强肋137形成在每一个外壁137的升高的主要部分上。
第一凹部135从升高的主要部分沿U形壳体件130a的向内的方向凹入，以便与最外管壁111a的第一升高部分116相接触并连接至最外管壁111a的第一升高部分116。第二凹部136从升高的主要部分沿U形壳体件130a的向内的方向凹入，以便与作为流动调节部分的最外管壁111a的第二升高部分117相接触并连接至最外管壁111a的第二升高部分117。加强肋137位于第一凹部135之间并从升高的主壁沿U形壳体件130a的向外的方向突出，如图2所示。形成加强肋137以提高外壁131的强度。
如图9和11所示，在一个外壁131和最外管壁111a之间设有空间。由外壁131的周边端部和最外管壁111a的突出部112包围该空间。与设置在相邻管子110之间的冷却剂通道115相似，除了第一升高部分116、第一凹部135以及第二升高部分117和第二凹部136之外，通过该空间提供端部冷却剂通道115。
另外，如图8所示，端部开口113a形成在外壁131和最外管子110的凹部113之间，作为用于将冷却剂引入到端部冷却剂通道115内的冷却剂入口。同样地，端部开口113b形成在外壁131和最外管子110的另一凹部113之间，作为用于将冷却剂从端部冷却剂通道115排出的冷却剂出口。
第一壳体件130a的连接壁132与侧壁118接触并连接到侧壁118，冷却剂入口113a形成在侧壁118上。同样地，第二壳体件130b的连接壁132与侧壁118接触并连接到侧壁118，冷却剂出口113b、113c形成在侧壁118上。
第一壳体件130a在与冷却剂入口133a相对应的位置处还形成有凸出部分133。在图11示出的实例中，凸出部分133形成在与除了下部三个冷却剂入口133a之外的预定的冷却剂入口133a相对应的位置处。凸出部分133沿U形第一壳体件130a的向外的方向扩张，并且在其内表面和管子110的侧壁118之间设置间隙(连通室)133a。在图11中，省略内部散热片120的说明。
另一方面，下部三个冷却剂入口133a由连接壁132的内表面封闭。同样地，第二壳体件130b在与除了下部三个冷却剂出口133a之外的预定的冷却剂出口133b相对应的位置处具有凸出部分133。下部三个冷却剂出口133a由第二壳体件130b的连接壁132的内表面封闭。
同样地，设置在下部三个管子110和下部外壁131之间的空间被封闭，并且冷却剂不会在该空间内流动。相反地，封闭的空间被空气填充，从而提供绝热空间119。
换言之，下部两个管子110由绝热空间119包围。因此，限制了通过下部两个管子110的气体通道114的废气的温度的降低。因此，下部两个管子110的气体通道114提供旁路通道B1。
另一方面，其它管子(例如，图11中的上部五个管子)110被冷却通道115包围。因此，在冷却剂和通过其它管子110的气体通道114的废气之间执行热交换。结果，降低了废气的温度。因此，其它管子110的气体通道114与冷却通道C1相对应。位于与形成旁路通道B1的管子110相邻处的管子110(即，图11的上部的第五个管子110)面对冷却通道115和绝热空间119。
在第一壳体件130a中，凸出部分133在旁路通道B1相对侧上的一个外壁131(即，图4中的上部外壁131)上延伸。因此，设置在最外管壁111a和上部外壁131之间的端部冷却剂通道115部分扩张。凸出部分133具有开口134，作为连接件的冷却剂入口管141连接到开口134。在第二壳体130b中，凸出部分133具有开口，并且作为连接件的冷却剂出口管142连接到该开口。
同样地，冷却剂入口管141通过第一壳体件130a的间隙133a、冷却剂入口113a、冷却剂通道115、冷却剂出口113b和第二壳体件130b的间隙133b与冷却剂出口管142相连通。当冷却剂入口管141和冷却剂出口管142连接到发动机冷却剂回路时，冷却剂可以流动通过冷却剂通道115。
另一方面，废气通常沿管堆叠体L1的纵向方向通过气体通道114。连接凸缘151连接到管堆叠体L1的纵向端。EGR气体冷却器100通过凸缘连接到EGR通道(未显示)，该EGR通道将排出管连接到进入管。
如图3所示，连接凸缘151中的每一个都具有基本呈矩形或正方形的形状，并且作为固定孔的通孔151a形成在连接凸缘151的拐角。诸如螺栓的固定件插入用于将EGR气体冷却器100连接并固定到EGR通道的通孔151a。
如图1中的箭头EG所示，废气从诸如图1中的左端的一个端部流入气体通道114。废气沿气体冷却器EGR100的纵向方向通过气体通道114，并从诸如图1中右端的另一端流出。
另一方面，如图1中箭头CL所示，冷却剂从冷却剂入口管141流入EGR气体冷却器100。冷却剂通过间隙133a和没有被第一壳体件130a的连接壁132封闭的冷却剂入口133a流入冷却剂通道115，并通过没有被第二壳体件130b的连接壁132封闭的冷却剂出口113b从冷却剂通道115中流出。然后，冷却剂从冷却剂出口管132从EGR气体冷却器100流出。
关于设置冷却剂通道C1的管子110，如图11所示，冷却剂通道115形成在所述管子的至少一侧上。因此，在通过气体通道114的废气和通过冷却剂通道115的冷却剂之间执行热交换，并由此冷却废气。
另一方面，如图11所示，在设置旁路通道B1的管子110中，空气填充的绝热空间119形成在所述管子的两侧。因此，很难降低通过旁路通道B1的废气的温度。
在本实施例中，冷却剂通道115通过连通预定的管子110的冷却剂入口和出口113a、113b与凸出部分133的间隙133a而形成。绝热空间119通过用壳体130的连接壁132的内表面封闭其它管子110的冷却剂入口和出口113a、113b而形成。这里，冷却通道C1和旁路通道B1彼此分离而在其之间不需要分离壁。换言之，冷却通道C1和旁路通道B1通过设计壳体130的形状(即，通过凸出部分133的结构)而被分离。由于不需要分离壁，所以不需要将分离壁组装及连接到壳体的步骤。因此，减少了EGR气体冷却器100的制造成本。
突出部112和凹部113形成在管主壁111上，并使管子110堆叠成使突出部112互相接触。因此，通过设置在相邻的管子110之间并被突出部112包围的空间提供冷却剂通道115。在该情况下，通过连接突出部112而气密地形成冷却剂通道115。气体通道114和冷却剂通道115在不使用芯板的情况下彼此分离。换言之，用于冷却剂通道115和绝热空间119的空间在不使用芯板的情况下设置在相邻的管子110之间。由于不需要芯板，所以减少了将管子110的端部插入到芯板的孔中的步骤。结果，进一步减少了EGR气体冷却器100的制造成本。
在本实施例中，凹部113的尺寸(深度)与突出部112的高度相同。因此，增加了冷却剂入口和出口113a、113b的尺寸。因此，降低了冷却剂流入和流出水通道115的阻力。
并且，冷却剂入口113a和冷却剂出口113b位于管主壁111的对角位置上。因此，减少了冷却剂易于停滞的区域。即，冷却剂在水通道115中较少可能地停滞。因此，提高了热交换效率。
另外，第二升高部分117形成在管主壁111上作为流动调节部分。因此，从冷却剂入口113a进入的冷却剂可被基本均匀地分布在冷却剂通道115中。即，在管主壁111上有效地执行冷却剂和废气之间的热交换。因此，进一步提高了热交换效率。
在冷却剂在与高温废气流动的部分相对应的位置处在水通道115中停滞的情况下，过度地执行热交换将导致冷却剂沸腾。然而，在本实施例中，第二升高部分117位于相对于废气的流动的管主壁111的上游端。因此，冷却剂将较少可能由于过度热交换而沸腾。
在本实施例中，每一个管子110都通过连接第一和第二管板110a、110b而构成。通过诸如弯曲、压制、轧制和相似的方式形成第一和第二管板110a、110b。因此，与通过将圆柱形的管件成形为管状而形成管子的情况相比，容易且以低成本制造管子110。
由于内部散热片120设置在管子110的气体通道114中，为废气的流动提供紊流效果。同样地，提高了热交换的效率。
突出部112和凹部113也形成在最外管子110的最外管壁111a上，并且壳体件130a、130b的外壁131连接至最外管壁111a的突出部112。因此，具有端部冷却剂入口130a和端部冷却剂出口130b的端部冷却剂通道115端形成在最外管壁111a和外壁131之间。由于增加了热交换的面积，所以提高了热交换效率。
在每一个壳体件130a、130b中，外壁131通过连接壁132相连。即，外壁131一体地形成壳体件130a、130b。因此，通过将管堆叠体L1插入到外壁131之间限定的空间中使壳体件130a、130b容易地连接至管堆叠体L1。
第一和第二壳体件130a、130b的连接壁132与管子110的侧壁118相对并连接至管子110的侧壁118。凸出部分133形成在与冷却剂入口和出口113a、113b相对应的位置处的连接壁132上，使得在凸出部分133的内表面和冷却剂的入口和出口113a、113b之间设有预定的间隙133a。另外，冷却剂入口管141和冷却剂出口管142连接至形成在凸出部分133上的管孔134。
由于该结构，减少冷却剂流入到冷却剂通道115中及从冷却剂通道115中流出时的扩张损失或缩减损失。即，由于降低冷却剂流动的压力损失，所以提高了热交换效率。
在本实施例中，预定管子110的冷却剂入口和出口113a、113b通过壳体130的连接壁132封闭，使得形成绝热空间119。通过位于绝热空间119之间的管子110的气体通道114的废气不与冷却剂进行热交换。因此，将基本保持气体冷却器的温度。位于绝热空间119之间的管子110设有旁路通道B1。
换言之，通过仅用壳体130的连接壁132的内表面封闭预定管子110的冷却剂入口和出口113a、113b而容易形成旁路通道B1。因此，与具有用于以流体密封方式将壳体内部分离成两个空间的分离壁的EGR气体冷却器相比，减少了EGR气体冷却器100的零部件的数量，并减少了组装步骤。
在所说明的实例中，管堆叠体L1具有七个管子110。然而，管子110的数量不限于此，而可以是两个或更多。并且，设置旁路通道B1的管子110的数量也不限于两个。EGR气体冷却器100对于旁路通道B1具有至少一个管子110。
在本实施例中，所有的管子110都具有内部散热片120。然而，可以除去或修改用于旁路通道B1的管子110的内部散热片120。
(第二实施例)
将参照图12和13说明第二实施例。在第二实施例的EGR气体冷却器100中，设置旁路通道B1的管子110具有代替内部散热片120的隔离物(空间保持件)121。
在图12示出的实例中，隔离物121设置在下部两个管子110的气体通道114中。隔离物121由与管子110的零部件相似的诸如不锈钢的材料制成。
例如，在管堆叠体L1的制造过程中，例如，在通过夹具沿诸如图12的向上或向下的管堆叠的方向按压堆叠的管子110的情况下，管子110在熔炉中被硬焊。此时，夹具的压力将被施加以使管板110a、110b变形。在内部散热片120设置在管板110a、110b之间的情况下，内部散热片120用作具有抵抗夹具的压力的阻力的加强件。因此，限制了管板110a、110b的变形。
尽管内部散热片120提供了提高废气和冷却剂之间的热交换效率的效果，然而将增加对气体通道114的流动的阻力。在旁路通道B1的管子110中，不执行废气和冷却剂之间的热交换。因此，不总需要内部散热片120。并且，考虑到对气体通道114的流动的阻力的降低，而不总需要内部散热片120。
因此，在第二实施例中，设置隔离物121，使得限制了在形成管堆叠体L1过程中的管板110a、110b的变形，并且气体通道114的流动阻力被减少为小于具有内部散热片120的气体通道114的流动阻力。例如，隔离物121由具有小于内部散热片120的构件的厚度并同时具有高刚性的板制成。并且，各隔离物121形成为使其面积小于沿气体通道114的废气的流动方向突出的内部散热片120的面积。
同样地，提供了能够在制造期间减少管板110a、110b的变形并且降低气体通道114的流动阻力的EGR气体冷却器100。
由于隔离物121，可以采用具有大于内部散热片120的间距的内部散热片。在图12示出的实例中，隔离物121设置在管子110中作为分离管子110的构件。可选地，隔离物121可以与管子110一体形成。例如，在图13中，突出部111b形成在管板110a、110b上，并且管板110a、110b被设置成使得突出部111b向内突出并作为隔离物互相连接。在该情况下，将减少零部件的数量和组装步骤的数量。
(第三实施例)
将参照图14和15说明第三实施例。在第三实施例的EGR气体冷却器200中，管子和壳体的形状与第一实施例的EGR气体冷却器100的管子和壳体的形状不同。如图14所示，EGR气体冷却器200具有都具有简单的扁平管状的第一管子210和第二管子270、和具有基本管形形状的壳体230。以下，将说明EGR气体冷却器200的结构。
由于EGR气体冷却器200直接接触废气和冷却剂，EGR气体冷却器200的零部件与第一实施例相似由具有抗腐蚀性和耐高温的材料制成，例如不锈钢。另外，零部件通过诸如硬焊或焊接互相连接。
在图14中，箭头X表示第一管子210的纵向方向，并且箭头Y表示第一管子210堆叠或层叠的方向。第一管子210内具有内部散热片220。第一管子210在保持其之间的预定间隙D的同时堆叠。并且，第一管子210的两端都连接至芯板260。因此，第一管子210形成如图15所示的第一管组A1。
芯板260形成有开口261。在管子210的端部与开口261接合的情况下，第一管子210连接并固定至芯板260。
第二管子270沿最外第一管子110A设置，最外第一管子110A沿管子堆叠的方向Y设置在最外层或叠列的第一管子110上，例如，图15中的下部第一管子110A。包括最外第一管子110A的第一管子110设有冷却剂通道C1，冷却剂通道C1执行在其中流动的废气和冷却剂之间的热交换。
另一方面，第二管子270设有旁路通道B1，旁路通道B1不执行废气和冷却剂之间的热交换，用于限制废气的温度的降低。在第二管子270的端部与芯板260的开口261相接合的情况下，第二管子270也连接并固定至芯板260。
如图14所示，连接凸缘251连接并固定至芯板260的外表面，即，作为第一和第二管子210、270的叠列的相对侧上。EGR气体冷却器200通过连接凸缘251连接到使排出管和进入管之间连通的EGR通道(未显示)。连接凸缘251中的每一个都具有大致呈正方形或矩形的形状，并形成有作为使诸如螺栓的固定件插入以将EGR气体冷却器200固定至EGR通道的固定孔的通孔251a。
壳体230包括第一壳体件230A和第二壳体件230B。第一壳体件230A和第二壳体件230B中的每一个都具有基本U形的、在与每一个壳体件的纵向方向相垂直的方向上限定的横截面。第一和第二壳体件230A、230B的开口互相相对并互相连接，使得形成具有正方形或矩形横截面的大致呈管形的壳体230。
具体地，放置第一和第二壳体件230A、230B以在其纵向端部与芯板260接触时覆盖第一和第二管子210、270的叠列，并然后使所述壳体件的开口的周边互相重叠并互相连接。在图14示出的实例中，第一和第二壳体件230A、230B被连接成使开口的周边重叠。然而，第一和第二壳体件230A、230B可以通过其它方式互相连接。例如，第一和第二壳体件230A、230B可以连接成使开口的周边互相直接相对。
壳体230形成有第一扩张(凸出)部分231和第二扩张(凸出)部分235。第一扩张部分231从第一壳体件230A的平坦侧壁232沿与第一和第二管子210、270的纵向方向垂直的方向(即，沿与第一管子210的平坦主壁平行的方向)扩张。第二扩张部分235从第二壳体件230B的平坦侧壁232沿与第一和第二管子210、270的纵向方向垂直的方向(即，沿与第一管子210的平坦主壁平行的方向)扩张。
第二扩张部分235设有大于第一扩张部分231的内部空间(连通室)。第一和第二扩张部分231、235与冷却剂通道(第二流体通道)215相连通，如图15所示。
如图15所示，第一扩张部分231形成有管口234。作为连接件的冷却剂入口管241连接并连结至管口234，用于将冷却剂引入EGR气体冷却器200中。同样地，第二扩张部分235形成有管口234。作为连接件的冷却剂出口管242连接并连结至第二壳体件230B的管口234，用于将冷却剂从EGR气体冷却器200排出。冷却剂入口管241和冷却剂出口管242与发动机冷却剂回路(未显示)相连通。
壳体230具有作为分隔壁的平坦侧壁232。如图15所示，平坦侧壁232与端部第一管子210A的侧壁接触并连接至端部第一管子210A的侧壁，该端部第一管子是第一管子210中的一个并位于与第二管子270相邻处。并且，绝热空间219形成在第二管子270的周边上。由于壳体230的侧壁232与端部第一管子210A的侧壁相接触，所以绝热空间219与冷却剂通道215完全分离。
取代冷却剂，用空气填充绝热空间219。因此，减少了通过第二管子270的废气的热辐射。
在图15示出的实例中，壳体230的侧壁232也与第二管子270的侧壁接触并连接至第二管子270的侧壁。然而，侧壁232不需要总与第二管子270的侧壁相接触。壳体230的侧壁232可与第二管子270的侧壁分开。只要侧壁232的内表面与端部第一管子210A的侧壁接触以使绝热空间219与冷却剂通道215分离，则侧壁232可以不限于平坦壁。
在气体冷却器200中，废气从诸如图14中的左端流入第一管子210的气体通道214，并从诸如图14中的右端从第一管子210中流出。另一方面，冷却剂从冷却剂入口管241和第一扩张部分231流入冷却剂通道215。冷却剂通过冷却剂通道215并流至位于相对于第一扩张部分23 1的大体对角位置上的第二扩张部分235。冷却剂由冷却剂出口管242从EGR气体冷却器200流出。
因此，在设置有冷却通道C1的第一管子210中，在流入气体通道214的废气和流出到第一管子210的外部的冷却剂之间执行热交换，从而冷却废气。另一方面，设有旁路通道B1的第二管子270被绝热空间219包围。因此，限制了流动通过气体通道214的废气的温度的降低。
如上所述，壳体230的侧壁232的内表面与位于与第二管子270相邻处的第一管子210A的侧壁紧密接触。因此，环绕第一管子210形成的冷却剂通道215与绝热空间219相分离。换言之，冷却通道C1和旁路通道B1在第一管子210和第二管子270之间不需要额外分离板的情况下互相分离。
在第三实施例中，由于由第二扩张部分235限定的空间大于由第一扩张部分231限定的空间。由于减少了冷却剂通道215的反压，所以冷却剂平稳地流过冷却剂通道215。同样地，进一步提高了热交换效率。
并且，在EGR气体冷却器200中，例如，与第二实施例相似，第二管子270的内部散热片220可以被替换为隔离物121、111b。
在第一和第二实施例中，管主壁111的凹部113的形状可以改变成不同方式。在上述实施例中，凹部113的深度与突出部112的高度相等。然而，凹部113的深度可根据通过冷却剂入口113a和冷却剂出口113b的冷却剂的阻力而减小。可选地，凹部113的深度可以大于突出部112的高度。
并且，还可以改变凹部113的位置。代替对角的位置，凹部113可被形成在管子110的相同的侧壁118上。在该情况下，冷却剂入口管141和冷却剂出口管142连接到管堆叠体L1的相同侧。因此，不需要由两个分开的壳体件130a、130b构成壳体130。壳体130可由单个箱件构成。
在上述实施例中，第二升高部分117平行于矩形管主壁111的短边形成。然而，可根据冷却剂的流动情况修改第二升高部分117。例如，第二升高部分117可相对于管主壁111的短边倾斜，使得管子110的纵向端和第二升高部分117之间的距离随距冷却剂入口113a的距离而逐渐增加。可选地，第二升高部分117可具有曲形形状。另外，可去除第二升高部分117。
另外，壳体130的外壁131的一个或两个可根据所需的废气的热交换效率而被去除。在第一和第二实施例中，与第三实施例的第一和第二扩张部分231、235相似，由凸出部分133限定的空间133a可以被区分开，以增强冷却剂通道115中的冷却剂的流动。
并且，本发明的使用不限于EGR气体冷却器，还可被用于任何其它的热交换器。例如，热交换器100、200可被用作执行排出到空气中的废气和冷却剂之间的热交换并从而加热冷却剂的废气回收热交换器。
另外，热交换器的零部件的材料也不限于不锈钢。零部件可由诸如铝合金、或铜合金的其它材料制成，取决于使用情况。
本领域的技术人员将很容易地发现其它的优点和改进。本发明具有较广的范围，因此不限于具体的细节、典型的设备和示出及描述的说明性实例。

Claims (14)

1.一种用于执行第一流体和第二流体之间的热交换的热交换器，包括：
壳体(230)；
多个第一管子(210，210A)，所述多个第一管子设置在壳体(230)中并以预定的间隔层叠，使得第一空间(215)设置在相邻的第一管子(210，210A)之间，所述多个第一管子(210、210A)在其内部限定用于使所述第一流体流动的第一流体通道(214)，并且第一空间(215)限定用于使所述第二流体流动的第二流体通道(215)；
第二管子(270)，所述第二管子设置在壳体(230)中并沿端部第一管子(210A)设置，所述端部第一管子是多个第一管子(210，210A)中的一个并设置在端层，使得在第二管子(270)的周边上限定第二空间(219)，第二管子(270)在其内部限定用于使所述第一流体流动的另一第一流体通道(214)；
连接凸缘(251)，所述连接凸缘设置在多个第一管子(210，210A)和第二管子(270)的端部处；以及
芯板(260)，所述芯板连接至多个第一管子(210，210A)和第二管子(270)的端部，使得第一流动通道(214)与连接凸缘(251)相连通，并且第二流体通道(215)和第二空间(219)与连接凸缘(251)分离，其中：
所述壳体(230)包括壳体侧壁(232)和第一扩张部分(231，235)；
所述壳体侧壁(232)沿多个第一管子(210，210A)和第二管子(270)的侧壁设置；
第一扩张部分(231，235)从壳体侧壁(232)沿壳体(230)向外的方向扩张，以在所述第一扩张部分内提供第一连通室；
所述第一连通室与第二流体通道(215)连通；和
所述壳体侧壁(232)具有与端部第一管子(210A)的侧壁接触的内表面，使得第二空间(219)与所述第一连通室和第二流体通道(215)分离。
2.根据权利要求1所述的热交换器，进一步包括：
第二流体引入管(214)，所述第二流体引入管连接至壳体(230)，用于将所述第二流体引入到第二流体通道(215)中；以及
第二流体排出管(242)，所述第二流体排出管连接至壳体(230)，用于将所述第二流体从第二流体通道(215)排出，其中
所述第一扩张部分(231)设置在第二流体引入管(241)和壳体(230)之间的连接部分和第二流体排出管(242)和壳体(230)之间的连接部分中的至少一个连接部分中。
3.根据权利要求1所述的热交换器，进一步包括：
第二流体引入管(241)，所述第二流体引入管连接至壳体(230)，用于将所述第二流体引入到第二流体通道(215)中；以及
第二流体排出管(242)，所述第二流体排出管连接至壳体(230)，用于将所述第二流体从第二流体通道(215)排出，其中：
所述第一扩张部分(231)设置在第二流体引入管(241)和壳体(230)之间的连接部分处；
所述壳体(230)进一步包括在第二流体排出管(242)和壳体(230)之间的连接部分处的第二扩张部分(235)；
所述第二扩张部分(235)限定使第二流体通道(215)和第二流体排出管(242)之间相连通的第二连通室；以及
所述第二连通室大于所述第一连通室。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器，进一步包括多个内部散热片(220)，所述多个内部散热片设置在多个第一管子(210，210A)中。
5.一种用于执行第一流体和第二流体之间的热交换的热交换器，包括：
多个管子(110)，每一个管子(110)均在其内限定用于使所述第一流体流动的第一流体通道(114)并包括管主壁(111)，其中每一个管子(110)的管主壁(111)中的至少一个包括突出部(112)和凹部(113)，所述突出部(112)在管子(110)的向外的方向上沿管主壁(111)的周边端部突出，凹部(113)设置在管主壁(111)的周边端部并从突出部(112)的端部凹入，多个管子(110)被堆叠成使管主壁(111)互相相对，在相邻管子(110)的相对的管主壁(111)和突出部(112)之间限定空间(115，119)，并且通过与空间(115，119)相连通的管子(110)的侧壁(118)上的凹部(113)设置开口(113a，113b)；
板件(132)，所述板件连接至多个管子(110)，并且包括壁部分和凸出部分(133)，其中所述壁部分沿管子(110)的侧壁(118)设置并具有封闭至少一个开口(113a，113b)的内表面，使得封闭与通过所述内表面封闭的开口(113a，113b)相对应的空间(119)以提供绝热空间(119)，凸出部分(133)从所述壁部分扩张以在所述凸出部分内限定连通室(133a)，凸出部分(133)被限定在与其余开(113，113b)相对应的位置处，使得与其余开口(113a，113b)相对应的空间(115)通过其余开口(113a，113b)与连通室(133a)相连通，并且限定所述第二流体流动通过的第二流体通道(115)；以及
连接件(141，142)，所述连接件连接至所述第二流体流动通过的外部回路，其中连接件(141，142)连接至凸出部分(133)并与连通室(133a)相连通。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中：
多个管子(110)包括设置在第一最外侧的第一最外管子；以及
所述第一最外管子具有包括端部突出部(112)和端部凹部(113)的第一最外管壁(111a)，所述端部突出部在所述第一最外管子的向外的方向上沿其周边端部突出，所述端部凹部从端部突出部(112)朝向第一最外管壁(111a)凹入，所述热交换器进一步包括：
第一外壁件(131)，所述第一外壁件沿第一最外管壁(111a)设置，其中所述第一外壁件(131)的内表面与端部突出部(112)相接触，使得在第一外壁件(131)的内表面和第一最外管壁(111a)之间限定第一端部空间(115)。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其中：
多个管子(110)包括设置在第二最外侧的第二最外管子；以及
所述第二最外管子具有包括端部突出部(112)和端部凹部(113)的第二最外管壁(111a)，所述端部突出部在所述第二最外管子的向外的方向上沿其周边端部突出，所述端部凹部从端部突出部(112)凹入，所述热交换器进一步包括：
第二外壁件(131)，所述第二外壁件沿第二最外管壁(111a)设置，其中：
所述第二外壁件(131)的内表面与第二最外管壁(111a)的端部突出部(112)相接触，使得在第二外壁件(131)的内表面和第二最外管壁(111a)之间限定第二端部空间；以及
所述第二外壁件(131)通过板件(132)连接至第一外壁件(131)。
8.根据权利要求5或6所述的热交换器，其中：
凹部(113)中的每一个的尺寸相对于与管主壁(111)垂直的方向与突出部(112)中的每一个的尺寸相等。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其中：
所述管主壁中的每一个都具有另一凹部(113)，并且所述凹部(113)和所述另一凹部(113)位于对角位置。
10.根据权利要求5或6所述的热交换器，其中：
设有第二流体通道(115)的所述管子(110)在其管主壁(111)上具有流动调节部分或整流部分(117)，所述流动调节部分或整流部分(117)中的每一个都突出到第二流体通道(115)中，并位于与相对于在第一流体通道(114)中流动的所述第一流体的流动的上游位置相对应的位置处；并且
所述流动调节部分或整流部分(117)被构造成使所述第二流体遍布第二流动通道(115)。
11.根据权利要求5或6所述的热交换器，其中管子(110)中的每一个都由一对板件(110a，110b)构成。
12.根据权利要求5或6所述的热交换器，进一步包括设置在多个管子(110)中的多个内部散热片(120)。
13.根据权利要求5或6所述的热交换器，进一步包括：
多个内部散热片(120)，所述多个内部散热片设置在设有第二流体通道(115)的管子(110)中；以及
多个隔离物或空间保持件(121，111b)，所述多个隔离物或空间保持件设置在设有绝热空间(119)的管子(110)中。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其中：
通过从所述管主壁(111)沿管子(110)的向内的方向突出的多个突出部(111b)设置多个隔离物或空间维持件(121，111b)。
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