CN101400959A - 用于汽车的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于汽车的热交换器，包括一个具有多个用于输送待冷却流体的流道(6)的第一流路(1)，一个布置在第一流路(1)之后的折流区域(13)和一个布置在折流区域(13)之后的第二流路(2)。按照本发明，第一流路(1)中的流道(6)在折流区域(13)和第二流路(2)中延续成为连续的、相互分开的流道(6)。

Description

用于汽车的热交换器
技术领域
本发明的第一变型涉及一种用于汽车的热交换器。
背景技术
此外，本发明的第二变型涉及一种流道，它用于在第一流体和第二流体之间进行热交换的热交换器，包括：流道外套，它具有被流道外套内侧包围而成的内腔；多个布置在流道外套内侧的内腔中的隔板；所述流道具有为在内腔中输送第一流体而所设计的可被穿流且垂直于流道轴的横断面。本发明还涉及一种在第一流体和第二流体之间进行热交换的热交换器，具有：用于输送相互分开并且进行换热的第一流体和第二流体的芯体，和用于第一流体的流体接口；所述芯体具有壳体，这个壳体包括一个可被第二流体穿流的腔室和一个用于液密地分离腔室和流体接口的芯体封闭元件。本发明还涉及一种废气再循环系统、一种增压空气供给系统和热交换器的应用。
在车用热交换器的制造中，对在有限的空间内的热交换器效率的要求日益提高。特别是对输送到内燃机的再循环废气进行冷却时，还必须克服很大的温差。
发明内容
本发明的第一变型的目的是提供一种用于汽车的热交换器，它的制造成本低，并且在有限的结构空间条件下仍具有高的换热效率。
在申请人的专利DE37 316 69A1中公开了一种开头所述的、用于热交换器的流道。
开头所述的这种热交换器的目的是通过较冷的第二流体对热的第一流体进行冷却，从而使第一流体，特别是用于例如发动机的内燃机的废气或废气-空气混合物或增压空气能够与吸入的空气混合。第二流体可以是冷却介质，例如液态或气态或液气混合的冷却介质，它至少在液态冷却介质的情况下可取自内燃机的冷却回路。原则上，为了提高热动力效率，冷却要达到尽可能低的温度水平。已知的是，已冷却的再循环废气或已冷却的增压空气可减少废气中的有害物质、特别是氮氧化物。
在涉及到当今发动机的特别要求方面，可通过废气再循环冷却器来满足对废气排放日益提高的要求。通过对废气的冷却和已冷却废气的再循环，使发动机中的燃烧温度得以降低，并减少NOX的排放。对减少有害物质的要求的日益提高，促使已知的冷却器方案得到改善，并提出了新的冷却器方案。
在已知的热交换器中的流道可由钢或优质钢制成。在这里，特别是钢材和优质钢材的耐腐蚀性已得到证明。
另外得到证明的是，由铝制成或以铝材料为基础的流道具有明显的成本优势。
为了充分地改善流道中的传热，如前所述，流道通常带有多个布置在内腔中流道外套内侧的隔板。原则上，多个隔板有助于提高传热。但是，隔板数量过多却会加大例如废气中所含碳黑颗粒造成堵塞的风险。已得到证明的是，在流道中的通流区域太窄的情况下，而所述通流区域基本上由可穿流的横断面决定，流道的污染速度相对较快，并且在最坏的情况下会在局部出现阻塞。这种方法以及其它用于提高传热的措施反而会加大流道中已存在的压力损失，这在现代的热交换器方案中是不希望出现的。
除了在DE 37 316 69A1中公开的具有挤压成型的流道外套的流道设计之外，还有其它例如在DE 10 225 812 C1、G 94 065 59 4、DE 36 153 00 C2和DE 202 05 200 U1中公开的设计。但那里所述的流道是针对专门用途而设计的。例如，在US 5,184,672中公开了一种用于冷凝器形式的热交换器的流道，这种热交换器带有被冷却液穿流的扁平管。在US 3,486,489中公开了一种油冷却器，它带有被待冷却的油穿流的扁平管。在US2005/0061488A1中公开了一种用于冷却油的热交换器，它的流道用于输送待冷却的油。那里所述的流道的可被穿流的横断面专门用于油的穿流。在US2005/0061488A1中，可穿流的横断面的特征在于功率比为3.9到8.5，这个比率是单位为mm的可覆盖的周长与单位为mm2的可穿流的金属管横断面面积之间的比。
这种为输送液态流体而设计的流道不适合用于本文开头所述的热交换器。开头所述的热交换器优选为废气热交换器和/或增压空气冷却器。在这种情况下，第一流体为气体或蒸汽，即例如废气或废气空气混合物或增压空气。在这里，第二流体为冷却介质，特别是液态或气态或液气混合的冷却介质。考虑到前面所提到的问题，有必要提出一种更佳的流道设计方案。
现在要涉及到本发明的第二变型，它的目的是提供一种传热得到改善的流道。此外，应使压力损失处于可接受的范围，特别是要减少堵塞的风险。本发明的目的还包括为热交换及废气再循环系统和增压空气供给系统提供一种具有优点的方案，并提供热交换器的优选应用范围。
按照发明的第一变型，发明的目的通过开头所述的热交换器实现。通过连续的、相互分开的流道可制成U形流式的热交换器，它与目前已知的结构相比，即使在折流区域也保证了在流道内部流动的流体和流道的外部空间之间有着良好的热交换器。此外，这种热交换器的成本低，且易于制造。
在优选的实施形式中，流体是汽车内燃机的废气。特别是对一般来说温度很高的废气进行冷却的任务可通过根据本发明的热交换器很好地完成，因为这种热交换器在给定的空间内具有很高的换热效率。此外，与现有技术中已知的方案相比，在折流区域中的分离且连续的流道，例如借助输送冷却介质的外部壳体，相对于汽车中处于其周围的部分而言具有特别好的隔热性能。可选择的是，根据发明的热交换器的流体也可以是汽车内燃机的增压空气或汽车润滑回路中的润滑油或者汽车中另一种待冷却的流体。
为了实现简单的结构，流道优选地在端部固定在管板元件上，其中，连续的流道的两个端部分别插入到管板元件中。
对流体的特别有效的冷却通过以下方式实现，即流道布置在特别是可被液态冷却介质穿流的壳体中。具有优点的是，壳体具有冷却介质的进口和出口，其中，进口或出口中的一个布置在流道折流区域的附近，特别是折流区域的顶点的附近。这样，冷却介质通过简单的方式尽可能完整和均匀地围绕着所有的流道环流。为了进一步改善环流，可优选地在壳体中布置引导冷却介质流动的导向元件。这种导向元件可将流体引向一定区域和/或在冷却介质中产生涡流。
此外，在壳体中优选地布置着支撑元件，用于固定流道，以限制流道的振幅，从而防止在强烈振动的情况下出现裂纹。只要支撑元件在壳体内处于液态冷却介质之中，那么它也可以由一种对热性能要求低的材料如塑料组成，从而节省成本。
一般来说优选的是，为了降低制造成本，壳体基本上由塑料组成。
为了降低制造成本和方便实现耗费大量工作的横断面形状，流道优选地由挤压型材形成。特别具有优点的是，在一个挤压型材内部设有至少两个流道，其中，挤压型材具有被冷却介质环流的外壁和将流道相互分开的内壁。通过这种方式，在流体和流道的传热材料之间形成很大的接触面，这既降低了成本，也保证了运行的可靠性。特别优选的是，外壁在横断面上具有至少在局部为倒圆的轮廓，从而具有更佳的挠曲性。通过这种形状，首先线性压出的挤压型材在下一道工序中被加上了被弯曲得足够狭窄的折流区域，它通常为180°弯头。可选的或作为补充的是，内壁至少在挤压型材未被弯曲的状态下，在其长度范围内的厚度是可变的，其中，较小的弯曲半径对应着厚度薄的区域。流道束的挠曲性同样也可以通过这种方式改善。横断面形状的这种复杂设计在使用挤压型材的情况下不会产生任何特殊的费用。在这里，厚度理想地从0.2...1，5mm向外增大1.2到2倍。
一般来说，优选地设有若干个挤压型材，以保证冷却介质和流道之间的有效热交换。
挤压型材优选地由一种以铝为基础的合金组成。铝具有优良的耐腐蚀性，并可以通过低成本的方式以任意的横断面形状挤压成型。在达到足够冷却的条件下，它也可以用于制造废气热交换器。
在优选的实施形式中，一个流道为位于外部的流道，另一个流道为位于内部的流道，其中，位于内部的流道在折流区域的折流半径小于位于外部的流道。特别优选的是，位于内部的流道的壁厚大于位于外部的流道，从而在考虑到热交换器制造中的机械要求和特别是流道的弯曲的情况下使整个重量和材料用量得到优化。
具有优点的是，为了在给定结构大小的条件下改善换热效率，在至少一个流道中设有涡流发生元件。特别优选的是，涡流发生元件在流道的延伸范围内发生变化，同时在流道的延伸范围内特别是流道阻力变大。这样就能够在考虑到以下情况下对换热效率进行微调，即流体和周围的冷却介质之间的温差在流路的延伸范围内变小，从而使流道的每个长度单位的换热效率不可避免地与流动阻力的变化或流体中的所产生的涡流比例进行最优地匹配。当在第一流路区域中的涡流发生元件不同于第二流路区域和/或折流区域时，这样的匹配就已经存在。
在一个可选的实施形式中，流道由管的两个直线段组成，而在折流区域中弯头与这两个直线段相连。通过这种方式可按照流道的种类和材料对制造进行简化。
一般来说，流道优选地具有一个耐腐蚀的涂层。特别是在热交换器作为废气热交换器的情况下，这样的涂层可以延长热交换器的使用寿命。
此外，第一流路的至少一个流道在折流区域与第二流路的一个流道相邻，其中，折流区域包括一个单独的、在两个流道的端部将它们连接起来的元件。这样，就特别是为带有相应较小的折流区域的、位于内部的流道，在壁厚同时较小的情况下提供了一种节省空间的方法。此外，此外，还可将在连接区域中相邻的流道之间的间距设计特别小，从而在整体上使热交换器具有紧凑的结构。
在一个优选的实施形式中，在至少一个流道上并且至少在未弯曲的状态下，在折流区域中弯曲处的内壁的壁厚小于弯曲处的外壁的壁厚。这样就可以使折流区域中的弯曲半径变得特别小。位于外部的弯曲区域的壁厚优选地相当于位于内部的弯曲区域的壁厚的1.2-2倍，最好为1.5倍。处于内部弯曲半径中的壁厚应优选为约0.42mm，最好约为1mm。
在另一个优选的实施形式中，第一连续的流道处于第一平面中，而第二连续的流道特别是在折流区域与这个平面相切。在这里，第一流道和第二流道的长度不同。并且，通过这种方法可将相邻流道之间的对换热效率不发挥作用的间隙缩小，从而在给定的换热效率条件下使整个结构尺寸变小。
对于本发明的另一变形热交换器，本发明的目的通过下述特征实现。总的来说，采用挤压型材来形成流道可降低制造成本，同时，由于挤压型材在横断面形状方面具有很大的自由度，从而能够容易地制成在待冷却的流体和外部的冷却介质之间形成良好传热的流道。原则上，这些优点适用于直流式热交换器或其它非U型流式的结构。
与流道有关的本发明目的通过开头所述的流道实现，在这种流道上，水力直径相当于可被穿流的横断面面积与可被第一流体覆盖的周长之间的比的四倍，它的值为1.5mm到6mm。
本发明以下列设想为出发点，即在按照本发明的流道中，水力直径不应高出或低于一定范围。本发明考虑到，当所选的水力直径太大时，虽然这样可以使第一流体、特别是废气或废气空气混合物或增压空气达到足够的通流量，从而避免闭塞或严重的污染或在可能的情况下将压力损失保持在较低的水平，但是过大的水力直径会减少传热。相反，当所选择的水力直径太小时，流道虽然首先能够实现足够的传热，但在这样的情况下，所选择的可穿流的横断面太小，在运行中通流将会相对较快地产生污染，或在最坏的情况下造成阻塞，并肯定会加大压力损失。这将会明显地降低热交换器的换热效率。此外，如果流道的某部分严重污染或甚至阻塞或闭塞，压力损失就会过度加大。
按照本发明的方案，本发明的水力直径已被证明优于到目前为止已知的方案。按照本发明的流道可为热交换器提供足够的传热，并保证压力损失处于可接受的水平，同时降低了闭塞的风险。
在根据本发明的流道的一个特别优选的实施形式中，由于带有挤压成型的流道外套，流道具有更高的耐腐蚀性。在这样或以其它方式制成的流道也可设有补充的腐蚀防护措施。按照发明的流道为热交换器在换热效率、压力损失和污染方面提供了更好的解决方案，同时可以通过采用耐腐蚀性较好的材料，优选为挤压成型的铝材料来降低成本。
本发明的较佳实施形式提供了较佳的方法，以便在本发明目的的框架内并考虑到其它优点的情况下实现上面所述的方案。
为了实现本发明所提出的方案，水力直径特别优选为2mm到5mm。如图5、图6、图7和图8所示，这个范围的值以特别具有优点的方式实现了下列各方面之间的平衡，即一方面在流道中实现尽可能优良的传热，另一方面减少压力损失或者在达到良好传热的情况下将压力损失保持在可接受的水平。在这一点上，水力直径优选为3mm到3.4mm。在前面所述的水力直径的范围内，特别是在3.1mm到3.3mm的范围内，特别合适的水力直径约为3.2mm。虽然在上述范围内，流道、特别是热交换器管的污染无法完全避免，但是试验表明，在这个范围内流道的污染处于稳定的状态，从而将效率的降低保持在一个相对很低的水平。如果水力直径的范围超出前面所述的范围，在压力损失加大的情况下，随着流道运行的时间越长，流道的污染也严重，而当水力直径的数值处于前面所述的优选范围内时，压力损失则稳定在一个相对较低的水平。在热交换器较长时间运行的情况下，热交换器的可能的、未达到最优的换热效率不会进一步下降。相反，当水力直径超出前面所述的范围时，在流道较长时间运行的情况下，压力损失的加大会超出比例，并最终在最坏的情况下导致流道的闭塞。
按照本发明的流道以具有优点的方式用于如图1.2所详示的高压废气再循环和如图2.2所详示的低压废气再循环。此外它还可用于增压空气冷却。在所有的、特别是上述的或类似的应用领域中，通过在1.5mm到6mm的范围内选择水力直径，来避免增加隔板的数量，从而改善根据本发明的热交换器的传热。但是试验表明，对低压废气再循环、高压废气再循环或增压空气冷却而言，水力直径的最优选择可以是不同的。在高压废气再循环中，压力损失的增加、闭塞风险的加大或流道被碳黑颗粒等严重污染相对来说更为重要。对于高压热交换器而言，水力直径的范围优选为2.5mm到4mm，特别优选为2.8mm到3.8mm。在低压废气再循环方案中，压力损失的增加被认为是特别关键的，因为在低压应用的框架内，压力损失应优选地被保持在特别低的水平。对于低压热交换器而言，水力直径优选为2mm到3.5mm，特别优选为2.5mm到3.5mm。
尤其是对于提供耐腐蚀性来说，特别具有优点的是，隔板厚度与流道外套厚度之间的比低于1.0。换句话说，为了提高耐腐蚀性，流道外套的厚度优选地大于隔板厚度。对于采用以下实施形式的流道而言，即至少流道外套以铝材料为基础制成，这特别具有优点。
此外，原则上非常重要的是，在对流道外套的优化方面，一方面特别是在以铝材料为基础的流道内要保证其具有足够的耐腐蚀性，另一方面要保证在可供利用的空间内有足够数量的流道。在发动机中用于热交换器的空间一般来说是相对有限的，因此，原则上在改善的框架内要在热交换器中提供尽可能多的流道，这样流道外套的厚度就不能太厚。按照发明的一个特别优选的实施形式，水力直径与流道外套厚度之间的比优选为0.8到8。特别是在一个以铝材料为基础的流道中，尤其是在至少流道外套是以铝材料为基础的流道中，这个范围被证明是特别合适的。在流道外套(空间的需求、耐腐蚀性)和水力直径(传热、压力损失)的设计方面，1.2到6.0之间的范围，特别是1.4到6之间的范围也是具有优点的。
本发明所提出的设想和/或前面所述的一个或多个实施形式，无论是单独还是组合，对流道的尺寸来说都是特别具有优点的，所述尺寸使被第一流体覆盖的周长与流道的外部周长之间的比处于0.1到0.5的范围。所进行的研究表明，在上述尺寸的框架内，对于前面所提到的问题流道的性能特别具有优点。
按照本发明的设想，流道原则上以多种形式实现，特别是在采用挤压型材的情况下。从制造角度和前面所提到的问题来看，在管的横断面中以全隔板形式出现的隔板的两端布置在流道外套内侧上的流道是特别合适的。管的横断面可特别优选地只具有全隔板。全隔板优选为连续的，不带开口并布置在第一流道外套内侧和第二流道外套内侧之间。如图9A.2和图9B.2所示，通过这种方式实现了具有如发明的设想所述的水力直径的流道。
此外，具有优点的是，在管的横断面中以半隔板为形式的隔板只有一端布置在流道内侧上，而另一端自由伸入到内腔中。如图10A.2和图10B.2及图11A.2和图11B.2所示，通过挤压成型的流道以特别具有优点的方式实现了如发明的设想所述的水力直径。
两个半隔板在另一端上的端面可优选地相互对置。作为替代或与前面所述的半隔板的布置组合，两个半隔板在另一端上的端面可向侧面相互错开布置。优选的是，半隔板和全隔板依次交替地并排布置。
如下所述的半隔板的尺寸和布置特别具有优点。按照一个特别优选的实施形式，两个半隔板、特别是两个对置的半隔板和/或两个错开的半隔板之间的间距与管的横断面高度之间的比处于低于0.8的范围，优选地处于0.3到0.7之间的范围。第一半隔板到全隔板的间距与第二半隔板到全隔板的间距之间的比优选为0.5到0.9，优选为0.6到0.8。
至少是流道外套、优选为整个流道优选地由以铝为基础的材料制成。
作为替代、补充或以组合的形式，也可以由钢为基础的材料，优选以优质钢为基础的材料制成。
流道外套优选地由管形成，特别是由焊接和/或钎接的管或挤压成型的管形成。流道可以由例如板带制成，先做成管的形状，然后沿纵向焊接或钎接。此外，流道也由相互连接的片或板形成。至少是流道外套、优选为整个流道由挤压型材形成。
在流道由以铝材料为基础挤压成型的情况下，其耐腐蚀性相对较好。原因在于，在挤压成型的过程中，流道中形成了相对较小的颗粒结构并具有相对平滑的表面。这使得它具有符合现代热交换器方案要求的耐腐蚀性，甚至可以抵抗酸性的废气冷凝物的腐蚀。
按照本发明的特别优选的第一个实施形式，在多个隔板中，至少一个隔板、优选为全部隔板是与流道外套一起挤压成型的隔板。
按照本发明的特别优选的第二个实施形式，在多个隔板中，至少一个隔板、优选为全部隔板是与型材分开制成然后与流道内侧相连的隔板。隔板被优选地进一步整体成型和/或模制成型和/或变形。这被认为是特别合适的，以便在挤压成型的隔板通过进一步的措施装上流体导向元件或涡流发生元件。隔板优选地平行于流道轴布置。但原则上，在挤压成型工序中也可使隔板沿流道轴呈波纹状延伸。最重要的是，在挤压成型工序的过程中，特别合适的是隔板沿着流道轴不间断地延伸。
在本发明的第二个实施形式中，隔板可安装到、优选为插入到流道外套中，如DE 37 316 69A1中所述。
按照第二个实施形式，隔板优选地与流道内侧形成材料锁合的联接。特别具有优点的是，隔板钎接、焊接或粘接在流道内侧上。按照第二个实施形式，与流道外套分开制成的隔板可以通过轧制、冲压和/或滚压制成。
按照本发明的一个特别优选的实施形式—特别是在如下所述的实施形式中，即至少流道外套，优选为整个流道以铝材料为基础制成—至少一个隔板和/或流道外套，特别是流道外套内侧带有腐蚀防护。腐蚀防护可特别优选为镀锌和/或涂漆。
流道外套原则上可以采用任何适当的形式。流道外套特别优选为管，优选为挤压成型的管。在热交换器的现代的实施形式中，扁平管被证明是合适的。也可以采用由两个板片相互接合而成的管作为流道外套。管的横断面基本上选择尽可能简单的形状—具有优点的是矩形、椭圆形或半椭圆形的管横断面。
按照本发明的第二个实施形式，隔板可以是具有波状、特别是矩形波状或梯形波状的横断面的型材的一部分。这种型材的形成特别简单，此外它在提高传热方面特别具有优势。
按照发明的第二个实施形式，多个横断面为波状的型材可以沿着流道轴前后布置，如图12A.2、图12B.2或图13A.2、图13B.2所示。
原则上，隔板可具有不同类型的流体导向元件和/或涡流发生元件，其中，这些元件的形成和选择可按照流道的目的和使用范围进行。特别具有优势的是，流体导向元件和/或涡流发生元件从下列一组元件中选择：多个沿着流道轴的断口和/或开口，特别是切边、突出部如鱼鳞板等；多个优选地沿着流动方向的波纹；多个隔板开口，它们在形成隔板翅片时相互错开、特别是沿着流动方向相互错开。典型的方案将通过图14A.2、图14B.2说明。
在根据本发明特别优选的实施形式中，隔板的数量为2到20，优选为5到15，优选为7到12，优选为8到11，最好是9个隔板在管的横断面中均匀地并排布置。
在有关热交换器方面，本发明的目的由包括开头所述的热交换器在内的第二变型实现。按照发明，在这个热交换器上，芯体具有多个按照发明的流道，它们可被第一流体穿流，并且流体接口与流道实现流体连通。流道优选地布置在壳体中。
符合本发明设想的流道既可优选地用于发明的第一变型中的热交换器，也可优选地用于发明的第二变型中的热交换器。
芯体封闭元件优选为带有一个或多个为流道所设的通孔的管板。
对于第一流体，可优选地分别单独地设有进口侧的芯体封闭元件和出口侧的芯体封闭元件。这特别适用于热交换器中是所谓的丨形流的情况。在这里，第一流体从第一侧进入到热交换器中，然后从第二侧离开热交换器。
作为补充或替代的是，芯体封闭元件具有第一流体的进口区域和出口区域。这特别适用于热交换器中是所谓的U形流的情况，在这种热交换器上，第一流体在第一侧流入，并在同一侧沿不同方向流出。
流体接口可优选地采用扩流器的形式，特别是采用进口扩流器和/或出口扩流器的形式。
本发明还涉及用于内燃机的废气再循环系统，它具有废气再循环管路、压缩机和以废气热交换器、特别是废气冷却器为形式的、根据本发明的热交换器。
原则上，废气再循环分为高压再循环(如图Fig1.2所示)和低压再循环(如图2.2所示)。在高压再循环中，废气热交换器布置在高压侧即内燃机的输出侧。在低压再循环中，废气热交换器布置在内燃机的低压侧，即特别是布置在内燃机的输入侧之前。对于这些方案，在对水力直径进行前面所述的不同的、可能采用的设计时，要首先专门考虑这些方案。
发明还可用于内燃机的增压空气供给系统，它具有增压空气进气管、空气过滤器、压缩机和以增压空气热交换器、特别是增压空气冷却器为形式的、按照本发明的热交换器。
本发明还涉及按照发明的热交换器在汽车、特别是商务车或轿车的柴油机等内燃机上的应用。
此外，本发明还涉及按照发明的热交换器在汽车、特别是轿车或商务车的汽油机等内燃机上的应用。
本发明的方案特别优选地用于一种两级热交换器。原则上，第二流体可以是液态冷却介质或气态冷却介质或液气混合的冷却介质。在一个特别优选的应用中，本发明的设想可在一个两级热交换器上实现，所述热交换器在第一级时被液态冷却介质冷却，在第二级时被气态冷却介质或空气冷却。根据发明所述的流道可只用于热交换器的第一级或者只用于热交换器的第二级或者用于热交换器的两级，并与各级所特有的压力和温度条件相配合。
附图说明
下面将通过附图对发明的实施例进行说明。在附图中，实施例不是完全按照比例显示，只要能清楚地说明，附图就采用示意图和/或略微变形的形式。相关的现有技术作为对附图中直接体现的理论的补充。在这里要指出的是，在不背离发明的总设想的情况下，对实施形式的形状和细节可进行各种修改和变更。在说明书、附图及权利要求中所公开的发明特征既可单独地也可以任意组合的形式用于发明的进一步改型。此外，至少两个在说明书、附图和/或权利要求中所公开的特征的全部组合仍属于发明的范畴。发明的总设想不局限于下面所示和所述的优选实施形式的具体形式或细节，或者不局限于与权利要求中所主张的对象相比可能受到限制的对象。在所给出的数值范围中，处于所述极限之内的值应也可作为极限值，并可任意使用并在权利要求中予以主张。其它的优点和特征参见下面所述的实施例和从属权利要求。
下面通过多个优选实施例和附图对按照本发明的第一变型和第二变型的热交换器进行详细说明，其中，第一变型和第二变型的特征可任意相互组合和补充。
第一变型：
图1.1是U形流式废气热交换器的整体立体示意图；
图2.1是根据发明的热交换器的第一个实施例的俯视示意图；
图3.1是如图2.1所示的热交换器的一个改型的俯视示意图；
图4.1是根据发明的热交换器的第二个实施例在接口侧的俯视图；
图5.1是热交换器的第三个实施例在接口侧的俯视图；
图6.1是热交换器的第四个实施例在接口侧的俯视图；
图7.1是热交换器的第五个实施例在接口侧的俯视图；
图8.1是如图2.1所示的热交换器的一个优选改型的俯视示意图；
图9.1是完整装配的、如图1.1所示的热交换器的截面示意图；
图10.1是根据发明的热交换器的第六个实施例的立体图；
图11.1是如图10.1所示的热交换器在去掉外部壳体之后的俯视图；
图12.1是如图10.1所示的热交换器的一个改型的详细示图；
图131是根据本发明的热交换器的第七个实施例在接口侧的俯视图；
图14.1是根据本发明的热交换器的第八个实施例的俯视图。
第二变型：
图中：
图1.2中是按照一个特别优选的实施形式的高压再循环的框架内的内燃机废气再循环系统；
图2.2中是按照一个特别优选的实施形式的低压再循环的框架内的内燃机废气再循环系统；
图3.2中是按照一个特别优选的实施形式的丨形流式热交换器；
图4.2中是按照一个特别优选的实施形式的U形流式热交换器；
图5.2是为了改善热交换器的传热，以测量和计算为基础对水力直径进行优选的图表；
图6.2是为了降低压力损失或将压力损失保持在可接受的水平，以测量和计算为基础对水力直径进行优选的图表；
图7.2中是对水力直径的优选范围的、以测量为基础的验算，在这个范围中，即使流道的运行时间增加，压力损失也稳定在一定的水平上；
图8.2是与被第一流体覆盖的周长和流道的外周长之间的比有关的、以测量和计算为基础对水力直径进行优选的图表；
图9A.2，图9B.2中是流道的横断面的一个优选实施形式的两个改型，所述流道具有挤压成型的流道外套和与流道外套一起挤压成型的隔板；
图10A.2，图10B.2中是如图9A.2和图9B.2所示的、具有半隔板的另一个实施形式的两个改型；
图11A.2，图11B.2中是如图9A.2和图9B.2所示的、具有半隔板的另一个实施形式的两个改型；
图12A.2，图12B.2是一个实施形式的截面图和俯视图，在这个实施形式中，隔板与流道外套分开制成并与流道外套内侧相连；
图13A.2，图13B.2中是如图12A.2和图12B.2所示的实施形式的一个改型；
图14A.2中是如图12A.2和图12B.2所示的实施形式的一个改型，它带有作为流体导向元件的鱼鳞板；
图14B.2中是如图13A.2、图13B.2所示的实施形式的一个改型，它带有作为流体导向元件的鱼鳞板。
具体实施方式
图1.1是U形流式热交换器的示意图，这个热交换器用于冷却汽车柴油机的再循环废气。图1所示的热交换器既符合现有技术，也符合本发明。第一流路1和第二流路2在壳体3之内相互平行且并排延伸。液态冷却介质通过两个接口4、5穿流经过壳体3，所述介质从柴油机的主冷却回路中分流而来。流路1、2分别包括多个流道6、7，它们在这里是具有矩形横断面的扁平管。横断面原则上也可以是其它形状，如圆形。
每个管6、7在壳体3中被液态冷却介质环流。接口区域8布置在壳体3的前接口侧并通过焊接连接，所述区域在图1.1中为了能清晰显示而与壳体3分开画出。接口区域8具有一个用于输入汽车柴油机废气的第一接口和一个用于输出已冷却废气的第二接口10。在接口区域8之内设有一个由可转动的阀门形成的调节元件11，它可通过一个旋转轴12调节。在如图1.1所示的调节元件11的第一位置处，废气从第一接口9进入到第一流路1中，在那里它经过第一次冷却。在穿流经过第一流路1之后，废气进入到布置在壳体3端侧的折流区域13。
在现有技术中，折流区域由空心的壳体部分形成，在这个区域中废气发生180°的折流，之后它进入到第二流路2中；流道6、7在现有技术中是单独的、笔直的管，它们的两个端部一起插入到管板元件中。在折流区域13，来自各流道的流体汇集一起，并且废气和冷却介质在折流区域几乎不发生换热。
废气沿着与第一流路1相反的方向穿流经过第二流路2，同时它被进一步地冷却。在离开第二流路2时，废气再次进入到接口区域8中，在那里，如果图1所示的调节元件11处于第一位置的话，那么它就进入到第二接口10中。当调节元件11处于另一个图未示的位置时，就使得废气无法穿流经过流路1、2，而它就直接从第一接口9进入到第二接口10中。在这种情况下，废气未经过实质的冷却，这样，这种运行模式主要对应于一定的运行条件如内燃机的热机阶段(“旁通模式”)。
在图2.1所示的发明的第二个实施例中，流道6由连续的管形成，它们的起点处于第一流路1的进口区域，在折流区域13中分别以不同的弯曲半径弯曲180°，在穿过第二流路后在出口区域结束。因此每个流道6只具有两个端部，一个进口侧的端部和一个出口侧的端部。两个端部分别插入到唯一的管板元件14中，并在那里气密地焊接。
这样，不仅由于制造过程简单而节省了制造成本，而且由于焊接点数量的减少，提高了运行可靠性并减少了接口的数量。此外，折流区域13还主动地促进废气的冷却，因为在折流区域中，废气也与环绕流道6的冷却介质处于相互作用之中。
在图3.1所示的改型中，流道不是最初的一体式，而是分别包括第一流路1的一个第一直流道段6，一个与折流区域13对应的、弯曲180°的弯头13a和一个与第二流路2对应的第二直流道段7。在制造过程中，每个流道的这些单独的元件相互气密地焊接。这样就提高了运行可靠性并降低了制造成本，因为对直流道段区域的流道和流道壁材料及壁厚的要求不同于弯头13a的区域。
在图4.1所示的第二个实施例中，热交换器包括两个呈U形弯曲的铝制挤压型材15，其中，里面的挤压型材的弯曲半径小于外面的挤压型材。每个挤压型材15包括四个流道6，它们通过内壁15a相互分开，并通过外壁15b与冷却介质分开。挤压型材15的端部插入到管板元件14中并气密地焊接，所述管板元件整体上作为法兰，它具有用于安装密封件的槽17以及用于与其它接口区域8进行螺栓连接的孔18。
在图5.1所示的第三个实施例中，与第二个实施例不同的是，流道6不是挤压型材，而是由优质钢制成的管。这些管在其外壁具有向内伸入的压入部6a，它们可由已知的波纹或小翼片形成。这些形状构成涡流发生元件，通过它们来改善与废气的换热。在这个实施例中，涡流发生元件6a在第一流路1和第二流路2中相同地形成。这些形状也可优选地不同，以考虑到流体的冷却在流道延伸的过程中逐步增加的情况。
在图6.1所示的第四个实施例中，流道6同样由优质钢扁平管组成，与现有技术中已知的相同。为了改善换热效率，波纹状的嵌入件19插入到流道6中并焊接。在这里，嵌入件在进口侧和出口侧可具有不同的形状，特别是不同的翅片密度，以考虑到废气温度沿着流道下降的情况。
在图7.1中所示的第五个实施例中，流道6由具有圆形横断面的管形成。在这些管中可设有图未示的涡流嵌入件或用于涡旋发生的嵌入件，以提高换热效率。
图8中是图1.1所示的实施例在细节上进一步改善的一个改型。在这里，壳体3与带有流道6的管板元件14分开显示。在流道6的外部和壳体3的内部设有用于引导冷却介质的导向元件20。它垂直于流道6，并在其外部靠近壳体壁的区域20a具有冷却介质的截止装置。通过这种方式，使得冷却介质在围绕流道6环流时更均匀，分配地更好。两个冷却介质的接口4、5由在壳体3上实线画出的圆圈表示。在可替代的实施例中，通过相应地调整导向元件20的形状和布置，也可将接口布置在其它位置，例如按照由虚线画出的圆圈。导向元件20也可同时作为支撑元件，用于支撑流道6，以防止它们出现过大的振幅。
图9.1是如图1所示的热交换器完成装配后的截面图。从图中可以看出，只是在壳体3与管板元件14和接口区域8的螺栓连接区域中，高温会对壳体3产生影响，后者在其它部分只与液态冷却介质接触。在相应的设计中，特别是通过经过匹配的密封件和垫片21，壳体3尽管面临废气的高温仍可由塑料制成。
在如图10.1和图11.1所示的第六个优选实施例中，热交换器一共包括四十八个单独的流道6。它们分布在八个呈U形弯曲的挤压型材上，每个型材具有六个相互分开的流道6。每两个挤压型材15相邻布置，并在折流区域具有相同的弯曲半径，这样，总共有四种弯曲半径不同的挤压型材，它们相互嵌套(也可见图11.1中的俯视图)。每个挤压型材具有外壁15a，它在横断面上具有两个平行的长边和两个呈半圆形弯曲的短边。长边垂直于挤压型材15延伸时所处的平面。通过这种造型，即使折流区域13中的弯曲半径很小，挤压型材也可以弯曲。如按照比例的图10所示，挤压型材15的外壁明显比将六个流道相互分开的内壁15b厚。挤压型材由铝合金组成。外壁的厚度约为1.5mm。在挤压型材中的内壁或隔板的厚度约为0.5mm。如果管沿横向布置成两列的话，挤压型材的横断面的长度约为20mm，宽度约为7mm。但管在两个方向上也可以较宽或较窄，例如22×6，5mm或22×7，5mm。
在单列的管系统中，管在宽度上优选为30-60mm，最佳为在40-50mm的范围内。
壳体3的接口4、5中的一个优选地设在壳体端部靠近管板元件14的位置。用于冷却介质的另一个接口4、5布置在折流区域13的附近，并在折流区域13的顶点区域中的、在两个流路1、2之间的对称面中。这样通过简单的手段就保证，即使在折流区域13中，流道6也被液态冷却介质充分环流。在这里，热交换器的冷却回路与内燃机的主冷却回路连接。
在如图12.1所示的改型中，横断面穿过尚未弯曲的挤压型材。在这里可以看出，一个长的外壁16的厚度小于另一个长的外壁17的厚度。考虑到在折流区域中的弯曲，较厚的外壁17布置在外部，较薄的外壁17布置在内部。在弯曲的过程中，壁厚由于较长的外部轨道长度而得到补偿。
如图1.1所示的实施例与图7.1所示的实施例类似。与图7.1中的实施例不同的是，不是全部流道并排平行布置，而是有数个流道在延伸时与其它流道延伸所处的平面相切。这通过虚线表示。第一流路1的第一流道18在折流区域13与第二流路2的第一流道19相连。这个流道在一个在图中成对角斜穿的平面内延伸。第一流路1的第二流道20与第二流路2的第二流道21相连。这个流道20、21通过其折流区域与第一流道的所述平面相切或相交。为了使连续的流道18、19能够从另一个连续的流道20、21旁经过，这些流道具有不同的长度。在沿垂直于图13.1的图示平面的方向上，一个折流区域位于另一个折流区域之前。
这样，在折流区域中给定的弯曲半径为最小的条件下，在接口区域中相关的流道的间距可以缩小。特别是将第一流路1与第二流路2分开的间距可被保持在一个很小的水平。此外，在图13.1所示的实施例的情况中，与图7.1不同的是，涡旋发生元件布置在各流道18、19、20、21之内。
图14.1中的实施例提供了一个替代或补充方案，用于缩小结构尺寸，特别是用于缩小两个流路1、2的流道之间必需的最小间距。在这里，位于外部的流道22、23由连续的、在折流区域中弯曲的管例如挤压型材形成。对于位于内部的流道24，所需的弯曲半径可能太小。因此，它包括两个独立的管24a、24b，它们分别对应于一个流路1、2，并相应地以很小的间距相互邻近并接入到接口区域中。流道24a、24b在它们延伸过程中略呈S形弯曲，从而使它们的外壁在折流区域13中相互接触，同时，流道壁在接触区域密封地相互焊接在一起。为了使折流区域变得完整，将弯曲的罩盖25作为连接流道24a、24b的元件放置在流道的端部，并密封焊接。
图1.2中的废气再循环系统10属于高压再循环范畴，它用于内燃机1，而所述内燃机在这里是用于图未详示的汽车的柴油机。这种柴油机具有一个进气管2和废气管3，其中，在废气管3中布置着一个废气涡轮机4，在进气管2中布置着一个由废气涡轮机4驱动的压缩机5(所谓的废气涡轮增压器)。在压缩机5和内燃机1的未详示的进气管之间布置着一个增压空气冷却器6，它可由一种未详述的液态冷却介质冷却，或者在另一个实施形式中作为替代或补充由空气冷却。在废气涡轮机4的下游设有一个由微尘滤清器和/或氧化催化器形成的废气净化装置7。处于废气涡轮机4下游的区域3A带有由符号表示的节流阀，进气管2位于压缩机5上游的区域2A被称为低压侧。新鲜空气通过区域2A被吸入，废气通过区域3A进入到新鲜空气中。位于压缩机5下游的区域2B及位于废气涡轮机4上游的区域3B被称为高压侧。
在图1.2所示的高压再循环的框架内，在区域3B和区域2B的管路段之间布置着废气再循环管路8及以高压废气冷却器为形式的废气冷却器9。高压废气冷却器通过两个接管9A、9B可连接到图未详示的内燃机1的冷却回路上。
图示的废气再循环系统的功能如下所述：
新鲜空气通过区域2A的低压管路吸入，由压缩机5压缩到一个较高的压力—增压压力，通过进气管2输送到增压空气冷却器6，在那里被冷却以提高效率并被输送到内燃机1。离开内燃机的废气驱动区域3B的高压管路中的废气涡轮机4，它又驱动压缩机5。在废气涡轮机之后，柴油废气主要通过废气净化装置7净化，然后通过区域3A进入到大气中。在这里所示的高压再循环的方案中，部分废气流通过废气再循环管路8从区域3B中的高压管路3中分流出来，在废气冷却器9中冷却，然后输送到进气管2中的高压段2B中，在那里，再循环的废气与吸入的新鲜空气混合。
图2.2中是用于内燃机1的废气再循环系统的另一个实施形式。在所述的内燃机中，与图1中相对应的部件采用相同的附图标号。图2中所示的废气再循环系统20是属于低压再循环范畴的废气再循环系统20。相应地，在区域3A和2A的低压管路段之间布置着废气再循环管路8’及以低压废气冷却器为形式的废气冷却器9’，所述废气冷却器又通过两个接管9A’和9B’连接到图未详示的内燃机1的冷却回路上。在这里，压缩机5的功率或温差对通过废气冷却器9’再循环的废气量(流量)非常重要，因此，与图1所示的、在区域3A、3B的高压侧的高压废气再循环系统相比，它可被显著地提高，而在区域3A、3B中只有发动机排气侧和发动机进气侧之间的温差被用于提供气流量。
原则上，根据本发明的流道—特别是通过图9A.2到图14B.2的说明—既可用于增压空气冷却器6，也可用于废气冷却器9、9’。在这里，相应的流道只布置在废气冷却器9、9’中。
这种废气冷却器9、9’的优选实施形式通过图3.2和图4.2详细说明，而原则上这里也可采用热交换器的其它在这里未详细说明的形式。特别是一个未详示的、在高压再循环框架内的两级热交换器，特别是一个在第一级被液态冷却介质冷却和在第二级被空气冷却的热交换器，可作为废气热交换器。
原则上，在图1.2和图2中的两个废气再循环系统会出现以下问题，即功率的提高可通过大幅增加热交换器9、9’的流道中的隔板数量实现，但这样导致影响到可接受的压力损失水平并加大出现闭塞的风险。
特别是在图2.2中所示的以废气热交换器9’为形式的热交换器中，在低压废气再循环的框架内，加大在流道中的隔板密度会导致严重的后果，因为在图2.2中所示的废气再循环系统20中应将压力损失保持在相对很低的水平。
在属于低压再循环框架的废气冷却器9’中—同样在增压空气冷却中—与高压废气再循环相比虽然不存在着污染的问题，但是在这里，压力损失的上升意味着发动机的燃料消耗会相对大幅度地上升。
在如图1.2所示的、废气再循环系统10的高压废气再循环中的废气冷却器9中，隔板数量的增加及压力损失的大幅上升，将导致闭塞的风险加大或者由碳黑颗粒造成的污染加重。
图3.2中是这里为丨形流式热交换器30的一个特别优选的实施形式，它可作为废气冷却器9、9’用于例如图1.2、图2.2中所示的废气再循环系统10、20中。热交换器30在这里作为废气热交换器，在以废气为形式的第一流体31和以液态冷却介质为形式的第二流体33之间进行换热。热交换器30具有一个芯体35，它用于将废气和液态冷却介质相互分开并在输送它们的过程中进行换热；它还具有一个用于废气的未详示的流体接口。芯体35具有壳体37，后者具有一个可被液态冷却介质穿流的腔室，它在这里未被详示。液态冷却介质33通过冷却介质接口39输入或输出，如图3.2中的箭头所示。芯体35具有多个流道41，它们可被废气31穿流，同时，未详示的流体接口与流道41形成流体连接。流道41设在壳体37中，并布置在一个芯体封闭元件43中，所述封闭元件在这里为法兰，并带有多个为流道41而设的通孔。芯体封闭元件43用于将未详示的腔室和未详示的流体接口液密地分离。在功能上，液态冷却介质33在腔室中围绕流道41环流，从而冷却在流道41中流动的废气。
图4.2中是所谓的U形流式热交换器40的另一个实施形式，在这里，与图3.2相同的部件或功能相同的部件采用相同的附图标号。
作为废气冷却器、以U形流结构形成的热交换器40，具有一个布置在壳体37中的、处于第一流路45之后的折流区域47和一个布置在折流区域47之后的第二流路49。第一流路45和第二流路49中的流道41’在折流区域47中延续成为连续的、相互分开的流道41”，这将在图4中所示的、具有U形流结构的废气热交换器40与其它的热交换器区别开来。也就是说，在其它的热交换器上，来自所有流道41”的废气31在折流区域47中未分离地汇集在一起。
在这里以扁平管为形式的、具有三个隔板51、51’的、由以铝材料为基础的挤压型材形成的流道41、41’将通过附图进行详细说明，并在这里以示意图的形式显示出来。
图5.2中是传热或换热系数的特性以及热交换器的传热效率的典型特性，它们是通过以测量数据为基础对作为废气冷却器的热交换器30、40的实例进行计算得来的，所述热交换器如图3.2和图4.2中所示。在这里给出了典型的进口条件的数据，同时为了简化，将废气压力选为1bar。但对于其它的废气压力来说，结果是具有示范性的。曲线A显示了热交换器在未污染状态下的特性，曲线B显示了热交换器在污染状态下的特性。图5.2根据水力直径对换热系数进行说明。图6.2根据水力直径对压力损失的状态进行说明。
如图5.2中的曲线A所示，在热交换器未污染的情况下，随着水力直径的减少，对于热交换器效率十分重要的换热系数/传热在进一步加大。当水力直径低于6mm时，换热系数处于可接受的范围内。如图5.2中的曲线B所示，对于热交换器被污染的情况，水力直径低于一定的值时，换热系数将以不可接受的方式减少。水力直径的这个下限值为1.5mm。因此，发明的方案规定，流道的特征在于，水力直径相当于可被穿流的横断面面积与可被废气覆盖的周长之间的比的四倍，它的值为1.5mm到6mm。同样通过图6.2中所详示的压力损失规定，当水力直径低于6mm时，压力损失处于可接受的范围，但当水力直径低于1.5mm时，压力损失就不再是可接受的了。此外，从图5.2和图6.2中的不同阴影部分可以看出，水力直径应优选地处于2mm和5mm之间的范围。如阴影部分所示，在一个受污染的热交换器中，当水力直径处于2.5mm和3.5mm或2.8mm和3.8mm之间的优选范围时，换热系数处于相对平滑延伸的上部水平，而后一个范围首先对高压热交换器是非常重要的。因此，由于在以废气冷却器9’为形式的热交换器之前布置着如图2所示的废气净化器7，所以低温热交换器的污染程度所造成影响低于在图1中所详示的、以废气冷却器9为形式的高压热交换器，这种热交换器通常所受到的微粒和污染的影响要高于低温热交换器。对于低温热交换器和高压热交换器来说，图6.2中所示的压力损失是同样重要的。
从图7.2中的上部曲线可以看出，压力损失—这里所给出的是水力直径的极限值为1.5mm的流道的压力损失—随着污染的加重—由以小时为单位的运行时间表示—进一步上升。与之相反，当水力直径选为3.2mm时—同样，当在3.0mm和3.4mm之间的范围内、优选在3.1mm和3.3mm之间的范围内选择水力直径时—即使运行时间增加，污染程度也明显地稳定下来，从而使压力损失稳定在一个可接受的水平。
图8.2根据水力直径对被废气覆盖的周长与流道的外周长之间的比进行说明。优选的比值位于前面的所述的阴影区域，在这个区域，水力直径为2mm到5mm，特别是2.8mm到3.8mm。从图8可以看出，所述的比值应为0.1到0.5，以达到通过图5和图6所述的、改善后的换热系数和压力损失程度。图8在这里示范性地对在图10B中所示的流道型材进行了说明。在流道的可穿流横断面的其它如下所详述的实施形式上也可发现类似的趋势。因此，就图10B.2中的不同的隔板间距a(这里针对两个例子a＝2mm和a＝5mm)及两个对置的半隔板之间的间距与管横断面高度之间的不同比值而言，图8.2提供了一个已得到说明的比值，这里用k表示。比值k在图8中由箭头表示，它在一个低于0.8mm的范围内，优选地处于一个0.3mm和0.7mm之间的范围。在这里，两个对置的半隔板的间距e与管横断面的高度b之间的比k从0.25沿箭头方向增加到0.75。上述分析既可适用于图1.2所示的、废气再循环系统10中属于高压设计范畴的废气冷却器9，也可适用于图2.2所示的、废气在循环系统20中属于低压设计范畴的废气冷却器9’。
下面将通过图9A.2到14B.2对不同的优选流道的横断面的典型实施形式进行说明。在这里应明确的是，可以对它们进行改型，并且在附图中所示的实施形式的特征可任意组合，但同时水力直径可达到1.5mm到6mm，优选为2mm到5mm，优选为2.8mm到3.8mm。特别是在下面的附图中所示的实施形式中显示了一个改型，在这个改型中，流道外套厚度和隔板厚度d相同或相似，而在另一个改型中，隔板厚度d和流道外套厚度s之间的比低于1.0。半隔板的壁厚或类似尺寸也相应地根据所要实现的目的变化和调整。
在下面的按照比例的附图中显示了流道的实施形式，它们可被用于如图1.2和图2.2所示的废气再循环系统中，或者用于如图3和图4所示的热交换器中，例如，取代热交换器30上的流道41，或者取代废气热交换器40上的流道41’。特别是后面所述的流道全部可以满足图5到图8所述的、按照发明的水力直径的条件。
图9A.2和图9B.2中是流道的两个改型61、61’，其中，这些改型的区别在于，图9B所示的流道60’的外套厚度s大于隔板厚度d，而图9A所示的流道61的外套厚度则与之基本相同。此外，相同的特征采用相同的附图标号。
流道61、61’是整体挤压成型的型材，即挤压成型的流道外套与挤压成型的隔板一起形成。流道61、61’相应地具有流道外套63，所述流道外套包括被流道外套内侧65围成的内腔67，这个内腔在这里用于输送以废气为形式的第一流体并换热。此外，流道61、61’在这里具有五个在内腔67中布置在流道外套内侧65上的隔板69，它们与流道外套62一起由整体挤压成型的型材形成。隔板69完全平行于与图示平面垂直的流道轴，并沿着图3.2、图4.2所示的热交换器30、40的壳体37中的流路不间断地延伸。图示的可被穿流的横断面垂直于流道轴，用于输送内腔67中的废气。这一设计通过水力直径dh进行，所述水力直径通过这里的流道型材61、61’上的间距a、b(见图9B中的右下角)算出。水力直径相当于可被穿流的横断面面积与可被废气覆盖的周长之间的比的四倍。可被穿流的横断面面积在这里是a和b之积的若干倍。同样，可被覆盖的周长在这里是a和b之和再乘2的若干倍。a在这里是在流道中被隔板69分成的流动线路74的自由横断面的宽度，b在这里是流动线路74的自由高度。
在流道63、63’上及在后面所述的流道上，壁厚s为0.2mm到2mm，优选为0.8mm和1.4mm。流动线路74的高度b或内腔67的高度在这里为2.5mm到10mm，优选为4.5mm到7.5mm。流动线路74的宽度a为3mm到10mm，优选为4mm到6mm。
在图10A.2和图10B.2中是流道的一个特别优选的实施形式的另两个改型71、71’，它们的区别—如前所述一只在于流道外套71、71’的壁厚和隔板79的壁厚。此外，流道71、71’具有以全隔板为形式的隔板79及与全隔板70交替布置的半隔板79’。流道71、71’再次完全由挤压型材形成，其中，流动线路74还是由两个全隔板79之间的间隔形成。图10A和图10B所示的流道71、71’的可被穿流的横断面的水力直径由在图10B下面的公式算出。在这里，两个半隔板79’的端面76分别相对布置。
在图11A.2和图11B.2中是流道81、81’的一个特别优选的实施形式的另两个改型81、81’，其中，两个半隔板89’的端面86相互向侧面错开布置。所示断面的水力直径dh再次通过图10B下面的公式算出，其中，a1由a4代替。
第一半隔板89’到全隔板89的间距a3与第二半隔板89’到全隔板89的间距a4之间的比为0.5mm到0.9mm，优选为0.6mm到0.8mm。原则上，两个相对布置的半隔板79’和/或两个错开布置的半隔板89’之间的间距e与管横断面的高度b之间的比小于0.8mm，优选为0.3mm到0.7mm。
前面所述的流道具有挤压成型的流道外套并与整体挤压成型的隔板一起形成，但在图12A.2到图14B.2中所示的流道是带有多个隔板99的挤压成型的流道外套93、93’，所述隔板与流道外套93、93’分开制成，然后与流道内侧相连。为此，如图12B.2到图14B.2所示的型材92、92’具有波纹状的横断面，并装到流道外套93、93’中—在这里是插入。之后，型材92、92’与流道内侧65形成材料锁合联接。这种材料锁合联接在通过将型材92、92’钎接在流道内侧65上实现的。
为此，在图12A.2的截面图和在图12B.2的俯视图中是带有矩形波状的型材92或梯形波状的型材92’的流道91，所述型材分别插入到流道外套93中，如图12A.2所示，或者插入到流道外套93’中，如图13A.2所示。
从12B.2或13B.2中的俯视图分别可以看出，多个这种在横断面上为波纹状的型材92、92’沿着流道轴94分别按照长度t前后布置。在这里，波纹状的型材相互错开一个很小的间距，这样，在流道中沿着流道轴94流动的废气就分别交替地碰到前后布置的波纹状型材92、92’的前缘。前后布置的型材92、92’的错位宽度f为0.1mm到0.8mm，优选为0.3mm到0.6mm。
这样产生的温和的涡流提高了流道91、91’中的传热，而又不会使压力损失上升到不可接受的水平。图12A.2、图12B.2和图13A.2、图13B.2中的流道的水力直径由图12A.2下面的公式给出。
图14A.2和图14B.2中分别是带有矩形波状型材92的流道91或带有梯形波状的型材92’的流道91’的一个改型，其中，改型的型材92、92’还带有一个钎接的鱼鳞板片98。通过这个方式又在内腔67中形成温和的涡流，这具有优点地改善了按照图14A.2和图14B.2所示改型的流道91、91’中的传热。
概括的说，本发明涉及一种流道41、41’、61、61’，71、71’、81、81’，91、91’，它用于在第一流体31和第二流体33之间换热的热交换器30、40，包括：一个挤压成型的流道外套63、63’、73、73’、83、83’、93、93’，它带有一个被流道外套内侧65围成的内腔67；多个在内腔67中布置在流道外套内侧65上的隔板69、79、79’、89、89’、99，所述流道具有为在内腔中输送第一流体31而设计的可被穿流且垂直于流道轴94的横断面。为了保证改善传热，同时使压力损失处以可接受的水平并减少闭塞的风险，一个相当于可被穿流的横断面面积与可被第一流体覆盖的周长之间的比的四倍的水力直径的值被设为1.5mm到6mm。本发明还涉及一种热交换器，它具有一个包括多个流道的芯体，所述流道可被第一流体穿流并与流体接口实现流体连通。本发明还涉及一种废气再循环系统、一种增压空气供给系统和热交换器的应用。
按照第一变型，本发明涉及一种用于汽车的热交换器，它包括一个具有多个用于输送待冷却流体的流道6的第一流路1，一个布置在第一流路1之后的折流区域13和一个布置在折流区域13之后的第二流路2，其中，第一流路1和第二流路2中的流道6在折流区域13中延续成为连续的、相互分开的流道6。
按照第二变型，本发明涉及一种流道41、41’、61、61’、71、71’、81、81’、91、91’，它用于在第一流体31和第二流体33之间换热的热交换器30、40，包括：一个挤压成型的流道外套63、63’、73、73’、83、83’、93、93’，它带有一个被流道外套内侧65围成的内腔67；多个在内腔67中布置在流道外套内侧65上的隔板69、79、79’、89、89’、99，所述流道具有为在内腔67中输送第一流体31而设计的可被穿流且垂直于流道轴94的横断面。为了保证改善传热，同时使压力损失处以可接受的水平并减少闭塞的风险，一个相当于可被穿流的横断面面积与可被第一流体覆盖的周长之间的比的四倍的水力直径的值被设为1.5mm到6mm。本发明还涉及一种热交换器30、40，它具有一个包括多个流道41、41‘、61、61’、71、71‘、81、81‘、91、91’的芯体，所述流道可被第一流体31穿流并与流体接口实现流体连通。本发明还涉及一种废气再循环系统、一种增压空气供给系统和热交换器的应用。
本发明的第一变型和第二变型的不同实施例中的各个特征可相互自由且合理地组合。

Claims (71)

1、用于汽车的热交换器，
包括一个具有多个用于输送待冷却流体的流道(6)的第一流路(1)，
一个布置在第一流路(1)之后的折流区域(13)和一个布置在折流区域(13)之后的第二流路(2)，
其特征在于，
第一流路(1)中的流道(6)在折流区域(13)和第二流路(2)中延续成为连续的、相互分开的流道(6)。
2、据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，流体是汽车内燃机的废气。
3、根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，流体是汽车内燃机的增压空气。
4、根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，流体是汽车润滑回路中的润滑油。
5、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，流道(6)在端部固定在管板元件(14)上，其中，连续的流道(6)的两个端部分别插入到管板元件(14)中。
6、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，流道(6)布置在可优选被液态冷却介质穿流的壳体(3)中。
7、根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，壳体(3)具有冷却介质的进口(4)和出口(5)，其中，进口或出口中的一个布置在流道(6)的折流区域(13)的附近，特别是折流区域(13)的顶点的附近。
8、根据权利要求6或7所述的热交换器，其特征在于，在壳体(3)中布置引导冷却介质流动的导向元件(20)。
9、根据权利要求6到8中任一项所述的热交换器，其特征在于，在壳体中优选地布置着支撑元件(20)，用于固定流道(6)。
10、根据权利要求6到9中任一项所述的热交换器，其特征在于，壳体(3)基本由塑料组成。
11、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，流道(6)由挤压型材(15)形成。
12、根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，在一个挤压型材(15)内部设有至少两个流道(6)，其中，挤压型材(15)具有被冷却介质环流的外壁(15a)和将流道相互分开的内壁(15b)。
13、根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，内壁(15b)至少在挤压型材未被弯曲的状态下，在其长度范围内的厚度是可变的，其中，较小的弯曲半径对应着厚度薄的区域。
14、根据权利要求12或13所述的热交换器，其特征在于，外壁(15a)在横断面上具有至少在局部为倒圆的轮廓，从而具有更佳的挠曲性。
15、根据权利要求11到14中任一项所述的热交换器，其特征在于，设有若干个挤压型材(15)。
16、根据权利要求11到15中任一项所述的热交换器，其特征在于，挤压型材(15)由一种以铝为基础的合金组成。
17、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，一个流道(6)为位于外部的流道，另一个流道(6)为位于内部的流道，其中，位于内部的流道在折流区域(13)的折流半径小于位于外部的流道。
18、根据权利要求17所述的热交换器，其特征在于，位于内部的流道的壁厚大于位于外部的流道。
19、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，在至少一个流道(6)中设有涡流发生元件(6a)。
20、根据权利要求19所述的热交换器，其特征在于，涡流发生元件(6a)在流道的延伸范围内发生变化，同时在流道的延伸范围内流道阻力变大。
21、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，流道(6、7)由管的两个直线段组成，而在折流区域中弯头(13a)与这两个直线段相连。
22、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，流道(6)具有一个耐腐蚀的涂层。
23、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，第一流路(1)的至少一个流道(24a)在折流区域中与第二流路(2)的一个流道(24b)相邻，其中，折流区域(13)包括一个单独的、在两个流道(24a、24b)的端部将它们连接起来的元件(25)。
24、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，在至少一个流道上并且至少在未弯曲的状态下，在折流区域(13)中弯曲处的内壁(17)的壁厚小于弯曲处的外壁(18)的壁厚。
25、根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，第一连续的流道(18、19)处于第一平面中，而第二连续的流道(20、21)优选地在折流区域与这个平面相切。
26、根据权利要求25所述的热交换器，其特征在于，第一流道(18、19)和第二流道(20、21)的长度不同。
27、用于汽车的热交换器，包括一个用于输入内燃机废气的进口(9)，一个用于输出废气的出口(10)，至少一个用于将废气从进口(9)输送到出口(10)的流道(6)，其中，流道(6)被冷却介质环流以冷却废气，其特征在于，流道由挤压型材(15)形成。
28、根据权利要求27所述的热交换器，还包括权利要求1到26中的一项或多项所述的特征。
29、用于按照权利要求1到28中任一项所述的热交换器(30、40)—特别是废气热交换器或增压空气热交换器的流道(41、41’、61、61’、71、71’、81、81’、91、91’)，所述热交换器用于在包括废气或废气空气混合物或增压空气的第一流体(31)和包括冷却介质、优选为液态或气态或液气混合的冷却介质的第二流体(33)之间换热，该流道包括：
— 一个挤压成型的流道外套(63、63’、73、73’、83、83’、93、93’)，它带有一个被流道外套内侧(65)围成的内腔(67)；
— 多个在内腔(67)中布置在流道外套内侧(65)上的隔板(69、79、79’、89、89’、99)，
— 所述流道具有为在内腔(67)中输送第一流体(31)而设计的可被穿流且垂直于流道轴(94)的横断面，
其特征在于，
一个设定为可被穿流的横断面面积与可被第一流体覆盖的周长之间的比的四倍的水力直径，它的值为1.5mm到6mm。
30、根据权利要求29所述的流道，其特征在于，水力直径(dh)为2mm到5mm，优选为3.0mm到3.4mm，优选为3.1mm到3.3mm，最好为3.2mm。
31、根据权利要求29或30所述的流道，其特征在于，对于高压热交换器而言，水力直径(dh)优选为2.5mm到4mm，特别优选为2.8mm到3.8mm。
32、根据权利要求29到31中任一项所述的流道，其特征在于，对于低压热交换器而言，水力直径(dh)优选为2mm到3.5mm，特别优选为2.5mm到3.5mm。
33、根据权利要求29到32中任一项所述的流道，其特征在于，水力直径(dh)与流道外套厚度(s)之间的比优选为0.8到8，更优选为1.2到6，最好为1.4到6。
34、根据权利要求29到33中任一项所述的流道，其特征在于，隔板厚度(d)与流道外套厚度(s)之间的比低于1.0。
35、根据权利要求29到34中任一项所述的流道，其特征在于，被第一流体覆盖的周长与流道的外部周长之间的比为0.1到0.5。
36、根据权利要求29到35中任一项所述的流道，其特征在于，两个半隔板、特别是两个对置的半隔板和/或两个错开的半隔板之间的间距(e)与管的横断面高度(b)之间的比小于0.8，优选为0.3到0.7。
37、根据权利要求29到36中任一项所述的流道，其特征在于，第一半隔板到全隔板的间距(a3)与第二半隔板到全隔板的间距(a4)之间的比为0.5到0.9，优选为0.6到0.8。
38、根据权利要求29到37中任一项所述的流道，其特征在于，至少流道外套、优选为整个流道由以铝为基础的材料制成。
39、根据权利要求29到38中任一项所述的流道，其特征在于，至少流道外套、优选为整个流道由以钢为基础的材料、优选地以优质钢为基础的材料制成。
40、根据权利要求29到39中任一项所述的流道，其特征在于，流道外套由管形成，优选地由焊接和/或钎接的管或挤压成型的管形成。
41、根据权利要求29到40中任一项所述的流道，其特征在于，至少是流道外套、优选为整个流道由挤压型材形成。
42、根据权利要求29到41中任一项所述的流道，其特征在于，流道外套由板材、优选为焊接和/或钎接的板材形成。
43、根据权利要求29到42中任一项所述的流道，其特征在于，至少一个隔板(69、79、79’、89、89’)是与流道外套(63、63’、73、73’、83、83’)一起挤压成型的隔板。
44、根据权利要求29到43中任一项所述的流道，其特征在于，至少一个隔板被进一步整体成型和/或模制成型和/或变形。
45、根据权利要求29到44中任一项所述的流道，其特征在于，至少一个隔板与流道轴平行延伸。
46、根据权利要求29到45中任一项所述的流道，其特征在于，至少一个隔板沿着流道轴不间断地延伸。
47、根据权利要求29到46中任一项所述的流道，其特征在于，至少一个隔板(99)是与流道外套分开制成并与流道内侧(65)相连的隔板。
48、根据权利要求29到47中任一项所述的流道，其特征在于，隔板(99)被安装到、优选为插入到流道外套(93、93’、93＂)中。
49、根据权利要求29到48中任一项所述的流道，其特征在于，隔板(99)与流道内侧(65)形成材料锁合的联接，隔板优选地钎接、焊接或粘接在流道内侧上。
50、根据权利要求29到49中任一项所述的流道，其特征在于，隔板(99)通过轧制、冲压和/或滚压制成。
51、根据权利要求29到50中任一项所述的流道，其特征在于，至少一个隔板和/或流道外套、优选为流道外套内侧带有优选地以镀锌和/或涂漆为形式的腐蚀防护。
52、根据权利要求29到51中任一项所述的流道，其特征在于，流道外套为管，优选为扁平管。
53、根据权利要求29到52中任一项所述的流道，其特征在于，管横断面为矩形、椭圆形或半椭圆形。
54、根据权利要求29到53中任一项所述的流道，其特征在于，在管的横断面中以全隔板形式出现的隔板(69、79、89、99)的两端布置在流道外套内侧上并优选为连续的。
55、根据权利要求29到53中任一项所述的流道，其特征在于，在管的横断面中以半隔板为形式的隔板(79’、89’)只有一端布置在流道内侧(65)上，而另一端自由伸入到内腔(67)中。
56、根据权利要求29到55中任一项所述的流道，其特征在于，两个半隔板(79’)在另一端上的端面(76)相互对置。
57、根据权利要求29到56中任一项所述的流道，其特征在于，两个半隔板(89’)在另一端上的端面(86)向侧面相互错开布置。
58、根据权利要求29到57中任一项所述的流道，其特征在于，半隔板(79’、89’)和全隔板(79、89)依次交替地并排布置。
59、根据权利要求29到58中任一项所述的流道，其特征在于，隔板(99)是具有波状、特别是矩形波状或梯形波状的横断面的型材(92、92’)的一部分。
60、根据权利要求29到59中任一项所述的流道，其特征在于，多个横断面为波状的型材(92、92’)沿着流道轴(94)前后布置。
61、根据权利要求29到60中任一项所述的流道，其特征在于，隔板(92)具有流体导向元件和/或涡流发生元件(98)。
62、根据权利要求29到61中任一项所述的流道，其特征在于，流体导向元件和/或涡流发生元件(98)从下列一组元件中选择：
— 多个沿着流道轴的断口和/或开口，特别是切边、突出部如鱼鳞板等；
— 多个优选地沿着流动方向的波纹；
— 多个隔板开口，它们在形成隔板翅片时相互错开、特别是沿着流动方向相互错开。
63、根据权利要求29到62中任一项所述的流道，其特征在于，隔板的数量为2到20，优选为5到15，优选为7到12，优选为8到11，最好是9个隔板在管的横断面中并排布置。
64、热交换器(30、40)、特别是权利要求1到28中任一项所述的热交换器，优选为废气热交换器或增压空气热交换器，用于在包括废气或废气空气混合物或增压空气的第一流体(31)和包括冷却介质、优选为液态或气态或液气混合的冷却介质的第二流体(33)之间换热，
具有：
— 一个芯体(35)，用于将第一流体(31)和第二流体(33)相互分开并在输送它们的过程中进行换热；
— 一个用于第一流体(31)的流体接口；
所述芯体具有
壳体(37)，它具有一个可被第二流体(33)穿流的腔室
和一个芯体封闭元件(43)，用于腔室和流体接口液密地分离
其特征在于，
芯体(35)具有多个如权利要求29到63中任一项所述的流道(41、41’、61、61’、71、71’、81、81’、91、91’)，它们被第一流体(31)穿流，并且流体接口与流道实现流体连通。
65、根据权利要求64所述的热交换器，其特征在于，芯体封闭元件(43)为带有一个或多个为流道所设的通孔的管板。
66、根据权利要求64或65所述的热交换器，其特征在于，分别在进口侧和出口侧为第一流体设有单独的芯体封闭元件(43)(I形流)和/或芯体封闭元件(43)上具有第一流体的进口区域和出口区域(U形流)。
67、根据权利要求64到66中任一项所述的热交换器，其特征在于，流体接口采用扩流器的形式，优选地采用进口扩流器和/或出口扩流器的形式。
68、用于内燃机(1)的废气再循环系统(10、20)，具有一个废气再循环管路(8、8’)、一个压缩机(5)，其特征在于，还具有一个以废气热交换器、特别是废气冷却器为形式的、根据权利要求64到67中任一项所述的热交换器(9、9’)。
69、用于内燃机的增压空气供给系统，具有一个增压空气进气管(2A)、一个空气过滤器、一个压缩机(5)，其特征在于，还具有一个以增压空气热交换器、特别是增压空气冷却器为形式的、根据权利要求64到68中任一项所述的热交换器(6)。
70、根据权利要求64到67中任一项所述的热交换器用于内燃机，优选为柴油机。
71、根据权利要求64到67中任一项所述的热交换器用于内燃机，优选为汽油机。
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