CN101650137B - 废气热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气热交换器，尤其是用于机动车内废气再循环的废气冷却器，该废气热交换器具有废气可在其中流动且冷却剂可围绕其流动的若干热交换通道，它们利用一个设置在分配和/或集流腔内的导流装置通到该分配和/或集流腔内，其中，该导流装置具有废气进气面、废气排气面以及多个从废气进气面延伸至废气排气面的流动通道，它们相互倾斜。

Description

废气热交换器
本申请是申请日为2006年3月23日，申请号为200680009489.2，发明名称为“废气热交换器，尤其是用于机动车废气再循环的废气冷却器”的在先申请的分案申请。 
技术领域
本发明涉及一种废气热交换器，尤其是一种用于机动车内废气再循环的废气冷却器，其具有废气从其中流过的热交换器通道，这些热交换器通道利用设置在一个分配和/或集流腔内的一导流装置通到该分配和/或集流腔内，其中，该导流装置具有废气进气面、废气排气面以及多个从废气进气面延伸至废气排气面的流动通道，其中，所述流动通道相互倾斜地设置，所述流动通道相对于所述废气进气面和/或废气排气面的面法线倾斜地设置，和/或所述废气进气面和废气排气面的面法线相互倾斜地设置。 
背景技术
废气热交换器一方面为加热的目的用于加热冷却剂而另一方面用于冷却废气，也就是在机动车的再循环中作为废气冷却器使用。废气再循环(缩写为AGR)如公知的那样用于减少损耗并增加散热。废气再循环系统例如由DE-C19906401公知。在这种废气热交换器、尤其是废气冷却器中的一个问题是，在废气冷却器的废气通道中的柴油废气发生炭黑沉积。因此，在EP-A677715和DE-A19540683中为冷却器建议，在废气管中设置防止废气流中炭黑沉积的涡流装置。此外，在废气通道内侧呈V形地设置舌片或凸起、即所谓的小翼，它在废气流内产生特定的涡流。替代于此，也可以采用肋状件。不过，这种措施并不总足以避免导致有关废气热交换器功率降低的炭黑沉积，因此就必须把废气冷却器的尺寸设计得更大。 
在其它已知废气热交换器中规定，在废气热交换器前接有一个与催化器相互平行的流动通道。通常，催化器构造为圆柱形并设置在一个同样圆柱形的废气导管中。催化器沿其对称轴方向被废气直线地流过，并从而延 长其中设置有催化器的废气导管。相对于没有催化器的废气热交换器，这导致较高的空间需求。 
已知，柴油氧化催化器(已知其缩写为DOC)在机动车中位于废气管线内。这种催化器具有一个金属或陶瓷的、带有多个精细废气通道的蜂窝状主体，这些废气通道具有催化物质(例如铂等贵金属)涂层。在催化器存在的情况下，碳氢化合物在废气中氧过剩的条件下氧化成二氧化碳和水。在DE-A2924592和DE-A3543011中说明了这种催化器的结构，例如具有由优质钢制成的阵列的催化器结构。金属支架例如由平滑的和波浪形的、螺旋状卷绕的带组成，该带在卷绕后钎焊或者熔焊。然后，为该蜂窝状主体按照已知方法涂覆催化物质涂层。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有较小空间需求的废气热交换器。 
这一技术问题由按照本发明的一种废气热交换器解决。 
本发明的基本思想是将导流装置这样集成到废气热交换器中，即，使得借助导流装置影响废气流的流动方向、流速、流动截面、流动分布和/或其它流动参数。由此可能以节约空间的方式实现例如流体偏转和/或展宽。 
根据一种优选的实施例，各流动通道相互连通，例如通过将流动通道相互隔开的隔板内的通孔相互连通，从而确保各个流动通道之间的压力平衡，使各流动通道的流量分布均匀。 
根据一种优选设计，所述热交换器通道的端侧分布在一个平面上，该平面与废气进气面或排气面位置相对并尤其优选被所述废气进气面或排气面覆盖。由此，废气流由导流装置直接地分布在热交换器通道上或者从这些热交换器通道分布到流动通道上。 
尤其优选的是将导流装置和热交换器通道之间的距离选择为这样小，使得流动通道和热交换器通道类似地施加有均匀的流动分布。 
根据一种优选的实施形式，导流装置具有圆形废气进气面和四边形废气排气面或者反之，从而可以实现从圆形到多角形的流动截面过渡或者反之。在此，这些角可以被倒圆。 
根据优选的实施形式，废气热交换器具有任意的热交换器通道，例如 盘形件或具有废气管的管束。废气热交换器也可以有具有废气阀的旁通通道。 
优选将所述导流装置集成在废气热交换器内，也就是将其作为废气热交换器的一部分。由此可以将所集成的部件预先组装并安装到废气导管内，这方便了安装。尤其优选的是，在进气导管内设置导流装置，利用该导流装置实现了构造长度极短的优点，因为导流装置安装在废气热交换器的一个已经存在的空间内。 
根据本发明的另一优选设计，热交换器设置在一个AGR导管内，该导管或者在废气涡轮机之前、或者在其后与马达的废气导管相连。由此产生了进入废气热交换器的不同废气温度。 
流动通道的横截面密度为例如100至600、优选为150至300每平方英寸。流动通道例如长15至100、优选为80、特别优选为30至40毫米。流动通道优选涂覆有铂涂层，尤其该涂层的密度为20至320、特别是40至200或250克每立方英尺。 
废气排气面优选为由热交换器通道构成的热交换器组件的横截面的30至150％、尤其优选为其80至110％。导流装置的压力损耗优选为热交换器通道总的压力损耗的小于100％、尤其优选为它的小于50％、特别优选是它的小于30％、特别有利的是它的5至20％。 
根据一种优选的实施形式，热交换器通道由一种尤其是流体的冷却剂环绕流过。废气热交换器优选地具有一个用于导引冷却剂的套管，其中该套管优选具有用于冷却剂的流入管和流出管。 
根据一种优选的变形，热交换器通道可由气态的冷却剂、尤其是冷却空气来冷却。 
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例，下面将对其进行详细解释。在附图中： 
图1示意地示出了本发明的第一实施例， 
图2示意地示出了第二实施例， 
图3示出了本发明的第三实施例的一个示意截面， 
图4示出了本发明的第四实施例的一个示意截面， 
图5示出了本发明的第五实施例的一个示意截面， 
图6示出了本发明的第六实施例的一个示意截面， 
图7示意地示出了废气再循环系统。 
具体实施方式
图1示出了热交换器110，该热交换器带有未具体示出的热交换器通道，它们组合成一个热交换器组件120、例如管束。热交换器通道的流入侧通道分配腔130中，在该分配腔中设置有导流装置140，该导流装置具有一个平的废气进气面150和一个平的、与该废气进气面150平行的废气排气面160。分配腔130例如焊接或钎焊在热交换器组件120上。 
多个流动通道170从废气进气面150延伸到废气排气面160。流动通道170相互倾斜，使得图1中从左侧进入废气热交换器110的废气流的横截面被借助导流装置放大，其中，该废气流在此优选另外地均匀化。
废气进气面150和废气排气面160是圆形的。如果热交换器组件120的横截面是多边形的，那么废气排气面160与热交换器组件120之间的最小距离就是必需的，因为分配腔130具有一个从圆型到多边形的横截面形状的过渡区域180。 
图2示出一个具有未具体示出的热交换器通道的废气热交换器210，这些热交换器通道组合成一个热交换器组件220、例如管束。这些热交换器通道的流入侧通到分配腔230内，在该分配腔内设置一个导流装置240，该导流装置具有一个平的废气进气面250和一个平的、与废气进气面250平行的废气排气面260。该分配腔230例如焊接或钎焊在热交换器组件220上。 
多个流动通道270从废气进气面250延伸至废气排气面260。该流动通道270部分是弯曲的，部分是直线的并相互倾斜，使得图2中从左侧进入该废气热交换器210的废气流的横截面被借助导流装置240放大，其中废气流在此优选额外地均匀化。 
废气进气面250是圆形的，而废气排气面260覆盖热交换器组件220或热交换器通道的横截面并为此目的而例如是多边形的。因此，导流装置起到从圆形横截面形状过渡到多边形横截面形状的作用，使得废气进气面260与热交换器组件220之间的距离可以留得非常小。 
图3示出了一种具有未具体示出的热交换器通道的废气热交换器310， 这些热交换器通道组合成一个热交换器组件320、例如管束。这些热交换器通道的流入侧通到分配腔330内，在该分配腔内设置一个导流装置340，该导流装置具有一个平的废气进气面350和一个平的、与废气进气面350相对倾斜的废气排气面360。该分配腔330例如焊接或钎焊在热交换器组件320上。 
多个流动通道370从废气进气面350延伸至废气排气面360。该流动通道370是弯曲的并这样设置，使得图3中从下侧进入该废气热交换器310的废气流的横截面被借助导流装置340放大，其中废气流在此优选额外地均匀化。此外，导流装置340起到使废气流偏转的作用。 
图4示出了一种具有未具体示出的热交换器通道的废气热交换器410，这些热交换器通道组合成一个热交换器组件420、例如管束。这些热交换器通道的流入侧通到分配腔430内，在该分配腔内设置一个导流装置440，该导流装置具有一个平的废气进气面450和一个平的、与废气进气面450相对倾斜地设置的废气排气面460。该分配腔430例如焊接或钎焊在热交换器组件420上。 
多个流动通道470从废气进气面450延伸至废气排气面460。该流动通道470是相互平行的，不过废气进气面450和废气排气面460都相对于面法线倾斜，使得图4中从下侧进入该废气热交换器410的废气流的横截面被借助导流装置440偏转并优选被均匀化。 
图5示出了一种具有未具体示出的热交换器通道的废气热交换器510，这些热交换器通道组合成一个热交换器组件520、例如管束。这些热交换器通道的流入侧通到分配腔530内，在该分配腔内设置一个导流装置540，该导流装置具有一个圆柱形的废气进气面550和一个圆柱形的、与废气进气面550同轴地设置的废气排气面560。 
多个流动通道570星形地从废气进气面550延伸至废气排气面560。该流动通道570由于星形形状而相互倾斜，不过废气进气面550和废气排气面560都平行于面法线，也就是说，流动通道570分别垂直地通到面550、560。为了将废气尽可能均匀地施加到废气进气面550，用环形通道590将其围绕，通过该环形通道将图5中从下侧进入该废气热交换器510的废气流导引至导流装置540。在导流装置的内部空间内，也就是在由废气排气面560构成的圆柱体内部收集废气，并将其供给至热交换器组件520的热交换 器通道。 
图6示出了一种具有未具体示出的热交换器通道的废气热交换器610，这些热交换器通道组合成一个热交换器组件620、例如管束。这些热交换器通道的流入侧通到分配腔630内，在该分配腔内设置一个导流装置640，该导流装置具有一个圆柱形的废气进气面650和一个圆柱形的、与废气进气面650同轴地设置的废气排气面660。 
多个流动通道670从废气进气面650星形地延伸至废气排气面660。该流动通道670由于星形形状而相互倾斜，并由此也相对于废气进气面650和废气排气面660的面法线倾斜。为了将废气尽可能均匀地施加到废气进气面650，用环形通道690将其围绕，通过该环形通道将图6中从下侧进入该废气热交换器610的废气流导引至导流装置640。在导流装置的内部空间内，也就是在由废气排气面660构成的圆柱体内部收集废气，并将其供给至热交换器组件620的热交换器通道，其中，由流动通道670相对于面650、660的面法线的倾斜实现额外的偏转并因而在可能的情况下实现压力损耗的降低。 
根据未示出的实施形式，分配腔将通过法兰连接固定在热交换器组件上。 
图7以示意图示出具有柴油机21的废气再循环系统20，为该柴油机配设有进气管22和排气管23。在进气管22中设置有由废气涡轮机24驱动的透平增压器25，该透平增压器压缩吸入的空气并将其供给增压空气冷却器26。该废气涡轮机24设置在排气管23内，并加载柴油机21的废气。具有废气再循环阀29和废气热交换器30的废气再循环导管28在分支点与排气管23相连，并在连接点31内与进气管22相连。废气因此在冷却后反馈回来。因此，在分支点27内的废气的取出在废气涡轮机24之前实现。根据一种由虚线示出的废气再循环导管32示出的替换形式，废气在废气涡轮机34之后的一个分支点33被取出。废气热交换器30与上述根据本发明的废气热交换器相对应。另外，可以例如根据DE 10203003A1构造废气热交换器30成具有旁路通道和废气旁通阀的废气热交换器。 

Claims (22)

1.一种废气热交换器，其具有废气从其中流过的热交换器通道，这些热交换器通道利用设置在一个分配和/或集流腔内的一导流装置通到该分配和/或集流腔内，其中，该导流装置具有废气进气面、废气排气面以及多个从废气进气面延伸至废气排气面的流动通道，其中，所述流动通道相互倾斜地设置，所述流动通道相对于所述废气进气面和/或废气排气面的面法线倾斜地设置，和/或所述废气进气面和废气排气面的面法线相互倾斜地设置，其特征在于，所述流动通道的横截面密度为100至600每平方英寸，并且所述流动通道长15至100毫米。
2.根据权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气热交换器是用于机动车废气再循环的废气冷却器。
3.根据权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，所述导流装置是催化器。
4.根据权利要求3所述的废气热交换器，其特征在于，所述催化器是氧化催化器。
5.根据权利要求4所述的废气热交换器，其特征在于，所述氧化催化器是柴油氧化催化器。
6.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述流动通道、废气进气面法线和/或废气排气面法线相对于所述热交换器通道的主流动方向倾斜地设置。
7.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述流动通道完全相互隔开。
8.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述流动通道通过若干通孔相互连通。
9.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气排气面和废气进气面一样大，或者所述废气排气面小于或大于废气进气面。
10.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气进气面或废气排气面与所述热交换器通道位置相对地设置，并在排气侧或进气侧覆盖所有热交换器通道。
11.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，在所述废气进气面或排气面与所述热交换器通道之间的距离小于15毫米。
12.根据权利要求11所述的废气热交换器，其特征在于，在所述废气进气面或排气面与所述热交换器通道之间的所述距离小于10毫米。
13.根据权利要求11所述的废气热交换器，其特征在于，在所述废气进气面或排气面与所述热交换器通道之间的所述距离小于5毫米。
14.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述流动通道被构造为直线的或弯曲的。
15.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气进气面和/或排气面是环形的。
16.根据权利要求15所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气进气面和/或排气面是圆形或多边形。
17.根据权利要求15所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气进气面和/或排气面是四边形的。
18.根据权利要求15所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气进气面和/或排气面是矩形的。
19.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述废气进气面或排气面由一个用于废气的环形通道环绕。
20.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述分配和/或集流腔被构造成扩散器，并且所述导流装置尤其充满该扩散器横截面。
21.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述热交换器通道由一些其管端保持在管底中并由一个导引该冷却剂的壳体环绕的管构成。
22.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，所述分配和/或集流腔具有用于连接废气导管的法兰，该废气导管是废气再循环导管。
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