CN103162554A - 热交换器 - Google Patents

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CN103162554A CN2012102220948A CN201210222094A CN103162554A CN 103162554 A CN103162554 A CN 103162554A CN 2012102220948 A CN2012102220948 A CN 2012102220948A CN 201210222094 A CN201210222094 A CN 201210222094A CN 103162554 A CN103162554 A CN 103162554A
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Abstract

一种热交换器，可以包括：具有形成在一个末端的外圆周的多个旁路孔和安装在另一个末端的阀门的废气管，废气选择性地流进旁路孔，形成径向外部流动空间、并具有冷却剂排出和流入端口的壳，分割流动空间的第一和第二顶盖，适于通过旁路孔而接收废气的第一连接构件，第二连接构件，包括内管和外管以及形成在内管和外管之间的油管路的油流动部分，以及布置在废气管和油流动部分之间、配备有至少一个联结管、适于连接第一顶盖与第二顶盖的至少一个热辐射单元。

Description

热交换器
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月9日提交的韩国专利申请第10-2011-0132228号的优先权，该申请的全部内容为所有目的通过引用而结合于此。
技术领域
本发明涉及一种热交换器。更具体地，本发明涉及一种通过与高温废气和冷却剂进行热交换而控制在热交换器中流动的工作流体的温度的热交换器。
背景技术
一般地，当车辆初始启动时，需要加热发动机或变速箱，并且车辆运行期间，需要冷却发动机或变速箱。因此，将热交换器用在车辆中。
热交换器通过热传递表面将热量从高温流体传递到低温流体。这种热交换器为了需要的性能而再利用热能或控制其中流动的工作流体的温度。热交换器应用到车辆的空调系统或变速箱油冷却器，并且热交换器安装在发动机室。
这里，应用到排气系统的热交换器适用于当车辆初始启动时，通过使用车辆的废热而快速提高发动机和变速箱中使用的油的温度。因此，车辆初始启动时，废气与冷却剂和油交换热量，在车辆运行期间，油与冷却剂交换热量以便降低发动机和变速箱的温度。
应用到排气系统的热交换器安装在废气管周围，以便通过有效地使用废气而执行热交换。在热交换器中流动的废气与油和冷却剂交换热量。
阀门安装在位于热交换器中的废气管的末端。阀门根据车辆的运行状态而选择性地打开/关闭，以便将废气供给热交换器或者通过废气管排出废气。
也就是说，连接到废气管末端的阀门被关闭，以便在车辆启动之后在初始加热期间，快速加热发动机油、变速箱油和冷却剂。在这种情况下，废气在热交换器中流动期间与油和冷却剂交换热量。因此，可以快速加热油和冷却剂。
另外，连接到废气管末端的阀门部分打开，以便当冷却剂的温度被提高、油的温度未被提高时，通过使用一部分废气而加热油和冷却剂。
此后，阀门完全打开，从而当冷却剂和油被完全加热时，防止废气流进热交换器，并且通过废气管排出废气。因此，不提高冷却剂和油的温度。相反，油可以通过与冷却剂热交换而冷却。
这里，在热交换器中提供用于流动废气的多个管子，并且冷却剂和油通过管子的外侧。因此，废气与冷却剂和油交换热量。
最近，壳管式热交换器配备有形成在多个管子的内圆周的较小直径部分，以便改变废气的流动。从而，壳管式热交换器增强了热交换效率。
然而，如果壳管式的管子应用到热交换器来改变废气的流动，那么由于较小直径部分应该形成在每个管子的内圆周，可能增加生产成本。另外，因为管子的内圆周是光滑的，冷却剂中难以形成湍流。因此，与生成成本相比，不能有效地增加热交换效率。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供一种热交换器，该热交换器具有以下优点：通过采用高温废气和冷却剂，根据车辆运行状态或初始启动情况的工作流体的温度同时加热或冷却工作流体。
本发明的各个方面提供一种热交换器，该热交换器还具有以下优点：通过促进在热交换器中流动的废气和冷却剂的流动改变和湍流的形成而提高工作流体之间的热交换效率。
本发明的各个方面提供一种热交换器，该热交换器可以包括：具有形成在其末端部分的外圆周的多个旁路孔和安装在其另一个末端部分的阀门的废气管，废气根据阀门的运行选择性地流进旁路孔；壳，壳布置在废气管的径向外部以便在壳和废气管之间形成流动空间，并具有形成在其一个侧面的冷却剂排出端口和形成在其另一个侧面的冷却剂流入端口；分别安装在壳的两个末端部分并分割流动空间的第一顶盖和第二顶盖；将壳的一个末端连接到废气管的末端部分并适于通过那里的旁路孔而接收废气的第一连接构件；具有连接到壳的另一个末端的末端的第二连接构件；形成在废气管和壳之间，并包括内管和外管以及形成在内管和外管之间的油管路的油流动部分，油管路流体连接到油流入端口和油排出端口；以及至少一个热辐射单元，所述至少一个热辐射单元布置在废气管和油流动部分之间以及壳和油流动部分之间，配备有通过联结沿着长度方向形成有至少一个突出部分的至少一个平板而形成的至少一个联结管，并且适于连接第一顶盖与第二顶盖；其中，连接管路形成在联结管中，以便流进第一连接构件的废气在那里流动，并且在连接管路中流动的废气与通过联结管的外侧的冷却剂和变速箱油交换热量。
突出部分可以通过冲压而整体和/或一体形成在平板。
突出部分可以配备有形成为半圆形的外圆周和内圆周，并且可以沿着平板的长度方向布置为螺旋形。
热辐射单元的两个末端可以分别插在第一顶盖和第二顶盖中，并且突出部分可以不形成在热辐射单元的两个末端。
联结管可以是由多个突出部分形成的圆形管，并且联结管的内圆周和外圆周可以形成为螺旋形，从而通过废气的旋转而在连接管路中流动的废气中产生涡流，并且使得通过连接管路的外侧的冷却剂形成湍流。
联结管可以是在一对平板的突出部分被布置为朝向外侧突出的状态中，通过联结该对平板而形成的。
可以根据废气管的直径以及第一顶盖和第二顶盖的尺寸而改变包括在热辐射单元中的联结管的数量。
组成一个热辐射单元的联结管可以可释放地彼此装配。
多行突出部分可以形成在一个平板上，并且该一个平板可以折叠以形成热辐射单元，从而一行突出部分被连接到另一行突出部分，以形成联结管。
热辐射单元可以将废气管的外圆周包围在废气管的外圆周和油流动部分的内管之间。
热辐射单元可以在油流动部分的外管和壳之间彼此分开地布置。
平板可以配备有形成在联结管之间的至少一个流动孔。
多个第一安装孔和第二安装孔可以形成在第一顶盖和第二顶盖，并且热辐射单元的两个末端可以分别插在第一安装孔和第二安装孔中。
油排出端口和油流入端口可以分别对应于冷却剂排出端口和冷却剂流入端口形成在壳的一个侧面和另一个侧面。
通过连接管路的废气的流动方向可以与通过油管路的变速箱油的流动方向和通过壳的流动空间的冷却剂的流动方向相反。
本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是根据本发明的示例性热交换器的透视图。
图2是沿着图1中的线A-A切制的剖面图。
图3是沿着图1中的线B-B切制的剖面图。
图4是应用到根据本发明的热交换器的示例性热辐射单元的透视图。
图5是应用到根据本发明的热交换器的示例性热辐射单元的分解透视图。
图6a和图6b是用于显示根据本发明的示例性热交换器的运行的剖面图。
具体实施方式
以下将详细参考本发明的不同实施方式，本发明的实例在附图中示出并在下面进行描述。虽然结合示例性实施方式描述本发明，但应了解该描述不是旨在将本发明限制于那些示例性实施方式。相反地，本发明旨在不仅仅覆盖示例性实施方式，还覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围里的各种替代、改进、等效结构以及其他实施方式。
图1是根据本发明的各种实施方式的热交换器的透视图；图2是沿着图1中的线A-A切制的剖面图；图3是沿着图1中的线B-B切制的剖面图；图4是应用到根据本发明的各种实施方式的热交换器的热辐射单元的透视图；以及图5是应用到根据本发明的各种实施方式的热交换器的热辐射单元的分解透视图。
参考附图，根据本发明的各种实施方式的热交换器10适于通过使用高温废气和冷却剂，根据车辆运行状态或初始启动情况的工作流体的温度而加热并冷却工作流体。
另外，热交换器10适于通过促进在热交换器中流动的废气和冷却剂的流动改变和湍流的形成而提高工作流体之间的热交换效率。
为了这些目的，如图1和图2中所示的根据本发明的各种实施方式的热交换器10包括：废气管12、壳20、第一顶盖30、第二顶盖40、第一连接构件50、第二连接构件60、油流动部分70和热辐射单元80。
多个旁路孔14形成在废气管12的末端部分的外圆周，并且阀门16安装在废气管12的另一个末端部分。因此，通过旁路孔14废气被从废气管12而排出，或者废气根据阀门16的打开/关闭操作而通过废气管12。
从发动机排出的废气流进形成有旁路孔14的废气管12的末端部分。
根据各种实施方式，壳20布置在废气管12的径向外部，以便在壳20和废气管12之间形成流动空间22。
壳20具有圆柱形状，并且冷却剂排出端口26和冷却剂流入端口24分别形成在壳20的一个侧面和另一个侧面。因此，冷却剂通过冷却剂流入端口24流进流动空间22，并且通过冷却剂排出端口26从流动空间22排出。
另外，第一顶盖30和第二顶盖40安装在壳20的两个末端部分，以便分割流动空间22，并且防止流进流动空间22的冷却剂流进废气管12。
另外，第一顶盖30和第二顶盖40适于将壳20固定到废气管12。
根据各种实施方式，第一连接构件50将壳20的一个末端连接到废气管12的一个末端部分。废气通过旁路孔14流进由第一连接构件50形成的空间。
第二连接构件60的一个末端连接到壳20的另一个末端，并且第二连接构件60的另一个末端连接到废气管或消声器。流进由第二连接构件60形成的空间的废气，通过第二连接构件60的另一个末端被排出。
根据各种实施方式，油流动部分70形成在废气管12和壳20之间，并且包括内管72和外管74。油管路75形成在内管72和外管74之间。
油流动部分70的外管74连接到油流入端口76和油排出端口78，以便通过油流入端口76接收变速箱油，并且通过油排出端口78排出变速箱油。
这里，油排出端口78和油流入端口76对应于冷却剂排出端口26和冷却剂流入端口24形成在的壳20的一个侧面和另一个侧面。
也就是说，冷却剂流入端口24接近于第二顶盖40形成，冷却剂排出端口26接近于第一顶盖30形成。另外，冷却剂排出端口26形成在冷却剂流入端口24的径向相反方向。
另外，油流入端口76接近于第二顶盖40形成，并从冷却剂流入端口24的径向相反方向连接到油管路75。油排出端口78接近于第一顶盖30形成，并从冷却剂排出端口26的径向相反方向连接到油管路75。
根据各种实施方式，如图2和图3所示，热辐射单元80布置在废气管12和油流动部分70之间以及壳20和油流动部分70之间。
热辐射单元80包括通过装配平板82形成的多个联结管88，其中，装配平板处沿着长度方向形成至少一个突出部分84。用于使流进由第一连接构件50形成的空间的废气流到由第二连接构件60形成的空间的连接管路86形成在联结管88中。
另外，多个热辐射单元80彼此平行布置，并连接第一顶盖30与第二顶盖40。通过热辐射单元80的废气与通过流动空间22的冷却剂和通过油管路75的变速箱油交换热量。因此，冷却剂和变速箱油的温度被控制。
这里，热辐射单元80的一个末端安装在第一顶盖30处形成的第一安装孔32，热辐射单元80的另一个末端安装在第二顶盖40处形成的第二安装孔42。
也就是说，热辐射单元80的两个末端部分插在第一安装孔32和第二安装孔42中，从而热辐射单元80流体连接第一顶盖30与第二顶盖40。如果安装在废气管12的阀门16被关闭，通过旁路孔14流进第一连接构件50的废气通过热辐射单元80流到由第二连接构件60形成的空间。此后，废气被排到废气管或消声器。
通过联结管88的连接管路86的废气的流动方向与通过油管路75的变速箱油的流动方向以及通过壳20的流动空间22的冷却剂的流动方向相反。
因此，废气当流到冷却剂和变速箱油的相反方向时，与冷却剂和变速箱油交换热量。因此，热交换更有效地发生。
根据各种实施方式，热辐射单元80将废气管12的外圆周包围在废气管12的外圆周和油流动部分70的内管72之间。
另外，热辐射单元80在油流动部分70的外管74和壳20之间彼此分开地布置。根据各种实施方式，典型的是，三个热辐射单元80在外管74和壳20之间彼此分开地布置。
如图4和图5中所示，根据各种实施方式，突出部分84的外圆周和内圆周形成为半圆形状。多个突出部分84沿着平板82的长度方向布置为螺旋形状。
这里，突出部分84不形成在热辐射单元80的两个末端部分。因为热辐射单元80的两个末端部分分别插在第一顶盖30和第二顶盖40处形成的第一安装孔32和第二安装孔34中，直管路部分形成在热辐射单元80的两个末端部分，以便在热辐射单元80的两个末端部分和第一安装孔32、第二安装孔34之间形成密封。
可以通过冲压将突出部分84整体和/或一体形成在平板82。
根据各种实施方式，联结管88是由多个突出部分84形成的圆形管，联结管88的内圆周和外圆周形成为螺旋形状。
当废气在连接管路86中流动时，联结管88使废气旋转，以便产生涡流。
另外，使得通过联结管88的外侧的冷却剂和变速箱油形成湍流，从而可以提高废气、冷却剂和变速箱油之间的热交换效率。
在一对平板82的突出部分84被布置为朝向外侧突出的状态中，联结该对平板82以形成管形。从而，形成联结管88。
也就是说，在布置该对平板82使得形成在该对平板82的突出部分84的内表面彼此面对的状态中，使得该对平板82彼此联结，以便形成其中具有连接管路86的联结管88。
这里，可以通过焊接联结该对平板82。
可以根据第一顶盖30和第二顶盖40的尺寸和废气管12的直径而控制包括在热辐射单元80中的联结管88的数量。另外，组成一个热辐射单元80的联结管88可释放地装配。
根据各种实施方式，包括八个联结管88的热辐射单元80布置在壳20和油流动部分70之间，包括二十五个联结管88的热辐射单元80布置在废气管12和油流动部分70之间，但不局限于此。也就是说，可以根据废气管12的直径以及第一顶盖30和第二顶盖40的尺寸控制联结管88的数量。另外，可以根据联结管88的数量，从包括多个联结管88的热辐射单元80拆卸期望数量的联结管88。
根据各种实施方式，板形热辐射单元80被弯曲成对应于具有圆柱形状的废气管12和壳20的弧形。
典型的是，热辐射单元80具有弧形，但不局限于此。可以根据废气管12和壳20的形状而改变热辐射单元80的形状。
同时，根据各种实施方式，至少一个流动孔89可以形成在平板82中的联结管88之间。流动孔89沿着平板82的长度方向形成。
通过冲压将突出部分84形成在平板82之后，可以通过冲孔形成流动孔89。
这里，流动孔89使得通过热辐射单元80的外侧的冷却剂能够相对于热辐射单元80向上或向下流动。因此，可以使得联结管88的外圆周处的冷却剂的流动均匀化。因此，可以进一步增强冷却剂和废气之间的热交换效率。
根据各种实施方式，两个平板82彼此装配，以便形成热辐射单元80。然而，不局限于此。多行突出部分84形成在一个平板82，并且该一个平板82被折叠以形成热辐射单元80，使得一行突出部分84连接到另一行突出部分84，以便形成具有连接管路86的联结管88。
下文中，将详细描述根据本发明的各种实施方式的热交换器10的运行和功能。
图6a和图6b是用于显示根据本发明的各种实施方式的热交换器的运行的剖面图。
如图6a中所示，当车辆初始启动时，阀门16关闭废气管12，并从发动机供给废气管12的废气通过旁路孔14流到由第一连接构件50形成的空间。
流进由第一连接构件50形成的空间的废气移动通过联结管88的连接管路86。此时，因为联结管88的突出部分84形成为螺旋形，连接管路86中流动的废气被旋转以产生涡流。
这里，冷却剂通过联结管88的外侧，并且由于突出部分84的螺旋形而在冷却剂中形成湍流。
另外，冷却剂通过流动孔89而均匀分布在热辐射单元80的上面和下面。因此，冷却剂有效地与废气交换热量。因此，冷却剂可以被快速加热。
另外，通过油流动部分70的油管路75的变速箱油被通过布置在油流动部分70的径向内部和外部的热辐射单元80的废气快速加热。因此，变速箱油可以被快速加热。
相反地，如图6b中所示，如果冷却剂和变速箱油被完全加热，阀门16完全打开废气管，并且废气被阻止流进热辐射单元80，并且废气被通过废气管12排出。因此，防止冷却剂和变速箱油的温度升高。
此时，冷却剂通过与变速箱油的热交换而冷却变速箱油，以防止变速箱油的温度过度升高。
由于废气与冷却剂和变速箱油交换热量，根据本发明的各种实施方式的热交换器10适于有效地控制车辆运行状态或初始启动情况的冷却剂和变速箱油的温度。
因此，根据本发明的各种实施方式的热交换器10适于通过使用高温废气和冷却剂而根据车辆运行状态或初始启动情况的工作流体的温度而加热并冷却工作流体。
另外，热交换器10适于通过促进在热辐射单元中流动的废气和在热辐射单元的外侧流动的冷却剂的流动改变和湍流的形成，而提高工作流体之间的热交换效率。
因为可以根据车辆的情况控制工作流体的温度，可以提高车辆的燃料经济性和加热性能。另外，因为简化了热交换器的结构，可以简化装配过程。
另外，形成有螺旋状的突出部分84的至少一个平板82被装配，以形成具有连接管路86的螺旋形的联结管88。因此，可以减少生产成本并降低热交换器10的重量。
为了方便在所附权利要求中说明和准确定义，参考图中显示的特征的位置，采用术语上或下，前或后，内或外，等等，描述示例性实施方式的这些特征。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和描述的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (15)

1.一种热交换器，包括：
废气管，所述废气管具有形成在一个末端的多个圆周旁路孔和安装在另一个末端的阀门，其中，当所述阀门关闭时，废气选择性地流进所述旁路孔；
外部径向壳，所述外部径向壳形成所述壳和所述废气管之间的环形流动空间，其中，所述壳具有形成在其一个侧面的冷却剂排出端口和形成在其另一个侧面的冷却剂流入端口；
第一顶盖和第二顶盖，所述第一顶盖和所述第二顶盖分别安装在所述壳的相对末端并分割所述流动空间；
第一连接构件，所述第一连接构件使所述壳的一个末端和所述废气管的所述一个末端互连，以通过所述旁路孔接收废气；
第二连接构件，所述第二连接构件具有连接到所述壳的另一个末端的一个末端；
油流动部分，所述油流动部分形成在所述废气管和所述壳之间，并包括内管和外管以及形成在所述内管和所述外管之间的油管路，所述油管路流体连接到油流入端口和油排出端口；以及
布置在所述废气管和所述油流动部分之间的至少一个热辐射单元，和布置在所述壳和所述油流动部分之间的至少另一个热辐射单元，每一个热辐射单元都配备有至少一个联结管并且适于连接所述第一顶盖与所述第二顶盖，所述联结管是通过联结沿着长度方向形成有至少一个突出部分的至少一个平板而形成的；
其中，连接管路形成在所述联结管中，以便流进所述第一连接构件的废气在那里流动，并且在所述连接管路中流动的废气与通过所述联结管的外侧的冷却剂和变速箱油交换热量。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述突出部分通过冲压而整体形成在所述平板上。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述突出部分配备有形成为半圆形的外圆周和内圆周，并且沿着所述平板的长度方向布置为螺旋形。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其中，所述热辐射单元的两个末端分别插在所述第一顶盖和所述第二顶盖中，并且所述突出部分不形成在所述热辐射单元的两个末端。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述联结管是由多个突出部分形成的圆形管，并且所述联结管的内圆周和外圆周形成为螺旋形，从而通过废气的旋转而在所述连接管路中流动的废气中产生涡流，并且使得通过所述连接管路的外侧的冷却剂形成湍流。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述联结管是在一对平板的突出部分被布置为朝向外侧突出的状态中，通过联结该对平板而形成的。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中，根据所述废气管的直径以及所述第一顶盖和所述第二顶盖的尺寸而改变包括在所述热辐射单元中的联结管的数量。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其中，一个热辐射单元的联结管可释放地彼此装配。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，多行突出部分形成在一个平板上，并且该一个平板被折叠以形成所述热辐射单元，从而一行突出部分被连接到另一行突出部分，以形成所述联结管。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述热辐射单元将所述废气管的外圆周包围在所述废气管的外圆周和所述油流动部分的内管之间。
11.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述热辐射单元在所述油流动部分的外管和所述壳之间彼此分开地布置。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述平板配备有形成在所述联结管之间的至少一个流动孔。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其中，多个第一安装孔和第二安装孔形成在所述第一顶盖和所述第二顶盖，并且所述热辐射单元的两个末端分别插在所述第一安装孔和所述第二安装孔中。
14.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述油排出端口和所述油流入端口分别对应于所述冷却剂排出端口和所述冷却剂流入端口形成在所述壳的一个侧面和另一个侧面。
15.根据权利要求1所述的热交换器，其中，通过所述连接管路的废气的流动方向与通过所述油管路的变速箱油的流动方向和通过所述壳的流动空间的冷却剂的流动方向相反。
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