CN103620180B - 热交换器以及用于内燃机废气的再循环和冷却的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器（1），尤其是废气或增压空气热交换器（2），其包括带有外壳罩（4）的外壳（3）；带有开口（6）的第一底座（5）和第二底座；作为第一流动通道（9）的管子（7），该第一流动通道（9）用于输送第一流体，尤其是废气，管子的末端设置在第一和第二底座（5）的开口（6）中或开口上，管子（7）和第一和/或第二底座（5）设置在外壳（3）中，从而在外壳（3）和管子（7）之间形成第二流动通道（10），该第二流动通道（10）用于输送第二流体，尤其是冷却液；针对第一流体的进入口（11）；针对第一流体的第一排出口；针对第二流体的第二进入口（12）；针对第二流体的第二排出口；用于将第一流体导入管子（7）中的第一扩散器（13）；用于将第一流体导出管子（7）的第二扩散器。上述热交换器必须具有简单和制造成本低的特点，且能够确保可靠运行，尤其是具有足够的密封性。本发明通过将第一和/或第二扩散器（13）与外壳（3）一体成型的方式解决上述问题。

Description

热交换器以及用于内燃机废气的再循环和冷却的结构
技术领域
本发明涉及一种热交换器以及一种用于内燃机废气的再循环和冷却的结构。
背景技术
热交换器，尤其是废气热交换器，使用在将热量从第一流体转移到第二流体的不同技术应用中。在此，第一流体和第二液体都流经热交换器，在这个过程中热量从第一流体传递至第二流体，反之亦然。在废气热交换器中，通过多个被设计为扁管的管子来输送作为第一流体的废气。在此，作为第二流体的冷却液被引导至上述扁管周围。由此将热量从热废气传递到冷却液，从而冷却废气。
废气热交换器一般包括外壳、两个带有开口的底座以及多个管子，管子的末端设置在底座中。其中管子以及两个底座设置在外壳内，以便在管子中形成针对热交换器中的废气的第一流动通道，在管子之间形成针对热交换器中的冷却液的第二流动通道。在此，热交换器的部件一般由金属制成，尤其是铝或不锈钢，且优选以材料锁合的方式通过焊接互相连接。
DE 10 2005 005 190 A1公开了一种废气冷却器结构，其包括外壳，其中在外壳中设置有热交换区，以及包括调节机构，其用于调节通过热交换区的废气流，和/或包括旁路通道。上述外壳以一件式结构在废气冷却器结构的纵向上形成，其中上述调节结构设置在外壳中。
EP 1 922 520 B1显示了包括由废气管构成的管束和一个旁路通道的废气热交换器。液态的冷却剂可流过外壳，其中管束和旁路通道相应通到一个共同的废气入口区，在这个区域中设置有废气阀，该废气阀用于控制通过管束或旁路通道的废气流，其中旁路通道为一个包括由耐高温塑料制成的壳体的不锈钢管，且该旁路通道设置在外壳中，其中冷却液可流过外壳。
DE 11 2007 001 061 T5显示的是一个热交换器，其包括以下部件：第一流体通道，其在第一入口接口和第一出口接口之间延伸；第二流体通道，其 在第二入口接口和第二出口接口之间延伸，其中第一和第二流体通道是互相密封的；至少一个热交换表面，第一和第二流体通道通过上述表面实现热交换交流；以及至少一个电极，其设置在第二流体通道中，其中至少一个电极与电源相连接，上述电源在热交换器使用期间为至少一个电极提供电压，其中电压足够大，以通过至少一个电极在第二流体通道中形成非热等离子体。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种热交换器和一种用于内燃机废气的再循环和冷却的结构，所述热交换器和结构分别具有简单和制造成本低的特点，且能够确保热交换器的可靠运行，尤其是具有足够的密封性。
上述目的通过一种热交换器，尤其是废气或增压空气热交换器来实现，该热交换器包括：带有外壳罩的外壳；带有开口的第一底座和第二底座；作为第一流动通道的管子，该第一流动通道用于输送第一流体，尤其是废气，管子的末端设置在第一和第二底座的开口中或开口上，管子和第一和/或第二底座设置在外壳中，从而在外壳和管子之间形成第二流动通道，该第二流动通道用于输送第二流体，尤其是冷却液；针对第一流体的第一进入口；针对第一流体的第一排出口；针对第二流体的第二进入口；针对第二流体的第二排出口；用于将第一流体导入管子中的第一扩散器；用于将第一流体导出管子的第二扩散器，其中第一和/或第二扩散器与外壳一体成型。由于第一和/或第二扩散器与外壳，也就是外壳罩一体成型，这样针对第一或第二扩散器无需采用额外部件。由此可使热交换器的生产大大简化并降低成本，因为第一和/或第二扩散器与外壳或外壳罩之间无需进行额外的焊接或钎焊连接。
特别地，热交换器不包括用于控制和/或调节可通过第一流动通道输送的第一流体量的调节机构，例如翻板阀(Klappe)，并且/或者热交换器不包括用于改变第一流体方向并使之围绕管子流动的旁路通道。
在进一步的实施例中，热交换器不包括例如用于形成优选为非热等离子体的电极。有利的是，热交换器不包括与电源相连接的电极，这样在热交换器的使用期间电压不会传输到电极上。因此热交换器不适用于处理第一流体，尤其是废气，特别不适用于通过形成非热等离子体来处理第一流体。
在一补充实施例中，与管子的纵轴相垂直的第一和/或第二扩散管的直径与外壳罩的直径基本一致，其中外壳罩与管子上的纵轴相垂直，优选地在与 管子的纵轴垂直的相同方向上。这基本意味着，第一和/或第二扩散器的直径与外壳罩直径的区别小于30％，20％，10％，5％或2％。在此，优选地的是，在第一和/或第二底座区域中采集或测量外壳罩的直径。
优选地，第一扩散器由第一顶盖封闭和/或第二扩散器由第二顶盖封闭。由于第一和/或第二扩散器外壳罩一体成型，因此第一和/或第二扩散器的横截面与外壳罩类似。由于在第一和/或第二扩散器上形成有针对第一流体的进入口和排出口，因此第一和/或第二顶盖是必须的，以使针对第一流体的进入口和/或排出口的液流横断面明显小于在第一和/或第二扩散器上的液流横断面。
在一进一步的变化方案中，在第一顶盖或第一扩散器上形成有第一进入口，且优选地，在带有第一进入口的第一顶盖上形成有第一入口接管，和/或在第二顶盖或第二扩散器上形成有第一排出口，且优选地，在带有第一排出口的第二顶盖上形成有第一排出接管。通过第一入口接管或第一排出接管，可特别简单地将废气导入或导出热交换器，并且管道可特别简单地与第一入口接管或排出接管相连接。
有利的是，在外壳上形成有第二进入口和/或第二排出口，且在第二进入口和/或排出口上设置有优选经过铣削或深冲处理的接管，且优选地，在预应力作用下，接管在第二进入口和/或排出口上与外壳相连接，且优选地，接管通过密封件，特别是O型圈密封件与外壳以流体密封的形式相连接。优选地，接管和外壳之间的预应力与流过进入口和/或排出口的第二流体的流动方向相垂直或平行。在此，在生产过程中将接管插入到一个开口中，也就是外壳罩中的进入口或排出口中，并紧接着通过滚压工具在接管和外壳之间形成预应力，并优选地形成箍环(Kragen)，以在接管和外壳之间形成更大的接触面。
在进一步的实施例中，在外壳上形成有第二进入口和/或第二排出口，且在第二进入口和/或排出口上设置有一弹性接管，特别为橡胶接管。在生产中，优选通过深冲，在进入口和/或排出口上形成边槽(Durchzug)，并紧接着将弹性接管插入到针对第二流体，尤其是冷却液的进入口和/或排出口中。在外壳或外壳罩和弹性接管之间设置有集水板(Wassersammelleiste)，由此在预应力或压力作用下的弹性接管位于集水板和外壳罩之间的针对第二流体的进入口和/或排出口上，且通过弹性接管确保了具有液体密闭性的连接。
特别地，热交换器的部件互相钎焊和/或焊接，和/或热交换器的部件至少部分，特别是全部由金属制成，优选由铝或不锈钢制成。热交换器的部件例如为外壳(也就是外壳罩)、第一和/或第二底座、管子、第一和/或第二顶盖、第一和/或第二入口接管，和/或接管。
在补充的变化方案中，在第一扩散器上形成有针对第一流体，特别是废气的第一进入口，和/或在第二扩散器上形成有针对第一流体，特别是废气的第一排出口。
有利的是，在第一和/或第二扩散器内，在第一流动通道中设置有导流板。
根据本发明的用于内燃机，尤其是柴油机废气的再循环和冷却的结构，包括：废气管道，其优选地带有废气涡轮机；增压空气管道，其包括一个可优选地由废气涡轮机驱动的增压空气压缩机；废气再循环管道，其用于将废气从废气管道输送到增压空气管道；废气热交换器，其用于冷却废气再循环管道中的废气，和/或增压空气热交换器，其用于冷却在增压空气管道中的在增压空气压缩机后的空气流动方向上的增压空气；优选地，废气调节机构，其用于控制和/或调节每个时间单位内可通过废气再循环管道输送的废气量，和/或优选地，增压空气调节机构，其用于控制和/或调节每个时间单位内可通过增压空气管道输送的增压空气量，其中废气热交换器和/或增压空气热交换器被设置为在这一专利申请文件中描述的热交换器。
在进一步的实施例中，在管子内设置有涡流装置。涡流装置，例如导向板，用于为第一流体的通过管子的液流形成湍流，以提高第一流体到第二流体的热交换或相反方向的热交换。
在进一步的实施例中，在管子之间设置有肋条或涡流装置，也就是在第二流动通道内，尤其针对冷却液设置有肋条或涡流装置。由此当第二流体，尤其是冷却液在管子中环流时可尽可能地形成湍流。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式进行进一步说明。
图1示出了第一实施方式中的热交换器的局部纵剖面图，
图2示出了根据图1的热交换器的局部爆炸图，
图3示出了第二实施方式中的热交换器的局部纵剖面图，以及
图4示出了第三实施方式中的热交换器的局部纵剖面图。
附图标记列表
1 热交换器
2 废气热交换器
3 外壳
4 外壳罩
5 第一底座
6 底座中的开口
7 管子
8 管子的纵轴
9 针对废气的第一流动通道
10 针对冷却液的第二流动通道
11 针对废气的第一进入口
12 针对冷却液的第二进入口
13 第一扩散器
14 第一顶盖
15 第一入口接管
16 接管
17 箍环
18 密封件
19 O型圈密封件
20 弹性接管
21 边槽
22 冷却剂接管
23 集水板
具体实施方式
被设计为废气热交换器2的热交换器1的作用在于通过冷却液来冷却作为第一流体的废气。在此，废气热交换器2包括第一流动通道9，其用于输送第一流体，也就是废气。用于输送第二流体，也就是冷却液的第二流动通道10的作用在于将热量从废气中传递到冷却液中，由此来冷却废气(附图1、3和4)。此处，废气热交换器2应用在一个未示出的用于内燃机废气的再循环和冷却的 结构中，以通过内燃机的冷却液冷却从内燃机中排出的废气，并在废气热交换器2中冷却后紧接着输送到未示出的增压空气管道中，以便在内燃机的燃烧室中进行进一步燃烧。
图1和2中示出了热交换器1的第一实施例。废气热交换器2包括多个管子7，其中管子7设置在废气热交换器2的外壳3的外壳罩4中。管子7用于输送废气，在外壳罩4内部形成的以及在管子7外存在的间隙的作用在于输送作为第二流体的冷却液。
在图1中示出的第一实施例中的热交换器1的纵剖面图中，仅显示了热交换器1的第一个一半部分，其包括针对作为第一流体的废气的第一进入口11和针对第二流体，也就是冷却液的第二进入口12。此处，热交换器1的未示出的另外一半部分与在图1中示出的一半部分类似，且基本上具有轴对称性。只是针对冷却液的第二排出口(未示出)不同于上图的针对冷却液的第二进入口12，而是针对冷却液的第二排出口设置在热交换器的未示出的第二个一半部分上且位于外壳罩4的下方(未示出)。在外壳罩4的两个末端区域中，第一底座5和第二底座分别以流体密封的方式与外壳罩4相连接，例如通过钎焊或焊接。此处，第一底座5和第二底座(未示出)包括多个开口6，且在开口6中，管子7与第一和第二底座5以流体密封的方式相连接。由此在外壳罩4内部和管子7外部以及在第一底座5和第二底座之间形成有用于输送冷却液的第二流动通道10。外壳罩4在管子7的纵轴8的方向上延伸并超出第一底座5和第二底座，因此外壳罩4的上述延长部分也构成了第一扩散器13和第二扩散器。第一扩散器13通过带有第一进入口11的第一顶盖14封闭，且第二扩散器(未示出)以类似方式通过带有针对废气的第一排出口的第二顶盖封闭。在第一顶盖14上的针对废气的第一进入口11中固定有第一入口接管15。第一排出接管以类似方式固定在第二顶盖上的针对废气的第一排出口上。由此在第一扩散器13和第一顶盖14以及第一底座5之间形成针对废气的第一流动通道9，且废气通过进入口11导入上述空间中。紧接着废气可通过这一空间流入到多个管子7中，且在通过管子7输送废气后，废气流入到由第二扩散器和第二顶盖以及第二底座包围起来的空间中，并紧接着从第二顶盖上的第一排出口流出。在针对冷却液的第二进入口上设置有冷却剂接管22，例如通过焊接，且另一个冷却剂接管22以类似方式设置在未示出的针对冷却液的第二排出口上。
与第一顶盖14上的针对废气的第一进入口11的设计不同，第一顶盖14可 以不包括进入口11，且与此不同地，可在第一扩散器13的四个不同区域内设置进入口11。在图2中以虚线显示进入口11。在第一扩散器13上以及外壳罩4的形成第一扩散器13的延伸部分上的进入口的设计同样适用于未示出的第二扩散器上的第一排出口。
图3示出了热交换器1的第二实施例。下文基本只说明与根据图1和2的第一实施例之间的区别。在针对冷却液的第二进入口12上设置有由金属，例如铝或不锈钢构成的接管16。为了将接管16固定在进入口12上，将通过铣削或深冲形成的接管16插入第二进入口12中，并紧接着通过滚压工具在外壳罩4的外侧和外壳罩4的内侧上形成箍环17。此外，根据接管16和外壳罩4通过滚压工具在第二进入口12区域内的连接，在接管16和外壳罩4之间形成预应力。此外在接管16上形成环形槽，在环形槽内设置有设计为O型圈密封件19的密封件18。在接管16和外壳罩4之间的预应力的作用下，处在预压应力下的O型圈密封件19压在外壳罩4的外侧上，由此确保接管16相对于外壳罩4的持久的、具有流体密封性的密封。针对进入口12的接管16的这一设计以类似方式同样适用于在针对冷却液的第二排出口(未示出)上的接管16。
图4中显示了热交换器1的第三实施例。下文基本上只说明与根据图1和图2的第一实施例之间的区别。在外壳罩4上，在针对冷却液的第二进入口12的区域内形成有边槽21，例如通过深冲形成该边槽21。弹性接管20被插入到第二进入口12中。在弹性接管20上设置有车辆的集水板23。此处，在带有开口的集水板23和外壳罩4之间的弹性接管20在边槽21区域内形成弹性预张力，由此通过弹性接管20在集水板23和外壳罩4之间形成具有流体密封性的连接。边槽21还可以通过深冲工艺后的滚压方法边槽进行校准，也就是说可实现边槽21的更高的制造精度。此处优选地，针对冷却液的第二排出口(未示出)的设计方式与在图4中示出的带有弹性接管20的第二进入口12相类似。
总体而言，根据本发明的热交换器1和根据本发明的用于内燃机废气的再循环和冷却的结构具有非常大的优势。不带有废气调节机构和电极的热交换器1包括作为外壳3的外壳罩4，由于外壳罩4被设计为延伸超出第一底座5和第二底座，因此该外壳罩形成了第一扩散器13和第二扩散器。由此在热交换器的制造过程中可节约成本，这是因为无需采用针对第一扩散器13和第二扩散器的额外部件。此外在第一扩散器13和第二扩散器以及外壳罩4之间无需连接，尤其是无需钎焊或焊接。

Claims (4)

1.一种热交换器(1)，包括：
带有外壳罩(4)的外壳(3)；
带有开口(6)的第一底座(5)和第二底座；
作为第一流动通道(9)的管子(7)，该第一流动通道(9)用于输送第一流体，管子(7)的末端设置在第一和第二底座(5)的开口(6)中或开口上；
管子(7)和第一和/或第二底座(5)设置在外壳(3)中，从而在外壳(3)和管子(7)之间形成第二流动通道(10)，该第二流动通道(10)用于输送第二流体；
针对第一流体的第一进入口(11)；
针对第一流体的第一排出口；
针对第二流体的第二进入口(12)；
针对第二流体的第二排出口；
用于将第一流体导入管子(7)中的第一扩散器(13)；
用于将第一流体导出管子(7)的第二扩散器，
其特征在于，所述外壳罩(4)设计为延伸超出第一底座(5)和第二底座，因此该外壳罩形成了第一扩散器(13)和第二扩散器，所述第一和/或第二扩散器(13)与外壳(3)一体成型，与管子(7)的纵轴(8)相垂直的第一和/或第二扩散器(13)的直径与外壳罩(4)的与管子(7)上的纵轴(8)相垂直的直径一致，第一扩散器(13)由第一顶盖(14)封闭和/或第二扩散器由第二顶盖封闭；
第二进入口(12)和/或第二排出口形成于外壳(3)上，在外壳罩(4)上,在所述第二进入口(12)和/或第二排出口的区域内形成有边槽(21)，且在第二进入口(12)和/或第二排出口上设置有一弹性接管(20)，在所述弹性接管(20)上设置有集水板(23)，在带有开口的集水板(23)和外壳罩(4)之间的弹性接管(20)在边槽(21)区域内形成弹性预张力，由此通过弹性接管(20)在集水板(23)和外壳罩(4)之间形成具有流体密封性的连接；
所述管子(7)内设置有涡流装置，所述管子(7)之间设置有肋条；
所述热交换器(1)的部件(3,5,7,13,14,15,22)互相钎焊，热交换器(1)的部件(3,5,7,13,14,15,16,22)由不锈钢制成；
所述热交换器(1)不包括用于控制和/或调节可通过第一流动通道(9)输送的第一流体量的调节机构，并且/或者热交换器(1)不包括用于改变第一流体方向并使之围绕管子(7)流动的旁路通道；
所述热交换器(1)不包括用于形成非热等离子体的电极；
在第一扩散器(13)上形成有第一进入口(11)和/或在第二扩散器上形成有第一排出口。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述弹性接管(20)为橡胶接管。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器(1)是一种废气或增压空气热交换器(2)。
4.一种用于内燃机废气的再循环和冷却的结构，包括
废气管道，其带有废气涡轮机；
增压空气管道，其包括一个由废气涡轮机驱动的增压空气压缩机；
废气再循环管道，其用于将废气从废气管道输送到增压空气管道；
废气热交换器，其用于冷却废气再循环管道中的废气，和/或增压空气热交换器，其用于冷却在增压空气管道中的在增压空气压缩机后的空气流动方向上的增压空气；
废气调节机构，其用于控制和/或调节每个时间单位内可通过废气再循环管道输送的废气量；和/或，增压空气调节机构，其用于控制和/或调节每个时间单位内可通过增压空气管道输送的增压空气量，
其特征在于，废气热交换器和/或增压空气热交换器被设计为根据前述权利要求1-3中的任意一项所述的热交换器(1)。
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