CN104285120B - 排气热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排气热交换器(1)，特别是用于机动车中，包括至少一个引导第一流体的第一流动通道(2)，所述第一流动通道在其端部区域中容纳于各自的管板(3)中；包括壳体(4)，所述壳体包围所述第一流动通道(2)，其中壳体(4)具有入口开口和出口开口，并且形成用于第二流体的第二流动通道(10)，其中所述壳体可由第二流体流经并且所述第一流动通道(2)可由第二流体环流，其中管板(3)如此插入到壳体(4)中，使得第一流动通道(2)与第二流动通道(10)密封；包括第一扩散道(5)，所述第一扩散道将所述第一流体导入到第一流动通道(2)中；并且包括第二扩散道(5)，所述第二扩散道将所述第一流体从第一流动通道(2)导出，该排气热交换器(1)具有至少一个第一隔离件(6)，所述至少一个第一隔离件具有至少一个第一通道(7)和至少一个第一间隔件(8)，所述至少一个第一间隔件放置到背向所述第一流动通道(2)的侧的管板(3)上。

Description

排气热交换器

技术领域

本发明涉及一种排气热交换器，特别是用于机动车中，包括至少一个引导第一流体的第一流动通道，所述第一流动通道在其端部区域中容纳于各自的管板中；包括壳体，所述壳体包围所述第一流动通道，其中壳体具有入口开口和出口开口并且形成用于第二流体的第二流动通道，其中所述壳体可由第二流体流经并且所述第一流动通道可由第二流体环流，其中管板如此插入到壳体中，使得第一流动通道与第二流动通道密封；包括第一扩散道，所述第一扩散道将所述第一流体导入到第一流动通道中；并且包括第二扩散道，所述第二扩散道将所述第一流体从第一流动通道导出。

背景技术

排气热交换器当今在机动车中应用，以便降低排气温度并由此显著减少氮氧化物和微粒排放。在此排气的一部分在内燃机之后分支并且随后通过相应的排气热交换器引导。

经冷却的排气随后与内燃机抽吸的新鲜空气混合并且又提供给内燃机。在排气热交换器的入口上出现高达700℃的温度。

例如专利DE 10 2007 011 184 A1公开了一种排气热交换器，所述排气热交换器由引导废气的管组成，所述管在两侧插入底部并且与之例如通过钎焊、铜焊或熔焊连接并且所述管由壳体包围。排气在此通过连接到底部的扩散道引导到管中。壳体在此由冷却剂流经，由此引导排气的管由冷却剂环流。

管中的排气与冷却剂之间在此发生热交换，所述冷却剂环流所述管，由此冷却排气。

现有技术的缺点是，在所述结构类型的排气热交换器中有时会出现冷却剂的蒸发。从而缩短了排气热交换器自身的寿命并且对冷却剂的化学成分产生不利影响。蒸发过程在此可以特别是在入口区域中发生，因为在此热的排气直接碰到排气热交换器的底部并且排气热交换器的底部与冷却剂直接接触。

此外，在排气热交换器的出口侧上还会导致排气的冷凝。在此沉积的冷凝物可以随着内燃机中的废气再循环渗入到燃烧室中并且导致各个构件的严重腐蚀以及其他损坏。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种排气热交换器，其中不出现蒸发过程，并且此外避免了冷凝物的生成或冷凝物由排气热交换器的出口侧进一步引导到内燃机的抽吸区域中。

本发明的目的通过一种排气热交换器实现。本发明的有利改进通过以下说明。

有利的是一种排气热交换器，特别是用于机动车中，包括至少一个引导第一流体的第一流动通道，所述第一流动通道在其端部区域中容纳于各自的管板中；包括壳体，所述壳体包围所述第一流动通道，其中壳体具有入口开口和出口开口并且形成用于第二流体的第二流动通道，其中所述壳体可由第二流体流经并且所述第一流动通道可由第二流体环流，其中管板如此插入到壳体中，使得第一流动通道与第二流动通道密封；包括第一扩散道，所述第一扩散道将所述第一流体导入到第一流动通道中；并且包括第二扩散道，所述第二扩散道将所述第一流体从第一流动通道导出，其中，排气热交换器具有至少一个第一隔离件，所述至少一个第一隔离件具有至少一个第一通道和至少一个第一间隔件，所述至少一个第一间隔件放置到背向所述第一流动通道的侧的管板上。

特别有利的是，隔离件在通过热交换器的第一流体与管板和第一流动通道之间形成热隔绝。由此正面地影响热交换器的加热。还有利的是，所述通道突入到第一流动通道中。由此经流经隔离件的流体直接引导到第一流动通道中。流经的流体与管板之间不直接接触。

此外，可以优选的是，所述第一通道的外部轮廓与所述第一流动通道的内部轮廓基本上一致。

还有利的是，为了将隔离件定位到管板上，可将通道延伸突入到第一流动通道中，以便可以将流体直接引导到第一流动通道的内部中。

还优选的是，所述第一通道的外横截面小于所述第一流动通道的内横截面。

此外有利的是，所述第一通道的外部轮廓不接触所述第一流动通道的内部轮廓。

通过相比于流动通道的内横截面所述通道的更小的外横截面，所述通道可以与流动通道如此间隔，使得两者不直接接触，这对于热隔离是有益的。

而且有利的是，所述第一间隔件将所述第一隔离件相对于管板间隔。由此同样提高了在管板与隔离件之间的热隔离，这特别有助于在热交换器中有利的温度分布。

此外有利的是，第一隔离件具有一个至少部分周向直立的边缘区域，所述隔离件以所述边缘区域支撑在第一扩散道上。

这特别是用于在热交换器内部中隔离件的持久定位。

还有利的是，第二隔离件在至少一个位置与所述第二扩散道固定连接。

通过特别是在第二扩散道中设置第二隔离件可以实现隔离件对热交换器两侧的热隔离作用。通过在热交换器的第二侧上设置第二隔离件还可以附加地有利于冷凝水的分离，该冷凝水形成在流经热交换器的流体的冷却的范围中。

此外有利的是，所述第二扩散道在侧壁中具有第一开口，所述第一开口设置在所述第二扩散道的朝向壳体的入口开口与所述第二隔离件与所述第二扩散道的连接位置之间。

通过在扩散道中的开口，可以将上述冷凝水(该冷凝水冷凝在第一流动通道的壁上并且通过在第二隔离件与第一流动通道之间的空气间隙沿着第一流动通道流动)从热交换器中导出并且如此可从第一流体的流体流中去除。

而且有利的是，所述第二扩散道具有沿所述第一流体的流动方向后置于所述第二隔离件的脱水机。

该脱水机可以附加的将随着第一流体流经热交换器的湿气由流体流过滤出。由此实现了有利的流体特性，特别是如果该第一流体是排气，这在流经热交换器之后至少部分地又提供给内燃机。

此外可以优选的是，所述第二隔离件在至少部分直立的边缘区域中具有第二开口，所述第二开口设置在后置的脱水机与第二扩散道的朝向壳体的入口开口之间。

通过如此设置的开口可以将脱水机上沉积的冷凝水从热交换器有利地导出。

有利地还有一种排气热交换器，其中，所述排气热交换器具有多个第一流动通道，包括第一隔离件和第二隔离件，所述隔离件具有在数量上等于第一流动通道的数量的多个通道和多个间隔件，其中各个隔离件由背向壳体的侧放置到管板之一。

以该形式的排气热交换器的实施方案特别是对于在机动车的排气系中的应用是有利的。通过在热交换器的流入侧上的第一隔离件有利地实现了管板与第一流动通道之间的热隔离，通过在热交换器的流出侧上的第二隔离件有利地将产生的冷凝水从流体流中除去。

附图说明

下面参考附图基于一个实施例对本发明进行详细阐述。其中：

图1示出了根据本发明的具有附加应用的隔离件的管束热交换器的截面图；

图2示出了排气热交换器的部分示意图，其中冷却剂在入口区域处蒸发；

图3示出了在图1中示出的排气热交换器的细节图，同时示出了在排气热交换器中的气流和冷却剂流；

图4示出了排气热交换器的部分示意图，其中流经的排气在出口区域处冷凝；

图5示出了根据本发明的排气热交换器的出口区域的细节图，同时示出了在排气热交换器中的气流和冷却剂流；以及

图6示出了根据本发明的排气热交换器的截面，同时示出了包括具有用于在出口区域形成的冷凝物的排泄口的排气热交换器的出口侧的视图。

具体实施方式

图1示出了排气热交换器1的一个截面。排气热交换器1包括流体(在此是排气)流经的多个流动通道2。

流动通道2在其端部上容纳于管板3中。在管板3中容纳的流动通道2由壳体4如此包围，使得壳体4与管板3产生密封连接，该壳体将流动通道2与流动通道10在壳体内部分离。

壳体4具有在图1中未示出的入口开口和出口开口，由此第二流体可以流经壳体4。引导第一流体的流动通道2在此被环流。热交换在第一流体与第二流体之间发生，该第一流体在流动通道2中流动，而该第二流体流经壳体4并由此在流动通道10中绕流动通道2流动。

扩散道5插入到管板3中，该扩散道将流体导入到流动通道2中或根据流体的流动方向从其中导出。在图1示出的部分中示出了排气热交换器1的流入区域。

排气流入到扩散道5中并且在那儿分布到流动通道2上并且沿着该流动通道流经热交换器1。

为了阻止流入的排气直接碰撞到管板3上，在图1所示的热交换器1中附加地集成有隔离件6。

隔离件6具有多个通道7以及多个间隔件8。隔离件随着通道7插入到流动通道2中并且以间隔件8紧贴在排气热交换器1的管板3上。根据本发明在此重要的是，通道7如此设计，使得该通道不与流动通道2的内面直接接触。隔离件6此外具有在侧面直立的边缘区域，该边缘区域与扩散道5的内部形状一致并且由此实现了在扩散道5上侧面地支撑隔离件6。

通过隔离件6实现了，热的流入的排气不直接碰撞到管板3和流动通道2上，而是首先碰撞到隔离件6上，该隔离件基于其构造上的设计与管板3和流动通道2间隔。

在隔离件6与管板3以及流动通道2之间基于间隔通过间隔件8构成空气空间，该空气空间具有相对于排气的温度的隔离作用。

通道7在其外部轮廓上对应于流动通道2的内部轮廓。但是通道7的横截面开口设计为小于管2的内横截面，从而避免了通道与流动通道2的壁面的直接接触。

在图1示出的视图中，隔离件6——其优选由一种材料组成，该材料经受得住排气流的高温——具有多个间隔件，所述间隔件对应于流动通道2之间的间隔。由此隔离件6支撑在流动通道2之间的区域中的管板3上。在侧面附加地将隔离件6支撑在扩散道5的内面上。

在备选的实施形式中，间隔件8的构造以及间隔件8的数量可以与在此示出的实施方案不同。优选地，可以产生在隔离件6与管板3之间的尽可能小的接触面，在备选实施形式同样可以考虑的是，将隔离件6完全地在扩散道5中支撑，使得隔离件6相对于管板的附加的支撑不再必要。这将更进一步提高隔离件6的隔离作用。这可以例如通过在扩散道的内面上环绕的凹槽实现，隔离件插入到该环绕的凹槽中。

图2示出了流动通道2以及两个流动通道10的细节图，排气流经该流动通道2，流动通道10由冷却剂流经。图2示出了如何在冷却剂的流动通道10内产生所述区域，冷却剂在该区域中开始蒸发。该蒸发区域13特别是在排气热交换器1的一侧上产生，该侧朝向排气的入口侧。

通过热的排气与管板3的碰撞，管板3与流动通道2或10的连接的壁变热。排气的温度由此经由管板3直接传递到冷却剂，该冷却剂在流动通道10的内部中流动。如果排气的温度足够高并且流动通道10中的流动较差，那么可导致冷却剂开始蒸发。

通过该蒸发冷却剂的化学成分发生变化。如此可以破坏例如溶解在冷却剂中的硅酸盐，这导致了材料特别是排气热交换器1的铝材料的更高的腐蚀负荷。

图3示出了与图2相似的视图。附加地在图3中示出了与图1类似的隔离件6，该隔离件有助于减小或消除在冷却剂内的蒸发区域。

隔离件6如在图1中所述的那样通过间隔件8支撑在管板3上。附加地通道7延伸突入到流动通道2中，而在此不接触该流动通道。通过隔离件6与管板3或与流动通道2的壁的小的接触面起到隔离作用。

排气的高温——其类似于在图2中的箭头11流经排气热交换器1——由此不再直接到达管板3或流动通道2的壁，从而使这些构件不再受到热负荷。如已经在图1的说明中所提及的那样，特别是隔离件6与管板3或流动通道2的壁的热解耦是特别重要的。

在图1、2和3中分别描述了排气热交换器1的入口侧。

但是，图4相比之下示出了排气热交换器1的截面，并且在此特别是示出了出口侧，在该出口侧流经排气热交换器的排气从流动通道2流出到扩散道5中并且最后离开排气热交换器1。

应用的附图标记与之前附图的附图标记一致。新的元件通过相应的新的附图标记表示。

隔离件6的结构在出口侧上也在较大程度上与来自图1或图3的入口侧的结构相同。与在入口侧的实施方案不同地是现在隔离件6在至少一个位置与扩散道5固定连接。

有利地，该连接位置设置在排气热交换器1的下部区域中。隔离件6在此如此与扩散道5的内壁连接，使得该隔离件与扩散道5的内壁特别是在扩散道的区域中间隔，该区域插入到管板3中。使冷凝物可以集中在隔离件6与扩散道5的内面之间形成的空腔24中，该空腔在流动通道2的内部中接近出口区域产生。

沿着流动通道2通过环流流动通道2的冷却剂大幅冷却流经排气热交换器1的排气。基于该冷却可以发生的是，排气特别是在流动通道2的朝向出口侧的端部区域中冷凝。因为该冷凝滴——一旦其未受阻碍地进一步流到扩散道5中——可以通过可能存在的排气导回装置又到达内燃机中，在此冷凝滴可以引起腐蚀和其他损坏，所以可以避免冷凝物从排气热交换器1进一步引导。

隔离件6满足了在排气热交换器1的出口侧上的该功能。相比于入口侧，在入口侧隔离件6用作管板3以及流动通道2的壁的热隔离，隔离件6在排气热交换器1的出口侧上现在用作分离件，该分离件将产生的冷凝物从排气热交换器1导出。

在入口侧上通道7突入到流动通道2中并且隔离件6通过与管板3接触的间隔件8支撑在管板上。同样通道7与流动通道2的内面间隔。

特别是在流动通道2的内壁上形成的冷凝物现在可以通过在通道7与流动通道2的内面之间产生的间隙由流动通道2流出。冷凝物如此聚集在隔离件6的朝向流动通道2的侧上并且相应地在那儿向下流动。

通过隔离件6的下部的直立的边缘区域与扩散道5的内壁的间隔产生空腔24，该空腔可以容纳在隔离件6上收集和向下流动的冷凝物。该冷凝物由此有效地从排气流除去。

为了将更多地在排气中包含的冷凝物从排气流中除去，在图4中示出了附加的脱水机16。该脱水机设置在扩散道5的内部，并且沿排气流的方向后置于隔离件6。

脱水机16基本上是孔板。在脱水机16上在排气流中包含的冷凝物落下，该冷凝物随后类似于在隔离件6上落下的冷凝物那样在脱水机16上向下流动，并且通过在隔离件6中设有的开口同样在隔离件6与扩散道5的内壁之间产生的空腔24中流动。

扩散道5具有开口17，其设置在空腔24的区域中扩散道5的外壁中。经由开口17在脱水机16和隔离件6上收集的冷凝物可以从排气热交换器1流出。在排气热交换器之外示出了冷凝物收集器20，该冷凝物收集器经由管路与扩散道5的开口17连接。

在脱水机16和隔离件6上收集的冷凝物在冷凝物收集器20中流动。在图4中示出的冷凝物收集器20在其内部中具有浮球式阀21，该浮球式阀根据冷凝物收集器20的液面通过排泄口22排出冷凝物。

可选择地冷凝物收集器20可以具有排气开口，该排气开口经由管路与扩散道5连接。由此可以将剩余量的排气又导回到扩散道5中，所述剩余量的排气经由开口17由扩散道5引导到冷凝物收集器20中。

在此在扩散道5之外示出的用于冷凝物的收集单元可以在排气热交换器的备选实施形式中也完全地取消，只要设有用于冷凝物的另一导出装置。例如可以考虑的是，将冷凝物经由喷嘴——该喷嘴又将冷凝物极细地雾化——又导回到扩散道5中，在此将其在排气导回装置的范围中又引导到内燃机的燃烧过程中。

图5示出了类似于图2的细节图。与图2不同地现在在此示出了排气热交换器的出口侧。

可见的是，在引导排气的流动通道2中特别是在端部区域中产生冷凝区域14，在该冷凝区域14中来自排气流的液体冷凝物在流动通道2的内壁上沉积。由此可以产生冷凝滴15，该冷凝滴以排气流携带。

图6同样又示出了图4的设置，其区别仅仅在于，现在附加地示出了隔离件6。如在已经前述的附图中那样，隔离件6通过间隔件8支撑在排气热交换器1的管板3上。通道7也在图6中被引入到排气热交换器的流动通道2中，然而不与之接触。

除了冷凝区域14之外还示出了排气流11，该排气流沿着流动通道2经过隔离件6。

Claims (10)

1.一种排气热交换器，用于机动车中，包括至少一个引导第一流体的第一流动通道，所述第一流动通道在其端部区域中容纳于各自的管板中；包括壳体，所述壳体包围所述第一流动通道，其中壳体具有入口开口和出口开口，并且形成用于第二流体的第二流动通道，其中所述壳体可由第二流体流经并且所述第一流动通道可由第二流体环流，其中管板如此插入到壳体中，使得第一流动通道与第二流动通道密封；包括第一扩散道，所述第一扩散道将所述第一流体导入到第一流动通道中；并且包括第二扩散道，所述第二扩散道将所述第一流体从第一流动通道导出，其特征在于，排气热交换器具有至少一个隔离件，所述至少一个隔离件具有至少一个第一通道和至少一个第一间隔件，所述至少一个第一间隔件放置到背向所述第一流动通道的侧的管板上，所述隔离件在至少一个位置与所述第二扩散道固定连接，所述第二扩散道在侧壁中具有第一开口，所述第一开口设置在所述第二扩散道的朝向壳体的入口开口与所述隔离件和所述第二扩散道的连接位置之间。

2.根据权利要求1所述的排气热交换器，其特征在于，所述第一通道突入到所述第一流动通道中。

3.根据权利要求2所述的排气热交换器，其特征在于，所述第一通道的外部轮廓与所述第一流动通道的内部轮廓一致。

4.根据权利要求3所述的排气热交换器，其特征在于，所述第一通道的外横截面小于所述第一流动通道的内横截面。

5.根据权利要求4所述的排气热交换器，其特征在于，所述第一通道的外部轮廓不接触所述第一流动通道的内部轮廓。

6.根据权利要求1所述的排气热交换器，其特征在于，所述第一间隔件使所述隔离件相对于管板间隔。

7.根据权利要求1所述的排气热交换器，其特征在于，所述隔离件具有一个至少部分周向直立的边缘区域，所述隔离件以所述边缘区域支撑在所述第一扩散道上。

8.根据上述权利要求1所述的排气热交换器，其特征在于，所述第二扩散道具有沿所述第一流体的流动方向后置于所述隔离件的脱水机。

9.根据权利要求8所述的排气热交换器，其特征在于，所述隔离件在至少部分直立的边缘区域中具有第二开口，所述第二开口设置在后置的脱水机与第二扩散道的朝向壳体的入口开口之间。

10.根据权利要求1所述的排气热交换器，其特征在于，所述排气热交换器具有多个第一流动通道，包括多个隔离件，所述隔离件具有在数量上等于第一流动通道的数量的多个第一通道和多个第一间隔件，其中每个隔离件由背向壳体的侧放置到管板之一上。