CN104487691A - 用于废气再循环的热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种与废气再循环系统相关联的热交换器(160)，该热交换器(160)在将废气引导至内燃发动机(102)之前将废气冷却。热交换器(160)可以包括管芯(192)，该管芯具有可沿纵向轴线(166)延伸的多个废气管(190)。管芯(192)还可以包括被设置在多个废气管(190)之间并将其隔开的多个冷却剂通道(198)。冷却剂进口线路(300)基本上围绕管芯(192)设置，以朝向冷却剂通道(198)向内引导冷却剂。冷却剂的至少一部分可以大约会聚在纵向轴线(166)处。

Description

用于废气再循环的热交换器
技术领域
本专利申请整体涉及用于传递热能的热交换器，并且更具体地，涉及用于冷却与内燃发动机相关联的废气再循环系统中的废气的热交换器。
背景技术
内燃发动机燃烧烃基燃料或另一种可燃烧燃料源，以将其中的潜在能量或化学能转换成可被用于其他工作的机器动力。燃料的燃烧产生了美国政府和其他国家政府监管的副产物和排放物。为了遵守这些规章，发动机制造商已研制出一些用于减少或处理由内部燃烧过程造成的排放的方法。一种此类方法是废气再循环(EGR)法，其中由燃烧过程产生的废气的一部分进行再循环并且与新进的进气空气混合。EGR过程阻止在燃烧期间形成氮氧化物诸如NO和NO2，一般被称为NOX。因为废气通常在其初始燃烧后仍是热的，所以EGR系统时常在再循环之前冷却排放物，以避免扰乱燃烧过程或者获取额外的性能优势。
热交换器是将热能从一个介质传递至另一个介质的装置。例如，工艺流体可通过热交换器并且在返回至过程前将其热能传递至冷却剂。EGR系统可利用一个或多个热交换器在将热废气返回至燃烧过程前使其冷却。尽管，热交换器可引起的一个问题是两种介质即工艺流体和冷却剂在热交换器内的引入和分布。两种流体必须接近彼此流动，以便充分地交换热能，但是必须保持分离以避免渗漏。如果工艺流体和冷却剂之间的界面设计不佳，则热交换的效率可以是不合期望的低并且可出现渗漏。
名称为“Cooling Water Inlet Structure of Heat Exchanger for EGR Cooler(EGR冷却器的热交换器的冷却水进口结构)”的日本专利公开号200900131285912(JP'912)旨在解决不佳的冷却剂分布的问题。JP'912公开描述了沿热交换器一侧面具有至少两个冷却剂进口的热交换器。然而，JP'912公开的设计仍可产生在热交换器中的低于均匀的冷却剂分布并因此热效率仍可小于最佳效率。因此，需要有改良的热交换器。
发明内容
在一个方面，本发明描述了一种用于与内燃发动机相关联的废气再循环单元的热交换器。热交换器包括管芯，管芯具有从上游面延伸至下游面以限定纵向轴线的多个废气管。管芯可还包括被设置在多个废气管之间并将其隔开的多个冷却剂通道。交换器还可以包括冷却剂进口线路，其基本上围绕管芯靠近上游面设置并且大体垂直于纵向轴线。冷却剂线路被布置成朝向纵向轴线向内引导冷却剂，其中冷却剂的至少一部分在纵向轴线处会聚。
在另一个方面，本发明描述了一种冷却废气再循环(EGR)系统中的废气的方法。该方法提供管芯，其包括通过冷却剂通道彼此分离的多个管。围绕管芯设置冷却剂进口线路。废气被引入多个管。然后该方法将冷却剂从冷却剂进口线路经由引入路径引导至冷却剂通道，其中引入路径基本上围绕管芯设置。
在又一个方面，本发明描述了一种用于废气再循环系统的热交换器，其包括管芯，该管芯具有在上游面和下游面之间延伸的多个废气管。冷却剂通道将废气管彼此流体分离。废气进口扩散器与管芯的上游面流体连通，并且废气出口扩散器与下游面流体连通。热交换器还包括冷却剂进口线路，该冷却剂进口线路围绕管芯靠近上游面设置并且与管芯分离。冷却剂进口线路可通过冷却剂引入路径与冷却剂通道流体连通，其中冷却剂引入路径从至少两个相对的方向朝向管芯向内引导。
本发明在另一个方面还提供一种与内燃发动机相关联的废气再循环(EGR)系统，其包括将废气的一部分从内燃发动机的排气系统转移至内部燃烧系统的进气系统的EGR线路。内部燃烧系统可包括循环冷却剂的冷却剂系统。EGR系统可包括设置在EGR线路中且具有接收热废气的多个废气管的热交换器。废气管通过多个冷却剂通道彼此分离。热交换器还包括冷却剂进口线路，该冷却剂进口线路基本上围绕多个废气管设置以将冷却剂向内引入至冷却剂通道。
附图说明
图1是表示机器上的内燃发动机的示意图，所述内燃发动机包括通过将气体与进气空气混合而将废气再循环至燃烧过程的EGR系统。
图2是可用于冷却图1的EGR系统中的废气的热交换器的透视图。
图3是图2的热交换器的上游端的透视图，其中壳体部分地回缩以显示集管板(header plate)和被设置在壳体内的多个排气管。
图4是沿图2的热交换器的一个实施例的线A-A截取的剖面图，示出套管形式的冷却剂进口结构，其具有围绕管芯设置以将冷却剂引入至其中的冷却剂通道的多个冷却剂引入路径。
图5是热交换器的另一个实施例的类似于图4的剖面图，其示出套管形式的冷却剂进口结构，其具有围绕管芯连续设置并且与其中的冷却剂通道连通的冷却剂引入狭槽。
图6是热交换器的另一个实施例的透视图，该热交换器包括围绕管芯的上游端在外部设置并且与设置在其中的冷却剂通道连通的冷却剂进口线路或回路。
图7A和图7B是管芯的上游面的示意图，其分别指示由单个冷却剂引入点以及由冷却剂进口线路或管道的冷却剂的均匀分布而产生的热图案(thermal pattern)，其中冷却剂进口线路或管道围绕管芯而设置。
具体实施方式
现在参见附图，其中相似的参考标号涉及相似的元件，示出的是由内燃发动机102提供动力的机器100，其中内燃发动机适于燃烧燃料以释放其中的化学能并且将能量转换成机器动力。机器可以是“长途运输的(over-the-road)”车辆，诸如用于运输的卡车，或者可以是执行与诸如采矿、建筑、农业、运输的工业或本领域已知的任何其他工业相关联的某种类型的操作的任何其他类型的机器。例如，该机器可以是非公路卡车、运土机器诸如轮式装载机、挖掘机、倾卸式卡车、反铲挖土机、机动平地机、材料处理机等。术语“机器”还可以指固定设备如通过内燃发动机驱动而发电的发电机。图1示出的特定机器是倾卸式卡车。
虽然内燃发动机102可以是燃烧柴油燃料的压燃式发动机，但是在其他实施例中内燃发动机可以是燃烧汽油或其他燃料(诸如乙醇、生物燃料等)的火花点燃式发动机。为了给内燃发动机储存和供应燃料100以用于燃烧过程，机器100可以包括燃料储器104，该燃料储器通过燃料线路108与机器上的燃料轨106流体连通。为了将燃烧过程中使用的进气空气引导至内燃发动机102，进气歧管110可被设置在发动机的上方并且与设置在其中的燃烧室流体连通。进气歧管110可以接收来自进气线路112的进气空气，其中进气线路可通过空气进气过滤器114抽取大气空气。类似地，为了引导来自内燃发动机102的燃烧过程所产生的废气，排气歧管120可以在发动机上方延伸并且可以与燃烧汽缸流体连通。进气歧管110和排气歧管120以重叠的方式进行描绘，但在其他实施例中可以被设置成任何合适的布置，所述任何合适的布置包括一体化形成在内燃发动机102本身内。排气歧管120可将废气引导至终止于排气孔124处的排气线路122，其中排气孔将气体释放回大气。
为了有助于将进气空气引导至内燃发动机102，机器可包括涡轮增压器130。涡轮增压器130包括被设置在进气线路112中的压缩机132，该压缩机压缩从大气中抽取的进气空气并且将压缩的空气引导至进气歧管110。虽然示出单个涡轮增压器130，但可以使用彼此串联/并联连接的一个以上的此类装置。为了给压缩机132提供动力，涡轮机134可被设置在排气线路122中并且可接收来自排气歧管120的加压的废气。引导通过涡轮机134的加压的废气可以使其上具有一系列叶片的涡轮机叶轮旋转，这样为轴提供动力，致使压缩机叶轮在压缩机罩内旋转，从而对进气空气加压。
为了移除由内部燃烧过程产生的热并且冷却内燃发动机102，机器可以包括冷却剂系统140，该系统可以将冷却剂(诸如水或散热器流体)引导通过发动机。循环通过发动机的冷却剂吸收其中的热能形式的热，并且在离开发动机时，将热能排至大气。冷却剂系统140可以包括散热器142，诸如气冷式横流散热器，其被设置在有足够量的空气将越过和/或通过的位置中。为了将冷却的冷却剂递送至内燃发动机102，散热器可以与冷线路或进给线路144连通，并且为了接收从发动机返回的加热的冷却剂，散热器可被操作地连接至热线路或返回线路146。为了使冷却剂加压并且强迫引导冷却剂通过冷却剂系统140，冷却剂泵148可被设置在进给线路144、返回线路146中或冷却剂系统140中的其他地方。
为了减少燃烧过程所产生的排放物，内燃发动机102可以操作地与废气再循环EGR系统150相关联。EGR系统，如本领域技术人员所熟悉的，可以将从燃烧过程排出的废气的一部分重新引导回至进气系统并且将废气与进气空气混合。进气空气中废气的存在降低了可用于燃烧室内的燃烧的氧的相对比例或量，这导致较低的火焰和/或燃烧温度。结果，燃烧过程产生了比在富氧环境中将产生的要少的氮氧化物，而富氧环境时常导致较高的燃烧温度。
为了重新引导废气，EGR系统150可以包括EGR线路，该线路与排气线路122连通并且可以与进气歧管110或进气线路112流体连通。为了选择性地控制重新引导至EGR过程的废气的量，EGR系统150可以包括被设置在EGR线路152中的可调节EGR阀154，诸如蝶形阀。在所示的实施例中，EGR线路152接入涡轮机134的上游的排气线路122，以便接收还未通过涡轮机失去压力的高压废气，并因此被称为高压EGR系统。在其他实施例中，EGR线路152可与涡轮机134的下游的排气线路122相交以接收减压的废气，并且可因此被认为是低压EGR系统。
为了在与进气空气再循环之前冷却重新引导的废气，EGR系统150可以包括可操作地与内燃发动机102和冷却剂系统140相关联的热交换器160。在所示的实施例中，热交换器160可以被附接至内燃发动机102的侧面，但是在其他实施例中，热交换器可以被定位在机器100上的其他地方。参见图1和图2，热交换器160可以是在上游端162和下游端164之间延伸的细长装置，使得其从而限定或描绘纵向轴线166。热交换器160可以具有大体整体矩形剖面形状，但在其他实施例中可以具有任何其他合适的剖面形状，如圆形、八角形等。
为了接收废气，热交换器可以具有废气进口扩散器170，该废气进口扩散器被设置在上游端162处并且可以连接至EGR阀154下游和进气歧管110上游的EGR线路152。进口扩散器170可从其与EGR线路152的连接点变宽至其与热交换器160的细长的矩形主体174附接处，从而有助于减缓新进的高压废气。另外，在所示实施例中，进口扩散器170可限定进口轴线172，该进口轴线与新进的废气的流动方向对齐并且大体与热交换器的纵向轴线166垂直。因此，进口扩散器170通过90°转弯或弯曲引导新进的废气以使流动与纵向轴线166重新对齐，并且将废气均匀地分布至热交换器160的内部部件。在可能的实施例中，进口扩散器可以包括枢转叶片或挡板，所述枢转叶片或挡板可以在扩散器内移动以增加或限制其中的流动区域并因此有助于控制废气的流动。为了使废气在通过热交换器160后返回至EGR系统150，热交换器可以包括基本相同的废气出口扩散器176，该废气出口扩散器被设置在下游端且可以与EGR线路152的剩余部分连接以与进气歧管110连通。出口扩散器176可以限定出口轴线178，该出口轴线基本平行于进口轴线172并且垂直于纵向轴线166。然而，另选的实施例可包括进口扩散器170和出口扩散器176具有非共面轴线的配置。
为了接收来自冷却剂系统140的冷却的冷却剂，热交换器160可以包括冷却剂进给连接180，该冷却剂进给连接设置成接近与冷却剂进给线路144流体连接的上游端162。冷却剂进给连接180可以是任何合适类型的连接，诸如软管倒钩、螺纹软管配件或更复杂的连接(诸如快速释放配件)或诸如通过焊接或铜焊完成的连接的永久连接。冷却剂进给进口180可以从热交换器160的主体174延伸而垂直于纵向轴线166且平行于进口轴线172。为了简化与冷却剂进给线路144的连接，在热交换器160上可以包括单个冷却剂进给进口180。为了排出来自热交换器160的加热的冷却剂，基本上相同的冷却剂返回连接182被附接至接近下游端164的主体174并且经取向垂直于纵向轴线166且平行于出口轴线178。在另选的实施例中，冷却剂进给进口180可从热交换器160的主体174延伸而垂直于纵向轴线166且基本上正交于进口轴线172。类似地，在另选的实施例中，冷却剂返回连接182可经取向垂直于纵向轴线166且基本上正交于出口轴线178。
因为废气进口扩散器170和冷却剂进给连接180位于接近上游端162处，并且废气出口扩散器176和冷却剂返回连接182位于接近下游端164处，所以两种介质，废气和冷却剂的流动将从上游端大体被引导至下游端。该布置一般被称为平行流热交换器。在本发明的其他实施例中，尽管进口、出口和连接可以被布置为用于逆流式热交换器，其中废气和冷却剂在热交换器的相对端部进入和离开。另外，热交换器的所述实施例是单程设计(single pass design)，其中两种传导介质单程通过交换器，而本发明还适用于多程布置，其中介质被引导为多程通过热交换器。特定的流动布置可以部分地取决于尺寸限制、体积容量以及期望的热效率，并且任何合适的流动布置或其变型被考虑为在权利要求书的范围内。
参见图3，示出热交换器160的上游端162和下游端164，在该图中移除扩散器以更好地示出热交换器160的内部部件。热交换器160可以是常用的壳管设计，其中传导一种介质的多个中空管160被封闭在包括另一介质的壳体内，该另一介质围绕管流动并且流动通过管。在图3中，中空管190可按并联布置为多个管，统称为管束或管芯192。多个管190以及管芯192还可以对齐成平行于热交换器160的纵向轴线166。管190可以大体为彼此共同延伸的细长的笔直结构，以便管芯192包括上游面194和相对的下游面196，其可对应于热交换器160的主体的长度。多个管190可以被布置成正方形或矩形图案，但是在其他实施例中可以具有其他布置。管190可以由任何合适的材料(诸如像铝、钢或铜的薄壁金属)制成。
在现有实施例中，中空管190可以被设计成用于传导废气并且使废气与在管上方和周围流动的冷却剂保持分离。为了限定用于冷却剂在管190之间的流动的管芯192中的冷却剂通道198，多个管可沿其长度彼此隔开，以便在管190之间形成细长的空隙并且该空隙使管190分离。为了将多个管190维持在固定的、间隔布置中并因此维持冷却剂通道198，细长管可以在一端固定到上游集管板200以及在相对端固定到下游集管板202。因此，上游集管板200划分管芯192的上游面194的界线并且下游集管板划分了下游面196的界线。集管板200、202可以是由像钢或铝的金属材料制成的相对厚的平板，被布置成垂直于纵向轴线166。为了提供对中空管190的内部的访问，多个孔口204可以经设置穿过集管板200、202，其中每个孔口都对齐一个对应的管。管190可经焊接、铜焊或以另外方式接合至集管板200、202，从而与其各自孔口204对齐。在所示实施例中，孔口为长圆形狭槽，但是在其他实施例中可以具有其他形状。
管芯192可被设置在中空的外罩或芯壳210中。芯壳210可在第一缘边(rim)212和相对的第二缘边214之间延伸，并且大体设置在管芯192的上方和周围，以将冷却剂保持在冷却剂通道198内。所示的芯壳210是四边形结构，具有四个完整的纵向侧面216对应于管芯192中的管190的矩形或正方形布置，但是在其他实施例中可以具有不同的形状。像集管板200、202一样，芯壳210可以由金属诸如钢或铝制成。冷却剂进给连接180和冷却剂返回连接182可以经设置穿过稍在集管板200、202后方的芯壳210的一个侧面216，从而将冷却剂引入管芯192以及从管芯192中接收冷却剂。因此，集管板200、202约束芯壳210中的冷却剂，以防止冷却剂进入进口扩散器170和出口扩散器176以及与废气混合。
参见图2和图3，可以明白的是新进冷却剂起初将沿垂直于纵向轴线166的单方向流入管芯192，这是因为单个冷却剂进给连接180的取向所致。新进冷却剂重新对齐约90°以与纵向轴线166平行并且沿管芯192长度方向流动，从而从另一端垂直离开。该流体重新对齐致使冷却剂接近管芯192的上游面194和下游面196的分布不一致，使得新的新进冷却剂无法充分地补充在整个上游面和下游面上的现存冷却剂。例如，冷却剂池(pools of coolant)可被收集和滞留在如箭头218所指示的管芯192的拐角处，该拐角处与冷却剂进给进口182相对。局部热积累的区域可导致，可能导致被收集的冷却剂的沸腾或降解。另外，因为管芯192在这些区域218中接合上游集管板200和下游集管板202，所以热积累可造成零件的热膨胀，从而导致接近接合处的破裂或渗漏形成。冷却剂和废气可混合，从而允许冷却剂进入内燃发动机的燃烧室，可能导致水锁定状况(hydro-lockcondition)。
因此，热交换器可以装备有冷却剂进口结构或系统，该冷却剂进口结构或系统用以改善冷却剂引入至管芯，从而解决不充分分布和局部加热的问题。例如，热交换器160可以包括在上游端162处基本上围绕管芯192设置的冷却剂进口线路、回路或管道。例如，冷却剂进口线路、回路或管道可以以大体由图3中的虚线圆219所指示的假想环与管芯外接。冷却剂线路、回路或管道可以提供进入管芯的多个冷却剂引入点或路径。引入路径可以朝向设置在中心的纵向轴线166向内引导，使得新进冷却剂的至少一部分将在重新对齐以沿长度方向流动穿过热交换器160之前会聚于纵向轴线处。来自管芯192的多个侧面或来自多个引入路径的新进冷却剂的中心会聚提供了冷却剂在整个管芯192的上游面194和相邻上游集管板200上更均匀地分布。在其他实施例中，冷却剂线路可以在管芯周围的约中间处延伸并且可以与在整个管芯上沿直径彼此相对的流体引入路径连通，以便朝向彼此向内引导冷却剂并且会聚于纵向轴线处。
参见图4，示出的是具有改善的冷却剂引入系统的热交换器的实施例，其中冷却剂进口线路、回路或管道体现为围绕管芯的上游面而设置的冷却剂进口套管300，为了便于理解，在图4中未示出管芯。进口套管300可以形成为连续的环状结构，因为管的正方形布置，所以连续的该环状结构可以具有对应的正方形轮廓。形成正方形轮廓可以是第一侧壁302、以90°角从第一侧壁下垂的完整第二侧壁304、与第一侧壁相对的第三侧壁306以及为清晰起见而未示出但会与第二侧壁相对的第四侧壁。进口套管300的正方形轮廓限定了内部空隙或内部区域310。因此，当被附接作为热交换器的一部分时，进口套管300可以围绕和包围纵向轴线166设置，其中心通过内部区域310。
进口套管300可具有由整体的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁以及第四侧壁提供的宽度，从而形成第一表面或第一边缘312以及相对的第二表面或第二边缘314，两者效仿进口套管的大致正方形轮廓。第一边缘312可通过焊接、铜焊等被接合至芯壳210的对应形状的第一缘边212。被限制在进口套管300的相对第二边缘314处并且横断内部区域310的是上游集管板200。例如，集管板200和第二边缘314可通过铜焊、焊接等沿毗邻的凸缘结构接合。当管芯被包括在其上游面处并且在其上游面处与上游集管板200交接时，进口套管300将围绕和包围与上游面共同延伸的管芯而设置。
为了基本上围绕管芯分布冷却剂，进口套管300可以包括中空的封闭的冷却剂管道320，该管道大体沿环219对齐以与内部区域310外接。冷却剂管道320可以是第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306以及第四侧壁外的大体平坦中空的空隙，其被围绕进口套管300的外部而设置的管道覆盖件322封闭。冷却剂管道320可以通过内阻隔壁324与内部区域310分离，其中内阻隔壁在所示实施例中可以由第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306以及第四侧壁的一部分形成。
特定引入点或路径可以穿过阻隔壁324被设置，以便在冷却剂管道320中流动的冷却剂可流至或通过到达管芯192。在图4所示的实施例中，引入点可以形成为多个长圆形孔326，这些长圆形孔被设置穿过阻隔壁324从而建立管道320和内部区域310之间的流体连通。在所示实施例中，至少一个孔326与进口套管300的第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306以及第四侧壁中的每个相关联，但是在其他实施例中可以具有不同的形状、数量或布置的孔。此外，虽然冷却剂管道320可以与环外接并且沿环219的方向围绕纵向轴线166引导流体，但是孔326经取向朝向纵向轴线166向内引导流体，使得冷却剂的至少一部分可会聚于纵向轴线处。也就是说，孔326被布置成从环绕的冷却剂管道320朝向共同的纵向轴线166径向向内地引导冷却剂。例如，参见图4，与进口套管300的第一侧壁302和相对的第三侧壁306相关联的相对取向的孔326从两个不同的方向朝向纵向轴线166向内引入流体。用于将冷却剂引入管芯的多个引入路径、方向或方法有助于新的冷却剂被均匀地分布在整个集管板200和管芯的相邻上游面上。
在另一个实施例中，冷却剂进口线路可以部分地与管芯外接，例如约在中间，而不是完全地外接管芯。参见图4，可限制进口套管300，使得管道320仅沿第一侧壁302、第二侧壁304以及第三侧壁306延伸，而并不沿未示出的第四侧壁延伸。但是，冷却剂仍将围绕冷却剂进口套管300的三侧面引导并且仍可通过穿过管芯的三侧面的孔326径向地向内引导从而会聚在纵向轴线166处。在具体实施例中，至少两个孔326横跨180°彼此相对，使得两个冷却剂进口路径以会聚的方式被引导在彼此处。在该实施例中，冷却剂进口线路基本上仍将围绕管芯被设置。
为了与冷却剂系统140连通，冷却剂进给连接180可以被设置在进口套管300上，例如，从进口套管300的底部第二侧面306突出。冷却剂管道320可以与冷却剂进给连接180流体连通。该布置的优点在于单个连接点(诸如软管配件)可被制成冷却剂系统140并且仍基本上在管芯的周围并且围绕管芯分布冷却剂，从而沿朝向共同纵向轴线166径向向内的多个方向提供多个引入路径。为了回收来自热交换器160的加热的冷却剂，在一个示例性实施例中，类似的冷却剂出口套管可以被设置在下游端处，使得从管芯的下游面均匀地移除冷却剂。另选的示例性实施例包括其中出口182并不包括套管配置的配置。进口套管300可以由金属或另一种合适的材料制成并且可以通过例如失蜡铸造或熔模铸造而被制成铸件。
参见图5，示出的是用于将冷却剂均匀地分布至热交换器160的管芯内的进口套管400的另一个实施例。进口套管400可还具有大致正方形轮廓，该大致正方形轮廓包括第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406和为清晰起见而未明确示出的第四侧壁。侧壁的正方形轮廓包围并且勾描内部空隙或内部区域410。进口套管400可以沿第一边缘412接合或附接至芯壳210的对应形状的第一缘边212，其中第一边缘412对应于完整侧壁所形成的正方形轮廓。进口套管400的第二边缘414可以限制横断内部区域410的上游集管板200。第二边缘414还接合至废气进口扩散器170，该废气进口扩散器使新进的废气引导穿过集管板200并且到达内部区域410内。
为了使围绕进口套管400的冷却剂引导以均匀分布到管芯中，进口套管可以包括冷却剂管道420，该冷却剂管道420围绕第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406以及第四侧壁的外部连续地设置，使得管道与设置在中心的纵向轴线166外接。冷却剂管道420可以是被外部管道覆盖件422封闭的低的、平坦的空隙，其中外部管道覆盖件接合至侧壁并且部分地与侧壁偏置。为了从内部区域410分离冷却剂管道420，阻隔壁424可以由第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406以及管道覆盖件422下面的第四侧壁的一部分形成，使得阻隔壁用作中空管道的内部。在所示实施例中，冷却剂管道420可以跟踪围绕纵向轴线166设置并且基本上以环形方式通过环219与纵向轴线166外接的轮廓。
为了将来自冷却剂管道420的冷却剂引入内部区域410和将被设置在其中的管芯的上游面中，可以通过连续地沿第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406和第四侧壁的狭槽426建立引入路径，该狭槽经设置穿过阻隔壁424。因此，狭槽426形成向内引导的流动路径，该流动路径朝向纵向轴线166大体径向取向，使得新进的冷却剂的至少一部分可会聚于中心纵向轴线处。此外，狭槽426可以在靠近第二边缘414而非第一边缘412偏移，使得沿径向新进的冷却剂可以邻近或接近上游集管板200流动。连续的或不中断的狭槽426设计有助于冷却剂被均匀分布在整个上游集管板200和将与集管板邻近的管芯的上游面上。狭槽426的宽度可以按尺寸形成与冷却剂导管420的宽度成比例，使得冷却剂围绕管道被均匀地分布，以从基本所有方向均匀地引入内部区域。另选的实施例包括这样的配置，其中狭槽426的宽度可根据与冷却剂进给连接180的距离而改变；例如，狭槽426的宽度在经设置距离冷却剂进给连接180最远的位置处最大。
参见图6，示出的是被配置成将冷却剂均匀地分布至上游端502的热交换器500中的另一个实施例，其中冷却剂线路、回路或管道位于热交换器的外部。所示的热交换器500可以还是细长的矩形结构，其在沿纵向轴506对齐的上游端502和下游端504之间延伸。为了接收热废气并将废气重新引导为流动穿过基本上平行于纵向轴线506的主体514，废气进口扩散器510在热交换器500的上游端502处可被附接至主体514。类似的废气出口扩散器512在相对下游端504处可以被附接至主体514。主体514可以包括容纳多个废气管的外中空罩或芯壳520，其中多个废气管被布置在管芯或管束中。芯壳520可以具有相对彼此布置成90°的四个侧面522的矩形或正方形剖面，以对应于管芯或管束的正方形布置。
冷却剂进口线路530或回路可以形成为一系列中空管状管532，这些管以90°角连接在一起并且被布置在围绕热交换器500的上游端502而设置的环中。管可以是标准的膨胀管和配件，诸如可通过螺纹连接在一起的90°弯头，但是在其他实施例中可以使用更复杂的管系布置。为了连通从外部冷却剂线路530到管芯中的冷却剂通道的冷却剂，T配件等形式的多个冷却剂引入路径532可以和冷却剂线路相交并且部分地设置或接进芯壳520中。冷却剂引入路径532可以进入进口扩散器510以及以虚线指示的上游集管板524位置后的芯壳520，使得冷却剂将被引导至冷却剂通道中并且保持与废气隔开。为了维持冷却剂引入线路530的外部性质，T配件还可以将冷却剂引入线路530与芯壳520间隔开，使得冷却剂引入线路与芯壳是非连续的。
在所示实施例中，一个冷却剂引入路径532可以与芯壳520的四个侧面522中的每个相关联。形成冷却剂引入路径532的T配件朝向纵向轴线506向内引导冷却剂，使得冷却剂的至少一部分可以在沿长度方向前进穿过热交换器500之前会聚于管芯的中心。因此，冷却剂被径向地均匀分布至上游端502，以防止接近集管板524局部加热。为了连通冷却剂系统和从冷却剂系统中接收新的冷却剂，单个冷却剂进给连接534可以从冷却剂引入线路下垂。为了从热交换器500移除加热的冷却剂，可以围绕下游端504设置类似的冷却剂出口轮廓540。
工业实用性
本发明一般而言可应用于热交换器并且可应用于与用于冷却废气的EGR系统相关联的热交换器。参见图1，内燃发动机102可以燃烧产生废气的诸如柴油的燃料。为了减少排放，EGR系统150可以通过中间的热交换器160将废气的一部分重新引导返回至进气歧管110，从而通过与来自和发动机102相关联的冷却剂系统140的冷却剂的热交换来冷却热气。参见图4，新进的热废气在与热交换器160的纵向轴线166对齐后可以进入通过上游集管板200的被捆成管芯的多个废气管。为了从废气中移除热能，可将冷却剂引入管芯192中的多个排气管之间的冷却剂通道。
具体地，冷却剂可以进入内部区域310，该区域接近上游集管板200从多个不同引入路径接合管的位置，其中引入路径与可以被设置在围绕管芯并且外接管芯的环219中的冷却剂进口线路、回路或冷却剂管道320连通。冷却剂管道320围绕管芯192均匀地分布新的冷却剂，并且引入路径被布置成朝向热交换器和管芯的中心对齐的纵向轴线166向内引导冷却剂。径向向内引导的冷却剂的至少一部分可以在其重新引导成沿轴线朝向热交换器的下游端轴向流动之前会聚于纵向轴线166处。因此，冷却剂被均匀地分布在整个集管板200和管芯的邻近上游面上，以有助于这些关键部位中的冷却剂的补充。
参见图7A和图7B，做出具有单个冷却剂进口对具有多个冷却剂引入路径的热交换器中的集管板/管芯界面处所产生的热图案的比较，其中冷却剂引入路径外接管芯。如图7A所示，通过热交换器600的第一侧面602上设置的单个进口610的引入冷却剂不能移除在热交换器的相对第二侧面604处的大部分热能606，如用代表较多热的较暗的阴影所指示的。这是因为新进的冷却剂在到达第二侧面604之前，将大体被重新引导以沿长度方向穿过热交换器600的纵向轴线608流动。已接近第二侧面604的冷却剂可保持滞留在其中，从而造成局部加热以及管/集管板接合处破裂，这可允许冷却剂与废气混合。
相反，在图7B中，通过外接管芯的多个冷却剂引入路径引入冷却剂来移除来自热交换器650的大部分热能666，如再次用阴影指示。具体地，包括在每个热交换器600的第一侧面652、第二侧面654、第三侧面656以及第四侧面658处的径向取向的引入路径660可以引导冷却剂横贯大部分的集管板/管芯界面，其可会聚于纵向轴线668处。连续地补充横贯集管板/管芯界面的冷却剂，以避免局部加热和可能的破裂或渗漏形成。
应当明白的是以上描述提供了本发明系统和技术的实例。然而，可考虑到本发明的其他实现方式在细节上可与以上实例不同。对本发明或其中的实例的所有引用都旨在涉及关于该问题讨论的具体实例而不旨在隐含任何限制，而本发明的范围更宽泛。所有对于某些特征的区别和贬低的语言旨在表示这些特征并不是优选的，除非另外说明，否则并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外。
除非文中另外指示，否则文中提及的数值范围仅用作分别指代落在该范围内的每个独立的值的简略表示方法，并且每个单个独立的值就如同被单独地记载在文中一样被结合在说明书中。本文中所述的所有方法均可以任何适合的顺序执行，除非本文中另外指明或与上下文明显矛盾。

Claims (10)

1.一种用于废气再循环单元的热交换器(160)，包括：
管芯(192)，所述管芯(192)包括从上游面(194)延伸至下游面(196)以限定纵向轴线(166)的多个废气管(190)，所述管芯(192)包括设置在所述多个废气管(192)之间并且分离所述多个废气管(192)的多个冷却剂通道(198)；以及
冷却剂进口线路(300)，所述冷却剂进口线路(300)基本上靠近所述上游面(194)围绕所述管芯(192)设置并且大体垂直于所述纵向轴线(166)，所述冷却剂进口线路(300)朝向所述纵向轴线(166)向内引导冷却剂，所述冷却剂的至少一部分会聚于所述纵向轴线(166)处。
2.根据权利要求1所述的热交换器(160)，其中，所述冷却剂进口线路(300)形成于靠近所述上游面(194)围绕所述管芯设置的冷却剂进口套管(300)中，所述冷却剂进口套管(300)包括基本上与所述管芯(192)外接的冷却剂管道(320)，所述冷却剂管道(320)与冷却剂通道(198)连通。
3.根据权利要求2所述的热交换器(160)，其中，所述冷却剂管道通过阻隔壁(324)与所述管芯(192)分开，并且所述冷却剂管道(320)与所述冷却剂通道(198)通过穿过所述阻隔壁(324)设置的引入路径(326)相连通。
4.根据权利要求3所述的热交换器(160)，其中，所述引入路径(326)由穿过所述阻隔壁(324)设置的多个孔(326)提供。
5.根据权利要求4所述的热交换器(160)，其中，至少两个孔(326)布置在横跨所述管芯(192)的相对位置上。
6.根据权利要求3所述的热交换器(160)，其中，所述引入路径由围绕所述管芯(192)连续地穿过所述阻隔壁(424)设置的狭槽(426)提供。
7.根据权利要求1所述的热交换器(160)，其中，所述冷却剂进口线路(300)沿与所述管芯(192)外接的环(219)设置。
8.根据权利要求1所述的热交换器(160)，还包括与所述管芯(192)的所述上游面(194)对接的上游集管板(200)。
9.根据权利要求1所述的热交换器(500)，其中，所述冷却剂进口线路包括在围绕所述管芯(192)的环中设置的外管系(530)。
10.一种冷却废气再循环(EGR)系统中的废气的方法，包括：
提供管芯(192)，其包括通过冷却剂通道(198)彼此分离的多个管(190)；
提供冷却剂进口线路(300)，其基本上围绕所述管芯(192)设置；
将废气引入所述多个管(190)；
将冷却剂从所述冷却剂进口线路(300)经由引入路径引导至所述冷却剂通道(198)，所述引入路径基本上围绕所述管芯(192)设置。
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