CN104981678B - 气体热交换器，特别是用于发动机的排气的气体热交换器 - Google Patents

气体热交换器，特别是用于发动机的排气的气体热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气体热交换器(1)，特别是用于发动机排气的气体热交换器，该气体热交换器包括布置在壳体(3)内的多个管(2)，且要通过与冷却剂热交换而被冷却的气体流动通过所述管，热交换器还包括冷却剂入口管道(4)和出口管道(5)，布置在壳体(3)的相对端部处，优选在所述壳体(3)的单侧上。每一个管(2)包括面向气体流动方向的突起(6)，管(2)能够通过堆叠彼此而组装，使得相应管(2)的突起(6)限定导流器类型的屏障(6a、6b)，该屏障意图建立适合于适当地分布冷却剂流的预定路径，该路径从其入口(4)至其出口(5)，围绕管(2)且沿着交换器(1)。通过交换器的冷却剂流的分布被改进，同时避免了使用常规导流器。

Description

气体热交换器，特别是用于发动机的排气的气体热交换器
技术领域
本发明涉及气体热交换器，特别是用于发动机的排气的气体热交换器。本发明具体地涉及发动机的排气再循环(EGRC)热交换器。
背景技术
在用于冷却气体的一些热交换器中，例如在通向内燃发动机的排气再循环系统中使用的那些，交换热量的两个环境由壁分隔。
当前在市场上可获得的EGR交换器是金属热交换器，通常由不锈钢或铝制成。
主要存在两种类型的热交换器：第一类型包括外壳，该外壳容纳用于运送气体的一组平行管，冷却剂在外壳内以及在管外部流动，第二类型包括一系列平行板，所述平行板形成热交换表面，使得排气和冷却剂在两个板之间在交替的层中流动，可选地包括翅片，以改进热交换。
在管组热交换器的情况下，管和外壳可以不同方式组装在一起。通常，在外壳的每一个端部处连接的两个支撑板之间，管通过相同的端部附连，两个支撑板具有用于安装相应管的多个孔。
所述支撑板继而附连至用于附连至再循环管线的器件，其可以是V形组件或周边连接领部或凸缘，这取决于其中组装有交换器的再循环管线的设计。周边领部可与气体箱组装，使得气体箱是外壳和领部之间的中间部件，或领部可直接组装在外壳上。
在两种类型的EGR交换器中，交换器的大部分部件是金属的，使得它们通过机械方式组装，且随后被炉焊、弧焊或机关焊接，以确保该应用所需的密封。在一些情况下，它们可还包括一些塑料部件，其可具有单个功能或并入在单个部件中的多个功能。
EGR热交换器满足的条件中的一个是保持冷却剂流的适当分布，以确保良好的热效率和足够的耐用性。如果冷却剂流的分布不适当，效率水平会下降，导致沸腾并影响在热疲劳作用下热交换器的耐用性。
冷却剂流的分布主要取决于冷却剂入口和出口管道的布置。一般的推荐是，冷却剂出口管道应定位在交换器的上部部分中，而冷却剂入口管道应相反地定位在交换器的下部部分中，冷却剂流体的分布随着冷却剂入口和出口导管之间的距离增加而改进。
有时，发动机冷却剂回路的布局的涉及不允许简单地观察到前述推荐。在该情况下，附加的导流器需要用于确保冷却剂流到达热交换器的全部内部空间。此外，导流器的使用增加交换器的价格，且使组装过程更复杂，这意味着需要大量投资来组装导流器。
专利JP2000292089和JP2000283666描述了管组热交换器，其包括多个横向导流器，所述导流器为布置在圆形截面的壳体内的板的形式。所述导流器的设计非常类似于位于外壳的两个端部处的支撑板的布局。这些导流器的直径等于外壳的内直径，且它们包括开口以允许冷却剂通过。在不同导流器中的所述贯通开口的位置交替地布置。专利KR20080013457描述了一种管组交换器，其包括沿圆形截面的外壳插入的螺旋导流器。
专利US2005161206A1描述了一种具有堆叠板的热交换器，其中，冷却剂入口和出口管道位于相反端部处，但是在外壳的相同侧面上。每一个板具有被压入侧向冷却剂入口区域的横向突起，以及沿板被压的多个较短突起，它们能够使来自相同的侧向入口区域的冷却剂跨过板的整个表面分布。
专利US2008169093A1描述了一种具有堆叠板的热交换器，其中，冷却剂入口和出口管道位于相反端部处以及交换器的外壳的相对面上。每一个板具有被压入侧向冷却剂入口区域的横向突起，以及沿板被压的多个较短突起，它们能够使来自相同的侧向入口区域的冷却剂跨过板的整个表面分布。
但是，不知道的是这样的管组热交换器，其中，期望的是，管具有横向于气体方向布置的突起，以改进冷却剂的分布。
发明内容
根据本发明的气体热交换器(特别是用于发动机排气的气体热交换器)的目的是克服现有技术中已知的交换器的缺陷，通过提出一种热交换器实现，该热交换器改进了流动通过其的冷却剂的分布，而无需使用导流器。
根据本发明的气体热交换器，特别是用于发动机排气的气体热交换器，包括多个平行管，所述平行管布置在外壳内且要通过与冷却剂热交换而被冷却的气体流动通过所述管，且其中，冷却剂入口和出口管道每一个布置在外壳的相对端部处，优选地在所述外壳的单侧上。其特征在于，每一个管具有对着气体方向的突起，可以通过将所述管彼此堆叠而组装所述管，使得相应管的突起形成导流器形式的屏障，所述屏障意图建立预定通路，所述通路确保冷却剂流从其入口至其出口且绕所述管并沿交换器的整个长度的适当分布。
在管上使用突起消除了使用如现有技术中已知的导流器的需要。相应地，在管组组装过程期间使每一个管的突起适当取向建立屏障，所述屏障用作能够将冷却剂流引导通过热交换器内部的导流器，由此改进所述冷却剂流的分布。
前述导流器作用通过相应管的突起之间的接触实现，使得所获得的屏障或导流器迫使冷却剂沿能够确保冷却剂良好分布的通路流动。
由于该导流器作用，沿所有方向建立的湍流以及冷却剂的从入口至出口的改进的通路改进了管组的冷却。应注意到，没有该导流器作用，冷却剂会直接从入口流动至出口，而不会绕管流动，这是不期望的。
优选地，所述平行管具有大致矩形截面，每一个管具有横向于气体方向的突起，使得相应管的所述横向突起形成大致垂直的横向屏障。
根据本发明的一个实施例，所述管取向为使得管组的上半部分的相应横向突起位于距气体入口大约管的三分之一长度的距离处，由此形成第一垂直横向屏障，同时管组的下半部分的相应横向突起位于距气体入口大约管的三分之二长度的距离处，由此形成第二垂直横向屏障，使得两个横向屏障形成用于冷却剂流的Z形通路，冷却剂入口管道在外壳的侧面的一个端部处位于上部部分中，在所述第一横向屏障的上游，而冷却剂出口管道位于外壳的同一侧面的相对端部的下部部分中，在所述第二横向屏障的下游。
如果冷却剂在外壳的同一侧进入并离开交换器，该方案是特别有利的。
所建立的导流器或横向屏障迫使冷却剂流沿所有方向填充交换器的内部，但具有冷却剂流从冷却剂入口至冷却剂出口的适当分布，由此防止冷却剂直接从其入口流动至出口。此外，在外壳内部产生的流为Z形形状，其完全不同于使用横向突起的现有技术中的堆叠板交换器中的冷却剂流动通路。
根据一个实施例，每一个管仅具有一个横向突起，位于管的一个面上。
根据另一实施例，每一个管具有两个横向突起，位于管的相反面上。
有利地，每一个管具有多个突出部，优选地为圆形截面，所述突出部沿管分布且用于支撑相邻管且与相邻管组装，其继而界定管之间的用于冷却剂通过的预定空间。
附图说明
附图被提供以有助于前述描述，它们示意性地且仅借助非限制性例子示出了根据本发明的气体热交换器的实际示例性实施例，特别是用于发动机排气的气体热交换器，在图中：
图1是根据本发明的热交换器的透视图，示出具有管组的外壳以及冷却剂入口和出口管道；
图2是管的透视图，示出横向突起和支撑突出部；
图3是根据本发明的一个实施例的具有单个横向突起的管的侧视图；
图4是根据本发明的另一实施例的管的侧视图，所述管具有布置在相反面上的横向突起；
图5是图1中的热交换器的透视图，示出纵向剖切平面T；以及
图6是热交换器沿图5中所示的剖切平面T的纵向横截面。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的气体热交换器1，特别是用于发动机排气的气体热交换器，包括多个平行管2，所述管具有大致矩形的截面，布置在壳体3内，要通过与冷却剂热交换而被冷却的气体流动通过所述管2。其还具有冷却剂入口管道4和冷却剂出口管道5，布置在所述外壳3的单侧上且在相对的端部处。
如图2所示，每一个管2具有横向于气体方向的突起6，该突起6位于距管的一个端部大约管的三分之一长度的距离处。
管2可具有单个横向突起6，位于管的一个面上(参见图3)，或它们可具有两个横向突起，位于管的相反面上(参见图4)。
每一个管2具有多个圆形截面的突出部7，所述突出部7沿管2分布且用于支撑相邻管2且与相邻管2组装，其继而界定管2之间的用于冷却剂通过的预定空间。
图6示出热交换器1沿图5中所示的剖切平面T的纵向横截面。在该情况下，管2通过将所述管彼此堆叠且取向相同而组装，使得该组管2的上半部分的相应横向突起6位于距气体入口大约管2的三分之一长度的距离处，由此形成第一垂直横向屏障6a，同时该组管2的下半部分的相应横向突起6位于距气体入口大约管2的三分之二长度的距离处，由此形成第二垂直横向屏障6b。这样，两个横向屏障6a和6b形成用于冷却剂流的Z形通路，如图6中箭头所示的。
在该情况下，冷却剂入口管道4在外壳3的侧面的一个端部处位于上部部分中，在所述第一横向屏障6a的上游，而冷却剂出口管道5位于外壳3的同一侧面的相对端部的下部部分中，在所述第二横向屏障6b的下游。
前述导流器作用通过相应管2的横向突起6之间的接触实现，使得所建立的导流器6a和6b或横向屏障迫使冷却剂流沿所有方向填充交换器1的内部，但具有冷却剂流从冷却剂入口4至冷却剂出口5的适当分布，由此防止冷却剂直接从其入口流动至出口。此外，在外壳内部产生的流为Z形形状，其完全不同于使用横向突起的现有技术中的堆叠板交换器中的冷却剂流动通路。
尽管参考了本发明的具体实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这里描述的气体热交换器，特别是用于发动机排气的气体热交换器，容许有多种变体和改动，且提到的全部细节可用其他的技术上等同的细节替换，由此没有超出由所附权利要求限定的保护范围。

Claims (7)

1.一种气体热交换器(1)，所述气体热交换器包括布置在外壳(3)内的多个平行管(2)，且要通过与冷却剂热交换而被冷却的气体流动通过所述管，且其中，冷却剂入口管道(4)和出口管道(5)每一个布置在外壳(3)的相对端部处，其特征在于，每一个管(2)具有对着气体方向的横向突起(6)，可以通过将所述管(2)彼此堆叠而组装所述管(2)，使得相应管(2)的横向突起(6)适当取向并与对应的相邻管(2)接触以形成导流器形式的屏障(6a、6b)，所述屏障意图建立预定通路，所述通路确保冷却剂流从其入口管道(4)至其出口管道(5)且绕所述管(2)并沿交换器(1)的整个长度的适当分布；所述管(2)取向为使得该组管(2)的上半部分的相应横向突起(6)位于距气体入口大约管(2)的三分之一长度的距离处，由此形成第一垂直横向屏障(6a)，同时该组管(2)的下半部分的相应横向突起(6)位于距气体入口大约管(2)的三分之二长度的距离处，由此形成第二垂直横向屏障(6b)，使得两个横向屏障(6a、6b)形成用于冷却剂流的Z形通路，冷却剂入口管道(4)在外壳(3)的侧面的一个端部处位于上部部分中，在所述第一垂直横向屏障(6a)的上游，而冷却剂出口管道(5)位于外壳(3)的同一侧面的相对端部的下部部分中，在所述第二垂直横向屏障(6b)的下游；每一个管(2)具有多个突出部(7)，所述突出部沿管(2)分布且用于支撑相邻管(2)且将相邻管(2)彼此组装，所述管(2)继而界定相邻管(2)之间的用于冷却剂通过的预定空间。
2.如权利要求1所述的气体热交换器(1)，其特征在于，所述平行管(2)具有大致矩形截面，每一个管(2)具有横向于气体方向的横向突起(6)，使得相应管(2)的所述横向突起(6)形成大致垂直的横向屏障(6a、6b)。
3.如权利要求2所述的气体热交换器(1)，其特征在于，每一个管(2)仅具有位于管的一个面上的一个横向突起(6)。
4.如权利要求2所述的气体热交换器(1)，其特征在于，每一个管(2)具有位于管(2)的相反面上的两个横向突起(6)。
5.如权利要求1所述的气体热交换器(1)，其特征在于，冷却剂入口管道(4)和出口管道(5)每一个在所述外壳(3)的单侧上布置在所述外壳(3)的相对端部处。
6.如权利要求1所述的气体热交换器(1)，其特征在于，所述突出部(7)具有圆形截面。
7.如权利要求1所述的气体热交换器(1)，其特征在于，所述气体热交换器(1)是用于发动机的排气的气体热交换器。
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