CN107605621B - 用于废气再循环系统的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于EGR(废气再循环)系统的热交换器，该热交换器包括通过组合包括有沿着管的方向分布的特定突起的两个板而构造的扁平管的管束。这两个板中的这些突起彼此接触或附接成使得这些突起建立出内部通道。本发明的特征在于存在横向突出部或横向偏移部，横向突出部或横向偏移部对流过内部通道的侧壁的流产生扰动而增强流过所述通道的流的紊流，从而通过对流增强热交换。

Description

用于废气再循环系统的热交换器
技术领域
本发明是用于EGR(废气再循环)系统的热交换器，该热交换器包括通过组合包括有沿着管的方向分布的特定突起的两个板而构造的扁平管的管束。这两个板中的这些突起接触或附接成使得这些突起建立了内部通道。
本发明的特征在于存在横向突出部或横向偏移部，横向突出部或横向偏移部对流过内部通道的侧壁的流产生扰动而增强流过所述通道的流的紊流，从而通过对流增强热交换。
本发明由于将该热交换器结合在EGR系统中并且因此有助于减少内燃发动机的环境影响而令人感兴趣。
背景技术
最集中发展的技术领域之一是EGR系统，因为与减少具有内燃发动机的车辆的排放有关的需求规定与日俱增。
发动机室的空间必须容纳越来越多的装置，这要求这些装置尽可能得紧凑。在包括EGR系统的装置中，包括负责使再循环到发动机进气口的废气冷却以减少氧气含量的热交换器。
由于再循环的气体的流速和温度的特定升高，减小热交换器的体积的唯一方法是增加交换表面或改善对流热传递系数。
最广泛使用的热交换器包括有供待冷却的气体循环通过的管束。该管束被浸入液体冷却剂中，该液体冷却剂将由气体释放的热除去。
紧凑型交换器的设计中重要的改进是引入平管来形成管束。平管具有矩形截面，其中，较大的面可以包括有突起，突起增强了循环通过平管的气体的紊流。已知有意在用于构造提高热传递系数的特定突起图案(patterns of protrusions)的大量的专利申请。
由于流过平管的气体的压降小于具有圆形截面的管中的压降，因此这种平管构型被证明是非常有效的。
平管的两个较大的面中被结合有突起图案，使得一个较大面的突起和另一较大面的突起部分地伸入管的截面而主要在于扰动靠近所述面的流。
这两个面的突起的顶部之间存在仍允许流通过的截面；然而，鉴于一个面的突起不必须与另一个面的突起位置对应，因此有效通道截面大于在管的横截面视图中观察到的外观截面。
然而，管的深度是受限制的，因为进一步减小管的截面将导致压降，这将使平管的整体效率劣化。
在这些平管中，由于制造平管的特定方式，侧壁是扁平的。
制造扁平管的方法使用了单个扁平金属条，该金属条在对应于较大面的区域中被进行冲压，并且随后该金属条沿着其长度被连续地弯曲直到形成扁平管为止。
金属条通过主要被支承在对应于管的较小面中的至少一个较小面的区域上的辊被进行拉延；因此这个区域必须是扁平的。金属条的自由边缘在折叠操作之后接触，并且所述自由边缘通过连续的焊道焊接。这个较小面也必须是扁平的。
辊的支承及焊接操作都是限制因素，这意味着突起仅位于管的较大面中并且扁平管的侧壁和较小侧面都是扁平的。
实践中有一个额外的限制。由于用于使顶点弯曲成壁的弯曲操作需要能够执行正确的弯曲操作的距离，因此较大面的突起必须具有距壁的最小距离。
该最小距离和壁呈扁平的事实导致较大面的突起不会引起紊流状态的通道，并且因此这种通道是热传递系数较低的区域。
本发明通过下述扁平管解决了这些问题：该扁平管允许产生具有突起或偏移部的侧壁，增强了施加在气流上的扰动，从而在不使压降劣化的情况下增大了对流热传递系数。
发明内容
本发明是一种用于EGR系统的热交换器，该热交换器意在用于建立第一流体与第二流体之间的热交换，所述第一流体为内燃发动机的排气，所述第二流体为液体冷却剂，该热交换器由于其所包括的热交换管的高的热传递系数而具有非常紧凑的构型。
根据本发明的第一方面的热交换器包括：
-壳体，该壳体具有第二流体的入口和出口；
-热交换管束，该热交换管束容置在壳体内，该热交换管束通过层叠彼此平行地布置的具有矩形截面的扁平管而形成，该热交换管束在第一流体的入口与第一流体的出口之间沿着纵向方向延伸；
其中，热交换管束与壳体之间的空间构造成用于第二流体通过；以及
其中，管束的扁平管在扁平管的端部处包括沿管束的层叠方向的扩张部，以在管之间建立用于第二流体的通过空间。
在整个描述中，将使用彼此垂直的三个主方向。这三个主方向将管束的管作为参考元件。随后定义主方向。
标识为X-X’的纵向方向是由热交换管束所延伸的纵向方向建立的方向。
管具有扁平构型，因为管是沿着主平面延伸的。主平面包括彼此垂直的两个主方向：一个是纵向方向X-X’，另一个是标识为Y-Y’的横向方向。扁平管具有矩形截面。指定横截面是垂直于纵向方向X-X’的，该矩形截面的较大侧部是沿着横向方向Y-Y’延伸的侧部。
扁平管的该矩形截面的较小侧部是沿着相对于横向方向Y-Y’的垂直方向的。该垂直方向将被标识为Z并且该垂直方向是建立形成管束的管的层叠的方向。
如所指出的，管具有矩形截面并且彼此平行地布置。管在端部处具有沿层叠方向Z的扩张部，使得所述端部也产生矩形截面。管束的管堆由这些端部支撑。由于扩张部位于端部处，因此在管束的管的长度的其余部分中，在各管之间存在分隔部，该分隔部允许第二流体通过从而借助扁平管的较大表面移除热。
管束不需要来附接管的端部的冲切挡板。管束通过使端部的扩张部接触并被焊接在一起而被层叠成，使得在横截面上第一流体进入入口的仅有的限制是管的边缘。
如此构造的管束容置在具有第二流体的入口和出口的壳体中，其中，该第二流体在各管之间存在的空间之间以及管与壳体之间的空间中流动。
在具体实施方式中，容置管束的壳体具有矩形截面。
在另一具体实施方式中，具有矩形截面的所述壳体在一个面中具有第二流体的入口和出口，使得所述第二流体的入口和出口平行于管束的管的主平面。
由于以下事实增强了该热交换器中的热传递：管束的管中的至少一个管：
通过附接具有弯曲侧部的两个扁平板而构造，使得一个板的弯曲侧部的内表面附接至另一个板的弯曲侧部的外表面；
其中，这两个板具有沿着纵向方向分布的成组的第一突起，
其中，至少一个板具有比第一突起深的、触及到相对的板的一个或更多个第二突起，这两个板借助于所述至少一个第二突起彼此接触或附接，从而在扁平管内形成纵向通道，
并且其中，指定横向方向为扁平管的主平面中包括的相对于纵向方向的垂直方向，所述一个或更多个第二突起具有沿横向方向的突出部或者沿横向方向的偏移部或者具有沿横向方向的突出部和偏移部两者，以通过由所述第二突起形成的通道的壁沿横向方向扰动第一流体的流。
管是通过附接两个板来构造的，而这两个板是通过将这两个板的侧部弯曲成使得所述侧部相邻并且附接至彼此从而形成侧壁来附接的。
扁平管在一个或两个板的主平表面中具有两组突起：标识为第一突起的突起和标识为第二突起的突起。第一突起由于其并未触及到相对的板或所述相对的板的第一突起而具有较小的突起深度。
这些第一突起如现有技术中所出现的那样具有增强通过管内部的第一流体的流的紊流的作用。
第二突起由于其触及到相对的板而较深。触及到相对的板的具体方式是使附接至彼此的两个板具有布局一致的第二突起，使得每个突起具有相当于在与扁平管的主平面垂直的方向Z上的管高度的一半的深度。
通过第二突起进行的板之间的接触是通过使两个板彼此支撑而进行的接触、或者是通过将两个板附接而进行的接触——特别是借助于焊接将两个板附接附接而进行的接触。通过第二突起进行的板之间的所述接触——无论两个板是否附接——都建立了通过第二突起对第一流体的通过进行阻挡的阻挡部。第一突起不构成对第一流体的通过进行阻挡的阻挡部，而是产生有利于紊流结构发生的流扰动。
对第一流体的通过进行阻挡的阻挡部建立为像壁一样作用的第二突起。第二突起分布成使得它们在扁平管内产生纵向通道。
形成于扁平管中的通道不仅由管的壁定界。该通道也由第二突起形成，并且所述通道的壁的构型取决于第二突起的构型。根据本发明，这些第二突起具有沿横向方向的突出部或者沿横向方向的偏移部或者具有沿横向方向的突出部和偏移部两者，当第一流体的流通过该通道时，突出部和偏移部扰动第一流体的流。该扰动主要发生在横向方向Y-Y’上而非由第一突起引起的方向Z上，使得方向Z上的扰动与横向方向Y-Y’上的扰动的组合导致非常重要的紊流的增强，从而使得通过对流产生高得多的热传递系数，进而提高了热交换器的效率。
在板通过第二突起未被附接而是仅被支撑的情况下，所述支撑允许通过管束的扁平管的管堆传递载荷。当第二突起未被附接时，必须要通过管堆来传递载荷。流过管内部的气体的内部压力倾向于使构造所述管的板分离，因此必须要施加补偿这种分离倾向的力。
为了阻止这些板分离，例如在布置为管堆的第一个管和最后一个管的管的外表面上施加载荷，并且所述载荷借助于管的彼此接触的外部突出部而通过管堆来传递，使得在管之间传递载荷，从而防止了板的移动。
相接触且未焊接至彼此的第二突起的存在自身不允许阻止构成管的板分离或移动，因此需要存在外部突出部并且需要使所述外部突出部彼此接触来通过管堆传递载荷。
此外，第二突起还通过同一个管将载荷从一个板传递至另一个板。
当管束的管堆被壳体包围时，外部突出部被支撑在壳体的内壁上而作为用于在管堆中产生应力的装置，从而阻止管分离。
下面在各实施方式的描述中提供了构造第二突起的具体方式。
附图说明
参照附图，仅通过说明性的非限制性示例给出的优选实施方式的以下详细描述，将更清楚地理解本发明的这些和其他特征和优点。
图1A示出了根据本发明的实施方式的热交换器的立体图。
图1B示出了从第一流体进入管束的管的入口观察到的该热交换器的正视图。
图2示出了热交换器的纵向截面，其中，该截面的平面平行于管束的任何管的主平面。
图3A和图3B分别示出了根据本发明的第一实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。
图4A和图4B分别示出了根据本发明的第二实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。
图5A和图5B分别示出了根据本发明的第三实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。在该实施方式中，第二突起在各通道之间包括连通窗，以允许补偿管之间的压力。
图6A和图6B分别示出了根据本发明的第四实施方式的扁平管的入口的前视图和该扁平管的俯视图。
图7A和图7B分别示出了根据本发明的第五实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。
图8A和图8B分别示出了根据本发明的第六实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。
图9A和图9B分别示出了根据本发明的第七实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。在本实施方式中，沿着横向方向的流的扰动是通过具有横向偏移部的第二突起来实现的。
图10A和图10B分别示出了根据本发明的第八实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。在该实施方式中，沿着横向方向的流的扰动是通过具有横向偏移部的第二突起和用于补偿通道之间的压力的窗来实现的。
图11A和图11B分别示出了根据本发明的第九实施方式的扁平管的入口的正视图和该扁平管的俯视图。这些附图出了将用于像在第一实施方式至第五实施方式中使用的第一突起那样的第一突起的图案与特定形状的第二突起组合的特定实施方式。这种图案的组合已经被证明表现出特别高的效率值。
图12示出了效率(Ef)相对于通过扁平管的流量(Q)的曲线图，其中，测量值对应于三种特定情况：根据现有技术的在通道的壁中不具有对纵向流进行扰动的元件的第一种情况，以及本发明的实施方式的不同的第二种情况和第三种情况，其中，第二种情况和第三种情况表现出具有通过存在流扰动元件而极大地改善的效率的曲线。
具体实施方式
图1A、图1B和图2示出了根据第一发明方面的用于EGR系统的热交换器的第一实施方式，该热交换器构造成用于第一流体3与第二流体4之间的热交换。
根据所有的实施方式，第一流体3是来自内燃发动机的排气管道的热气体，第二流体4是发动机的液体冷却剂。
图1A示出了热交换器的第一实施方式的立体图。热交换器由壳体1形成，壳体1容纳有具有扁平构型的管束2。根据图1A和图1B的取向，第二流体4沿竖向通过用于液体冷却剂的入口1.1进入壳体1并且通过出口1.2离开。在壳体1内，扁平管2.1还示出为具有竖向布置，使得液体冷却剂4在管之间经过，从而除去由第一流体3、即热气体释放的热。
壳体1在外部具有位于第一流体3的入口处的凸缘5和位于第一流体3的出口处的凸缘6，以允许与输送第一流体3的导管附接。
管束2的扁平管2.1通过彼此附接的两个扁平板构造。所述板中的每个板都示出为具有弯曲侧部2.1.5，弯曲侧部2.1.5形成扁平管2.1的壁。
通过将板中的一个板弯曲而形成的壁或弯曲侧部2.1.5定位成与由另一板弯曲而形成的壁或弯曲侧部2.1.5相邻，使得一个壁的内表面附接至另一板的壁的外壁。
板的主表面产生扁平管2.1的较大的面，并且弯曲侧部2.1.5形成所述扁平管2.1的较小的侧部。
在扁平管2.1的端部处，具有沿扁平管的层叠方向Z的扩张部2.1.1。该扩张部由较大高度的弯曲侧部2.1.5产生，并且在较大的面中由双台阶产生，由于较大面之间的距离增大，因此这种双台阶使得扁平管2.1在该扩张部2.1.1中的截面更大。
在形成管束2的扁平管2.1的管堆中，该扩张部2.1.1中形成了扁平管2.1之间的支撑，并且在扁平管2.1的长度的其余部分中建立了允许第二流体4的通过的空间。
图1B示出了扁平管2.1的入口或出口以及扩张部2.1.1如何确定管束2的与扁平管2.1的除了形成扁平管2.1的壁的板的厚度以外的入口面积的总和相对应的整个入口面积。这种构型将由于通道截面减小而导致的压降降低至最小。
图2示出了热交换器的纵向截面，其中，截面的平面平行于扁平管2.1。在该截面中，扁平管2.1被示出为与壳体1的内表面接触，以迫使液体冷却剂3在扁平管2之间经过。
扁平管2.1具有沿着纵向方向X-X’分布的第一突起2.1.2。这些第一突起2.1.2在层叠方向Z上对穿过扁平管2.1内部的流产生了扰动，从而增加了紊流，并且因此增大了热气体3与所述扁平管2.1的表面之间的热传递系数。
根据各种实施方式，这些第一突起2.1.2形成了沿着扁平管2.1的长度重复的图案。
根据本发明，扁平管具有比第一突起2.1.2深的一个或更多个第二突起2.1.3，使得所述一个或更多个第二突起2.1.3触及到相对的板。所述一个或更多个第二突起2.1.3触及到相对的板是因为第二突起2.1.3的深度使得第二突起2.1.3覆盖扁平管2.1的截面，或者是因为扁平管2.1的两侧的第二突起2.1.3具有使得两侧的第二突起2.1.3彼此相接触的深度。根据该第二选择并且根据实施方式，根据扁平管2.1的主平面的构型是对称的，使得当将产生扁平管2.1的板彼此相对放置时它们位置对应。
第二突起2.1.3通过焊接附接至另一个板并且形成通道2.1.6。图1B示出了贯穿扁平管2.1的内部第一突起2.1.2如何使扁平管2.1的截面减小而没有达到相对侧，并且还示出了形成扁平管的板的第二突起2.1.3彼此接触以形成通道2.1.6。
根据现有技术制造的具有侧壁和具有带有突起的两个较大的面的管——其中，分布在两个主面上的突起的图案是通过对板进行深拉和弯曲而制成——不允许侧面具有突起的图案，因为侧面需要具有用于辊的支承表面，所述辊用于拉伸板使其弯曲。
因此，所有的突起仅在相对于扁平管的垂直方向上引起扰动，并且示出了必须与壁间隔开以有助于沿着壁的弯曲线折叠的突起。
根据本发明，扁平管2.1具有两个或更多个纵向通道2.1.6，其中，通道中的每个通道等效于根据现有技术的管。然而，通道内的紊流不同于现有技术的管中的流。
扁平管2.1的通道2.1.6的一个或更多个壁具有沿横向方向Y-Y’的突出部2.1.3.1或沿横向方向Y-Y’的偏移部2.1.3.2，或上述两者，用于沿横向方向Y-Y’扰动热气流。这些突出部从第二突起2.1.3沿横向方向Y-Y’冒出，通过与由第一突起2.1.2产生的扰动垂直的扰动增强了紊流。这种耦合效应相对于现有技术的解决方案非常显著地增大了热传递系数。
图2示出了根据扁平管2.1的纵向方向X-X’的具有纵向构型的第二突起2.1.3的实施方式，其中，突出部2.1.3.1也沿纵向以交替方式分布在第二突起2.1.3的两侧。这些突出部产生对热气流的扰动，从而产生与扁平管2.1的主平面平行并朝向通道2.1.6的中心的速度分量。指向通道2.1.6的中心的这些波动在第一突起2.1.2上产生了压力变化，这又增强了它们沿相对于扁平管2.1的主平面垂直的方向对流扰动的效果。
已经发现的是，这种协同效应非常高，并且不可能通过目前用于制造具有凹口的管的技术来获得。
由图2中的第一突起2.1.2的分布示出的图案通过两个交替的倾斜的对准部的组合形成，其中，第一对准部为圆形的或几乎圆形的突起，其中，端部的突起的尺寸较大，第一突起的第二对准部具有较大的纵长长度，并且第二突起具有圆形的或几乎圆形的截面。
在第一倾斜的对准部中，端部的突起具有较大的尺寸，并且不在端部的突起相对于该对准部的倾斜方向略微偏移。突起的第二对准部或一对突起——其中一者具有较大的纵长长度而另一者具有几乎圆形的截面——沿着纵向方向X-X’在其所在的侧部上交替。
第一突起2.1.2的这个图案是特别地还用于图3A至图3B、图7A至图7B以及图11A至图11B中所示实施方式中的图案。
然而，其它附图示出了具有特定图案的第一突起2.1.2和特定形状的第二突起2.1.3两者的扁平管2.1的其他示例，其中，在任何情况下，已经发现，第一突起2.1.2的图案与第二突起2.1.3的形状的组合能够产生更大的协同效应，从而产生更大的紊流，致使所获得的热传递更大，因此，热交换器的效率更高。
除了在先前附图中已经示出的入口之外，图3A示出了第一实施方式的扁平管2.1的入口的细节的正视图，以及图3B其示出了同一扁平管2.1的俯视图。
图3A指出了根据扩张部2.1.1的层叠方向Z以及横向方向Y-Y’，其中，沿横向方向Y-Y’的扰动是由于存在第二突起2.1.3的突出部2.1.3.1而产生的。
如图3B所示，在该实施方式中，第二突起2.1.3以连续的方式纵向地延伸，从而将扁平管2.1分成三个纵向通道2.1.6。第二突起2.1.3中的每个第二突起具有沿着纵向方向X-X’位置对应且在第二突起2.1.3的两侧对称地布置的两个突出部2.1.3.1。
在该实施方式中，第二突起2.1.3的突出部2.1.3.1与通道的端部位置对应，所述通道形成在第一突起2.1.2的图案的倾斜对准部之间。
图4A和图4B示出了第二实施方式，在第二实施方式中，第一突起中使用的图案与先前示例所描述的图案一致。然而，第二突起的突出部2.1.3.1以交替的方式定位于纵向方向X-X’的两侧，第二突起2.1.3沿该纵向方向X-X’连续地延伸。
在该实施方式中，第二突起2.1.3的突出部2.1.3.1也与形成于第一突起2.1.2的图案的倾斜对准部之间的通道位置对应，这允许诱发在这些通道之间建立的流的波动。该实施方式与去除了一部分突出部2.1.3.1的前述实施方式相似，从而减少了热气体的压降，保持了沿着横向方向Y-Y’对流的扰动。
图5A和图5B示出了与前述实施方式相似的第三实施方式。与前述实施方式相似之处在于：第三实施方式使用相同图案的第一突起2.1.2，并且第二突起2.1.3沿纵向延伸且具有在纵向方向X-X’的两侧上交替的突出部2.1.3.1。
在该实施方式中，第二突起2.1.3是不连续的，原因在于该实施方式示出了窗2.1.4，所述窗2.1.4允许热气体在纵向通道2.1.6之间流体连通。这种流体连通允许对通道2.1.6之间不仅由于在入口处存在不同条件也由于热传递而改变了热气体的热力学变量所导致的压力差进行补偿，并且这种流体连通可以具有不同的压力。窗2.1.4的存在使通道2.1.6之间的条件均匀化，而不会影响由第二突起2.1.3的突出部2.1.3.1引起的横向扰动。
图6A和图6B示出了新的实施方式，其中，第一突起2.1.2的图案与前述三个实施方式中示出的图案一致。
第二突起2.1.3形成两个纵向对准部，每个对准部由纵向部段形成并且所述纵向部段具有呈在纵向方向X-X’的两侧上交替的横向突出部2.1.3.1形式的端部。
位于部段的端部处的这些横向突出部2.1.3.1构造成弯曲的拐杖状延伸部，从而产生平滑过渡部，以防止存在由于存在热点而产生热疲劳区域的小停滞区并且以使得采用这种形状的板易于冲压。
该实施方式还示出了位于部段之间的窗2.1.4，所述窗2.1.4用以补偿纵向通道2.1.6之间的压力。
在该实施方式中，由突出部2.1.3.1导致的横向扰动大于前述示例中的横向扰动，原因在于，突出部2.1.3.1位于部段的端部处且正好位于窗2.1.4之前。
不仅由于存在突出部2.1.3.1会导致横向扰动，而且突出部2.1.3.1在其端部位置具有由于拐杖形状导致的弯曲末端也会导致相邻通道2.1.6中的小的抽吸效应，该小的抽吸效应使流朝向突出部2.1.3.1朝向其冒出的通道2.1.6转向。尽管窗2.1.4有利于沿着横向方向Y-Y’的这种效应，但所述窗仍然保持其用于补偿通道2.1.6之间的压力的功能。
沿着横向方向Y-Y’的这种扰动效应沿着纵向方向X-X’交替，使得所产生的紊流在扁平管2.1的短的长度内发展并且随后被根据所示图案的第一突起2.1.2增强。
图7A和图7B示出了第五实施方式，第五实施方式保持了第一突起2.1.2的图案，其中，第二突起由两个纵向对准部形成，并且第二突起2.1.3的每个对准部具有部段，所述部段具有位于所述部段两侧上居中的突出部2.1.3.1。
在第二突起2.1.3的每个对准部的部段之间存在用于补偿通道2.1.6之间的压力的窗2.1.4。在具有所示图案的第一突起2.1.2与具有高传热系数的第二突起2.1.3的这个组合中实现了均匀流，这是由于第一突起2.1.2引起的紊流所导致的并通过横向突出部2.1.3.1而增强的，但由于突出部2.1.3.1沿着纵向方向X-X’的对称性，通道2.1.6之间不会产生重大波动。窗2.1.4由于其允许补偿压力的事实而在更大程度上有利于通道2.1.6之间的紊流的均匀性。
图8A、图8B、图9A、图9B、图10A和图10B示出了第六实施方式、第七实施方式和第八实施方式，其中，第六实施方式、第七实施方式和第八实施方式共享与前述实施方式不同图案的第一突起2.1.2。
第一突起2.1.2的这种第二图案由呈下述形式的长形部段的突起形成：所述长形部段以倾斜的方式布置并且使倾向在纵向方向X-X’的两侧上交替。这个长形部段在两侧留下的两个三角形区域填充有圆形突起，所述圆形突起根据非常粗糙的加工以隔离的方式来扰动流。
在图8A和图8B中示出的第六实施方式中，第二突起2.1.3由长形部段形成并且沿着纵向方向X-X’定向，第二突起2.1.3的宽度大于第一突起2.1.2的图案中的长形部段的宽度。
在第二突起2.1.3的这些长形部段的端部处存在沿着纵向方向X-X’朝向一侧偏移的圆形加厚部分且在另一端处存在朝向相反一侧偏移的圆形加厚部分，从而在两个端部处产生沿横向方向Y-Y’扰动热气体流的突出部2.1.3.1。
在第二突起2.1.3的接连的长形部段之间存在窗2.1.4，所述窗2.1.4布置成允许补偿由这些第二突起2.1.3限定的纵向通道2.1.6之间的压力。
突出部2.1.3.1在第二突起2.1.3的长部段的端部的两侧上的交替位置产生具有特定倾向的窗2.1.4，从而产生热气体从一个通道2.1.6穿至相邻通道的轻微趋势。在所有的窗2.1.4中，这个趋势沿相同的横向方向Y-Y’。在热气体的入口流具有应当被补偿的特定横向速度分量时，这种构型适于增大通道2.1.6之间的补偿趋势。
在图9A和图9B中示出了第七实施方式，其中，第一突起2.1.2的图案与前述示例中的图案相同。
在本实施方式中，第二突起2.1.3通过沿着纵向方向延伸的突起构成且具有在纵向方向X-X’的两侧上交替的偏移部2.1.3.2，所述偏移部2.1.3.2导致沿着横向方向Y-Y’对流的扰动。
在该实施方式中，每个扁平管2.1示出了形成三个纵向通道2.1.6的两个第二突起2.1.3，其中，两个第二突起2.1.3示出了沿着纵向方向的相同的偏移部2.1.3.2。通过该构型，中央纵向通道2.1.6示出了由位于两侧的偏移部2.1.3.2所导致的沿着横向方向Y-Y’的流的偏移。
另外，在位于扁平管2.1两侧的纵向通道2.1.6在一侧具有由具有平直构型的弯曲侧部2.1.5形成的扁平管2.1的壁，并且在另一侧具有第二突起2.1.3的偏移部2.1.3.2。除了导致热气体流的横向偏移之外，第二突起2.1.3的这些偏移部2.1.3.2使得位于两侧的纵向通道(2.1.6)的截面改变。
在两侧纵向通道2.1.6中横向地扰动流的方式不同于在中央纵向通道2.1.6扰动流的方式，其中，两侧的方式对流的通过体现出更大的阻力，以补偿由第一突起2.1.2的图案间隔和由扁平管2.1的弯曲侧部2.1.5形成的壁所形成的优选路径。因此，提高了扁平管2.1的效率。
图10A和图10B示出了第八实施方式，第八实施方式与前述两个实施方式共享第一突起2.1.2的图案。
在该实施方式中，第二突起2.1.3形成两个对准部，所述两个对准部具有以倾斜方式布置的并具有相对于纵向方向X-X’交替的倾向的部段。在该实施方式中，所述部段的长度与第一突起2.1.2的图案中的位于相同的纵向位置的倾斜部段的长度相似，并且所述倾斜部段具有较小的倾向仅用于在其所形成的纵向通道2.1.6的两侧建立偏移部2.1.3.2。
已经在实验上发现，通过第二突起2.1.3的倾斜部段相对于纵向方向X-X’的角度包含在[5°,45°]范围内、优选地在[10°,30°]范围内、更优选地在[15°,20°]的范围内而获得最佳结果。
在这些长形倾斜部段之间存在允许补偿纵向通道2.1.6之间的压力的窗2.1.4。
在由第一突起2.1.2在通道2.1.6中建立的流中由第二突起2.1.3导致的横向偏移的影响被证明能够提供非常高的效率。
尽管所描述的组合示出了当第一突起2.1.2的图案与每个具体示例的第二突起2.1.3的特定构型相结合时的优点，但在图2至图7和图11中示出的第一突起2.1.2的图案以及在图8至图10中示出的第一突起2.1.2的图案是可互换的。
在所有实施方式中，第一突起2.1.2朝向管2.1的内部指向，以扰动第一流体3的流。然而，在任何实施方式中，能够包括朝向管2.1的外部指向的一个或更多个突出部，使得当管2.1层叠时，这些突出部能够与相邻管的突出部相接触或直接与管的壁相接触。彼此相接触的突出部的设置传递垂直于扁平管2.1的主平面的应力，从而防止振动并且补偿由第一流体3的趋向于扩张扁平管2.1的压力在管2.1内部产生的应力。
图11A和图11B分别示出了本发明的第九实施方式及其俯视图。在本实施方式中，组合了用于第一突起2.1.2的构型以及用于第二突起2.1.3的构型的两个具体图案，所述第一突起2.1.2的图案是在图2至图7中复制的示例中示出的图案。
在该实施方式中，第二突起2.1.3是纵向部段，所述纵向部段具有相对于纵向方向X-X’且沿交替的倾斜部段的偏移部2.1.3.2并且具有位于所述纵向部段彼此之间的窗2.1.4。
由偏移部2.1.3.2导致的流的横向扰动主要影响循环通过第一突起2.1.2所在的通道2.1.6的流。已经由第一突起导致的扰动对扁平管2.1的效率具有更大或更小的影响，这取决于紊流随着其穿过管而发生的演变，并且因此取决于已经施加于上游的扰动的历史记录。
通过流体随着其流动通过管所遇到的所有突出部对流的扰动的累积效应取决于大量的变量，例如，比如每个第一突起2.1.2的形状、所使用的图案或其尺寸。
相同突出部——其图案被稍作修改——可以产生小的优选通道，从而显著地修改了平均速度场、与第一突起的相互作用并且因此改变管2.1的效率。
这种情况也发生在第二突起2.1.3上，在这种情况下，不可能建立确定突起2.1.2、2.1.3的最佳形状及分布的准则，在这种情况下，管的效率是目标函数。
这种情况在上文描述的所有特定实施方式中是常见的。然而，已经在实验上发现，将如图10A、图10B、图11A和图11B所示构造的第一突起2.1.2的图案和第二突起2.1.3的图案组合可以产生高于先前情况下效率值的效率值。
图12示出了三条曲线的曲线图，其中，三条曲线表示热交换中的管相对于三种构型的扁平管2.1的流量Q而言的效率Ef。该曲线图的目的是示出由于根据本发明的第一突起2.1.2与第二突起2.1.3之间的协同效应而导致扁平管的效率的提高。
该曲线图描绘了扁平管2.1的三个示例，用连续的线和十字标识的第一曲线对应于根据现有技术的扁平管，其中，将用于沿层叠方向Z扰动流的图案以及不具有突出部的连续纵向突起组合使用，以在这种情况下形成三个内部通道。
图12中示出的用非连续的线和三角形标识的第三曲线的值对应于借助于图10A和图10B在上文描述的第八实施方式的扁平管2.1。该第八实施方式的第一突起2.1.2的图案是用于根据现有技术的第一扁平管并且也用于第二管的图案，其中，第一扁平管的图案的值表示在第一曲线中，第二管的值表示在第二曲线中且用非连续的线和圆圈来标识。
该第二管将用于第一突起2.1.2的该图案与第二突起2.1.3的构型相结合，第二突起2.1.3的构型除了具有更明显的突出部2.1.3.1之外与在图5A和图5B中示出的第三示例中描述的构型一样。
在图12中，第二曲线由非连续的线及位于其上的圆圈来标识，并且第三曲线由非连续的线及位于其上的三角形来标识，其中，第三曲线的虚线之间的间隙大于第二曲线的情况。
当仅有的改变是根据本发明在横向方向Y-Y’上引入突出部2.1.3.1或偏移部2.1.3.2时，使用具有相同图案的第一突起2.1.2能够比较出管的效率值的改变。
通过实验所获得的结果表明更大的压降，该更大的压降可以解释为由于针对流的通过而布置有额外的元件，即在横向方向Y-Y’上延伸的突出部2.1.3.1或偏移部2.1.3.2，但对效率方面的显著提高进行了补偿。该效率方面的提高是在不增大管束2的尺寸的情况下实现的，因此能够减小热交换装置的尺寸或者能够在相同空间中提供具有较高热交换能力的装置。

Claims (15)

1.一种用于废气再循环系统的热交换器，所述热交换器适于在第一流体(3)与第二流体(4)之间进行热交换，所述第一流体(3)为内燃发动机的排气，所述第二流体(4)为液体冷却剂，所述热交换器包括：
-壳体(1)，所述壳体(1)具有用于所述第二流体(4)的入口(1.1)和出口(1.2)；
-热交换管束(2)，所述热交换管束(2)容置在所述壳体(1)内，所述热交换管束(2)通过层叠彼此平行地布置的具有矩形截面的扁平管(2.1)而形成，所述热交换管束(2)在所述第一流体(3)的入口与所述第一流体(3)的出口之间沿着纵向方向(X-X’)延伸；
其中，所述热交换管束(2)与所述壳体(1)之间的空间构造成用于所述第二流体(4)通过；以及
其中，所述管束(2)的所述扁平管(2.1)在所述扁平管(2.1)的端部处包括沿所述管束(2)的层叠方向(Z)的扩张部(2.1.1)，以在所述管(2.1)之间建立用于所述第二流体(4)的通过空间；
并且其中，所述管束(2)的所述管(2.1)中的至少一个管：
通过附接具有弯曲侧部(2.1.5)的两个扁平板而构造，使得一个板的弯曲侧部(2.1.5)的内表面附接至另一个板的弯曲侧部(2.1.5)的外表面；
其中，所述两个板具有沿着所述纵向方向(X-X’)分布的成组的第一突起(2.1.2)，
其中，至少一个板具有比所述第一突起(2.1.2)深的、触及到相对的板的一个或更多个第二突起(2.1.3)，所述两个板借助于所述至少一个第二突起彼此接触或附接，从而在所述扁平管(2.1)内形成纵向通道(2.1.6)，
并且其中，指定横向方向(Y-Y’)为包含在所述扁平管(2.1)的主平面中的相对于所述纵向方向(X-X’)的垂直方向，所述一个或更多个第二突起(2.1.3)具有沿所述横向方向(Y-Y’)的突出部(2.1.3.1)或者沿所述横向方向(Y-Y’)的偏移部(2.1.3.2)或者具有沿所述横向方向(Y-Y’)的所述突出部(2.1.3.1)和所述偏移部(2.1.3.2)两者，以通过由所述第二突起(2.1.3)形成的所述通道(2.1.6)的壁沿所述横向方向(Y-Y’)扰动所述第一流体(3)的流。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述管束(2)的所述至少一个管(2.1)的形成所述通道(2.1.6)的所述第二突起(2.1.3)在所述两个板中纵向地分布，并且其中，所述两个板中的一个板的所述第二突起(2.1.3)和所述两个板中的另一个板的所述第二突起(2.1.3)具有使得所述两个板中的一个板的所述第二突起(2.1.3)与所述两个板中的另一个板的所述第二突起(2.1.3)彼此相接触的深度。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)在所述纵向方向(X-X’)的两侧包括对称地布置的突出部(2.1.3.1)。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)在所述纵向方向(X-X’)的两侧包括偏置设置的突出部(2.1.3.1)。
5.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)具有用于补偿各通道(2.1.6)之间的压力的窗(2.1.4)。
6.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)是具有呈在所述纵向方向(X-X’)的两侧交替设置的横向突出部的形式的端部的纵向部段。
7.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)是具有呈位于所述纵向方向(X-X’)的一侧的横向突出部的形式的端部的纵向部段。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)的相反端部包括相对于所述纵向方向(X-X’)位于相反侧的横向突出部。
9.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)是具有下述横向突出部(2.1.3.1)的纵向部段：所述横向突出部(2.1.3.1)居中地位于每个纵向部段中、沿着所述纵向方向(X-X’)延伸并且在所述纵向方向(X-X’)的两侧交替设置。
10.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)是具有下述横向突出部(2.1.3.1)的纵向部段：所述横向突出部(2.1.3.1)居中地位于每个纵向部段中、沿着所述纵向方向(X-X’)、并且位于所述纵向方向(X-X’)的两侧。
11.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)是具有下述偏移部(2.1.3.2)的纵向部段：所述偏移部(2.1.3.2)沿着弯绕路径以交替的方式相对于所述纵向方向(X-X’)偏移。
12.根据权利要求5所述的热交换器，其中，所述第二突起(2.1.3)是具有下述偏移部(2.1.3.2)的纵向部段：所述偏移部(2.1.3.2)沿着交替的倾斜部段相对于纵向方向(X-X’)偏移并且所述偏移部(2.1.3.2)彼此之间具有窗(2.1.4)。
13.根据权利要求12所述的热交换器，其中，所述第一突起(2.1.2)的图案包括呈长形部段形式的突起，所述长形部段以倾斜的方式布置，其中，
-所述呈长形部段形式的突起纵向地分布成使得所述长形部段的倾向在所述纵向方向(X-X’)的两侧交替设置，在所述长形部段的每侧均形成三角形区域；以及
-所述三角形区域由圆形的突起填充。
14.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述管束(2)的所述扁平管(2.1)包括突出部而使得所述扁平管(2.1)构造成在其层叠中彼此支撑或者构造成直接支撑在相邻的管的壁上，以防止所述扁平管(2.1)由于所述第一流体(3)的压力而扩张。
15.一种包括根据权利要求1至14中的任一项所述的热交换器的废气再循环系统。
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