CN108225055B - 用于车辆的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的热交换器，其包括：壳体，其具有内部空间；端头，其安装在壳体的一端，端头具有第一流体入口总管、第二流体入口总管和第二流体出口总管；热交换芯部，其安装在壳体的内部空间，所述热交换芯部具有彼此间隔开的多个芯部元件。多个芯部元件接合至端头，相邻的芯部元件之间分别地形成有多个第一流体通道，第一流体通过第一流体通道。每个芯部元件具有第二流体通道，第二流体流过第二流体通道，第二流体通道的入口与第二流体入口总管相连通，第二流体通道的出口与第二流体出口总管相连通。

Description

用于车辆的热交换器
相关申请的交叉引用
本申请基于和要求2016年12月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0170232的优先权，该申请所公开的全部内容通过引用纳入于此。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的热交换器，更具体地，涉及一种可以提高两种或更多种流体之间热传递性能的热交换器。
背景技术
热交换器是在两种或更多种流体之间传递热量的装置。热交换器可以应用于各种工业领域，如车辆、锅炉、船舶和设施。
这样的热交换器包括各种类型，如针管式热交换器、管壳式换热器和针式换热器等。
针管式热交换器可以简单地制造，但是针管的耐久性比较低并且热传递效率比较差。管壳式换热器具有优良的抗压性和较高的元件可靠性，但是管壳式热交换器的结构复杂，并且其重量重。板式热交换器具有优良的抗压性(不小于200巴)，并且热传递效率高，但是安装自由度受到限制。
由于热流体(如EGR气体或排放气体)与冷却剂(如冷却水或工作流体)交换热，用于车辆的热交换器(如EGR冷却器、废气锅炉或废热回收系统的EGR气体锅炉)是一种热能回收技术，并且用于车辆的热交换器可以具有最大为30巴的高压条件或高温条件，而高温/高压条件可以影响元件的耐久性。
同时，由于管壳式热交换器优良的耐高压性能和元件可靠性，使得管壳式热交换器可以广泛地使用，并且在工厂里或船舶里可以保证普遍较大的安装空间，所以管壳式换热器可以无限制地使用，但是由于在车辆中安装空间相对狭窄，当应用管壳式热交换器时，不得不考虑设计的自由度、元件的可靠性以及保养和维修的方便性。
这样，在根据相关技术的管壳式热交换器中，由于高压(不小于30巴)冷却剂经过壳体的内部空间，使得壳体必须是具有足够的抗压性的抗压容器，并且壳体的外侧不得不单独地隔热以防止从热流体回收的热散发到外面，因此管壳式换热器制造成本高。
此外，随着热流体(如排放气体或EGR气体)通过传统的管壳式热交换器的热交换管，颗粒物(PMs)可以附着在热交换管的内表面，因此，由于热交换管的内部被堵塞，热交换性能变得非常低。
此外，根据传统的管壳式热交换器，安装在壳体内的热交换管不能容易地分离，因此，不能方便地清洗污染物(如颗粒物)。
发明内容
本发明提供一种用于车辆的热交换器，可以提高热传递性能，并且有效地实现设计的自由度、部件的可靠性及清洗的方便性。
本发明的技术目的不仅限于上述所提及的目的，对于本领域技术人员来说，其他未提及的技术目的从以下描述中将是显而易见的。
根据本发明的方面，用于车辆的热交换器包括：壳体，其具有内部空间，第一流体通过所述内部空间；端头，其安装在所述壳体的一端，并且具有第一流体入口总管、第二流体入口总管以及第二流体出口总管，第一流体通过所述第一流体入口总管引入，第二流体通过所述第二流体入口总管引入，第二流体通过所述第二流体出口总管排出；热交换芯部，其安装在壳体的内部空间中，并且具有彼此间隔开的多个芯部元件。所述多个芯部元件接合至所述端头，并且相邻的芯部元件之间分别地形成有多个第一流体通道，第一流体通过所述第一流体通道。芯部元件的每个具有第二流体通道，第二流体流过所述第二流体通道，第二流体通道的入口与第二流体入口总管相连通，第二流体通道的出口与第二流体出口总管相连通。
在所述第一流体入口总管的一端可以形成有入口端口，第一流体通过所述入口端口引入，并且在第一流体入口总管的内部可以形成有与所述入口端口相连通的第一流体分配室。
所述端头可以具有与所述第一流体分配室相连通的多个连通孔，所述多个连通孔可以各自地与多个第一流体通道相连通。
在所述第二流体入口总管的端部可以形成有第二流体入口端口，第二流体通过所述第二流体入口端口引入，所述第二流体入口总管的内部可以形成有与所述第二流体入口端口相连通的第二流体入口室。
在所述端头的后部可以形成有与所述第二流体入口室相连通的多个连通通道，所述多个连通通道可以各自地连接至多个芯部元件的入口。
在所述第二流体出口总管的端部可以形成有第二流体出口端口，第二流体通过所述第二流体出口端口排出，在所述第二流体出口总管的内部可以形成有与所述第二流体出口端口相连通的第二流体出口室。
可以形成有与所述第二流体出口室相连通的多个连通通道，所述多个连通通道可以各自地连接至多个芯部元件的出口。
芯部元件的每个可以包括一对相对的半壳体，每个半壳体中可以形成有槽，并且一对半壳体可以结合在一起。
在芯部元件之间可以插入有多个隔板。
在多个连通孔之间可以交替地形成有多个装配槽，多个芯部元件可以各自地插入并接合至所述多个装配槽。
芯部元件的纵向端部可以可拆卸地插入并接合至所述端头。
芯部元件的上端边缘可以可拆卸地接合至所述壳体的顶部。
芯部元件的下端边缘可以可拆卸地接合至所述壳体的底部。
芯部元件的另一个纵向端部可以通过支撑构件彼此连接并被支撑。
支撑构件的相对的端部可以可拆卸地接合至壳体的相对的内表面。
所述芯部元件可以通过两个或更多个弹性构件弹性地支撑抵靠壳体的内表面。
在壳体的一侧可以形成有用于注入洗涤水的洗涤水注入孔。
附图说明
通过结合附图，从以下的具体描述，本发明的以上目的和其它目的、特征以及优点将是更加显而易见的。
图1是显示了根据本发明的实施方案的用于车辆的热交换器的立体图。
图2是显示了根据本发明的实施方案的用于车辆的热交换器的热交换芯部的立体图。
图3是显示了根据本发明的实施方案的用于车辆的热交换器的壳体的立体图。
图4是显示了根据本发明的实施方案的用于车辆的热交换器的侧视图。
图5是显示了根据本发明的实施方案的用于车辆的热交换器的俯视图。
图6是沿图5的A-A线获得的截面图。
图7是图6的箭头B的部分的放大图。
图8是沿图4的C-C线获得的截面图。
图9是沿图4的D-D线获得的截面图。
图10是沿图4的E-E线获得的截面图。
图11是显示了根据本发明的实施方案的热交换芯部的芯部元件的立体图。
图12是显示了根据本发明的实施方案的热交换芯部的芯部元件的正面截面图。
图13是显示了根据本发明的另一实施方案的热交换芯部的芯部元件的立体图。
具体实施方式
下文将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。作为参考，附图中部件的尺寸和线条的粗细可能会被夸大以便于理解。此外，根据使用者、操作者的意图或用户考虑本发明中的功能的不同，在本发明的说明书中所使用的术语可能有所不同。因此，应根据本文中整体的公开内容来定义术语。
参考图1至图10，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热交换器10可以包括壳体11和安装在壳体11内的热交换芯部20。
参考图1和图3，壳体11可以具有第一流体通过的内部空间11a。开口11b可以安装在壳体11的一端，端头30可以安装在壳体11的开口11b处并进行封闭，热交换芯部20可以连接至端头30，第二流体可以在热交换芯部20的内部循环。
壳体11可以具有入口端口12和出口端口13，通过该入口端口12引入第一流体，通过该出口端口13排出第一流体。
热交换芯部20可以安装在壳体11的内部空间11a中，如图2所示，热交换芯部20可以包括多个芯部元件21。
多个芯部元件21可以堆叠，并且如图9所示，多个芯部元件21可以彼此间隔开，使得在相邻芯部元件21之间形成第一流体经过的第一流体通道51。
根据本发明的实施方案，第一流体可以是温度相对高的热流体(如排放气体或排放气体再循环(EGR)气体)，第二流体可以是温度比第一流体低的低温流体(如冷却水或工作流体)。
如图2所示，芯部元件21可以是竖直安装的立柱式的，相应地，如图8所示，芯部元素21可以水平地相互间隔开。
如图1、图2、图4和图5所示，端头30可以包括第一流体入口总管31、第二流体入口总管32、第二流体出口总管33以及接合至热交换芯部20的端壁35。
第一流体入口总管31、第二流体入口总管32和第二流体出口总管33可以统一设置在端头30的前部。
端壁35形成在端头30的后部，并且端壁35可以封闭壳体11的开口11b，以使得壳体11的开口11b被密封。
入口端口12(第一流体通过该入口端口引入)可以形成在第一流体入口总管31的端部，并且与入口端口12相连通的第一流体分配室31a可以形成在第一流体入口总管31的内部。这样，由于第一流体分配室31a与第二流体入口总管32和第二流体出口总管33统一一起形成在端头30，使得第一流体(如EGR气体、排放气体等)可以由第二流体(如工作流体、冷却水等)初步地冷却，所以第一流体的冷却效率可以进一步提高。
如图7至图9所示，端壁35可以形成在端头30的后部，并且端壁35可以封闭壳体11的开口11b。与第一流体分配室31a相连通的多个连通孔36可以形成在端壁35，多个连通孔36可以沿水平方向相互间隔开。连通孔36可以沿竖直方向在端壁35上延伸。如图9所示，连通孔36可以设置为与形成在芯部元件21之间的多个第一流体通道51相连通。因此，经由入口端口12引入的第一流体在通过第一流体分配室31a分配到多个连通孔36之后，可以经过多个第一流体通道51。
如图7至图9所示，由于多个连通孔36是以特定间隔彼此间隔开地形成在端壁35，多个肋部37可以在这些连通孔36之间形成。多个肋部37可以沿竖直方向延伸。多个装配槽38可以各自形成于多个肋部37，因此，如图8和图9所示，多个装配槽38和多个连通孔36可以交替地形成。多个芯部元件21可以各自插入并接合至多个装配槽38。装配槽38可以沿竖直方向延伸，多个装配槽38可以沿水平方向以特定间隔彼此间隔开。
如图7和图8所示，第二流体入口端口32a可以形成在第二流体入口总管32的端部，第二流体通过该第二流体入口端口32a引入。如图7和图9所示，与第二流体入口端口32a相连通的第二流体入口室32b可以形成在第二流体入口总管32的内部。如图7所示，与第二流体入口室32b相连通的多个连通通道32c可以形成在端壁35。因此，经由第二流体入口端口32a引入的第二流体在通过第二流体入口室32b分配到多个连通通道32c之后，可以引入到芯部元件21的入口26。
如图7和图8所示，第二流体出口端口33a可以形成在第二流体出口总管33的端部，第二流体通过该第二流体出口端口33a排出。如图7和图8所示，与第二流体出口端口33a相连通的第二流体出口室33b可以形成在第二流体出口总管33的内部。如图7所示，与第二流体出口室33b相连通的多个连通通道33c可以形成在端壁35。因此，第二流体通过在芯部元件21的出口27处的多个连通通道33c汇合在第二流体出口室33b中之后，可以通过第二流体出口端口33a排出。
这样，热交换芯部20的芯部元件21可以连接至端头30的第二流体入口总管32和第二流体出口总管33，因此，第二流体可以在热交换芯部20的芯部元件21的内部循环。
根据实施方案，如图2、图6、图7和图8所示，第二流体入口总管32可以布置在端头30的下部，第二流体出口总管33可以布置在端头30的上部。因此，芯部元件21的入口26可以位于壳体11的下部，芯部元件21的出口27可以位于壳体11的上部。当第二流体为兰金循环的工作流体时，随着第二流体经过芯部元件21的第二流体通道25，第二流体(其是工作流体)可以通过与第一流体(其是热流体)的热交换而从液相蒸发到汽相。因此，作为工作流体的第二流体在芯部元件21的第二流体通道25中从下侧流动到上侧时可以更稳定地从液相蒸发到汽相。
热交换芯部20可以包括连接至端头30的多个芯部元件21。
如图11和图12所示，每个芯部元件21可以包括第二流体通道25，第二流体通过该第二流体通道25循环。第二流体通道25可以形成为蛇形或迂回路径，因此，可以通过扩大热交换接触面积来提高热交换性能。第二流体通道25可以具有入口26和出口27，第二流体通过该入口26引入，第二流体通过该出口27排出，并且入口26可以与第二流体入口总管32的连通通道32c相连通，出口27可以与第二流体出口总管33的连通通道33c相连通。
参考图11和图12，每个芯部元件21可以包括一对相对的半壳体22和23，并且用于形成第二流体通道25的槽24可以形成在半壳体22和23中。半壳体22和23可以是具有0.5mm厚度的薄板。一对半壳体22和23可以通过火焰焊接而结合在一起。
这样，根据本发明的实施方案，芯部元件21的半壳体22和23是由约0.5mm的薄板形成，半壳体22和23的槽24可以很容易地通过冲压来加工，并且一对半壳体22和23对可以很容易地通过火焰焊接而彼此接合，这可以保证相当于约30巴的抗压性，两种流体之间的接触面积与传统的管壳式热交换器相比可以是最大化的，并且设计的自由度(例如第二流体通道25的结构或形状)可以变高。
根据本发明的实施方案，第二流体通道25可以具有圆形截面，因此，可以提高第二流体通道25的抗压性。
根据本发明的实施方案，第二流体通道25的部分第二流体通道25a可以具有平面矩形截面，并且矩形截面具有圆角。这样，由于具有矩形截面的第二流体通道25a的体积比具有圆形截面的第二流体通道25的体积大，并且具有矩形截面的第二流体通道25a可以布置在具有圆形截面的第二流体通道25之间，因此流体可以更稳定地从液态蒸发到汽态。
根据本发明的另一个实施方案，如图13所示，具有特定形状的凸泡29可以形成在形成第二流体通道25的部分的外表面上，相应地，可以进一步提高热交换性能。
这样，根据本发明的实施方案，由于第一流体是热流体(如EGR气体或排放气体)，第二流体是低温流体(如冷却水或工作流体)，第二流体的温度低于第一流体的温度，第一流体通过壳体11的第一流体通道51，第二流体在芯部元件21的第二流体通道25中循环，可以通过没有应用单独抗压容器而具有薄板半壳体结构的芯部元件来保证抗压性和耐久性。
如图7所示，芯部元件21的入口26可以通过连接件26a连接至第二流体入口室32b的连通通道32c，以与第二流体入口室32b的连通通道32c相连通。芯部元件21的出口27可以通过连接件27a连接至第二流体出口室33b的连通通道33c，以与第二流体出口室33b的连通通道33相连通。
由于多个芯部元件21以特定间隔彼此间隔开，第一流体通道51(第一流体通过该第一流体通道51)可以在相邻的芯部元件21之间形成，通过壳体11的入口端口12引入的第一流体可以通芯部元件21之间的第一流体通道51，并且第一流体可以与通过第二流体通道25的第二流体交换热。
如图6和图9所示，多个隔板55可以插置在芯部元件21之间的第一流体通道51中。隔板可以防止芯部元件21因内部压力和热变形而歪曲或变形。如图6所示，多个隔板55可以设置为从侧面观察时是之字形的，由于工作流体以之字形流动，因此可以进一步提高EGR气体冷的却效率。
如图9所示，装配突出部28可以在芯部元件21的纵向端部处形成，并且芯部元件21的装配突出部28可以插入并接合至端头30的装配槽38中。通过这样，多个芯部元件21可以沿水平方向彼此间隔开，因此，芯部元件21之间的第一流体通道51可以恒定地保持。
如图7和图10所示，芯部元件21的上端边缘21a可以接合至壳体11的顶部。多个上凹槽61可以形成在壳体11的顶部，并且上凹槽61可以沿壳体11的纵向方向延伸。因此，芯部元件21的上端边缘21a可以插入并接合至上凹槽61。
如图7和图10所示，芯部元件21的下端边缘21b的可以接合至壳体11的底部。多个下凹槽62可以形成在壳体11的底部，并且下凹槽62可以沿壳体11的纵向方向延伸。因此，芯部元件21的下端边缘21b可以插入并接合至下凹槽62。
这样，由于芯部元件21的纵向端部接合至端头30，芯部元件21的上端部接合至壳体11的顶部，芯部元件21的下端部接合至壳体11的底部，所以芯部元件21可以非常稳固地安装在壳体11的内部空间11a中。
此外，芯部元件21的另一个的纵向端部可以通过支撑构件63支撑。支撑构件63可以延伸为在壳体11的横向方向与壳体11相交，支撑构件63可以在壳体11的横向方向与芯部元件21的另一个端部连接。
支撑构件63可以具有以特定间隔彼此间隔开的多个凹槽63a，支撑构件63的凹槽63a之间的间隔可以与的芯部元件21之间的间隔相同。
由于芯部元件21的另一个边缘21c插入并接合至支撑构件63的凹槽63a，因此芯部元件21的另一个边缘21c可以在支撑构件63的横向方向通过支撑构件63彼此连接。
支撑构件63的相对的端部可拆卸地接合至壳体11的相对的内表面，通过这样，芯部元件21的另一个端部可以通过支撑构件63由壳体11稳固地支撑。
更具体地，如图9和图10所示，侧槽64可以形成在壳体11的相对的内表面，侧槽64可以沿壳体的纵向方向延伸。此外，突起物63b可以形成在支撑构件63的相对的端部处，支撑构件63的突起物63b可以通过支撑构件63接合至壳体11的侧槽64。
由于芯部元件21上端部和下端部接合至壳体11的顶部和底部，芯部元件21的纵向端部接合至端头30，芯部元件21的另一个纵向端通过支撑构件63支撑，所以芯部元件21的上端部、下端部和纵向端部可以通过壳体11牢固地支撑，并且因此可以稳固地支撑芯部元件21以应对振动、压力和热变形。从而，可以提高芯部元件21的耐久性。
此外，由于芯部元件21的上端边缘21a和下端边缘21b以及支撑构件63可拆卸地接合至壳体11，热交换芯部20的芯部元件21可以很容易地与壳体11分离以及组装在壳体11上。因此，壳体11的内部空间11a和热交换芯部20的芯部元件21可以很容易地清洗。
根据本发明的实施方案，当第一流体为EGR气体或排放气体时，用于注入洗涤水的洗涤水注入孔18可以形成在壳体的一侧。由于洗涤水通过洗涤水注入孔18注入壳体11的内部空间11a，附着到热交换芯部20的芯部元件21的EGR气体或排放气体的颗粒物可以很容易地清洗，因此，可以提高热交换性能。
进一步地，芯部元件21可以通过两个或更多个弹性构件65弹性地支撑抵靠壳体11的内表面。如图9和图10所示，两个或更多个弹性构件65可以对称地安装在壳体11的内表面，并且弹性构件65具有沿壳体11的纵向方向延伸的片状弹簧结构，因此，芯部元件21可以弹性地支撑在相对的侧面。可以由弹性构件65更稳固地支撑多个元件21以应对压力、振动和热变形。
根据本发明，由于相对高温的第一流体在壳体和热交换芯部之间经过，相对低温的第二流体在热交换芯部内部循环，因此可以显著地提高热传递效率，同时可以满足耐久性和抗压性。
此外，根据本发明，由于应用了可以很容易地组装和分离的结构，因此壳体的内部和热交换芯部可以有效地清洗，并且可以一起提高设计的自由度和部件的可靠性。
虽然目前已经描述了本发明的具体实施方案，但本发明不局限于在说明书和附图中所公开的实施方案，本领域技术人员可以对本发明进行不脱离本发明的技术精神的各种修改。

Claims (14)

1.用于车辆的热交换器，包括：
壳体，其具有内部空间，第一流体通过所述内部空间；
端头，其安装在所述壳体的一端，并且具有第一流体入口总管、第二流体入口总管以及第二流体出口总管，第一流体通过所述第一流体入口总管引入，第二流体通过所述第二流体入口总管引入，第二流体通过所述第二流体出口总管排出；以及
热交换芯部，其安装在所述壳体的内部空间中，并且具有彼此间隔开的多个芯部元件，
其中，所述多个芯部元件接合至所述端头，并且相邻的芯部元件之间分别地形成有多个第一流体通道，第一流体流过所述第一流体通道，
芯部元件的每个具有第二流体通道且具有第二流体通道的入口和第二流体通道的出口，第二流体流过所述第二流体通道，第二流体通道的入口与第二流体入口总管相连通，并且第二流体通道的出口与第二流体出口总管相连通；
其中，在所述第一流体入口总管的一端形成有入口端口，第一流体通过所述入口端口引入，并且在第一流体入口总管的内部形成有与所述入口端口相连通的第一流体分配室；
其中，所述端头具有与所述第一流体分配室相连通的多个连通孔，所述多个连通孔各自与多个第一流体通道相连通；
其中，在多个连通孔之间交替地形成有多个装配槽，装配突出部在芯部元件的纵向端部处形成，芯部元件的装配突出部插入并接合至装配槽中，从而使多个芯部元件各自插入并接合至所述多个装配槽；
其中，流过所述第一流体通道的第一流体与流过所述第二流体通道的第二流体直接热交换。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，在所述第二流体入口总管的端部形成有第二流体入口端口，第二流体通过所述第二流体入口端口引入，
所述第二流体入口总管的内部形成有与所述第二流体入口端口相连通的第二流体入口室。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的热交换器，其中，在所述端头的后部形成有与所述第二流体入口室相连通的多个连通通道，
所述多个连通通道各自连接至多个芯部元件的入口。
4.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，在所述第二流体出口总管的端部形成有第二流体出口端口，第二流体通过所述第二流体出口端口排出，
在所述第二流体出口总管的内部形成有与所述第二流体出口端口相连通的第二流体出口室。
5.根据权利要求4所述的用于车辆的热交换器，其中，在所述端头的后部形成有与所述第二流体出口室相连通的多个连通通道，
所述多个连通通道各自连接至多个芯部元件的出口。
6.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，芯部元件的每个包括一对相对的半壳体，
每个半壳体中形成有槽，并且一对半壳体结合在一起。
7.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，在芯部元件之间插置有多个隔板。
8.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，芯部元件的纵向端部能够拆卸地插入并接合至所述端头。
9.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，芯部元件的上端边缘能够拆卸地接合至所述壳体的顶部。
10.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，芯部元件的下端边缘能够拆卸地接合至所述壳体的底部。
11.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，芯部元件的另一个纵向端部通过支撑构件彼此连接并被支撑。
12.根据权利要求11所述的用于车辆的热交换器，其中，支撑构件的相对的端部能够拆卸地接合至壳体的相对的内表面。
13.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，所述芯部元件通过两个或更多个弹性构件弹性地支撑抵靠壳体的内表面。
14.根据权利要求1所述的用于车辆的热交换器，其中，在壳体的一侧形成有用于注入洗涤水的洗涤水注入孔。
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