CN111964507A - 换热器及换热系统 - Google Patents

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CN111964507A CN202010883437.XA CN202010883437A CN111964507A CN 111964507 A CN111964507 A CN 111964507A CN 202010883437 A CN202010883437 A CN 202010883437A CN 111964507 A CN111964507 A CN 111964507A
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谢磊磊
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Abstract

本发明涉及热交换装置技术领域，特别涉及一种换热器。换热器，包括：换热芯体、旁通结构、前端室体和后端室体；旁通结构包括旁通管道，换热芯体和旁通管道均连通在前端室体和后端室体之间，旁通结构还包括设置在旁通管道外的换热壳体，换热壳体的内壁与旁通管道的至少部分外壁之间的空间形成换热通道；换热壳体上设有介质进口和介质出口。换热通道使第二介质的流向一定，始终围绕在旁通管道周围，集中与旁通管道内的第一介质进行换热，提高了换热效率；且换热通道能够实现第二介质的不断循环，从而能够保持第二介质与第一介质之间的温差稳定，从而进一步提高换热效率。

Description

换热器及换热系统
技术领域
本发明涉及热交换装置技术领域，特别涉及一种换热器及换热系统。
背景技术
EGR是Exhaust Gas Re－circulation的缩写，即废气再循环的简称。废气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的CO2等多原子气体，而CO2等气体不能燃烧却由于其比热容高而吸收大量的热，使气缸中混合气的最高燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量，进而符合排放标准。
EGR系统中通常采用一种换热器，通常称为EGR冷却器，对废气进行冷却，一种用于EGR系统且能够验证RHU模式(RHU模式：指排气的快速升温，就是在排放略微劣化的基础上，实现排温快速升温，让尿素达到起喷排气温度；RHU模式是EGR解决发动机排放的一种标定策略，后催化系统－后喷油催化走旁通结构使油燃烧充分来满足国六排放)的换热器包括换热芯体、旁通结构、前端室体(用于通入废气)和后端室体(用于排出废气)；旁通结构主要包括旁通管道，所述换热芯体和所述旁通管道并联设置，换热芯体的一侧与前端室体连通，换热芯体的另一侧与后端室体连通；同样，旁通管道的一端与前端室体连通，换热芯体的另一端与后端室体连通。
存在的问题是：在进行RHU模式时，进气温度较高时，废气通过常规道路－通过旁通结构冷却，旁通结构的换热效果差，使废气的温度降低量小，废气最终无法满足国六排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换热器及换热系统，以解决现有技术中的换热器中的旁通结构的换热效果差的技术问题。
本发明提供一种换热器，包括：换热芯体、旁通结构、前端室体和后端室体；所述旁通结构包括旁通管道，所述换热芯体和所述旁通管道均连通在所述前端室体和所述后端室体之间，其特征在于，
所述旁通结构还包括设置在所述旁通管道外的换热壳体，所述换热壳体的内壁与所述旁通管道的至少部分外壁之间的空间形成换热通道；所述换热壳体上设有介质进口和介质出口。
进一步地，所述换热壳体呈筒状设置，所述换热壳体套设在所述旁通管道外，所述换热壳体的内壁与所述旁通管道的外壁之间间隔设置。
进一步地，所述换热壳体呈筒状设置，在垂直于旁通管道的长度方向上，所述换热壳体的一侧开口设置，所述旁通管道设置在所述换热壳体的开口处。
进一步地，所述旁通管道位于所述前端室体和所述后端室体之间的部分为有效换热段；所述换热壳体的长度与所述有效换热段的长度相等设置。
进一步地，所述旁通管道的数量为多个，所述换热壳体的数量为多个，多个所述换热壳体一一对应套设在多个所述旁通管道外；
或者，所述旁通管道为多个，多个所述旁通管道均位于一个所述换热壳体内。
进一步地，在所述旁通管道的长度方向上，所述换热壳体的前端与所述前端室体连接，所述换热壳体的后端与所述后端室体连接。
进一步地，所述旁通结构还包括前端连接法兰；所述换热壳体的前端开口设置，所述前端连接法兰上设有前端插槽，所述换热壳体的前端插设在所述前端插槽内；
所述连接法兰上还设有与所述前端室体连通的前端连通口，所述旁通管道的前端插设在所述前端连通口内；所述连接法兰与所述前端室体连接。
进一步地，所述旁通结构还包括后端连接室体；所述换热壳体的后端开口设置，所述后端连接室体的侧壁上设有后端插槽，所述换热壳体的后端插设在所述后端插槽内；
所述后端连接室体还设有与所述后端连接室体的内腔连通的后端连通口，所述旁通管道的后端插设在所述后端连通口内；所述后端连接室体与所述后端室体连接，所述后端连接室体的内腔所述后端室体的内腔连通。
进一步地，所述换热壳体与所述前端室体焊接，所述换热壳体与所述后端室体焊接。
进一步地，所述换热壳体内设有紊流结构。
本发明还提供一种换热系统，包括阀和上述换热器，所述阀与所述换热器中的所述前端室体连接。
本发明提供的换热器，包括：换热芯体、旁通结构、前端室体和后端室体；旁通结构包括旁通管道，换热芯体和旁通管道均连通在前端室体和后端室体之间，旁通结构还包括设置在旁通管道外的换热壳体，换热壳体的内壁与旁通管道的至少部分外壁之间的空间形成换热通道；换热壳体上设有介质进口和介质出口。
第一介质可由前端室体进入换热器，可流过换热芯体进行换热、冷却，然后进入后端室体，然后由后端室体排出；当需要对第一介质进行旁通、分流或者更换流通线路等操作时，可使第一介质进入旁通管道，然后在旁通管道内进行换热、冷却，然后进入后端室体，然后由后端室体排出。第一介质流过旁通管道的同时，向换热壳体内通入第二介质，第二介质可由换热壳体上的介质进口进入、然后流经换热壳体的内壁与旁通管道的至少部分内壁形成的换热通道、然后由换热壳体上的介质出口排出，第二介质循环流动，从而与旁通管道内第一介质进行换热。
本发明提供的换热器中，旁通结构通过设置换热壳体，使换热壳体的内壁与旁通管道的至少部分外壁之间的空间形成换热通道，在换热通道通入第二介质，以与旁通管道内的第一介质进行换热；换热通道使第二介质的流向一定，始终围绕在旁通管道周围，集中与旁通管道内的第一介质进行换热，提高了换热效率；且换热通道能够实现第二介质的不断循环，从而能够保持第二介质与第一介质之间的温差稳定，从而进一步提高换热效率；因此，本发明提供的旁通结构的换热效率高。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明一实施例的换热器的一结构示意图；
图2是图1所示的换热器的一切面示意图；
图3是图1所示的换热器的另一切面示意图；
图4是图3所示的换热器的A处的局部放大图；
图5是图3所示的换热器的B处的局部放大图；
图6是根据本发明另一实施例的换热器的结构示意图；
图7是图6所示的换热器的切面示意图。
附图标记：10－换热芯体；20－旁通结构；30－前端室体；40－后端室体；21－旁通管道；22－换热壳体；23－换热通道；24－介质进口；25－介质出口；26－前端连接法兰；27－垫片；28－后端连接室体；261－前端插槽；262－前端连通口；281－后端插槽；282－后端连通口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图7所示，本发明提供一种换热器，包括：换热芯体10、旁通结构20、前端室体30和后端室体40；旁通结构20包括旁通管道21，换热芯体10和旁通管道21均连通在前端室体30和后端室体40之间，旁通结构20还包括设置在旁通管道21外的换热壳体22，换热壳体22的内壁与旁通管道21的至少部分外壁之间的空间形成换热通道23；换热壳体22上设有介质进口24和介质出口25。
本实施例中，第一介质可由前端室体30进入换热器，可流过换热芯体10进行换热、冷却，然后进入后端室体40，然后由后端室体40排出；当需要对第一介质进行旁通、分流或者更换流通线路等操作时，可使第一介质进入旁通管道21，然后在旁通管道21内进行换热、冷却，然后进入后端室体40，然后由后端室体40排出。第一介质流过旁通管道21的同时，向换热壳体22内通入第二介质，第二介质可由换热壳体22上的介质进口24进入、然后流经换热壳体22的内壁与旁通管道21的至少部分内壁形成的换热通道23、然后由换热壳体22上的介质出口25排出，第二介质循环流动，从而与旁通管道21内第一介质进行换热。
本实施例提供的换热器中，旁通结构20通过设置换热壳体22，使换热壳体22的内壁与旁通管道21的至少部分外壁之间的空间形成换热通道23，在换热通道23通入第二介质，以与旁通管道21内的第一介质进行换热；换热通道23使第二介质的流向一定，始终围绕在旁通管道21周围，集中与旁通管道21内的第一介质进行换热，提高了换热效率；且换热通道23能够实现第二介质的不断循环，从而能够保持第二介质与第一介质之间的温差稳定，从而进一步提高换热效率；因此，本实施例提供的旁通结构20的换热效率高。
当本实施例提供的换热器用在EGR系统中，作为EGR冷却器使用时，则第一介质为高温废气，若不进行旁通时，废气可通过换热芯体10进行冷却，再进入后端室体40，然后由后端室体40排出；若进行旁通时，废气可进入旁通管道21，通过与换热通道23内的第二介质换热实现冷却，然后进入后端室体40，然后由后端室体40排出，第二介质可采用水或者其他冷却液，旁通结构20的换热效率高，则可使高温废气降温快降温多，从而使废气最终满足国六排放标准。
需要说明的是，本实施例提供的换热器不仅限于对第一介质进行冷却，根据工作环境和需要的不同，还可以实现对第一介质的加热；可根据需要选取第二介质，以实现相应的冷却或者加热目的。
需要说明的是，旁通管道21可为圆形管、方形管或者长扁管等等；旁通管道21可为光滑管道，也可为波纹管等。旁通管道21的结构形式不做限制。
其中，换热壳体22的结构形式可以为多种，例如：换热壳体22呈S形(也可理解为蛇形)设置，换热壳体22沿旁通管道21的周向(不仅限于圆形的周向，还可以是四边形或者其他形状的周向)缠绕在旁通管道21外，此时换热壳体22的内侧开口设置，旁通管道21的外壁将换热壳体22的内侧开口封堵，从而，旁通管道21的与换热壳体22的内侧开口对应的部分外壁，与换热壳体22的内壁形成S形换热通道23。
又如：如图1和图2所示，换热壳体22呈筒状设置，在垂直于旁通管道21的长度方向上，换热壳体22的一侧开口设置，旁通管道设置在换热壳体22的开口处。
本实施例中，换热壳体22的一侧开口，开口长度沿旁通管道21的长度方向延伸，旁通管道21设置在换热壳体22的开口处，旁通管道21的部分外壁将换热壳体22的该开口封堵，从而，换热壳体22的该部分的外壁和换热壳体22的内壁形成换热通道23。呈筒状设置的换热壳体22结构简单，加工方便安装方便。
其中，换热壳体呈筒状设置，是指换热壳体的长度方向与旁通管道的长度方向一致，筒状的换热壳体的侧壁可以呈直线型设置，也可呈弧形设置等。
进一步地，换热壳体22的数量可以为一个，还可以为两个、三个或者四个等等多个；当换热壳体22的数量为多个时，多个换热壳体22沿旁通管道21的周向间隔设置。
作为一种可选方案，如图2和图6所示，换热壳体22呈筒状设置，换热壳体22套设在旁通管道21外，换热壳体22的内壁与旁通管道21的外壁之间间隔设置。
本实施例中，换热壳体22套设在旁通管道21外，即在同一周向上，换热壳体22的全部内壁与旁通管道21的全部内壁形成换热通道23，换热通道23呈环形设置。这种结构更加简单，更加方便加工、安装，也能够使旁通管道在同一周向上，其各个位置均能够实现换热，旁通结构20的换热效率进一步提高。
其中，换热壳体22可与旁通管道21较佳的同轴设置，即换热通道23的横截面形状为同心环形结构。
当换热壳体22呈筒状设置时，换热壳体22可以为圆形筒状、四边形筒状或者五边形筒状等等。
旁通管道21位于前端室体30和后端室体40之间的部分为有效换热段，换热壳体22的长度可短于有效换热段设置。
作为一种可选方案，如图2和图6所示，换热壳体22的长度与有效换热段的长度相等设置。本实施例中，换热壳体22的长度与旁通管道21的有效换热段的长度一样，第一介质在旁通管道21内流动过程中，换热通道23内的第二介质能够在更大范围上与第一介质进行换热，进一步提高旁通结构20的换热效率和换热效果。
换热壳体22的固定，可以是换热壳体22完全与旁通管道21连接，例如，当换热壳体22呈筒状设置时，换热壳体22的两端设置用于穿过旁通管道21的通孔，通孔的边沿可翻边设置，通孔的翻边与旁通管道21的外壁焊接固定。
可选地，在旁通管道21的长度方向上，换热壳体22的前端与前端室体30连接，换热壳体22的后端与后端室体40连接。换热外壳可以是筒状结构，也可以是S形结构。
本实施例中，换热壳体22的两端分别与前端室体30和后端室体40连接固定，避免换热壳体22与旁通管道21连接，从而避免旁通管道21上留有与换热壳体22的连接区域，避免浪费换热面积，进一步提高换热效率。
在上述实施例基础之上，进一步地，旁通结构20还包括前端连接法兰26；换热壳体22的前端开口设置，前端连接法兰26上设有前端插槽261，换热壳体22的前端插设在前端插槽261内；前端连接法兰26上还设有与前端室体30连通的前端连通口262，旁通管道的前端插设在前端连通口内；连接法兰与前端室体连接。
本实施例中，换热壳体22的前端没有壳体部分与旁通管道21的前端部分对应，也就是换热壳体22的前端没有阻挡第二介质的部位，第二介质进入换热通道23后，可直接到达旁通管道21与前端室体30的连接处(旁通管道21的前部的根部)，从而进一步避免浪费换热面积，进一步提高换热效率。
在上述实施例基础之上，进一步地，旁通结构20还包括后端连接室体28；换热壳体22的后端开口设置，后端连接室体28的侧壁上设有后端插槽281，换热壳体22的后端插设在后端插槽281内；后端连接室体28还设有与后端连接室体28的内腔连通的后端连通口282，旁通管道的后端插设在后端连通口内；后端连接室体与后端室体连接，后端连接室体的内腔后端室体的内腔连通。
本实施例中，换热壳体22的后端没有壳体部分与旁通管道21的后端部分对应，也就是换热壳体22的后端没有阻挡第二介质的部位，第二介质进入换热通道23后，可直接到达旁通管道21与后端室体40的连接处(旁通管道21的后部的根部)，从而进一步避免浪费换热面积，进一步提高换热效率。
后端连接室体的结构形式可以为多种，可根据后端室体的结构而设置，如图2和图3所示，后端连接室体大体呈L型设置，后端连接室体的一侧设有后端连通口，后端连接室体的另一侧设有与后端室体连通的接口，后端连通口的开口方向与接口的开口方向相交，两者连通。
其中，插槽(为描述方便，将前端插槽261和后端插槽281统称为插槽)的结构形式与换热壳体22的端部的开口结构形式相应设置，例如：换热壳体22呈筒状设置，换热壳体22套设在旁通管道21外，即换热壳体22的横截面形状为环形(环形并不是狭隘意义上的圆环形，方形或者三角形等结构的部件中部挖空设置，则都可认为是环形)，换热壳体22的两端的开口形状为环形，则插槽为环形槽。
前端连接法兰可与前端室体过盈连接或者焊接，同样，后端连接室体可与后端室体过盈连接或者焊接。较佳的，前端连接法兰与前端室体可拆卸连接(如通过螺栓、螺钉等连接)，后端连接室体与后端室体可拆卸连接(如通过螺栓、螺钉等连接)，这样能够实现旁通结构的可拆卸连接，方便维修，更换。
进一步地，在连接法兰与前端室体之间以及后端连接室体与后端室体之间均可设置垫片27，垫片27可起到密封作用。
在上述实施例基础之上，进一步地，旁通管道21的数量可以为一个；旁通管道21的数量可以为多个，当旁通管道21的数量为多个时，可以每个旁通管道21均套设一个换热壳体22，也可以多个旁通管道21位于同一个换热壳体22内。
在上述实施例基础之上，进一步地，换热壳体22内设有紊流结构。例如，在换热壳体22的内壁上设置凹坑或者凸起等结构，能够使第二介质发生紊流，从而进一步提高换热效率。
在上述实施例基础之上，进一步地，本发明还提供一种换热系统，包括阀和上述换热器，阀与换热器中的前端室体连接，阀用于连通或者切断第一介质进入前端室体的通路，还能够控制第一介质的流量。
本实施例中，换热器中的旁通结构的换热效率高，当开启旁通模式时，换热器能够满足国六排放，从而，本实施例提供的换热系统换热效率高，满足排放要求。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管上述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。另外，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (11)

1.一种换热器，包括：换热芯体、旁通结构、前端室体和后端室体；所述旁通结构包括旁通管道，所述换热芯体和所述旁通管道均连通在所述前端室体和所述后端室体之间，其特征在于，
所述旁通结构还包括设置在所述旁通管道外的换热壳体，所述换热壳体的内壁与所述旁通管道的至少部分外壁之间的空间形成换热通道；所述换热壳体上设有介质进口和介质出口。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热壳体呈筒状设置，所述换热壳体套设在所述旁通管道外，所述换热壳体的内壁与所述旁通管道的外壁之间间隔设置。
3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热壳体呈筒状设置，在垂直于旁通管道的长度方向上，所述换热壳体的一侧开口设置，所述旁通管道设置在所述换热壳体的开口处。
4.根据权利要求2或3所述的换热器，其特征在于，所述旁通管道位于所述前端室体和所述后端室体之间的部分为有效换热段；所述换热壳体的长度与所述有效换热段的长度相等设置。
5.根据权利要求2或3所述的换热器，其特征在于，所述旁通管道的数量为多个，所述换热壳体的数量为多个，多个所述换热壳体一一对应套设在多个所述旁通管道外；
或者，所述旁通管道为多个，多个所述旁通管道均位于一个所述换热壳体内。
6.根据权利要求1－3中任一项所述的换热器，其特征在于，在所述旁通管道的长度方向上，所述换热壳体的前端与所述前端室体连接，所述换热壳体的后端与所述后端室体连接。
7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述旁通结构还包括前端连接法兰；所述换热壳体的前端开口设置，所述前端连接法兰上设有前端插槽，所述换热壳体的前端插设在所述前端插槽内；
所述连接法兰上还设有与所述前端室体连通的前端连通口，所述旁通管道的前端插设在所述前端连通口内；所述连接法兰与所述前端室体连接。
8.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述旁通结构还包括后端连接室体；所述换热壳体的后端开口设置，所述后端连接室体的侧壁上设有后端插槽，所述换热壳体的后端插设在所述后端插槽内；
所述后端连接室体还设有与所述后端连接室体的内腔连通的后端连通口，所述旁通管道的后端插设在所述后端连通口内；所述后端连接室体与所述后端室体连接，所述后端连接室体的内腔所述后端室体的内腔连通。
9.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述换热壳体与所述前端室体焊接，所述换热壳体与所述后端室体焊接。
10.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热壳体内设有紊流结构。
11.一种换热系统，包括阀和如权利要求1－10中任一项所述的换热器，所述阀与所述换热器中的所述前端室体连接。
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