CN112879186A - 用于废气再循环系统的热交换器装置 - Google Patents

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胡利奥·阿夫拉姆·卡雷拉加西亚
克拉拉·迪亚兹博韦达
乔斯·曼努埃尔·佩雷斯罗德里格斯
贡萨洛·西莫·卡达尔达
费利克斯·洛佩斯费雷罗
玛丽亚·伊莎贝尔·门德斯卡尔沃
胡安·路易斯·费尔南德斯比利亚努埃瓦
鲁道夫·普列托
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BorgWarner Emissions Systems Spain SL
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Abstract

本发明涉及用于EGR(“废气再循环”)系统的热交换器装置，该热交换器装置具有在发生沸腾时使热疲劳最小化的建设性解决方案。本发明的特征在于将壳体的内部空间划分为彼此连通的第一交换子空间和第二脱气空间的特殊构型，并且其中，入口端口和出口端口位于冷挡板所处的端部处。

Description

用于废气再循环系统的热交换器装置
技术领域
本发明涉及用于废气再循环(EGR)系统的热交换器装置，其具有在发生沸腾时使热疲劳最小化的建设性解决方案。
本发明的特征在于，壳体的内部空间被划分成彼此连通的第一交换子空间和第二脱气空间的特定构型，并且其中，入口端口和出口端口位于冷挡板所在的端部处。
背景技术
研发最为密集的技术领域中的一者是意在用于内燃机中的EGR系统的热交换器的领域，其中，发动机室中的空间需求要求装置具有尽可能小的尺寸，从而保持高速率的热量传递。
同样，内燃机的高性能需求要求内燃机在高温下运行，这会在热交换器的入口中产生非常高的废气温度。
从热废气到液态冷却剂的热交换过程使气体从入口到出口的温度是下降的，使得直接暴露于入口气体的材料和附件属于承受更为极端的温度条件的材料和附件，以致这些零件会更快地发生故障并且因此必须被更好地保护以尽可能地延长装置的使用寿命。
最常见的热交换器的结构是借助于位于两个端部挡板之间的交换管束来构造的，两个端部挡板具有容纳该管束的壳体。热气体穿过管束的交换管的内部，并且液态冷却剂在交换管的外表面与壳体之间循环。
热交换效率越高，气体的温度就降低得越多，从而使温度达到使材料的损耗更少的值。
热交换发生在分隔热气体和液态冷却剂的壁中，即，主要发生在交换管的表面上，并且也发生在热气体的入口挡板的与所述气体直接接触(incides)的表面上。除了用于使气体通过的管所插入的位置，该挡板在一侧上存在直接与挡板接触的热废气，在另一侧上存在液态冷却剂。
当任何交换表面的温度超过液态冷却剂的沸腾温度时，液态冷却剂开始形成小气泡，这些小气泡由主液态冷却剂流传输。这是开始沸腾的阶段。
输送气泡的液态冷却剂的温度和压力条件将决定气泡直径的膨胀或减小、甚至是气泡的破灭。
当在特定的热交换区域中，通过液态冷却剂排出的热量不足时，与液态冷却剂接触的交换表面的温度升高，因此，在所述交换表面上同时发生多种现象：
-产生气泡的离散点变得越来越多，
-现有的气泡生成点产生更多的气泡，并且
-所产生的气泡具有更大的尺寸。
当与沸腾有关的这些现象随着温度的升高而出现时，由于气泡的产生而形成了蒸汽层，所以在热传递表面上总是会产生被蒸汽完全覆盖的区域。蒸汽的热传递系数比液体低得多，所以在那时从热气体到液态冷却剂的热流大大减少，这是因为蒸汽层的热阻非常高。
从热气体到液态冷却剂的热传递的减少导致传递表面的温度突然上升到接近热气体的温度，而不是接近液态冷却剂的温度，从而引起膨胀及膨胀后的应力并且损坏材料。
主要在气体温度较高的热交换表面上、即在位于热气体入口侧的挡板上观察到这些极端效应。为此目的，为了减少沸腾效应，根据现有技术，液态冷却剂入口设立在接收热气体的挡板所在的一侧，以便防止承受较高温度的废气的该挡板接收处于较低温度的液态冷却剂。
在覆盖管束以除去热量之后，液态冷却剂通过相反侧、即供冷却后的废气离开的挡板所处的一侧离开。
发动机舱的封装规格有时要求将液态冷却剂入口导管和液态冷却剂出口导管定位在热交换器的同一端部处。
在这些情况下，液态冷却剂入口导管和液态冷却剂出口导管相对于装置位于供经冷却的废气流出的冷挡板所处的端部处。在这些特定的热交换器设计模式中，存在将刚进入热交换器的液态冷却剂输送至相反端部的导管或通道，以便首先冷却位于热气体入口的热挡板，然后以并流的方式循环直至到达第二液态冷却剂出口导管。
即使采取了这些预防措施，现有的热交换器仍存在下面将要指出的各种问题。
第一个问题是在热挡板附近存在停滞区域，该挡板与供热气体进入管束的端部相关联。如果使液态冷却剂引入到壳体中的导管位于一侧，则相反侧会产生速度为零或速度极低的拐角。低速、特别是停滞区域无法去除液态冷却剂，其温度由于交换表面的热量而逐渐升高。该区域的温度不断升高直至达到沸腾。此外，一旦达到沸腾，由于它是停滞区域，因此也没有用于去除所产生的蒸汽的手段。
已知的主要机构是那些通过使液态冷却剂入口尽可能地靠近放置而增加停滞区域附近区域的速度的机构，因为液态冷却剂的入口导管的直接入口具有较高的流速。
第二个确定的问题是去除沸腾期间产生的气泡。这些气泡易于积聚，并且如果气泡积聚的区域还很广泛，那么这些气泡则无法被排出，并且由于所产生的蒸汽层的影响将增加以下问题：产生会降低热传递速率的、与气体直接接触的区域。
本发明通过建立一种在与现有技术的教导所设立的条件相反的条件下放置热交换器的各种元件的构型，有效地解决了所考虑的问题。
发明内容
本发明涉及用于EGR系统的热交换器装置，其中，在操作模式下，热交换器构造成用于将热量从第一流体即热气体传递至第二流体即液态冷却剂。该热气体是内燃机的废气。
热交换器包括：
-第一挡板；
-第二挡板；
-管束，该管束在第一挡板与第二挡板之间沿纵向方向X-X'延伸并且具有第一内部空间，该第一内部空间用于使第一流体即热气体通过，其中，管束的第一端部附接至第一挡板，而管束的与第一端部相反的第二端部附接至第二挡板，并且其中，管束的第一端部构造成用于接收热气体，而管束的第二端部构造成用于使经冷却的气体排出；
-壳体，该壳体容纳管束，在管束与所述壳体之间建立第二空间以用于使液态冷却剂通过，该液态冷却剂在操作模式下覆盖管束的管；
-第一入口端口，该第一入口端口用于使液态冷却剂进入壳体内部的第二空间；
-第二出口端口，该第二出口端口用于使液态冷却剂从壳体内部的第二空间排出。
热交换器的构型沿着纵向方向X-X'延伸，其中，存在热端部和作为相反端部的冷端部，在该热端部的位置处建立了热废气的入口，该气体一旦被冷却后通过该冷端部离开。
热气体到达第一挡板以进入到管束的交换管的内部，其中，该第一挡板将被标识为热挡板。气体通过热交换管内部传输，从而将其热量释放到管的壁的内表面。气体一旦被冷却，就穿过第二挡板排至外部。
管束被容纳在壳体中。液态冷却剂流动穿过壳体的内部，从而覆盖管壁的外表面。在该外表面上产生了管束的管与液态冷却剂之间热交换，并且在相同的温度和压力条件产生的情况下在该外表面上也会发生沸腾。
因此，气体循环穿过管束的交换管的内部，其中，该内部空间被标识为第一空间。液态冷却剂循环穿过第二空间，该空间由交换管的外壁和壳体界定。沸腾效应发生在第二空间中。
另外：
-第一入口端口和第二出口端口位于第二空间的根据纵向方向X-X'的对应于第二挡板的端部处；
-壳体容纳根据纵向方向X-X'延伸的分隔件，该分隔件将第二空间划分成容纳管束的用于热交换的第一子空间以及用于脱气的第二子空间；
-第一入口端口与第一子空间流体连通，并且第二出口端口与第二子空间流体连通，
-其中，第一子空间和第二子空间通过位于根据纵向方向X-X'的对应于第一挡板的端部处的至少一个开口流体连通，并且
-其中，在操作模式下，第二流体在第一子空间中的流动相对于第一流体的流动为逆流。
位于第二空间、即壳体的内部空间中的分隔件的存在限定了两个子空间：第一子空间，该第一子空间旨在容纳管束，并且因此该第一子空间是发生热交换的空间；以及第二子空间，该第二子空间不存在交换管，这将该第二空间确定为脱气空间。
与现有技术中已建立的相比，液态冷却剂的入口端口建立在与第一挡板、即直接接收热气体的挡板所处的位置相反的端部处。通过这种构型，第一入口端口建立了液态冷却剂进入第一子空间的入口，但该入口在第二挡板、即冷挡板所处的端部处。必须指出的是，当在现有技术中确定液态冷却剂在冷挡板所处的端部处进入热交换器时，该入口不通向交换管所处的第一子空间，而是通向内部导管或通道，该内部导管或通道首先将液态冷却剂引导至热挡板使得液态冷却剂可以在该端部处进入用于热交换的子空间。
除了入口端口的该位置之外，出口端口也定位在该位置并与第二子空间连通，以使容纳在所述子空间中的液态冷却剂离开。
第一子空间与第二子空间之间的连通是通过位于根据纵向方向X-X'的对应于第一挡板的端部处的开口进行的。该相对位置与前述条件一起确定了液态冷却剂流的特定构型。
液态冷却剂穿过热交换器的根据纵向方向X-X'第二挡板位置处的端部进入第一子空间，并产生相对于气体流的方向的逆流直到到达第一挡板。第一挡板利用已经与管束发生热交换之后的液态冷却剂进行冷却，因此，该第一挡板的温度比现有技术中用并流构型设立的第一挡板温度高。
在覆盖管束和第一挡板之后，液态冷却剂流进入第二子空间，液态冷却剂必须沿着第二子空间行进直至到达出口端口。
尽管在现有技术中认为，第一挡板、即受热气体直接作用的挡板是必须放置液态冷却剂入口以使沸腾效应最小化的位置，但是根据本发明的热交换器中的流的数值模拟令人惊讶地表明，与那些像现有技术一样使用并流构型的类似构型相比，第一挡板的温度在逆流构型中更低，这是因为液态冷却剂流更均匀，从而更好地对较热的区域进行冷却，并且不存在由于气泡积聚而形成蒸汽室。
观察到的第一个效果是，液态冷却剂进入管束中而没有首先经过第一挡板、即较热的挡板附近，则在管束的管之间的空间中产生了更均匀的温度分布。鉴于该流动是逆流，因此温度梯度更平滑且由于沸腾效应而产生的气泡更少，并且只要第一子空间与第二子空间之间的连接靠近产生更多气泡的区域、即靠近第一挡板或热挡板，则这些气泡是易于输送的，从而能够被有效地从交换表面去除。
这些气泡被输送直至到达没有交换表面的第二子空间为止，因此可以观察到，在没有提供热量的区域中，气泡必须沿着等于热交换器长度的距离进行输送，因此这些气泡中的至少大部分会破灭，从而防止了积聚并易于被主液态冷却剂流夹带。
此外，由于液态冷却剂在第二子空间中的主入口位于一个端部处，而同一子空间的出口位于另一端部处，因此在破灭过程中，该流夹带了所有气泡，并且不存在能够积聚蒸汽的停滞区域。
出乎预料地，在本发明中观察到的第二个效果是，尽管到达第一挡板的液态冷却剂的温度高于液态冷却剂的入口端口中的入口温度，但是对所述挡板的冷却更为有效。模拟表明，液态冷却剂在相反端部处的进入使入口端口的强烈的定向流动均匀化，并导致存在平行于第一挡板的流动，这种流动扫过任何停滞区域，直到液态冷却剂通过用于与第二子空间连通的开口排出。因此，即使入口端口的位置相对于纵向方向X-X'已经移开，任何产生气泡并承受最高温度的交换表面也能够被更好地冷却。
根据第一实施方式，在第一子空间与第二子空间之间建立分隔的分隔件沿方向X-X'具有一个或更多个连通窗口。已经观察到，通过这些连通窗口，液态冷却剂流的主要构型得以维持，此外，由于不会迫使这些气泡穿过单个开口，因此有利于使管束中产生的气泡排出，从而使气泡之间保持更大的间距并防止这些气泡聚集在一起而产生较大尺寸的气泡。由于这些气泡保持较小的尺寸，因此气泡中的至少大部分会在进入用于脱气的第二子空间后破灭并消失。根据另一优选示例，这些窗口的尺寸小于位于对应于第一挡板的端部处的、第一子空间与第二子空间之间的流体连通开口的尺寸。
根据第三实施方式，在分隔件与第二挡板之间存在小的间隔，该间隔防止了与分隔壁的接触，并且因此防止了热疲劳效应。已经观察到，为了防止部件之间的接触而从第一子空间流向第二子空间的流量不会损害所描述的操作。
附图说明
参照附图，基于以下仅通过非限制性说明性示例的方式给出的优选实施方式的详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得更加明显。
图1示意性地示出了第一实施方式的纵向截面。
图2示意性地示出了第二实施方式的纵向截面。
图3示意性地示出了第三实施方式的纵向截面。
图4示意性地示出了第四实施方式的横截面，其中，热交换器具有圆形横截面。
图5示意性地示出了第五实施方式的横截面，其中，热交换器具有矩形横截面。
图6根据纵向截面示意性地示出了基于前述实施方式的第六实施方式，其中，壳体具有矩形截面。
图7示意性地示出了分隔件的另一实施方式，该分隔件被示出在弯曲以形成导流器之前具有预构型。
具体实施方式
根据第一发明方面，本发明涉及一种用于在EGR系统中进行热交换的装置，其中，必须降低来自燃烧室的、被标识为第一流体的热气体中的一部分的温度，以便能够将其重新引入到进气口中，从而减少了排气中的氮氧化物含量。
所描述的热交换装置具有所述目的，其中，来自第一流体的热量散发至第二流体、即液态冷却剂。
所描述的实施方式解决了已确定的、由与发生热交换的较热表面接触的液态冷却剂的沸腾引起的问题，这种沸腾特别地发生在直接接收热气体的挡板中。
图1是本发明的第一实施方式的示意图，其描绘了根据该第一示例的热交换器的纵向截面。
热交换器包括热气体入口，其中，在该实施方式中，入口借助于位于附图右侧的入口歧管C1构造。热气体的流动用大的空心箭头表示。根据其他实施方式，热交换器与位于气体流上游的其他装置、比如过滤器或催化转化器的联接可以是直接联接而无需使用歧管。
在穿过热交换器释放出其一部分热量后，经冷却的气体通过位于同一附图左侧的出口歧管C2排出。经冷却的气体的流动也用大的空心箭头表示。同样，根据其他实施方式，与位于气体流下游的其他元件的联接可以是直接联接而无需使用歧管。
气体从入口歧管C1到出口歧管C2的前进方向定义为纵向方向X-X'。
产生热交换的区域位于入口歧管C1与出口歧管C2之间，该区域被限制在第一挡板1与第二挡板2之间，该第一挡板将被认定为热挡板，因为该第一挡板直接接收热气体，该第二挡板将被认定为冷挡板，因为该第二挡板位于已被冷却的气体排出的位置。
交换区域还包括负责第一流体与第二流体之间的热交换的管束3。管束3在第一挡板1与第二挡板2之间延伸，其中，管束3的第一端部3.1附接至第一挡板1，而管束3的与第一端部3.1相反的第二端部3.2附接至第二挡板2，并且其中，管束3的第一端部3.1构造成接收热气体，而管束的第二端部3.2构造成用于排出经冷却的气体。管束3还限定了两个空间：用于使第一流体即热气体通过的第一内部空间E1，以及供第二流体即液态冷却剂循环通过的第二外部空间E2。
管束3容纳在壳体4中，该壳体4封闭管束3的管的外侧的第二空间E2。
在图1中同样示出了管束3的外侧的该第二空间E2。借助于在纵向方向上X-X'延伸的分隔件7又将该第二空间E2细分为两个子空间：供管束3容纳在其中的第一热交换子空间E2.1，以及在本说明书中被标识为脱气空间的第二子空间E2.2。
同一附图借助于根据该附图的取向竖向定向的箭头描绘了重力方向
Figure BDA0002797511310000081
因此，在该实施方式中，纵向方向相对于重力方向是水平的。
以重力为基准，第一热交换子空间E2.1位于下部，而第二脱气子空间E2.2位于上部。在说明书中所描述的所有示例中，根据重力作用所确定的方向，第二子空间E2.2处于第一子空间E2.1上方被认为是优选特征。重力的作用是相关的。气泡总是产生在向液态冷却剂释放热量的表面上，并且该点达到温度和压力条件，从而引起沸腾。
向液态冷却剂释放热量的表面是：
-管束3的管的外表面，
-第一挡板1与液态冷却剂接触的表面，以及
-在较小程度上，达到所需的温度和压力条件的情况下的第二挡板2的与液态冷却剂接触的表面。
沸腾主要发生在前两个表面上。产生的气泡倾向于通过浮起而向上移动，因此根据重力方向
Figure BDA0002797511310000091
第一热交换子空间E2.1被定位在下部，而第二脱气子空间E2.2被定位在上部。
液态冷却剂的进入通过位于图1左侧所描绘的侧部上的第一入口端口5产生，该侧部对应于第二挡板2或冷挡板所处的端部。液态冷却剂覆盖管束3的管，从而移除热量。液态冷却剂的流动起初在其入口处显示出倾向于根据横截面占据所有可用空间的流动分布，然后该液态冷却剂根据纵向方向X-X'以逆流的方式向第一挡板1、即热挡板移动。
已经借助于数值模拟证明的是，液态冷却剂在所描述的特定构型中表现出比并流构型更均匀的温度分布，因此这种更大的温度均匀性使明显比附近的其他点温度高的点的出现最小化，从而防止出现因沸腾产生气泡的优先点。
同样，当液态冷却剂到达第一挡板1时，会形成被认为是垂直于纵向方向X-X'的横向流，该横向流一直保持在第一挡板1的表面，直到穿过连通下部中的第一热交换子空间E2.1与上部的第二脱气子空间E2.2的开口7.1才排出，从而最大程度地减少了停滞区域的出现。
在优选实施方式中，开口7.1由分隔件7与第一挡板1之间的间隔构成，从而产生尽可能多地保持在所述第一挡板1上的流动。
停滞区域是流动速度为零或几乎为零的区域。存在液态冷却剂并且被从热气体向液态冷却剂释放的热量所在的表面所限制的停滞区域是液态冷却剂不断接收热量并伴随着温度升高的区域，因此沸腾是不可避免的。此外，由于在流体中没有输送机制，所以由沸腾产生的蒸汽也不会被移除，从而产生了较大的具有蒸汽而不具有液体的空间。如果该被蒸汽占据的空间还对应于释放热量的表面，则热传递速率降低，并且该表面位置处的材料中的温度甚至进一步升高，从而大幅增加了热应力。
利用所描述的构型，已经证实不存在停滞区域，并且在第一挡板1的表面上产生的气泡通过浮起并通过流向开口7.1的横向流的对流两者而向上移动，因此所有这些气泡都被排出。
通过开口7.1排出的气泡被输送通过不存在热交换表面的第二子空间E2.2，因此观察到气泡的尺寸显著减小或者气泡完全消失。因此，在说明书中已经将该第二子空间E2.2标识为脱气空间。
最后，液态冷却剂流到达第二出口端口6。
必须指出，评估换热器暴露于沸腾现象的程度的最常用的测试是在出口端口6进行测量的，因此，即使产生了气泡，重要的是要在气泡排出之前使这些气泡减少或甚至破灭，从而改善热交换器在沸腾方面的整体性能。
还考虑了纵向方向X-X'相对于水平方向具有特定倾斜角度的实施方式。在图1所示的实施方式中，倾斜角度为零。然而，还考虑了那些倾斜角度在[0，90)的范围内、即未达到90度的实施方式。
当第一挡板1的位置相对于第二挡板2升高时，认为倾斜角度为正。
在正倾斜下的倾斜位置中，第一交换子空间E2.1的某些点位于第二脱气子空间E2.2的某些点的上方；但是，由于连通两个子空间E2.1、E2.2的开口7.1示出为位于较高点处，因此将继续观察到所描述的效果，使得气泡能够通过。
此外，尽管第一交换子空间E2.1的某些点位于第二脱气子空间E2.2的某些点的上方，但是由第一交换子空间E2.1限定的体积的质心位于由第二脱气子空间E2.2限定的体积的质心的下方。换句话说，第一交换子空间E2.1仍被认为低于第二脱气子空间E2.2。
同样，考虑了本发明的那些倾斜角度为负、特别是在[-40，0)的范围内的实施方式。实验证明，在常规操作条件下，尽管连通第一子空间E2.1和第二子空间E2.2的开口7.1的位置相对于分隔件7的其余点位于较低点，但气泡被主流夹带，尽管气泡在它们到达分隔件7时会倾向于在逆流中漂浮。
当角度为正时会发生同样的情况，气泡倾向于漂浮并因此沿与重力相反的方向移动的趋势会在第二子空间E2.2中产生向后的运动分量，但流动速度克服了这种趋势，并且这会在正角度状态下的第二脱气子空间E2.2中较大程度地实现，这是因为该第二子空间E2.2中的横截面小于第一子空间E2.1中的横截面，并且因此液态冷却剂的流动速度更大。
图1还示出了分隔件7沿纵向方向X-X'具有附加开口7.2，该附加开口7.2与连通第一交换子空间E2.1和第二脱气子空间E2.2的主开口7.1不同。
图2示出了本发明的另一实施方式，其中，除了在该实施方式中沿纵向方向X-X'具有多个附加开口7.2，所有元件与第一实施方式相一致。
这样的多个开口7.2允许使沿着交换管束3产生的气泡离开，只要这些气泡向上移动并找到通向第二脱气子空间E2.2的通道，而不必沿着通向第一挡板1的整个路径行进以便穿过位于该第一挡板1中的主开口7.1离开。
因此也减少了积聚以穿过该第一主开口7.1离开的气泡的量。已经证实，利用附加开口7.2，第二脱气子空间E2.2仍保持流向第二出口端口6的流，其中，气泡具有减小的尺寸或破灭。
在第二脱气子空间E2.2中，在其与第二出口端口6接触的端部处可能会出现停滞区域。图3示出了第三实施方式，其中，通过使分隔件7和第二挡板2间隔开而增加了附加开口7.2，从而允许小的液态冷却剂流通过以用于防止出现停滞或再循环区域。
同样的图3用于描述另一实施方式，该实施方式允许在蒸汽气泡离开热交换器之前使蒸汽气泡破裂，并且该实施方式适用于到目前为止和以下描述的示例中的任何示例。
根据该实施方式，第二子空间E2.2容纳了多孔元件8，尽管该多孔元件8允许液态冷却剂通过，但是该多孔元件8也形成了狭窄的通道，这些狭窄的通道导致气泡破裂成其他较小的气泡或者甚至破灭，从而导致气泡消失。
多孔元件8优选地覆盖第二子空间E2.2的整个通道部分，以迫使所有液态冷却剂流和气泡穿过所述多孔元件8。
多孔元件8必须广义地解释为允许使狭窄的流体通道或路径穿过的任何材料。适用于允许流体通过并使气泡破裂或破灭的材料其中包括：
-其孔隙彼此连通的多孔材料；
-紧密纤维；
-网格和/或具体地金属网格；
-部分卷绕成球并压紧成束的金属带；
-上述任何材料的组合。
根据另一实施方式，第二子空间E2.2包括沿着纵向方向连续分布的多个多孔元件。
图4示意性地示出了根据第四实施方式的横截面，其中，所述横截面位于第一挡板1附近以能够观察内部空间以及入口端口1和出口端口2所在的第二挡板2。
该截面无法观察到使液态冷却剂从第一交换子空间E2.1进入第二脱气子空间E2.2的主开口7.1，这是因为主开口7.1对应于为了能够观察热交换器的内部而被消除的截面。
该实施方式使用具有圆形截面的壳体4，并且分隔件7由弯曲板形成，该弯曲板限定了在下部中的第一热交换子空间E2.1和在上部中的第二脱气子空间E2.2。在该实施方式中，管束3的管是竖向定向的平面管，以有利于在交换表面上产生的气泡的向上运动，以便从发生热交换的管3之间的空间中去除气泡。
在该实施方式中，分隔件7仅附接至壳体4，而不附接至第一挡板1或第二挡板2。与壳体4的附接被建立在两侧上的两个附接部段7.4中，一个附接部段在上部并且另一附接部段在下部。
产生分隔件7的部分的附接根据重力方向
Figure BDA0002797511310000121
始终具有在上部的第一附接部段7.4和在下部的第二附接部段7.4，鉴于两个附接部段7.4之间存在与外壳4分隔开并保持在管束3上的部段7.5以减小管束3的外侧的供液态冷却剂通过体积，因此液态冷却剂在所述管束3的内侧的流动速度更大，因为如果不这样做，则将产生优先路径，在该优先路径中对液态冷却剂通过的阻力小于在管束3内侧出现的阻力。
同样的图4示出了借助于在分隔件7中构造台阶部7.3来减小通道截面。已经证实，不损害出口流量中的压降的最佳条件如下：
Sp≤Sd≤Sh
其中，
Sp为出口端口6的横截面，
Sd为第二脱气子空间E2.2的横截面，并且
Sh为第一交换子空间E2.1的横截面。
已经观察到，当一个或两个不等号严格地为“<”时，热交换器在压降方面的表现更好。
当出口端口6、第二脱气子空间E2.2或第一交换子空间E2.1在操作模式下沿流体路径具有可变截面时，则截面的值在所述截面最大的地方测量。例如，如果存在改变部段中的截面的台阶部，则取较大的截面。如果特定部段具有突出部，则也会发生同样的情况，在这种情况下，待测量的截面将是在没有该突出部的情况下截取的截面。
图5以横截面的形式示意性地示出了第五实施方式，其中，所述横截面具有基本矩形的构型。在该实施方式中，壳体构造成具有矩形截面，并且允许管束3的所有管具有相同的尺寸并且均匀地分布在第一热交换空间E2.1中。
在该实施方式中，分隔件7是将第一子空间E2.1和第二脱气子空间E2.2隔开的平板，管束3容纳在该第一子空间E2.1中。
根据该实施方式，分隔件7的两个侧部延伸成两个垂直的条状部，从而构成各自的附接部段7.4，这些附接部段7.4被支撑在壳体4的内壁上，使得分隔件7通过焊接附接至所述壁。
在该同一实施方式中，已经包括台阶部7.3，该台阶部7.3改变了第二脱气子空间E2.2的截面，从而在到达第二出口端口6之前将截面减小。
在该实施方式中，分隔件7由片材制成并且包括多个局部U形模切部，从而产生位于“U”的内部的片状件7.6和使片状件7.6附接至分隔件7的片材的未模切根部7.6.1。在模切之后，片状件7.6中的每个片状件在其根部7.6.1弯曲，以使片状件7.6垂直于热交换器的纵向方向X-X'定向。
在该实施方式中，每个片状件7.6被定位成使得其位于管束3的两个管之间，并且多个片状件7.6限定了横向于热交换器的纵向方向X-X'的单个平面。
存在多个片状件7.6的技术效果是使液态冷却剂流加速的偏转挡板的构型。在片状件靠近第一挡板1的该特定示例中，液态冷却剂在所述第一挡板1的附近被加速，从而改善了第一挡板1的冷却。
通过对形成分隔件7的片材进行模切来形成片状件7.6的这种特定方式同时允许在分隔件7中形成纵向凹槽，该纵向凹槽是开口7.1，该开口7.1有利于使气泡排到第二脱气子空间E2.2。换句话说，由片状件7.6形成的这些开口7.1可以与通过其他方式产生的其他开口7.1共存。
在该实施方式中所描述的片状件7.6可应用于交换器的其他构型，特别是可应用于在前述实施方式中所描述的具有圆形截面的交换器。
图6示出了第六实施方式的纵向截面，该第六实施方式也使用了如前述实施方式中所描述的片状件7.6。该截面示出了在对形成分隔件7的片材进行模切之后使片状件7.6弯曲的方向，以便形成平行于第一挡板1的表面。
在该实施方式中，除了通过使片状件7.6弯曲而产生的开口7.2之外，还获得了与第一挡板1相邻的开口7.1以及借助于使壁7与第二挡板2间隔开而形成的具有较小尺寸的开口7.1。
该同一实施方式示出了分隔件7中的朝向第二脱气子空间E2.2突出的一组突出部7.7，这允许在该区域中引导液态冷却剂流。具体地，在该实施方式中，该组突出部7.7已被构造成迷宫状，以增加液态冷却剂必须循环的长度，从而有利于减小气泡尺寸或甚至使气泡破灭。
已知同一图7是纵向截面，在其中已描绘了在前述实施方式中确定的已被测量的三个截面的位置：
-Sp为出口端口6的横截面，
-Sd为第二脱气子空间E2.2的横截面，以及
-Sh为第一交换子空间E2.1的横截面。
图7示出了可应用于所描述的呈具有圆形截面和具有矩形截面的构型的热交换器中的任何热交换器的另一实施方式。在该实施方式中，不必进行下述模切：该模切构造了如前述实施方式中所描述的片状件7.6和由所述片状件7.6在被弯曲之后留下的间隙中的开口7.1两者。
根据该实施方式，分隔件7由片材构成，其中，片状件7.6根据延伸到所述片材的端部的条状部构造。构造这些片状件7.6的一种简单方法是通过对片状件7.6之间的空间、在这种情况下为片材的端部处的矩形部分进行模切，从而留下片状件7.6。
图7示出了在模切操作之后并且在进行弯曲操作之前的片材的结果。
在模切之后，通过位于每个片状件7.6与分隔件7的主板之间的附接根部7.6.1中的横向线条弯曲片状件7.6，从而形成使热交换器内部的处于其操作位置中的所有片状件7.6平行于布置成第一挡板1的构型，如图7中所示。
该实施方式将片状件7.6置于分隔件7的端部处，并且比图6中所示的实施方式中所描述的实施方式更容易制造，因为位于该端部处的弯曲更简单并且所需的工具也更简单。

Claims (15)

1.一种用于废气再循环系统的热交换器装置，其中，在操作模式下，所述热交换器装置构造成用于将热量从第一流体、即热气体传递至第二流体、即液态冷却剂，其中，所述热交换器装置包括：
-第一挡板(1)；
-第二挡板(2)；
-管束(3)，所述管束(3)沿着纵向方向X-X'在所述第一挡板(1)与所述第二挡板(2)之间延伸，所述管束(3)具有第一内部空间(E1)，所述第一内部空间(E1)用于供所述第一流体、即所述热气体通过，其中，所述管束(3)的第一端部(3.1)附接至所述第一挡板(1)，并且所述管束(3)的与所述第一端部(3.1)相反的第二端部(3.2)附接至所述第二挡板(2)，并且其中，所述管束(3)的所述第一端部(3.1)构造成用于接收所述热气体，并且所述管束的所述第二端部(3.2)构造成用于使经冷却的气体离开；
-壳体(4)，所述壳体(4)容纳所述管束(3)，从而在所述管束(3)与所述壳体(4)之间建立第二空间(E2)，所述第二空间(E2)用于供所述液态冷却剂通过，所述液态冷却剂在所述操作模式下覆盖所述管束(3)的管；
-第一入口端口(5)，所述第一入口端口(5)用于使所述液态冷却剂进入所述壳体(4)内部的所述第二空间(E2)；
-第二出口端口(6)，所述第二出口端口(6)用于使所述液态冷却剂从所述壳体(4)内部的所述第二空间(E2)离开；
其中，
-所述第一入口端口(5)和所述第二出口端口(6)位于所述第二空间(E2)的根据所述纵向方向X-X'对应于所述第二挡板(2)的端部处；
-所述壳体(4)容纳有根据所述纵向方向X-X'延伸的分隔件(7)，所述分隔件(7)将所述第二空间(E2)划分成用于热交换的第一子空间(E2.1)和用于脱气的第二子空间(E2.2)，所述管束(3)被容纳在所述第一子空间(E2.1)中；
-所述第一入口端口(5)与所述第一子空间(E2.1)流体连通，并且所述第二出口端口(6)与所述第二子空间(E2.2)流体连通；
-其中，所述第一子空间(E2.1)和所述第二子空间(E2.2)通过至少一个开口(7.1)流体连通，所述至少一个开口(7.1)位于根据所述纵向方向X-X'的对应于所述第一挡板(1)的端部处，并且
-其中，在所述操作模式下，所述第二流体在所述第一子空间(E2.1)中的流动相对于所述第一流体的流动为逆流。
2.根据权利要求1所述的热交换器装置，其中，所述热交换器装置构造成用于在使得所述纵向方向X-X'处于[-40°,90°)的倾斜范围内的位置中进行操作，水平方向为0°并垂直于由重力方向所限定的方向，其中：
-对于正倾斜角度而言，根据所述重力方向，所述第一挡板(1)相对于所述第二挡板(2)处于较高位置，并且，
-对于严格小于90°的倾斜角度而言，根据所述重力方向，所述第二子空间(E2.2)相对于所述第一子空间(E2.1)处于上部位置。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述第二子空间(E2.2)构造成用于将所述液态冷却剂与通过所述第一子空间(E2.1)中的沸腾产生的气泡一起从所述第一挡板(1)的端部引导至所述第二出口端口(6)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述分隔件(7)沿着所述纵向方向X-X'包括一个或更多个开口(7.2)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述分隔件(7)仅附接至所述壳体(4)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述分隔件(7)与所述第一挡板、所述第二挡板(2)或所述第一挡板和第二挡板(1、2)二者间隔开。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，满足以下条件：
Sp≤Sd≤Sh
其中，
Sp为所述出口端口(6)的横截面，
Sd为用于脱气的所述第二子空间(E2.2)的横截面，并且
Sh为用于热交换的所述第一子空间(E2.1)的横截面。
8.根据权利要求7所述的热交换器装置，其中，一个或两个不等号为严格的不等号：“<”。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述分隔件(7)具有至少一个片状件(7.6)，所述至少一个片状件(7.6)为了使所述液态冷却剂加速的目的而朝向所述第一子空间定向。
10.根据权利要求9所述的热交换器装置，其中，所述至少一个片状件(7.6)位于所述管束(3)的两个管之间。
11.根据权利要求9或10所述的热交换器装置，所述热交换器装置包括多个片状件(7.6)，并且其中，所述多个片状件(7.6)定位成使得所述多个片状件(7.6)限定平行于所述第一挡板(1)的平面。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述片状件(7.6)位于所述分隔件(7)的端部处。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器装置，其中，所述分隔件(7)包括至少一个突出部(7.7)，所述至少一个突出部(7.7)朝向所述第二子空间(E2.2)突出以有利于气泡的破灭。
14.根据权利要求13所述的热交换器装置，所述热交换器装置包括多个突出部(7.7)，其中，所述多个突出部(7.7)具有迷宫构型以延长所述第二子空间(E2.2)中的流动路径。
15.一种废气再循环系统，所述废气再循环系统包括根据权利要求1至14中的任一项所述的热交换器装置。
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