CN1761809A - 废气热交换器及其密封机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废气热交换器以及一种适用于废气热交换器的密封机构。该废气热交换器带有废气流的连接口，用来将废气热交换器与一根输入热废气的废气进气管和一根将在废气热交换器中被冷却的废气输出的废气排气管连接起来。废气沿着一个流动方向在一束废气管中流过废气热交换器。一种冷却剂也以冷却剂流的形式流过废气热交换器。为此设置了至少一个冷却剂进口和至少一个冷却剂出口。在废气热交换器中，冷却剂在冷却剂管道中流动，在管道中，冷却剂围绕着废气管束流动。按照本发明，考虑到废气流的流动方向，冷却剂管道具有至少两个区域，这两个区域内的冷却剂的流动方向各不相同。

Description

废气热交换器及其密封机构
技术领域
本发明涉及已知的废气热交换器，以及一种适用于废气热交换器的密封机构。
在废气回收过程中，废气热交换器尤其被用来增大在进气行程中被吸入的燃烧后气体的质量。为此，必须通过对回收废气流的冷却来提高废气流的密度。通常的方法是，废气流流经一个废气热交换器，在那里将热量散发到一种冷却剂即冷却液上。
背景技术
已知的废气热交换器被废气和冷却剂流过。这种废气热交换器具有废气连接口以使其连接到废气热交换器，其中，一方面设有将热废气输入的废气进气管，另一方面还设有将在废气热交换器中冷却的废气排出的废气排气管。在这里，废气沿着一个流动方向在一束废气管中穿过废气热交换器。废气管束在这里基本上是用来增大废气流和冷却剂流之间的交换面积。对于穿过废气交换器的冷却剂，这里设置了至少一个冷却剂进口和至少一个冷却剂出口。冷却剂在冷却剂管道中流动，而在管道中，冷却剂围绕着废气管束流动。
在这种废气热交换器中，冷却剂沿着废气流动方向平行穿过废气热交换器，或者沿着与废气流动方向相反的方向穿过废气热交换器。相对于废气流，冷却剂的流动方向的选择，一方面取决于设计情况，例如，如何使对废气热交换器中输送废气的部件的热膨胀进行补偿成为可能，另一方面还取决于如何对热交换器中废气流所散发的热量进行优化，这种优化是将尽可能多的废气流热量散发到冷却剂上。
此外，废气热交换器还会出现由于振荡所造成的问题。在汽车行驶中和内燃机运行时所产生振荡激励被传递到了废气热交换器上，同时振荡激励又通过废气直接传递到输送废气的部件上。在这种情况下，废气管就具有振荡的特性，因为它们大多数情况下要跨过一个较长的、自由无支承的距离，因而会在这个区域内产生振荡。本发明的目的在于对废气热交换器的结构进行优化，同时对散发的热量进行优化。这一目的由符合权利要求1的废气热交换器实现。
另一个与废气热交换器有关的技术上的问题是，如何将废气连接口从废气热交换器中接出并且实现流体密封。由于交替出现的热负荷造成输送废气的部件出现膨胀变形，上述接出必须能够对这种变化进行补偿。另外还必须保证这个区域内的密封性。这种密封机构的具有优点的结构可以从另一个独立的权利要求中得出。同时，这种密封机构还可用于一个由另一个或多或少处于热负荷下的部件所构成的部件中的、对流体密封的管道。
发明内容
一个按照本发明形成的废气热交换器被废气和冷却剂流过。这个废气热交换器带有废气连接口，它们将废气热交换器与一根输入热废气的废气进气管和一根将在废气热交换器中冷却的废气输出的废气排气管连接起来。废气沿着一个流动方向在一束废气管中穿过废气热交换器。另外，一种冷却剂以冷却剂流的形式穿过废气热交换器。为此设置了至少一个冷却剂进口和至少一个冷却剂出口。在废气热交换器中，冷却剂在冷却剂管道中流动，在管道中，冷却剂围绕着废气管束流动。按照本发明，考虑到废气流的流动方向，冷却剂管道具有至少两个区域，这两个区域内的冷却剂的流动方向各不相同。
通过将冷却剂管道分成两个具有不同流动方向的区域，就可以通过以下方式改善从废气流到冷却剂的热量传递：一段管道具有双重作用，在这段管道，具有原始温度的冷却剂被输入，而在这里冷却剂所具有的这个温度在整个热交换器的长度范围内并不与废气流接触，这样就增大了废气与冷却剂之间的温差。
在这里，按照本发明的优选结构，每个区域对应至少一个冷却剂管段，其中，一个冷却剂管段分别与冷却剂进口和冷却剂出口在流体上连通。冷却剂管段的划分以及分别与冷却剂进口和冷却剂出口的流体连接，可以很容易地将冷却剂管分成若干具有不同流动方向的段。
按照一个具有优点的结构，冷却剂管道的至少一个区域内的流动方向与废气流动方向相同。废气和冷却剂流动方向相同使流经的冷却剂和废气之间的接触时间相对变长。这样，特别是当废气和冷却剂之间的温差很大时，将非常有利于从废气到冷却剂的能量传递。按照另一个具有优点的结构，至少在一个区域，冷却剂的流动方向与废气的流动方向相反。通过这种结构，使得在这个区域的整个长度范围内废气与冷却剂之间保持着尽可能恒定的温差。这种结构也使从废气到冷却剂的能量传递得到优化。冷却剂的流动方向也可以垂直于废气流动方向。
按照本发明的优选结构，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向相反的区域位于废气管的流入侧，并且优选的是，冷却剂管道中流动方向与废气流动方向相同的区域位于废气管的流出侧。
发明的一个替代结构也规定，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向相反的区域位于废气管的流入侧，优选的是，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向相同的区域位于废气管的流出侧。
按照本发明的一个进一步改型，该至少两个区域之间具有固定的长度比例关系。在这里，按照第一个具有优点的结构，长度比例取决于用来制作废气管的材料的热膨胀系数。在选择长度比例时，要优选地保证两个区域的长度热膨胀保持固定的关系，在这里，固定关系特别指一个不受温度影响、恒定的、优选为1的长度比例关系。通过这种方式，使得两个被不同介质流经的区域之间具有一个不受温度影响的、恒定的长度比例关系。特别是这种结构还对废气热交换器的热膨胀系数产生有利的影响。
按照另一个具有优点的结构，确定长度比例时，要使两个区域中的各区域的废气流所散发出的热能达到规定的比例。因此可以这样设置，即在一个区域如首先被废气流经过的区域，所散发的热能占总散发热能的比例较小，而另一个区域所散发的热能占总散发热能的70％以上，特别是达到80％到95％。按照本发明的这种结构，在废气热交换器中，第一个区域优选地较短，所散发的热能也较少，而热量的主要部分则是在随后的较长的区域内被交换。这种方式使得能量交换分散到两个区域，而每个区域的功能都被优化。特别是通过这种具有优点的结构，可以使得更多的热能从废气流传递到冷却剂上。
按照本发明的优选结构，废气管的结构使其内部的废气流形成紊流。形成紊流可以延长废气在废气管内的停留时间，并因此优化废气热交换器内部的热量交换。
在一个按照本发明形成的废气热交换器即前面所述结构的改型中，它具有至少一个管身，这个管身由一束相互平行布置的废气管构成。在这种结构中，各废气管的端部固定在一个共同的管板上。它们分别插入到这个管板的开口中并将开口封闭形成流体密封。管板的所有开口各自对应一个废气管。通过这种方式，管身的结构就变得简单。另外，由于这种结构方式，管身变得牢固并不易受到振荡的影响。
按照具有优点的结构，在至少一个位于管身上背朝管束一侧的管板上设有一个废气收集罩，它带有一个连接口并与管板形成对流体密封的连接。废气收集罩使一个连接口通过简易的方式过渡到管身，同时可将废气流分配到管身的各废气管或者将经过废气管后出现的废气分流汇集起来。
按照进一步改型的具有优点的结构，废气热交换器具有两个管身，管身上的两个管板相互直接紧贴并朝外形成对流体密封的连接，同时，废气管优选地相互对准。废气管分属两个管身可以使废气热交换器中的废气管的振荡特性朝着更高的振荡自有频率方向移动。这样就可以延长废气热交换器的寿命。振荡自有频率将进入到一个振荡激励较低的范围。其原因在于废气管的自由长度缩短。这样就可以减少振荡以及由废气热交换器所造成的噪声。
按照优选的结构，在两个相互连接的管身的自由端分别布置着一个废气收集罩，它们分别带有一个连接口并与管束形成对流体密封的连接。在这里特别是，废气热交换器的冷却剂管道的长度相当于两个废气收集罩之间的长度，必要时可以将废气收集罩的一部分包括在内。在这里，在废气收集罩与形成冷却剂管道边界的冷却剂壳体之间分别设置了一个密封机构，而这个壳体在径向上将管身包括在内。按照冷却剂壳体的一个优选结构，壳体由两个半壳组成并在外部闭合。一方面，半壳的端部带有两个连接口。其中一个半壳在其外径的扩径处带有另一个连接口，该连接口用于冷却剂的进出。
在这里，冷却介质特别是指冷却水，它从内燃机的冷却循环中分离出来并接着又返回循环。特别是冷却水也可以随后被送往另一个热交换器——特别是用来制成汽车取暖用的热气流的热交换器。除了水之外，冷却介质还可以是另一种流体，如穿流的空气。与其它冷却介质如水相比，使用空气虽然会降低冷却介质的热性能，但由此而产生的热空气可直接用于其它地方，如用于汽车玻璃的除霜等。当然，在这种情况下，这种用于冷却的气体也可直接用于汽车内部的取暖。
按照本发明的一个制造废气热交换器的方法，首先制作管身。在必要时，两个管身应相互连接并实现流体密封。接着将废气收集罩固定在管身的自由端，并与管身形成对流体密封的连接。管身被装到一个下半壳中，在可能时废气管区还由中间腹板支撑。密封机构固定在废气收集罩上。它们与冷却剂壳体的下半壳连接并对流体密封。然后再将上半壳安装在下半壳之上。在密封装置区域和两个半壳的连接边处实现了对流体密封的连接。
下面是一个特别具有优点的制造两个管身的方法，管身中的废气管相互对齐。两个紧贴在一起的管板被套在一定数量的废气管上，从整体上看它们的长度等于一对管身的总长度。同时管板可与各废气管连接起来。连接通过热压配合、相应的粘接或焊接实现。在实现各废气管和管身的连接之前或之后，在两个管板之间的间隙处将废气管束分离。在分离前可将位于外面的管板套在废气管束上。分离可采用激光切割或一种同等的方法进行。按照优选的结构，分离可以与管板的表面对齐进行。只要之后有必要，就要通过另一个工序将废气管固定在管板上。之后再将两个管板相互连接并实现流体密封，连接可以通过将它们相互接触的平面粘接或焊接在一起的方式实现，在焊接时，焊缝可以沿着管板的外轮廓线。当然也可以仅或另外沿其周边进行包覆或夹紧使管板相互固定在一起。接着可将一个管板固定在废气管的自由端一一只要这一端上还没有管板。然后将废气收集罩焊在管板上。
一个符合本发明的、用于废气热交换器的密封机构或另一个对流体密封并位于两个部件(即输送废气的热部件和由冷却装置形成的冷部件)之间的管道穿过热部件并向外延伸经过冷部件。在这种情况下，热部件布置在冷部件中并可沿轴向移动。按照本发明，密封机构带有两个相互独立的密封元件。每个密封元件均将热部件和冷部件连接起来并形成流体密封。
设置一个带有两个相互完全独立的密封元件的双密封机构会提高密封元件的寿命和可靠性，特别是当其处于高温条件下时。但必须注意的是，密封机构一方面布置在由经冷却剂冷却的部件所在的区域，但另一方面还要能够经受热部件的高温。
按照本发明的一个优选结构，密封装置的两个密封元件之间形成一个流体密封闭合的中间室。这个中间室使得密封元件之间在空间相互隔开，同时在两者之间形成隔热间隙。另外，一旦两种介质中的一个，即废气或冷却剂进入到两个密封元件之间的中间室，则表明出现了泄漏，这样就可对其进行监控。
按照本发明一个优选的实施例，至少一个贯穿冷部件的通向外部的圆孔被设置在密封机构上两个密封元件之间的区域，该至少一个圆孔在零件的整个长度范围内带有螺纹。设置这种通向中间室的圆孔，一方面是为了在制作时可以轻易地对密封机构的密封性进行检验，另一方面也可以监控密封机构是否出现泄漏。特别是可以确定，相对于热部件和冷部件之间的密封，密封机构的第一个位于内部的密封元件是否还是密封地闭合。一旦位于内部的密封件不密封，从这个室中流出的介质就会进入到两个密封元件之间的间隙。这样就可以看到流经这个室的介质如冷却剂流出。在这种情况下，介质就会从该至少一个的圆孔中流出，从而证实出现了泄漏。按照本发明一个优选的实施例，密封机构带有若干，特别是两个或三个这样的圆孔。特别是这些圆孔适合与一个密封试验装置相连，以进行密封性检验。以下是一个在使用一个带有这种密封机构的装置前对其密封性进行检验的方法：先将管道的端部通过螺纹旋进上述圆孔从而将其封住。然后通过至少一个管道将一种被加压的流体如压缩空气送入。而一个压力测量仪则与另一个圆孔相连，以检测不继续输入加压空气的条件下，在规定的时间内所施加的压力在间隙中是否可以保持恒定。在将气体排出后，可将密封检验装置去掉。如果出现泄漏，则可以通过测量本发明中废气热交换器中的腔室的连接口处的压力，来判断腔室中是否出现了泄漏。例如，可以通过室内的压力是否上升来进行判断。通过这种密封检测不仅可以断定是否出现泄漏，还可以判断出两个密封元件中是哪一个没有完全密封。通过这种密封检测方法还可以检验冷却剂管道的密封性。
在具有优点的结构中，两个密封元件中的至少一个是径向密封元件，或者两个密封元件中的至少一个是轴向密封元件。径向密封和轴向密封的概念如下：径向密封是指密封件沿径向从一个密封面延伸到另一个密封面并将其中的间隙密封，而轴向密封则是沿着一个轴并将轴向上的间隙密封。在径向密封的情况下，泄漏的流动方向为轴向，而在轴向密封的情况下泄漏的流动方向为径向。径向密封可以使用塑料或金属制成的密封圈，而轴向密封则可以使用波浪管式密封件(Balgdichtung)，在这种情况下，一个被叠压的并成环形的波浪管的轴向端部与待密封的部件中的一个部件相连并形成流体密封。
在密封机构使用过程中，例如在汽车运行时使用废气热交换器的密封机构的过程中，通过检查圆孔处的冷却剂的外漏来检测密封性。除了目测外，当然还可以通过一个设置在那里的湿度传感器来进行检测。为此，本发明的一个具有优点的结构是在密封结构的安装位置的最低点设置至少一个圆孔。
本发明的一个特别优选的结构是，密封机构既具有轴向密封元件又具有径向密封元件，而这两个密封元件之间相互间隔一定距离，这样，就在两个密封元件之间形成了一个中间腔室。在这种情况下，轴向密封元件就是位于内部的、将两个部件相互密封的密封件，而径向密封元件则是在轴向密封元件出现泄漏的情况下起着止回密封件的作用。
按照本发明，在使用密封机构时，特别具有优点的是采用一个与一根套管相连的轴向密封元件，在由于温度改变而出现长度变化的情况下，它比径向密封元件更容易使相互运动的部件之间得到补偿，这种情况下的径向密封元件必须要能够沿着一个密封面滑动，才能使两个相互密封的部件间的轴向位移得到补偿。使用两个不同的密封元件的优点还在于，在具有负载的情况下，不同的强度在承受负荷的时间内互相补充。
附图说明
下面通过附图和实施例对本发明进行详细说明，其中，
图1为一个本发明的废气热交换器的剖面图，
图2为沿穿过图1中中央连接区域的切割线B-B的剖面图，
图3为沿图1中切割线A-A的剖面图，
图4为本发明的密封机构的放大图。
具体实施方式
图1中为符合本发明的废气热交换器10的剖面图。在图1中，废气热交换器10被沿着分割线10c(点画线)分成两部分10a和10b，这样就可将线性的废气热交换器放大显示，从而不必改变两个管身23的比例。图2和3分别是沿着图1中的切割线A-A和B-B的剖面图。图4是图1中所示的密封机构区域的放大图。
下面通过符合本发明的、如图1到4所示的废气热交换器10的制作方法来对这种废气热交换器进行说明。
首先，根据发明的需要将一定数量的废气管21按适当数量相互平行布置，在这里，废气管还是可被定尺寸裁切的矩形半成品。为此，要首先将半成品裁切，裁切后的长度大致为废气管21在废气热交换器内的总长度。之后，将两个相互略微间隔开的管板24套在废气管21上，而管板则会在以后被相互连接在一起。同时，管板24在废气管21上的定位时，应使半成品从管板向外延伸的两个自由长度的比例关系与两个管身23中废气管长度之间的比例关系一致。并且位于端部的管板24也被套在废气管21之上。一个废气管分别插入到管板上用于接纳废气管的定位孔中。与最初套上去的管板24一样，位于端部的管板可以通过热压配合与废气管21相连。只要有需要或要求，位于端部的管板24可以与废气管21焊接在一起，从而与其形成液密地连接。之后，将穿过中央管板的半成品切断，在这里可以使用激光切割等手段。同时，两个管板24被沿相对的两个表面齐平的侧面分隔开。接着，如果还有必要，可将废气管21与这两个相对的管板24液密地连接起来，例如通过焊接，在这里也可以使用激光焊接。通过这种简易方式就形成了两个配对的管身23。
这两个位于里面的相对应的管板24将在下一个工序中被液密地连接起来，例如将它们沿着其侧面边缘相互焊接在一起，焊接时要注意形成一条液密的连续焊缝。焊接既可以是激光焊，也可以是滚焊或其它焊接方法。为了使两个管板形成一个确定的外轮廓，可以用一个圆环形套圈53包围住两个管板并焊接密封。
现在，在位于外部的管板24的背朝废气管21的侧面上分别液密地焊接上一个废气收集罩25。在这里也可以将一个环形套圈54装在管板24和废气收集罩之间的突出部位以形成一个外轮廓。在固定废气收集罩时，特别是可以考虑采用可形成连续焊缝的焊接方法来进行固定。
然后，由在两侧被废气收集罩25封闭的管身23所构成的组件被装入到一个下半壳44中。这个下半壳构成冷却剂壳体13的一部分，并在其延伸区域内形成了位于冷却剂壳体内部的腔室14的外边界。在组件的长度范围内，在两个管板24相互焊接的部位上，组件的边缘没有支承。而下半壳44具有一个扩径部位52，这个部位在两个管板24的两侧沿轴向延伸。在扩径部位52所在的区域形成了一个支承环47，它在径向上将环形套圈53包围并形成了对组件的固定支承。由于环形套圈53支承在支承环47上，于是沿轴向穿过腔室14的流路被中断。只是在扩径部位52的区域，在支承环47的两侧形成一个环形腔室48，它在一个部位上与一个连接口19即冷却剂出口19连通，这个出口与被管板24隔断的两侧形成流体连接。但在图中所示的实施例中，冷却剂出口19布置在后来装上的上半壳43上。
在组件被装入到下半壳44中后，密封件30被装上。密封件30包括一个基本上为旋转对称的本体。本体的端部带有一个接触凸缘60，它可与上半壳43和下半壳44上的相应法兰49紧贴在一起。在这里，法兰40和60通过焊接连接在一起并形成流体密封。本体34在径向上偏内的位置带有一个支承套管61，它沿轴向伸入到废气收集罩25区域。在这个区域内，支承套管61为圆柱形，即旋转对称，从轴向上看，其直径保持不变。在安装本体34之前，先将一个垫圈62焊接在废气收集罩25上，并围住废气收集罩的外部套管，并在径向上形成流体密封。波浪管密封件33沿径向套在垫圈62上，它在其轴向两端分别带有一个环形件63以用于固定，波浪管密封件33的波浪管位于两个环形件之间并固定在其上形成流体密封。两个环形件63中的一个与垫圈62焊接形成流体密封。另一个环形件63带有一个外部环64，以容纳优选为盲孔的圆孔。在这里，外部环64的外径大致等于垫圈62的外径，但它与垫圈之间在轴向上间隔开，这一轴向的间隔形成了中间腔室35。沿径向位于垫圈62的外部并在外壳表面上的一对0形圈作为径向密封元件32。在将垫圈62和轴向密封件33固定在废气收集罩25上后，将本体34沿轴向推到废气收集罩25上，这样垫圈62的径向密封元件32与支承套管61的内圆柱面形成密封接触。
位于轴向外部的轴向密封元件的外部环64被支承套管61在径向上包围，其外轮廓可以带有相互平配合的锥形，它沿轴向向外成锥形。支承套管61过渡进入到搭扣面65，它带有与外部环64中的圆孔相对应的定位圆孔，而固定螺栓66则可通过它实现固定，这样，外部环64与搭扣面65以及与支承套管61内圆柱形至锥形表面实现了在形状上的配合接触，这种接触是闭合的并形成流体密封。搭扣面65处带有一个开口，而连接法兰67则装入到这个开口中，从而形成套管，并且其自由的、可被穿流的内径等于废气收集罩在进口区域的直径。被废气流经的废气收集罩的内部区域通过轴向密封元件33和径向密封元件32与位于冷却剂壳体13内部的腔室14分开。在轴向上，轴向密封元件33通过波浪管的叠置具有轴向活动性，而垫圈62可以沿轴向在支承套管61内滑动，这样就可以对两个管身23的热膨胀进行轴向上的补偿。从轴向上看，穿过废气热交换器的废气进气管16及废气排气管17是一个可移动的轴承(Loselager)。只是在支承环47处有一个对管身23的位置固定的支承，这样，就从冷部件中区分出整个热部件。
在这种情况下，热部件40是废气收集罩25以及形成连接口15的连接法兰67。冷部件41则由上下半壳43、44以及密封机构30的本体34构成。
圆孔36穿过本体34通向中间腔室35，该中间腔室在轴向上由垫圈62和环形件63或外部环64以及在径向上由轴向密封元件33和支承套管61围成。由两个相互独立的0形圈构成的径向密封元件32一旦出现泄漏，那么来自腔室14的液体会通过泄漏处进入到中间室35。在中间腔室35内，液体会通过圆孔36流至最低点。液体一旦从圆孔中流出，则可以确定出现泄漏，而由于使用了轴向密封元件33，那么外漏的冷却液如冷却水不可能进入到输送废气的部件中。
在下半壳44上也形成了冷却剂进口18的连接口。它被布置在下半壳44的一个部位，通过将其部分地包围废气收集罩25，使得由冷却剂壳体13所形成的腔室14与冷却剂的流入形成接触。
在下一个工序中，上半壳42被装在下半壳44之上，两个半壳被流体密封地焊接或用螺栓连接在一起。在这里，上半壳带有一个接触凸缘49。本体34与密封机构30连接并形成流体密封，即被焊接在一起。也可以沿着管身23的延伸方向设置螺纹孔，这样两个半壳就可以相互连接，在这里，为了实现所包容的流体密封，可以采用一个密封件。这里还可以将接触凸缘60通过螺栓连接固定在接触凸缘49上并实现流体密封，在这里可以如O形圈等密封件。
图1中所示的废气热交换器10被一个废气流(图中用箭头11标出)穿流。废气进气管16将废气输入，废气随后进入废气收集罩25，它起着扩散器的作用并将废气流分配到管身23的各废气管21中。废气流11在穿过管身后进入到第二个废气收集罩25中并汇集，然后通过废气排气管17离开废气热交换器10。
该废气热交换器同时被一种作为冷却剂的冷却液如水流过。冷却剂流在图中用箭头12标出。在废气热交换器中形成两个冷却剂流。冷却剂通过两个布置在废气收集罩25区域的冷却剂进口18进入。它们分别从冷却剂进口18流向两部分管束21相接的区域，在那里形成了冷却剂出口19。冷却剂从位于废气流进口侧即废气进气管16所在区域的冷却剂进口18，与废气管21平行然后穿过废气流流向冷却剂出口19。在图中所示的实施例中，这是一个较短的区域，其长度大致相当于两个区域中较长区域的一半。同时，冷却剂流流进由冷却剂壳体13形成的腔室14中并围绕着废气管21流动，这样就保证了从废气流到冷却剂流的良好的热量传递。沿着与管身23中的流动方向相反的方向穿过废气热交换器的冷却剂流，从位于废气收集罩25与废气排气管相连区域的冷却剂进口18流向环形室48，并同样到达冷却剂出口19，并从那里离开废气热交换器10。
废气在流经废气热交换器时被冷却，而冷却剂则被加热。一个尽可能大的表面会促进热能的交换，这个表面中，废气流与冷却剂流之间的分隔面要尽可能地薄，从而使两者间存在良好的热量交换。
按照本发明的对一个对废气流进行冷却的方法，冷却剂在围绕废气流流动时其方向分成两个，其中，首先一个较热的废气流所在的区域中，冷却剂的流动方向与废气流的流动方向平行，而在第二个区域中，冷却剂流则与废气流的流动方向相反。这两个区域的优点在于，这两个区域中的废气管的长度热膨胀相互匹配。条件是，第一个区域的长度较短，因为在这个区域中的冷却速度要比另一个区域快，在这种情况下，在不同的总长度内最终实现两个区域温差的相互基本配合。

Claims (32)

1.废气热交换器(10)被一个废气流(11)和一个冷却剂流(12)穿流，其中用于废气流(10)的废气热交换器(10)包括
用来与废气热交换器(10)连接的连接口(15)，
一个用来输入热废气流(11)的废气进气管(16)，
和一个用来排出在废气热交换器(10)中被冷却的废气流(11)的废气排气管(17)，和
该废气流(11)沿着一个流动方向(22)在一束废气管(21)中穿过废气热交换器(10)，和用于冷却剂的冷却剂流(12)，
至少一个冷却剂进口(18)和至少一个冷却剂出口(19)，
其中冷却剂在一个冷却剂管道中流动，而在管道中，它围绕着废气管束(21)流动，
其特征在于，对于废气流的流动方向(22)，冷却剂管道具有至少两个区域，这两个区域内的冷却剂(27)的流动方向各不相同。
2.根据权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，所述每个区域对应至少一个冷却剂管段(29)，其中一个冷却剂管段(29)与冷却剂进口(18)在流体上连接。
3.根据权利要求1或2所述的废气热交换器，其特征在于，冷却剂管道的至少一个区域内的流动方向与废气流的流动方向(22)相同。
4.根据前述权利要求之一所述的废气热交换器，其特征在于，冷却剂管道的至少在一个区域内的流动方向与废气流的流动方向(22)相反。
5.根据前述权利要求之一所述的废气热交换器，其特征在于，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向(22)相反的区域位于废气管(21)的流入侧，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向(22)相同的区域位于废气管(21)的流出侧。
6.根据权利要求1到4之一所述的废气热交换器，其特征在于，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向(22)相反的区域位于废气管(21)的流入侧，一个冷却剂管道中流动方向与废气流动方向(22)相同的区域位于废气管(21)的流出侧。
7.根据前述权利要求之一所述的废气热交换器，其特征在于，该至少两个区域之间具有固定的长度比例关系。
8.根据权利要求7所述的废气热交换器，其特征在于，该长度比例取决于用来制作废气管(21)的材料的热膨胀系数，并且在选择长度比例时，要保证两个区域的长度热膨胀保持固定的关系，该固定关系指一个不受温度影响、恒定的、优选为1的长度比例关系。
9.根据权利要求7所述的废气热交换器，其特征在于，该长度比例的确定要使两个区域中的各区域的废气流(11)所散发出的热能达到规定的比例。
10.根据权利要求9所述的废气热交换器，其特征在于，在一个首先被废气流(11)经过的区域，所散发的热能占总散发热能的比例较小，而另一个区域所散发的热能占总散发热能的70％以上，特别是达到总散发热能的80％到95％。
11.根据前述权利要求之一所述的废气热交换器，其特征在于，该废气管(21)的结构使其内部的废气流形成紊流。
12.根据权利要求1或前述权利要求之一所述的废气热交换器，其特征在于，它具有至少一个管身(23)，一个管身(23)由一束相互平行布置的废气管(21)构成，各废气管的端部固定在一个共同的管板(24)上，该废气管(21)分别插入到这个管板(24)的开口中并将开口封闭形成流体密封，并且管板(24)的所有开口各自与一个废气管(21)相连。
13.根据权利要求12所述的废气热交换器，其特征在于，在至少一个背朝管束一侧的管板(24)上设有一个废气收集罩(25)，它带有一个连接口(15)并与管板(24)形成对流体密封的连接。
14.根据权利要求12或13所述的废气热交换器，其特征在于，该废气热交换器(10)具有两个管身(23)，管身(23)上的两个管板(24)相互面对并直接紧贴，同时，废气管(21)相互对准并对外形成对流体密封的连接。
15.根据权利要求14所述的废气热交换器，其特征在于，在两个相互连接的管身(23)的自由端分别布置着一个废气收集罩(25)，它们分别带有一个连接口(15)并与管束形成对流体密封的连接。
16.根据权利要求15所述的废气热交换器，其特征在于，该冷却剂管道在两个废气收集罩(25)之间延伸，同时，在废气收集罩(25)与形成冷却剂管道边界的冷却剂壳体(13)之间分别设置了一个密封机构(30)，而该壳体在径向上将管身(23)包围。
17.根据权利要求16所述的废气热交换器，其特征在于，该冷却剂壳体(13)在废气收集罩(25)的区域分别带有一个接口，并且在废气收集罩(25)之间带有至少另外一个接口。
18.根据权利要求17所述的废气热交换器，其特征在于，该至少另外一个接口位于冷却剂流(26)的两个区域相接触的地方。
19.根据权利要求15或16所述的废气热交换器，其特征在于，位于废气收集罩(25)区域的接口是冷却剂进口(18)，位于中间的另一个接口是冷却剂出口(19)。
20.根据权利要求16至19中之一所述的废气热交换器，其特征在于，密封机构(30)包括至少一个密封元件(31)并在冷却剂壳体(13)和废气收集罩(25)之间形成流体密封的连接，并由冷却剂壳体(13)形成一个将废气管(21)包围并被冷却剂穿流的腔室。
21.根据权利要求16至20中之一所述的废气热交换器，其特征在于，该密封机构包括两个相互独立的密封元件(31)，它们分别在冷却剂壳体(13)和废气收集罩(25)之间形成流体密封的连接，并在密封元件(31)之间形成一个中间腔室(35)，在该腔室的区域内设置至少一个通向外部的圆孔(37)。
22.根据权利要求12至21中之一所述的废气热交换器，其特征在于，该管板(24)至少有一段在径向上位于冷却剂壳体(13)上，并且管板(24)支撑在冷却剂壳体(13)中。
23.根据权利要求22所述的废气热交换器，其特征在于，管板(24)将冷却剂壳体(13)中的流路中断，并将冷却剂壳体(13)分成两个在流体上隔断的区域。
24.根据权利要求23所述的废气热交换器，其特征在于，在管板(24)区域形成一个与两个相互隔断的区域相连的接口，在这里，这个接口作为两个区域的冷却剂进口(18)或者冷却剂出口(19)。
25.根据权利要求22至24中之一所述的废气热交换器，其特征在于，冷却剂壳体(13)分成两个这段，这两个管段分别从一个废气收集罩(25)延伸到两个管板(24)中的一个，在至少一个管板(24)和一个管段之间形成一个连续的、流体密封的焊接连接，并且在这个区域中，这两个管段之间同样形成一个流体密封的焊接连接。
26.密封机构(30)，用于废气热交换器(10)，位于一个输送废气的热部件(40)和一个形成一个冷却装置的边界的冷部件(41)之间，而热部件(40)的一个部分从冷部件中向外延伸，其中，热部件(40)布置在冷部件(41)中并可沿轴向移动，其特征在于，该密封机构(30)具有两个相互独立的密封元件(31)，它们分别在热部件(40)和冷部件(41)之间形成流体密封的连接。
27.根据权利要求26所述的密封机构，其特征在于，该两个密封元件(31)之间分别形成一个以热部件(40)和冷部件(41)为边界的中间腔室(35)，该腔室被两个密封元件(31)流体密封地闭合。
28.根据权利要求27所述的密封机构，其特征在于，至少一个贯穿冷部件(41)的通向外部的圆孔被设置在冷部件(41)上两个密封元件(31)之间的区域，该圆孔在至少部分长度范围内带有螺纹。
29.根据权利要求28所述的密封机构，其特征在于，该密封机构(30)带有两个或三个圆孔，它们适合与一个用以进行密封性检验密封试验装置相连。
30.根据权利要求26至29中之一所述的密封机构，其特征在于，该两个密封元件(31)中的至少一个是径向密封元件(32)。
31.根据权利要求26至30中之一所述的密封机构，其特征在于，该两个密封元件(31)中的至少一个是包括波浪管式密封件的轴向密封元件(33)。
32.根据权利要求26至31中之一所述的密封机构，其特征在于，密封机构(30)具有一个轴向密封元件(33)和一个径向密封元件(32)，这两个密封元件之间相互间隔一定距离。
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