熱傳導(dǎo)裝置制造方法
【專利摘要】一種熱傳導(dǎo)裝置，其利用流動的熱流體加熱工作流體，其包括：用于引導(dǎo)所述熱流體的流體通道；設(shè)置于所述流體通道內(nèi)的用于引導(dǎo)所述工作流體的管束，所述管束包括多根沿縱向延伸且彼此平行的管段；以及固定連接到所述流體通道并用于支撐所述流體通道內(nèi)的所述管束的支撐結(jié)構(gòu)，其中，每根所述管段固定保持于所述支撐結(jié)構(gòu)的至少一個第一支撐點，還在至少一個方向上以自由移動的方式保持于所述支撐結(jié)構(gòu)的至少一個第二支撐點，所述第一支撐點和所述第二支撐點在縱向上彼此隔開。
【專利說明】熱傳導(dǎo)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱傳導(dǎo)裝置，其利用流動的熱流體，特別是內(nèi)燃機排出的廢氣流，加熱尤其是汽化和過熱工作流體，所述熱傳導(dǎo)裝置具有用于引導(dǎo)所述熱流體的流體通道、設(shè)置于所述流體通道內(nèi)的用于引導(dǎo)所述工作流體的管束、以及固定連接到所述流體通道并用于支撐所述流體通道內(nèi)的所述管束的支撐結(jié)構(gòu)，其中所述管束包括多根沿縱向延伸且彼此平行的管段。
【背景技術(shù)】
[0002]這種裝置也稱為“熱交換器”，并用于不同種類的由熱流體通過的廢熱使用中。例如，內(nèi)燃機中可使用這種熱交換器進行廢氣利用，在其中，熱廢氣流的部分熱能被轉(zhuǎn)換成在工業(yè)上有用的機械能，如使用于閉合的蒸汽回路結(jié)構(gòu)中。這可以最終節(jié)省燃料。管束的多根管段平行延伸，尤其是沿直線延伸，這些管段周圍流動著熱流體，且以有效方式傳熱給位于管段內(nèi)部的正在流動的工作流體。管束原則上可以設(shè)置在排氣線路中的任何期望位置，例如位于消聲器外殼中。
[0003]流體通道內(nèi)的管束的連接存在問題，即在運行中產(chǎn)生的熱膨脹和機械應(yīng)力可導(dǎo)致管段上的材料出現(xiàn)臨界應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的一個目的在于，利用簡單的結(jié)構(gòu)裝置，使得在相關(guān)的流體通道中的管束結(jié)構(gòu)的熱交換器可能具有安全的連接。
[0005]這一目的可通過具有權(quán)利要求1的特征的熱傳導(dǎo)裝置實現(xiàn)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，每個管段被固定保持于支撐結(jié)構(gòu)的至少一個第一支撐點，以及在至少一個方向上以自由移動的方式保持于支撐結(jié)構(gòu)的至少一個第二支撐點，第一支撐點和第二支撐點在縱向上彼此隔開。因此管束至少被支撐兩次，其中一次支撐為定位支撐，至少一次遠端支撐為浮動支撐。從而，一方面，管段彼此間安全地緊固于流體通道內(nèi)；另一方面，浮動支撐允許管段由于熱膨脹或機械應(yīng)力而進行補償性移動，從而避免不必要的拉緊或材料過載。
[0007]本發(fā)明的進一步的發(fā)展將在從屬權(quán)利要求、說明書以及附圖中闡明。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種實施例，所述第二支撐點上的自由移動優(yōu)選地僅在所述縱向上。從而運行中在軸向上頻繁出現(xiàn)的管段的熱膨脹和收縮可以得以補償。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施例，所有的第一和/或所有第二支撐點分別位于橫向平面內(nèi)，所述橫向平面延伸于與所述縱向成直角的方向上。從而所述管束的所有管段都均勻地支撐于兩點。
[0010]所述支撐結(jié)構(gòu)可以包括第一支撐元件和與所述第一支撐元件分開的第二支撐元件，所述第一支撐元件用于提供所有的第一支撐點，所述第二支撐元件用于提供所有的第二支撐點。該結(jié)構(gòu)使得這兩個分開的支撐元件之間存在自由空間，便于管束中基本上無阻礙地通流。
[0011]所述支撐元件優(yōu)選地分別構(gòu)造為面且延伸在垂直于所述縱向的方向上的橫向平面。由于管束中存在橫向于所述縱向方向的湍流，從而相對于熱流體只有輕微的阻力。
[0012]該支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括至少一組層疊的細長的間隔件，優(yōu)選地為兩組，每個間隔件置于橫向于所述縱向的方向上，其中設(shè)置有用于引入彼此相鄰的管段的切口部。間隔件可以設(shè)置于管束的各平面之間，從而能夠穩(wěn)定和保持整個管束。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，設(shè)置有用于使所述層疊的間隔件彼此被拉緊的部件。通過拉緊間隔件可使得管束的各管段被固定，且切口部的尺寸取決于處于張緊狀態(tài)的管段是否存在自由移動，即是否設(shè)置定位支撐或浮動支撐。
[0014]設(shè)置兩個夾持部用于拉緊所述層疊的間隔件，所述夾持部分別設(shè)置于管束的上方和下方并圍住所述間隔件。由此能使得這種結(jié)構(gòu)特別簡單。
[0015]所述夾持部可以通過螺紋連接方式，特別是通過螺紋桿和螺帽，朝向彼此移動。從而通過擰緊螺帽可使所述夾持部朝向彼此移動，同時位于所述夾持部之間的間隔件可以一起被壓縮，且管束被固定。特別地，螺紋桿和相關(guān)螺帽的設(shè)置可盡量減少制造方面的張拉。
[0016]按照本發(fā)明的一種實施例，所述夾持部通過處于張緊狀態(tài)中的剛性橋接元件彼此連接，特別地彼此焊接連接。。該實施例中可以省去螺紋連接方式。
[0017]所述間隔件通過至少一個U形型材軌道彼此相互固定。這種型材軌道能夠防止在拉緊前或拉緊期間間隔件的不必要的打滑。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施例，所述流體通道內(nèi)的所述管束的兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)流壁。這種導(dǎo)流壁可以提高熱交換器的效率，因為它們直接引導(dǎo)熱廢氣流過各管段。各導(dǎo)流壁可以優(yōu)選地設(shè)置有多個珠子，以進一步降低熱流體在管束兩側(cè)流通過的流量。
[0019]本發(fā)明還涉及一種熱機，其具有按照上述實施例之一的熱傳導(dǎo)裝置、膨脹機和用于冷卻所述工作流體的冷凝器，其中所述工作流體通過熱傳導(dǎo)裝置、膨脹機和冷凝器被循環(huán)引導(dǎo)，特別是以蘭金循環(huán)方式引導(dǎo)。由此，所述熱傳導(dǎo)裝置可以這么說是同時作為蒸發(fā)器和過熱器進行工作，以便在熱氣流的熱能的輔助下，將工作流體加熱、汽化和過熱。從而存儲在所述工作流體的熱能被轉(zhuǎn)換成技術(shù)上在膨脹機內(nèi)可用的機械能。該工作流體隨后在冷凝器中被再冷凝，再冷卻，最后再次供給到熱傳導(dǎo)裝置。
[0020]本發(fā)明還涉及一種用于內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)，其集成了上述的熱傳導(dǎo)裝置。
[0021]下面將參照附圖以舉例的方式來說明本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的傳熱結(jié)構(gòu)的透視圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的熱傳導(dǎo)裝置，以及
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的熱傳導(dǎo)裝置。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，熱交換器包括管束11，本實施例中管束包括24個彼此相鄰排列的管圈，每個管圈分別注入工作流體。每個管圈12包括多根彼此層疊的直的管段13，這些管段彼此平行延伸，且每根管段沿縱向L平行地延伸并由傾斜的U形彎曲部14連接。管束11組裝于流體通道(圖未示出)內(nèi)，例如組裝于廢氣系的消聲器外殼中。熱廢氣沿主流動方向S流經(jīng)流體通道，并影響這些管段13的排列。據(jù)此，由熱廢氣至運行于管圈12的工作流體產(chǎn)生了有效的熱傳遞。工作流體可以以這種方式被汽化或過熱，以便它隨后可以在膨脹機構(gòu)中做機械功。之后，工作流體被冷凝，再冷卻并再次返回到管束11。
[0024]流體通道內(nèi)的管束11由包括兩個彼此分開的支撐環(huán)15a、15b的支撐結(jié)構(gòu)15固定。支撐環(huán)15a、15b分別構(gòu)造成面且延伸在垂直于縱向L的方向的橫向平面。以這種方式，廢氣流沿主流動方向S的流動只有最小的阻礙。支撐環(huán)15a、15b的外周被設(shè)計為固定連接到所述流體通道，且特別地其適應(yīng)于通道壁的幾何形狀。從而通過對支撐環(huán)15a、15b的簡單改變可以得到適應(yīng)于不同流體通道結(jié)構(gòu)形狀的支撐結(jié)構(gòu)15。
[0025]每個支撐環(huán)15a、15b的平側(cè)面上焊接有兩個相對設(shè)置的夾持部23。在焊接前，夾持部23可通過兩根螺紋桿25及相關(guān)的螺帽37朝向彼此移動。兩夾持部23之間設(shè)置有多個層疊的細長間隔棒19，每個間隔棒通向管束11的各水平平面之間，其中設(shè)置有切口部21用于引入彼此相鄰的管段13。每個U形型材軌道29圍繞螺紋桿25接合，從而確保為每個間隔棒19提供正確的相對方位。通過擰緊螺帽27可使間隔棒19彼此被拉緊，且管段13被夾緊于切口部21內(nèi)。
[0026]因此，每個管段13可相對于支撐結(jié)構(gòu)15被容納和支撐于第一支撐點17a和第二支撐點17b，第一支撐點和第二支撐點在縱向L上間隔開。在這方面，管段13的夾緊于切口部的周圍被選擇，以使得每個管段13被固定地保持在第一支撐點17a，而在第二支撐點17b的軸向即縱向L上存在一定的自由運動。在這方面，所有的第一支撐點17a位于由處在圖示左側(cè)的支撐環(huán)15a定界的橫向平面中，而所有的第二支撐點17b位于由處在圖示右側(cè)的支撐環(huán)15b定界的橫向平面中。當支撐結(jié)構(gòu)15固定于流體通道，從而保證了管束11穩(wěn)固地安裝于兩個隔開的位置，而同時總可能對管段13進行補償性運動。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施例的熱交換器如圖2所示，該實施例具有與如圖1所示的裝置相同的設(shè)計原理。但是，另外，管束11的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流墻30，以便更好地引導(dǎo)熱廢氣流過管束11。導(dǎo)流墻30上設(shè)置有多個珠子31，每個珠子伸入相鄰管圈12之間的空間，從而減少不必要的廢氣流過管束的側(cè)壁。
[0028]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的又一種實施例的熱交換器，其中，U形型材軌道29本身被焊接到夾持部23和可選地間隔棒19上，而不是采用由螺紋桿25和螺帽27形成的螺紋連接方式。為此目的，夾持部23、間隔棒19和型材軌道29的相應(yīng)結(jié)構(gòu)被預(yù)裝在合適的夾緊裝置中，并焊接在夾緊狀態(tài)。在這方面，型材軌道29可選擇性地或完全覆蓋地連接到間隔棒19。
[0029]可以理解，這種具有運動可能性的雙支撐的原理可應(yīng)用到多個不同類型的流體導(dǎo)通中，特別地，通過這一原理，各直管段13是否彼此以平行的、串聯(lián)的、或組合的方式連接并不重要。
[0030]參考標號列表
11管束 12管圈 13管段 14彎曲部15支撐結(jié)構(gòu)15a, 15b支撐環(huán)17a第一支撐點17b第二支撐點19間隔棒21切口部23夾持部25螺紋桿27螺帽29型材軌道30導(dǎo)流墻31珠子L縱向
S主流動方向
【權(quán)利要求】
1.一種熱傳導(dǎo)裝置，其利用流動的熱流體，特別是內(nèi)燃機的廢氣流，加熱尤其是汽化和過熱工作流體，所述裝置包括: 用于引導(dǎo)所述熱流體的流體通道； 設(shè)置于所述流體通道內(nèi)的用于引導(dǎo)所述工作流體的管束(11 )，所述管束包括多根沿縱向(L)延伸且彼此平行的管段(13);以及 固定連接到所述流體通道并用于支撐所述流體通道內(nèi)的所述管束(11)的支撐結(jié)構(gòu)(15)， 其特征在于， 每根所述管段(13)固定保持于所述支撐結(jié)構(gòu)(15)的至少一個第一支撐點(17a)，還在至少一個方向上以自由移動的方式保持于所述支撐結(jié)構(gòu)(15)的至少一個第二支撐點(17b)，所述第一支撐點和所述第二支撐點在縱向(L)上彼此隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述第二支撐點(17b)上的自由移動優(yōu)選地僅在所述縱向(L)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所有第一和/或第二支撐點(17a，17b)分別位于橫向平面內(nèi)，所述橫向平面延伸于與所述縱向(L )成直角的方向上。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述支撐結(jié)構(gòu)(15)包括第一支撐元件(15a)和與所述第一支撐元件(15a)分開的第二支撐元件(15b)，所述第一支撐元件用于提供所有的第一支撐點(17a)，所述第二支撐元件(15b)用于提供所有的第二支撐點(17b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述支撐元件(15a，15b)分別構(gòu)造成面且延伸在垂直于所述縱向(L)的方向上的橫向平面。
6.根據(jù)前述任一項所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述支撐結(jié)構(gòu)(15)包括至少一組層疊的細長間隔件(19)，優(yōu)選地為兩組，每個間隔件置于橫向于所述縱向(L)上，其中設(shè)置有用于引入彼此相鄰設(shè)置的管段(13)的切口部(21)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 設(shè)置部件(23，25，27，29)用于使所述層疊的間隔件彼此被拉緊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 設(shè)置兩個夾持部(23)，用于拉緊所述層疊的間隔件(19)，所述夾持部分別設(shè)置于所述管束(11)的上方和下方并圍住所述間隔件(19)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述夾持部(23)可通過螺紋連接(25，27)，特別地通過螺紋桿(25)和螺帽(27)，朝向彼此移動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述夾持部(23)通過處于張緊狀態(tài)中的剛性橋接元件(29)彼此連接，特別地彼此焊接連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10中任一項所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述間隔件(19)通過至少一個U形型材軌道(29)彼此相互固定。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的熱傳導(dǎo)裝置， 其特征在于， 所述流體通道內(nèi)的所述管束(11)的兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)流壁(30 )。
13.一種熱機，具有根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的熱傳導(dǎo)裝置、膨脹機和用于冷卻所述工作流體的冷凝器，其中，所述工作流體通過所述熱傳導(dǎo)裝置、膨脹劑和冷凝器被循環(huán)引導(dǎo)，特別是以蘭金循環(huán)方式引導(dǎo)。
14.一種用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)，其集成根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項所述的熱傳導(dǎo)裝置。
【文檔編號】F28F9/013GK103782124SQ201280044354
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月20日
【發(fā)明者】貝恩德·布克哈特 申請人:波森公司