熱交換裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種所謂浮動芯類型的熱交換裝置，該熱交換裝置具有下述特殊構(gòu)型：該構(gòu)型使得熱交換裝置的耐久性能夠隨著其增加抗熱疲勞性提高而增加。本發(fā)明的特征在于由于該浮動芯的浮動側(cè)所在的端部的特殊構(gòu)型而導(dǎo)致其具有高抗熱疲勞性的構(gòu)型，這是因為通常在浮動端的擋板中產(chǎn)生的停滯區(qū)域借助于殼體的形狀與導(dǎo)流板的形狀的結(jié)合而被消除。這種構(gòu)型還產(chǎn)生了低成本的熱交換器。
【專利說明】
熱交換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種所謂浮動芯類型的熱交換裝置，該熱交換裝置具有下述特殊構(gòu)型:該構(gòu)型使得熱交換裝置的耐久性能夠隨著其增加抗熱疲勞性提高而增加。
[0002]本發(fā)明的特征在于由于該浮動芯的浮動側(cè)所在的端部的特殊構(gòu)型而導(dǎo)致其具有高抗熱疲勞性的構(gòu)型，這是因為通常在浮動端的擋板中產(chǎn)生的停滯區(qū)域借助于殼體的形狀與導(dǎo)流板的形狀的結(jié)合而被消除。這種構(gòu)型還產(chǎn)生了低成本的熱交換器。
[0003]該熱交換裝置應(yīng)用于EGR(排氣再循環(huán))系統(tǒng)，在內(nèi)燃發(fā)動機中使用這種EGR系統(tǒng)來降低污染氣體的排放，從而保護環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0004]經(jīng)歷最為密集發(fā)展的這些技術(shù)領(lǐng)域中的一個技術(shù)領(lǐng)域是EGR系統(tǒng)熱交換器領(lǐng)域，這是因為空間和包裝要求需要越來越小且更有效率的裝置來使得在較小的空間內(nèi)能夠排放相同量的熱量。
[0005]當(dāng)裝置較小時，發(fā)現(xiàn)在較為靠近彼此的區(qū)域之間存在相同的溫度差并且因此導(dǎo)致了較高的溫度梯度。
[0006]另外，由容納熱交換管束一一其中，熱交換管束在兩個擋板之間延伸一一的殼體形成的熱交換器具有如下缺陷:與冷卻劑液體直接接觸的殼體和同樣與待冷卻的熱氣體直接接觸的熱交換管束之間發(fā)生不同的膨脹。一個部件與另一個部件之間的不同的熱膨脹在由熱交換管束延伸所沿的主方向建立的縱向方向上是特別明顯的。
[0007]在防止殼體與管束之間的不同膨脹產(chǎn)生引起破裂的應(yīng)力所熟知的技術(shù)方案之中是基于浮動芯構(gòu)型的技術(shù)方案。該浮動芯是熱交換管束，其中這些管至少附接在兩個端部擋板之間。一個擋板與殼體相連，而另一個擋板、即對應(yīng)于浮動端的擋板允許相對于殼體的相對運動。允許相對運動的這個擋板通常是根據(jù)熱交換器的特定構(gòu)型而借助于可彈性變形元件來連接的，該可彈性變形元件建立熱氣體導(dǎo)管的流體連續(xù)性并且是允許熱膨脹的元件。
[0008]固定擋板和可動擋板都是橫向于管束定位的壁。如果熱氣體入口位于浮動端處，則該可動擋板是經(jīng)受較高溫度的擋板。假如擋板是可動的，那么冷卻劑液體流趨于圍繞該擋板周圍的周邊區(qū)域流動。這種情況導(dǎo)致了停滯點或停滯區(qū)域，該停滯點或停滯區(qū)域使冷卻劑液體保留在熱區(qū)域中而不排放熱量直至達到沸點溫度為止。這是產(chǎn)生熱疲勞和裝置失效的多個原因中的一個原因。
[0009]本發(fā)明提出了一種特定構(gòu)型的浮動芯裝置，在該浮動芯裝置中，防止了浮動側(cè)的擋板中存在停滯區(qū)域，從而防止了熱疲勞并且因此延長了該浮動芯裝置的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明涉及一種適于通過冷卻劑液體來冷卻熱氣體的熱交換裝置，特別地，該熱交換裝置構(gòu)造成防止熱疲勞，解決了前面指出的缺點。
[0011]所述裝置包括:
[0012]熱交換管束，所述熱交換管束沿縱向方向X-X’在第一固定擋板與第二浮動擋板之間延伸，用于待冷卻的熱氣體通過，
[0013]殼體，所述殼體容納所述管束，其中所述殼體與所述管束之間的空間允許冷卻劑液體通過，其中:
[0014]-所述殼體在一端通過第一固定擋板而封閉，并且所述殼體在相反端包括腔室，所述腔室通過橫截面較大的殼體部段的延伸部而形成，所述殼體部段通過第三擋板被封閉，
[0015]-第一冷卻劑液體入口/出口位于所述殼體的在第一擋板側(cè)上的位置，并且第二冷卻劑液體入口 /出口設(shè)立在橫截面較大的殼體部段上的位置。
[0016]熱交換器具有浮動芯構(gòu)型。所述芯由在兩個擋板之間延伸的熱交換管束形成，其中所述兩個擋板為第一擋板和第二擋板，第一擋板與殼體相連接，因此稱為固定擋板，而第二擋板由于相對于殼體的差脹效應(yīng)而浮動或可動。由浮動芯構(gòu)型所補償?shù)呐蛎浭菬峤粨Q管的方向上的膨脹。這是標(biāo)為縱向方向X-X ’的方向。擋板通常橫向于該縱向方向布置。
[0017]熱交換管是這樣的管:待冷卻的熱氣體通過這些管，并且這些管在外部被冷卻劑液體圍繞。冷卻劑液體循環(huán)通過位于管束中的管的外表面與殼體之間的空間。
[0018]殼體也沿縱向方向X-X’延伸。殼體在一端被固定擋板封閉。殼體在相反端包括延伸部，該延伸部由位于與包含固定擋板的一端相反的一端處并且具有較大截面的部段構(gòu)成。該端部部段的較大截面形成腔室。殼體的位于由具有較大截面的所述部段形成的腔室的那一側(cè)的最端部被第三擋板封閉。一種具體的提供延伸部的方式是通過具有不同截面的兩個管狀體來進行的，所述兩個管狀體即為:具有較小截面的第一管狀體，其主要容納管束；以及具有較大尺寸的第二管狀體，其剛好設(shè)置在第一管狀體的端部之后。第一管狀體與第二管狀體之間的過渡能夠通過過渡體來構(gòu)成，其中該過渡體由第一管狀體的截面與第二管狀體的截面之間的過渡表面形成。該過渡表面建立起了第一管狀體與第二管狀體之間的連續(xù)性，因而確保了第一管狀體與第二管狀體之間的密封性。如果管狀體具有圓形截面，則過渡表面可以是環(huán)形的或者甚至是漏斗形的。
[0019]熱交換器能夠在同向流或?qū)ο蛄髦泄ぷ鳌Ｒ虼?，對用于冷卻劑液體的殼體的內(nèi)表面的進出口稱為入口/出口。冷卻劑液體的進入和離開至少有兩個進出口，其中第一進出口位于殼體的在第一擋板側(cè)上的位置，即靠近第一擋板，而另外的進出口在相反側(cè)位于具有較大截面的殼體部段上的位置。如果其中一個進出口用作入口，那么其他的進出口用作出
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[0020]另外，在熱交換裝置中:
[0021]第二浮動擋板具有與熱交換管的入口流體連通的集管，并且所述集管又與布置在第三擋板中的用于熱氣體的入口流體連通，其中該流體連通通過能夠至少沿縱向方向X-X’彈性變形的導(dǎo)管實現(xiàn)；
[0022]第二浮動擋板與集管一起被容納在由具有較大截面的殼體部段形成的延伸部中，并且通過分隔部與所述殼體部段沿著所述組件的周邊間隔開以允許冷卻劑液體通過;并且，第二冷卻劑液體入口 /出口所在的具有較大截面的殼體部段的位置沿縱向方向位于第二浮動擋板-集管組件與第三擋板之間。
[0023]管束的第二擋板或浮動擋板因此位于第一擋板與第三擋板之間的如下位置:該位置使得第二擋板或浮動擋板被容納在由殼體的延伸部形成的腔室中。縱向方向X-X’上的擴大主要是由于管束的縱向膨脹，因此由第二擋板和在管束的熱交換管的入口處分配熱氣體的集管形成的組件將在該腔室內(nèi)移動。整個芯的縱向膨脹確立了接近第三擋板的程度，并且通過連接熱交換器的熱氣體入口與集管的能夠彈性變形的導(dǎo)管的變形能力來補償。
[0024]熱氣體因此通過第三擋板的開口而進入，并且通過能夠彈性變形的導(dǎo)管而接近集管。集管的內(nèi)部與熱交換管的內(nèi)部流體連通，使得熱氣體被分配為在管束的熱交換管的內(nèi)部穿過。在穿過熱交換管時，熱氣體將其熱量傳遞給冷卻劑液體，并且到達管的相反端，即位于第一擋板中的那一端。被冷卻的氣體例如通過另一個外部集管被收集，并且例如最后用作EGR(排氣再循環(huán))氣體。
[0025]關(guān)于熱交換器的內(nèi)部構(gòu)型，另外需要說明的是:
[0026]在第二浮動擋板-集管組件與具有較大截面的殼體部段之間的周向分隔部中，至少沿著所述周向分隔部的部段具有導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板封閉所述組件與具有較大截面的殼體部段之間的分隔空間。
[0027]該構(gòu)型主要影響冷卻劑流。如前所述，熱交換器能夠在同向流或?qū)ο蛄髦泄ぷ鳌?br>[0028]例如，當(dāng)熱交換器在對向流中工作并且氣體進入浮動芯那一側(cè)時，冷卻劑液體在芯的固定側(cè)進入殼體并且朝向第二擋板流動。在該部段中，流動由不對應(yīng)于延伸部并且因此抵靠熱交換管布置的殼體部段引導(dǎo)，這是因為減小熱交換管與殼體之間的空間減小了具有較小阻力的路徑的存在，而這些路徑有助于防止熱交換管之間的流動通道，因而降低了其有效性。
[0029]該流體流到達第二擋板，第二擋板與集管一起位于由殼體的延伸部形成的腔室中。假如由第二浮動擋板-集管形成的該組件通過分隔空間與圍繞該組件的具有較大截面的殼體部段的內(nèi)壁間隔開，那么沿著縱向方向的流動趨于圍繞擋板流動，從而穿過周向空間。
[0030]如果沒有額外的元件，那么對應(yīng)于該流動的流線將縱向地延伸，并且在到達擋板后將通過其周邊中的任何點繞開擋板。例如，如果擋板具有矩形構(gòu)型和四側(cè)，那么該構(gòu)型具有對應(yīng)于不通向這四側(cè)中的任一側(cè)的線的停滯點。例如，如果擋板為圓形，那么停滯點將為擋板的中央?yún)^(qū)域，因為流線將不具有在周邊中的用于繞開第二擋板的優(yōu)選位置。
[0031]本發(fā)明通過包括導(dǎo)流板而防止了停滯點，該導(dǎo)流板封閉由浮動擋板與集管共同形成的組件與外殼的延伸部段之間的分隔空間。該導(dǎo)流板至少沿著周向部段封閉該空間。在所描述的對向流示例中，導(dǎo)流板位于第二擋板的下游。
[0032]該導(dǎo)流板的目的是防止大部分流線通過，僅僅允許通過所述導(dǎo)流板的周向部分。另外，通過該導(dǎo)流板，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)位于與冷卻劑液體接觸的第二擋板側(cè)的流線的軌跡發(fā)生了改變，因為產(chǎn)生了平行于所述第二擋板的速度場，這使得停滯點最小化甚至消除。通過由于平行于擋板的流動(其用基本上平行于其附近的擋板的流線來標(biāo)示)導(dǎo)致的掃掠效應(yīng)消除了停滯點，這具有增大相對于熱擋板即第二擋板的冷卻劑速度的效果，從而提高了冷卻等級并且因此減小了其中的熱應(yīng)力。
[0033]在該相同的對向流構(gòu)型中，產(chǎn)生平行于第二擋板的速度場的效果發(fā)生在導(dǎo)流板的位置的上游，而在同向流下，該效果相同并且發(fā)生在導(dǎo)流板的下游。通過這兩種情況下的數(shù)值流動模擬實驗，觀察到了相同的技術(shù)效果，雖然在裝置在對向流情況下工作時該效果要稍微更強一些。
[0034]類似地，利用原型進行了測試;在沒有導(dǎo)流板的情況下，該原型由于熱疲勞而在減少的循環(huán)次數(shù)后失效，并且具有導(dǎo)流板的相同裝置的使用壽命增加了，因而疲勞實驗由于其耐久性而必須停止，沒有發(fā)生任何失效。
[0035]已經(jīng)對本發(fā)明研發(fā)了多個附加的技術(shù)方案，在下文描述的實施方式中對此進行描述。
【附圖說明】
[0036]參照附圖，基于下文對優(yōu)選實施方式的詳細描述，本發(fā)明的前述及其他特征和優(yōu)點將得到更清楚的理解，其中優(yōu)選實施方式僅僅作為說明性的非限制性示例來提供。
[0037]圖1示出了由具有矩形截面構(gòu)型的熱交換器形成的本發(fā)明的一個實施方式。該圖示出了沿著整個長度的熱交換器的四分之一斷面立體圖，從而能夠觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0038]圖2示出了同一個實施方式，僅僅示出了對應(yīng)于浮動側(cè)的端部，并且所選擇的視圖是具有對應(yīng)于腔室的長度的部段的四分之一斷面立體圖，其中殼體的具有較大截面的部段位于該腔室中。
[0039]圖3示出了圖2的實施方式的同一個端部，其中該截面是根據(jù)穿過裝置的中心的縱向平面截取的。
[0040]圖4示出了保護能夠彈性變形的導(dǎo)管的進氣導(dǎo)流板等的立體圖。
[0041 ]圖5示出了導(dǎo)流板的立體圖。
[0042]圖6和圖7示出了另一個實施方式的兩個立體圖，其中梳形導(dǎo)流板位于與導(dǎo)流板組合的第二擋板附近，并且所選擇的視圖是具有對應(yīng)于腔室的長度的部段的四分之一斷面立體圖，其中殼體的具有較大截面的部段位于該腔室中。
[0043]圖8和圖9是在前面的實施方式中使用的梳形導(dǎo)流板的前視圖和后視圖。
【具體實施方式】
[0044]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種適于通過冷卻劑液體來冷卻熱氣體的熱交換裝置。該熱交換裝置的用途之一是對由內(nèi)燃發(fā)動機產(chǎn)生的燃燒氣體的一部分進行冷卻，以將其重新引入到EGR系統(tǒng)的進氣口形成部中。
[0045]圖1示出了本發(fā)明的一個實施方式，呈浮動芯構(gòu)型的熱交換器由殼體I形成，在本實施方式中，殼體I的橫截面大致呈矩形。圖1的左側(cè)示出了熱交換裝置的固定側(cè)，“固定”理解為熱交換裝置的芯與殼體相連接，并且在右側(cè)示出了芯浮動并允許沿縱向方向X-X’熱膨脹的那一側(cè)。
[0046]該實施方式的熱交換裝置在固定側(cè)具有固定凸緣6，固定凸緣6使得能夠?qū)峤粨Q裝置通過螺紋固定至例如集管(為了清楚起見在圖中未示出該集管)，該集管接收來自該熱交換裝置的被冷卻后的排出氣體。
[0047]在該實施方式中，熱交換器具有管束4，管束4從與殼體I相連接的第一擋板2延伸至浮動的、即不與殼體I連接的第二擋板3。
[0048]在該實施方式中，第一擋板的尺寸大于殼體I的橫截面，使得凸緣6將該第一擋板2壓靠在例如未示出的集管的第二凸緣上。
[0049]管束4具有沿著其長度分布的多個支撐擋板5，這些支撐擋板5或者與殼體I連接并且不限制管束4穿過這些支撐擋板5的縱向運動、或者與穿過這些支撐擋板5的管束4連接并且不限制相對于殼體I的縱向運動。在支撐擋板5的任一種實施方式中，都防止了由于熱交換管4相對于殼體I的差脹而產(chǎn)生應(yīng)力。這些支撐擋板5的支撐作用是關(guān)于橫向方向而言的，例如，防止由于機械振動而引起的慣性效應(yīng)，并且其還與橫向部件建立起流動，從而增加了管束4與在殼體I內(nèi)流通的冷卻劑液體之間的熱交換。
[0050]在該示例中示出的實施方式中，這些熱交換管是混合式管，S卩，具有大致平面構(gòu)型，并且其中包括形成翅片的彎板，這增大了有效熱交換表面，以便于從熱氣體到包圍熱交換管4的外部的冷卻劑液體的熱傳遞。然而，能夠在不改變本發(fā)明的必要特征的情況下使用其它管構(gòu)造。
[0051]熱交換器的浮動端示出為殼體I的延伸部。在該實施方式中，該延伸部由兩個管狀體實現(xiàn):第一管狀體I，其布置成抵靠管束4，其中一端是與第一擋板2連接的一側(cè)；以及第二管狀體即橫截面較大的殼體部段7，其構(gòu)成位于熱交換裝置的在縱向方向X-X’上的相反端的端部部段。
[0052]在該實施方式中，殼體I的第一管狀體與第二管狀體即橫截面較大的殼體部段7通過過渡部件13而附接，過渡部件13由深拉和模切板構(gòu)成。該過渡部件13在一側(cè)接納殼體I的第一管狀體，在相反側(cè)接納橫截面較大的殼體部段7，使得該過渡部件限定出殼體I的第一管狀體的延伸區(qū)域。
[0053]第二擋板3位于管束4的浮動端。管束4的熱交換管附接至該第二擋板3，并且該第二擋板3又附接至與熱氣體入口相連通的集管9。
[0054]集管9接收進入的熱氣體，并且將熱氣體分布到熱交換管4的入口中，使得熱氣體被迫進入熱交換管4。
[0055]在該實施方式中，第二擋板3通過圍繞集管9的模切沖壓板構(gòu)成，其中，第二擋板3與集管9之間的接觸區(qū)域是通過釬焊形成的附接部。
[0056]集管9通過可彈性變形的導(dǎo)管10與熱交換裝置的浮動側(cè)端部相連接。在該實施方式中，可彈性變形導(dǎo)管10是波紋管形金屬導(dǎo)管。殼體在浮動端一一由橫截面較大的管狀體形成的殼體部段7位于此處一一的封閉通過具有熱空氣入口的第三擋板11來實現(xiàn)。
[0057]由第二擋板3和集管9形成的組件容納在橫截面較大的殼體部段7中。
[0058]冷卻劑液體入口/出口位于殼體的對應(yīng)于固定側(cè)的一端，另一入口 /出口位于相反端。在該實施方式中，浮動側(cè)的冷卻劑入口/出口由布置在橫截面較大的殼體部段7與第三擋板11之間的槽7.1構(gòu)成。該構(gòu)造具有多種技術(shù)效果:第一是將該槽7.1布置在由第三擋板11形成的壁相鄰的區(qū)域能夠防止在入口/出口與所述第三擋板11之間存在停滯區(qū)，第二是將槽7.1布置在與可彈性變形的導(dǎo)管10相鄰的區(qū)域有利于對可彈性變形的導(dǎo)管10進行冷卻。
[0059]可彈性變形的導(dǎo)管10是在熱交換器工作時以更直接的方式接收熱氣體的零件，因此該零件10是溫度較高的零件。冷卻劑的入口 /出口位于端部位置有利于該可彈性變形的導(dǎo)管10的整個長度被適當(dāng)?shù)乩鋮s，從而防止在該位置處出現(xiàn)設(shè)備故障。
[0060]在該實施方式中，第二擋板3和集管9也具有矩形構(gòu)型。由于入口/出口位于第三擋板3附近，所以在第二擋板3、集管9與橫截面較大的殼體部段7之間布置有允許冷卻劑液體經(jīng)過的空間。
[0061]流線主要從管束4的管之間的空間向腔室C延伸，腔室C由橫截面較大的殼體部段7的延伸部形成，其圍繞第二擋板3和集管9所形成的組件。如果不存在位于第二擋板3和集管9所形成的組件與橫截面較大的殼體部段7之間的導(dǎo)流板8的話，這些流線將包含一個或多個將終止于第二擋板的流線，造成停滯區(qū)。該導(dǎo)流板8改變了流線的構(gòu)型，防止了使得流線傾向于圍繞整個第二擋板3的這種對稱性。
[0062]特別地，在該實施方式中，導(dǎo)流板8繞由第二擋板3和集管9形成的組件在相當(dāng)于第二擋板3的矩形構(gòu)型的四側(cè)中的三側(cè)的區(qū)段中或者相對于橫截面較大的殼體部段7的矩形構(gòu)型的相應(yīng)的四側(cè)沿外周延伸，由此實現(xiàn)封閉。
[0063]因此，迫使該流動僅通過這些側(cè)中的一側(cè)，使得該優(yōu)選方向?qū)е铝骶€平行于第二擋板3延伸，防止了停滯區(qū)。
[0064]在該實施方式中，在沿縱向方向X-X’朝向與熱交換器的固定端相反的一側(cè)與由第二擋板3限定的面間隔開的周向帶中，圍繞由第二擋板3-集管9組件形成的組，通過導(dǎo)流板8實現(xiàn)了在四側(cè)中的三側(cè)上的封閉。
[0065]在圖2中能夠更加詳細地觀察到，在浮動側(cè)，在與水平截面對應(yīng)的圖的截面中，導(dǎo)流板8坐置在第二擋板3上，并且壓靠在橫截面較大的殼體部段7的內(nèi)壁上。然而，在與豎直截面對應(yīng)的圖的截面中，觀察到導(dǎo)流板8坐置在第二擋板3上，但是并沒有延伸到橫截面較大的殼體部段7的內(nèi)壁，從而允許冷卻劑液體通過。在圖2中，冷卻劑液體通道位于圖的上部，以便觀察側(cè)部封閉與該開口之間的區(qū)別。
[0066]然而，在圖3的截面中，開口側(cè)位于下部，相對于X-X’軸線旋轉(zhuǎn)了180度。
[0067]圖5示出了用在該實施方式中的大致呈矩形的導(dǎo)流板8的立體圖，該導(dǎo)流板8構(gòu)造成圍繞第二擋板3，第二擋板3又圍繞集管9。
[0068]導(dǎo)流板8通過模切和折彎板制成。導(dǎo)流板8在內(nèi)部具有周向帶，造成了支撐在第二擋板3的表面上的座部8.1。在周向上，外周面通過連續(xù)布置的片材形成，以防止通過并造成抵靠著橫截面較大的殼體部段7的內(nèi)壁布置的柔性元件。這些片材除了一側(cè)(在本情況下為較短一側(cè))以外沿周向分布，從而造成用于冷卻劑液體通過的窗口8.3。
[0069]在片材之間還具有小的間隔8.2，其允許少量冷卻劑流過。通過間隔的這種少量流過防止了在導(dǎo)流板8周圍產(chǎn)生新的停滯區(qū)。
[0070]已經(jīng)通過實驗發(fā)現(xiàn)，位于腔室C中的導(dǎo)流板8的這種布置和結(jié)構(gòu)防止了在與最熱氣體接觸的第二擋板3中出現(xiàn)停滯區(qū)，因為這些實驗表明，所描述的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了與引起任何停滯區(qū)的第二擋板3平行的流動，增大了在最接近金屬壁的區(qū)域的冷卻劑速度，并由此防止了熱疲勞。
[0071]與布置在流動途中的任何其它表面一樣，導(dǎo)流板8的流動阻擋產(chǎn)生了停滯區(qū)，這正是希望防止的效應(yīng)。然而，該構(gòu)造通過分布有間隔8.2的片材防止了形成這種停滯區(qū)或回流區(qū)，但是不防止在第二擋板3中出現(xiàn)停滯區(qū)的掃掠效應(yīng)。
[0072]已經(jīng)通過數(shù)值CR)模擬在同向流和對向流的情況下證實了冷卻劑流的流線構(gòu)型的該變化。
[0073]熱疲勞測試結(jié)果也表明，在不使用導(dǎo)流板8的情況下發(fā)生的失效不復(fù)存在。
[0074]該實施方式中采用的另一技術(shù)方案是存在殼體I的第一管狀體的延長部，該延長部進入由橫截面較大的殼體部段7形成的腔室C的一部分。在這種情況下，增大了腔室C中的速度場的速度，特別是增加了與第二擋板3平行行進的橫向流。技術(shù)效果為更好地冷卻了第二擋板3，即最暴露于熱氣體的擋板。在腔室C內(nèi)還觀察到速度的增大，因此減少了由導(dǎo)流板8產(chǎn)生的新的停滯點。
[0075]本發(fā)明的實施方式還結(jié)合了另一種方式:額外地保護可彈性變形的導(dǎo)管10免受高溫一一假如該可彈性變形導(dǎo)管直接接收進入的熱空氣則將經(jīng)受這種高溫。這種保護入口的方式是借助于進氣導(dǎo)流板12來實現(xiàn)的，進氣導(dǎo)流板12由設(shè)計成容納在可彈性變形的導(dǎo)管10內(nèi)部但與該可彈性變形的導(dǎo)管隔開的管狀部段構(gòu)成?？蓮椥宰冃蔚膶?dǎo)管10與進氣導(dǎo)流板12之間的間隔建立了將可彈性變形的導(dǎo)管10隔絕的腔室，從而降低了從熱空氣流的直接熱傳遞。該間隔不僅建立了分隔腔室，而且建立了熱空氣流朝向中心軸線的引導(dǎo)，使得熱空氣流不與壁直接碰撞。
[0076]進氣導(dǎo)流板12的管狀部段向外膨脹以被支撐在第三擋板11的外表面上。這種構(gòu)型允許第三擋板11 一旦被附接至外凸緣就使進氣導(dǎo)流板12的外延伸部被保持住，從而實現(xiàn)將其固定。這種固定不需要焊接，這種焊接隨著溫度突變會被將產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力破壞。
[0077]另外，進氣導(dǎo)流板12展示了延伸部中的周向肋12.1，該周向肋12.1在本實施方式中是通過深拉來實現(xiàn)的，從而增大了將第三擋板11和外凸緣固定的壓力。特別地，周向肋12.1定位在第三擋板11的外表面上以在建立外凸緣的附接之后建立壓力類型的座部。
[0078]圖1和圖2的截面示出了冷卻劑液體入口/出口的槽7.1，槽7.1是通過將具有較大截面的殼體部段7的端部邊緣與第三擋板3隔開來獲得的。由于用于接收/供給冷卻劑液體的冷卻劑液體集管14與槽7.1是流體連通的，因而冷卻劑液體集管14在本實施方式中是通過模切外板來形成的。
[0079]產(chǎn)生冷卻劑液體集管14的該模切外板平行于第三擋板11的外邊緣延伸，因而與具有更大阻力的凸緣15—起限定了將圖中未描繪的外凸緣固定的裝置。
[0080]第三擋板3的外表面與進氣導(dǎo)流板12的周向肋12.1—起構(gòu)成座部，熱交換器借助該座部在熱側(cè)附接至將該熱交換器與熱氣體口連接的外凸緣。
[0081]圖6和圖7示出了本發(fā)明的另一實施方式。具有較大截面的殼體部段7是通過對容納管束4的殼體I的主縱向部段的相同板進行深拉來獲得的，由此在兩個部段1、7之間產(chǎn)生了臺階部。在該特定實施方式中，容納管束4的殼體I包括具有“U”形截面的兩個部件，該“U”形截面是根據(jù)沿著兩條縱向焊接線連接在一起的橫截面。
[0082]如之前公開的，根據(jù)本發(fā)明，流動被迫使僅穿過導(dǎo)流板8的其中一側(cè)，這使得該優(yōu)選的方向使流線平行于第二擋板3延伸，從而防止了停滯區(qū)域。
[0083]即使冷卻劑流的速度場中的這種變化已經(jīng)借助于在同向流和對向流情況下的數(shù)值CFD模擬被驗證，但是這種效果在對向流中是更相關(guān)的，這是因為冷卻劑流當(dāng)在管束4中流動時由于慣性力而趨于保持縱向方向X-X’。這種流線不從該縱向方向偏離，直到該冷卻劑流非?？拷诙醢?并且之后被重新導(dǎo)向，從而平行于第二擋板3流動。
[0084]相比之下，同向流顯示出來自腔室C的流試圖根據(jù)管束4內(nèi)的壓力梯度來流動；因此，當(dāng)流體流剛剛進入管束4內(nèi)的空間內(nèi)時，該流就被朝向熱交換器的固定部分被定向，從而防止該流平行于第二擋板3流動并由此降低導(dǎo)流板8的效果。
[0085]根據(jù)在圖6和圖7中示出的實施方式，在腔室C中沿縱向方向X-X’設(shè)置有梳形導(dǎo)流板16 ο
[0086]如圖8和圖9所示，梳形導(dǎo)流板16包括橫向本體16.1和來自所述橫向本體16.1的多個平行的突出部16.3。平行的突出部16.3在兩個側(cè)向板16.2之間延伸。兩個側(cè)向板16.2與橫向本體16.1展示出通過將側(cè)向板沿豎直方向彎曲而構(gòu)成的一個或多個支撐部16.5。
[0087]梳形導(dǎo)流板16部分地容納在管束4的管之間。橫向本體16.1容納在管束4與具有較大截面的殼體部段7之間、定向成橫向于縱向方向X-X’。
[0088]平行的突出部16.3插入管束4的管之間的空間中并且平行第二浮動擋板3，平行的突出部16.3與第二浮動擋板3是分隔開的。
[0089]梳形導(dǎo)流板16在橫向本體16.1中包括至少一個支撐部16.5、或者在側(cè)向板16.2中包括至少一個支撐部16.5、或者在橫向本體16.1和側(cè)向板16.2中都包括至少一個支撐部16.5。梳形導(dǎo)流板16例如通過釬焊被固定、或者通過將支撐部16.5固定至腔室C的內(nèi)壁而被固定、或者通過將平行的突出部16.3固定至管束4而被固定。在圖6和圖7中示出的實施方式中，支撐部16.5固定至腔室C的內(nèi)壁，而平行的突出部16.3未固定至腔室C的內(nèi)壁;這些平行的突出部16.3僅僅抵靠管束4的管，從而允許所述管束4在被熱氣體加熱時膨脹。
[0090]梳形導(dǎo)流板16示出了平行的突出部16.3中的另外的坐置表面16.3.1，該坐置表面16.3.1在該實施方式中是通過使板彎曲來獲得的，從而允許梳形導(dǎo)流板16至少在該坐置表面16.3.1的一部分中靠置在管束4的表面上。
[0091 ] 該坐置表面16.3.1至少具有與熱交換器管的一個平坦表面相抵接的第一直部a、與熱交換器管的彎曲側(cè)相抵接的第二拱形部b、以及與熱交換器管的相對的平坦表面平行的第三直部C。
[0092]在該實施方式中，在第二拱形部b與第三直部c之間存在有過渡的直部從而形成臺階部s，該臺階部s限定平行的突出部16.3與熱交換器管的平坦表面之間的間隔部。熱交換器管的相對的平坦側(cè)面與第三直部c之間的間隔允許流體流掃過與梳形導(dǎo)流板16的平行的突出部16.3鄰近的任何流動停滯區(qū)域。在該實施方式中，該臺階部是彎曲的臺階部。
[0093]在一個未在圖中示出的實施方式中，坐置表面16.3.1是通過利用設(shè)置有邊緣寬到足以允許坐置表面16.3.1具有靠置表面的較厚板而非利用板的彎曲部分來獲得的。
[0094]在一個未在圖中示出的實施方式中，第三直部c也抵接熱交換器管的相對的平坦表面，從而使得能夠?qū)χ車鷧^(qū)域的全部流動進行導(dǎo)向。
[0095]梳形導(dǎo)流板16還包括鄰近坐置表面16.3.1設(shè)置的允許流體流通過的多個窗口16.4，由此防止了由橫向本體16.1的主表面產(chǎn)生的停滯區(qū)域。如圖6至圖9所示，在該實施方式中，多個窗口 16.4定位在管束4外，緊鄰熱交換器管之間的空間；也就是說，每個窗口 16.4定位成與兩個平坦的熱交換器管之間的每個空間相對應(yīng)。
[0096]通過以同向流運行熱交換裝置的CFD模擬，已經(jīng)觀察到梳形導(dǎo)流板16迫使冷卻劑幾乎在第二浮動擋板3的整個表面上平行于第二浮動擋板3流動，從而甚至在同向流情況下防止了產(chǎn)生停滯區(qū)域。
[0097]為了改善來自窗口8.3的流動，將梳形導(dǎo)流板16的橫向本體插入到管束4的矩形截面的與導(dǎo)流板8的窗口 8.3所在的一側(cè)相對應(yīng)的一側(cè)中是很重要的。
[0098]在圖6和圖7中示出的實施方式中，避免了進氣導(dǎo)流板12的使用。替代性地，該入口具有作為連接管(未示出)與第三擋板11之間的接口的連接件17。該連接件17在孔中具有允許流體流通過的兩個不同的截面:孔的外側(cè)部分中的小截面和孔的內(nèi)側(cè)部分中的大截面。這兩個不同的截面由臺階部17.1分開。
[0099]定位在入口處的該連接件17的形狀使得熱氣體射流具有小于該大截面的直徑；因此，入口處的熱氣體不直接沖擊內(nèi)部導(dǎo)管的內(nèi)壁，從而保護該內(nèi)壁免受高溫。
【主權(quán)項】
1.一種適于通過冷卻劑液體來冷卻熱氣體的熱交換裝置，包括: 熱交換管束，所述熱交換管束沿縱向方向(X-X ’)在第一固定擋板(2)與第二浮動擋板(3)之間延伸，用于待冷卻的熱氣體通過， 殼體(I)，所述殼體(I)容納所述管束，其中所述殼體(I)與所述管束之間的空間允許冷卻劑液體通過，其中: -所述殼體(I)在一端通過所述第一固定擋板(2)而封閉，并且所述殼體(I)在相反端包括腔室(C)，所述腔室(C)通過橫截面較大的殼體部段(7)的延伸部而形成，橫截面較大的所述殼體部段通過第三擋板(11)被封閉， -第一冷卻劑液體入口 /出口位于所述殼體(I)的在第一擋板(2)側(cè)的位置，并且第二冷卻劑液體入口 /出口設(shè)立在橫截面較大的所述殼體部段(7)上的位置， 其中，所述第二浮動擋板(3)具有與熱交換管(4)的入口流體連通的集管(9)，并且所述集管(9)又與布置在所述第三擋板(II)中的熱氣體入口流體連通，其中該流體連通通過至少沿縱向方向(x-x ’)可彈性變形的導(dǎo)管(1)實現(xiàn)； 所述第二浮動擋板(3)與所述集管(9) 一起被容納在由橫截面較大的所述殼體部段(7)形成的所述延伸部中，并且通過分隔部與所述殼體部段(7)沿著所述組件(3、9)的周邊間隔開以允許冷卻劑液體通過;并且，所述第二冷卻劑液體入口/出口所在的橫截面較大的所述殼體部段(7)的位置沿縱向方向(X-X’)位于第二浮動擋板(3)-集管(9)組件與所述第三擋板(I I)之間， 并且其中，在第二浮動擋板(3)-集管(9)組件與橫截面較大的所述殼體部段(7)之間的周向分隔部中，至少沿著所述周向分隔部的一部分具有導(dǎo)流板(8)，所述導(dǎo)流板(8)封閉所述組件(3、9)與橫截面較大的所述殼體部段(7)之間的分隔空間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，由所述第二浮動擋板(3)和所述集管(9)形成的組件具有大致矩形周邊構(gòu)型，并且其中，所述導(dǎo)流板(8)覆蓋所述大致矩形周邊構(gòu)型的至少三側(cè)。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述可彈性變形的導(dǎo)管(10)具有波紋構(gòu)型。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述熱氣體入口具有由管狀部段形成的進氣導(dǎo)流板(12)，所述管狀部段在所述可彈性變形的導(dǎo)管(10)內(nèi)延伸，用于將進入的熱氣體流朝向所述管狀部段的中心縱向軸線引導(dǎo)，從而保護所述可彈性變形的導(dǎo)管(10)免于受熱。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述第三擋板(11)構(gòu)造成所述熱交換裝置的固定凸緣，并且其中，所述進氣導(dǎo)流板(12)具有在所述第三擋板(11)的外表面上的周向肋(12.1 )，用于在所述凸緣的附接完成后建立壓力型座部。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其中，所述熱氣體入口具有在所述熱氣體入口處的連接件(17)，所述連接件(17)包括外部小截面和內(nèi)部大截面，用于保護內(nèi)部導(dǎo)管的內(nèi)壁免受高溫。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第二冷卻劑液體入口/出口沿著位于橫截面較大的所述殼體部段(7)的自由邊緣的一部分與所述第三擋板(11)之間的槽(7.1)設(shè)立。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，浮動側(cè)的冷卻劑液體集管(14)由從橫截面較大的所述殼體部段(7)向外延伸至在內(nèi)部容納所述槽(7.1)的所述第三擋板(11)的板形成，并且所述冷卻劑液體入口 /出口布置在所述板中。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述管束具有一個或多個支撐擋板(5)， -所述支撐擋板(5)與所述殼體(I)連接并且不限制所述管束穿過所述支撐擋板(5)的縱向運動;或者 -所述支撐擋板(5)與穿過所述支撐擋板(5)的所述管束連接并且不限制相對于所述殼體(I)的縱向運動。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，容納所述管束的所述殼體(I)沿縱向方向(X-X’)在其一部分周邊或整個周邊上延伸，進入通過橫截面較大的所述殼體部段(7)的所述延伸部形成的所述腔室(C)的一部分，從而增大所述腔室(C)中的冷卻劑液體的速度。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，還包括在所述腔室(C)中的梳形導(dǎo)流板(16)，所述梳形導(dǎo)流板(16)包括橫向本體(16.1)和來自所述橫向本體(16.1)的多個平行的突出部(16.3)， 其中，所述橫向本體(16.1)容納在所述管束與橫截面較大的所述殼體部段(7)之間，橫向于縱向方向(X-X’)定向，并且所述多個平行的突出部(16.3)插入所述管束的管之間的空間中并且平行于所述第二浮動擋板(3)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述梳形導(dǎo)流板(16)還包括兩個側(cè)向板(16.2)，使得來自所述橫向本體(16.1)的所述多個平行的突出部(16.3)位于所述側(cè)向板(16.2)之間，并且其中，所述側(cè)向板(16.2)在所述管束的兩側(cè)上在所述管束與橫截面較大的所述殼體部段(7)之間延伸。13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中，所述梳形導(dǎo)流板(16)包括在所述側(cè)向板(16.2)中的至少一個或兩個中的、位于所述橫向本體(16.1)中的至少一個支撐部(16.5)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述梳形導(dǎo)流板(16)通過將所述支撐部(16.5)固定至所述腔室(C)的內(nèi)壁或者替代性地通過將所述平行的突出部(16.3)固定至所述管束而被固定。15.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的裝置，其中，所述平行的突出部(16.3)具有坐置表面(16.3.1)，所述坐置表面(16.3.1)構(gòu)造成抵接熱交換管的表面，并且其中，所述平行的突出部(16.3)中的至少一個的所述坐置表面(16.3.1)的一部分具有凹部，所述凹部與所述熱交換裝置的表面隔開，從而允許流體流通過，避免停滯區(qū)域。16.—種用于內(nèi)燃發(fā)動機車輛的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱交換裝置。
【文檔編號】F28D7/16GK106066128SQ201610248996
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月20日 公開號201610248996.7, CN 106066128 A, CN 106066128A, CN 201610248996, CN-A-106066128, CN106066128 A, CN106066128A, CN201610248996, CN201610248996.7
【發(fā)明人】約瑟·安東尼奧·格蘭德·費爾南德斯, 格曼·特龍科索
【申請人】博格華納排放系統(tǒng)西班牙有限責(zé)任公司