[发明专利]热交换装置

说明书

技术领域

本发明为以液体入口歧管或液体出口歧管的特定构型为特征的热交换装置，其中，该热交换装置中包括有由壳体自身形成的挡板。

该构型不仅允许将进入交换器的管束的对流必须要更强的区域中的进入流适当地定向，而且还允许产生适于到达所有具有较高对流热传递需求的区域的流。

由壳体构造挡板避免了包括并制造特定的附加部件并且避免了这些附加部件的构造以及这些附加部件至热交换器的附接所需的附加操作。

本发明在环保措施的应用方面是有用的。

背景技术

正在经历最集中发展的技术领域之一是用于具有内燃发动机的车辆的热交换器的技术领域。用于减少氮氧化物排放的EGR(废气再循环)系统中的热交换器和用于从逸出的气体中回收热的蒸发器中的热交换器就是这种情况。

热交换被以管束的方式实施，在该管束中，管的构型可以是非常多样化的，例如，管可以是波纹管、平管或者是通过对模切冲压板进行堆叠而构造的管。

在任何情况下，通常，来自内燃发动机的燃烧室的热气体在管内循环，并且适于从该气体去除热的液体在所述管的外部循环。

该液体是液体冷却剂或者是意在用于例如改变状态成允许从于气体吸取的热能获取机械能的热力循环的一部分的液体。

在整个说明书中，在管束内循环的流体将总体上被表示为第一流体，并且在壳体的内壁与管束的管的外侧之间的限定空间中循环的流体将总体上被表示为第二流体。

由于第一流体——在内部循环的热流体——通过管的壁与在外部流动的流体相互交换热，因而管束的每个管上的温度将沿着其长度变化。因此，管的热流体所进入的端部是温度最高的端部。

这种温度分布对于管束的所有管并非都是相同的。交换热的流体从入口流入交换器的壳体中进而从壳体流动至出口，并且尽管热交换器的壳体内部的所有点都与入口和出口流体连通，但穿过所述点的流线是不同的。存在提供较小阻力从而有利于较大液体流的优选路径。还存在某种程度上不可达的区域——比如拐角，在这些区域中，流速较低，因此通过管进行的热交换由于较少的对流而被减少。

通常必须使第二流体在被确定为如下截面的区域中具有最大的可能速度：该截面横向于管束并且定位成尽可能地靠近用于第一流体——热气体——的入口。

现有技术中已知如下解决方案：基于位于壳体内的挡板的使用来改变通过入口导管进入的液体的路径。专利文献JP2014194296A就是这种情况，在该专利文献中，来自入口导管的入口射流通过特定的挡板被转向，从而防止出现停滞区或液体的速度非常低的区域。

使入口射流转向的替代性方式是在液体进入壳体所通过的导管内包括附加部件。这些部件将液体射流的始终处于较高速度的部分朝向热交换器的假若不包括该挡板就将具有较低速度的区域重新定向。专利文献WO 2015121148A1中所描述的解决方案就是这种情况。

这种类型的解决方案具有两个缺点，第一个缺点在于附加部件的使用，所述附加部件必须例如通过模切和冲压来制造并且随后通过焊接而附接。第二个缺点在于该附接是复杂的，原因在于挡板具有扭曲构型、位于管内并因此位于某种程度上不可达的区域中并且需要特定设备，这增大了制造成本。

其它挡板由液体进入热交换器的壳体所通过的导管的局部封闭件形成，并且局部封闭件包括产生速度较高的且沿特定方向定向的射流的穿孔。尽管这些射流获得了较高的速度，但这些射流不具有能够覆盖与管束的热气体所进入的端部相邻的整个入口截面的一致构型，并且导致显著的压降。

与之相比，本发明在没有添加特定部件的情况下解决了这些问题，而是本发明建立了将壳体的延伸部结合到液体入口歧管/液体出口歧管和槽中的构型。这种结合由于偏转作用而改变了第二流体的进入路径，使得产生层流，从而在整个截面上无需显著的节流来引起压降，并且从而根据该应用在该截面的每个点处均具有被调节的流速。

发明内容

本发明为用于例如可以是热气体的第一流体与例如可以是液体的第二流体之间的热交换的热交换器。尽管本发明的优选应用是用于EGR系统的热交换器，但本发明也可以应用于诸如蒸发器或冷凝器之类的其它热交换器中。

根据本发明的热交换器包括：

-热交换管束，该热交换管束在用于使第一流体进入管束中的入口与用于使第一流体离开管束的出口之间沿着纵向方向延伸，其中，热交换管束意在用于驱使第一流体的流动，

-壳体，该壳体容置热交换管束并且至少在用于第一流体的入口与用于第一流体的出口之间沿着纵向方向延伸，其中，壳体意在用于驱使第二流体通过在热交换管束的管与壳体之间限定的空间，