傳熱單元的製作方法

2023-06-20 23:34:41 4

專利名稱：傳熱單元的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳熱單元，帶有流過冷卻劑的通道和由待冷卻的流體流過的通道，所述通道通過壁相互隔開，若干肋從所述壁出發延伸到兩個通道的至少一個中。
背景技術：
這種傳熱單元例如被用於在內燃機中的廢氣循環系中冷卻廢氣。在此，肋通常伸入由待冷卻得流體流過的通道。在此，既有這樣的設計，其中肋從傳熱單元的兩個對置側延伸到通道中，也有這樣的冷卻裝置，其中肋僅從一側延伸到通道中。在此，肋可以呈現不同的形狀，並且要麼一體地沿著主流動方向延伸，要麼構造為單獨的肋，其中，在此已知有銷狀和管狀以及支承面狀的肋。由冷卻劑流過的通道既可以設置在由待冷卻的流體流過的通道內部，也可以包圍該由待冷卻的流體流過的通道的橫截面積。傳熱單元例如在內燃機中被用於冷卻空氣、冷卻廢氣或者冷卻潤滑油。例如增壓空氣冷卻器用於減小燃燒溫度，並因此減小產生的氮氧化物，而廢熱冷卻器被用於加熱空氣，以迅速加熱客艙，或者在排氣系中被用於減小流向尾氣處理器的氣體的廢氣溫度。在廢氣循環導管中藉助於廢氣冷卻器降低廢氣溫度並因此降低發動機中的燃燒溫度，由此又可以減少汙染物排放。在此，內燃機的冷卻水可以分別用作冷卻劑。例如由DE 102004019554A1公開了一種換熱單元，該換熱單元布置在內燃機的廢氣循環系統中。該換熱單元由被廢氣流過的、內部為U-形的通道，該通道在整個橫截面積上由被冷卻劑流過的通道包圍。在此，換熱單元是多部件構造的壓鑄冷卻器，其具有多個子平面。在這種換熱器中，既希望在待傳遞的熱方面有高的效率，也希望儘可能低的擴散性。同時，經過傳熱單元的壓力損失應當保持儘可能低。然而，已知的傳熱單元尤其在流量和溫差小的時候僅具有低的冷卻功率和冷卻效率。然而，尤其在廢氣循環領域為進一步減少汙染物排放希望的是，既在大流量也在小流量時在小壓力損失下實現高的冷卻功率。

實用新型內容因此，本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種換熱單元，通過該換熱單元可以在大的流量範圍和溫度範圍內實現高的冷卻功率或者冷卻效率，並且同時使壓力損失保持儘可能小。該技術問題由此解決，S卩，由待冷卻的流體流過的通道具有流體入口和流體出口， 其中，所述通道通過沿流動方向延伸的隔板分為帶有第一流體子入口和第二流體子入口以及第一流體子出口和第二流體子出口的第一和第二子通道，其中，至少第一流體子入口可通過封閉裝置封閉。由此產生了兩級式的傳熱單元，該傳熱單元即便在冷卻劑小的流量和較低的溫差時也能實現高的冷卻功率或高的冷卻效率，因為通過減小的通流橫截面積實現了經過冷卻器的高流動速度。在一種優選的實施形式中，傳熱單元具有壁，該壁將流體入口和流體出口分開並且一直延伸到換熱單元與流體入口或流體出口相對的端部前面，因此，傳熱單元至少在第一封閉裝置打開時被U-形地流過。這種結構方式減少了傳熱單元所需的軸向延伸，使得傳熱單元可以構造得較小。優選在傳熱單元中設置兩個封閉裝置，其中，在第一流體子入口藉助於第一封閉裝置封閉時，第二封閉裝置這樣地接通，使得換熱單元中用於流體的冷卻路徑被延長。這意味著，這樣布置封閉裝置，使得換熱單元通過第二封閉裝置部分沿相反的方向被流過。這導致有效冷卻路徑的進一步延長並因此在小流量和低的溫度時導致效率的進一步提高，而在封閉裝置打開時在小的壓力損失下實現了與已知的冷卻器一樣好的效率。在另一種實施形式中，傳熱單元具有兩個隔板，所述隔板這樣地與封閉裝置共同作用，使得整個通道在封閉裝置的兩個接通位置被流過，其中，冷卻路徑在橫截面積縮窄的情況下被延長。因此，在封閉裝置的兩個接通位置利用了換熱單元全部可用的橫截面積，這又導致效率提高。在此，冷卻路徑優選基本上與通流的橫截面積減小程度相同地延長。這意味著，在通流的橫截面積減半時，冷卻路徑翻倍。這可以在封閉裝置的兩個接通位置利用全部的換熱單元以及通過多次轉向實現。為提高效率，在封閉裝置的兩個接通位置對全部可用的換熱面的使用尤其通過傳熱單元實現，其中，第一隔板從第一和第二流體子入口之間的流體入口沿主流動方向在換熱器單元中一直延伸到與流體入口相對置的端部前面，並且第二隔板從第一和第二流體子出口之間的流體出口沿主流方向在換熱器單元中一直延伸到與流體出口相對的端部前面， 其中，第一和第二封閉裝置設計為閥，並且所述閥分別在第一和第二隔板之間設置在傳熱單元相對置的端部上，其中，所述閥在兩個接通位置相互垂直布置。通過這種結構形式產生了一種冷卻器，其中，在第一流體入口封閉時，通流的橫截面積減半，其中同時冷卻路徑翻倍。因此，在第一閥關閉時，待冷卻的流體通過縮窄的橫截面積流入傳熱單元，在第一隔板後面由於第二封閉裝置的封閉位置轉過180°，在中間的隔板後面又轉過180°，這重新在第二隔板後面發生。廢氣在此才能流出。可選地，第一隔板U形地從第一和第二流體子入口之間的流體入口沿主流動方向一直延伸至第二流體子出口之前，而第二隔板U形地從第一和第二流體子出口之間的流體出口沿主流動方向一直延伸至第一流體入口前面，其中，第一和第二封閉裝置設計為閥，其中通過第一閥可封閉第一流體子入口，而通過第二閥可封閉第二流體子入口，其中，所述閥相互並行地打開和關閉。通過這種裝置在第一流體子入口關閉時使通流的橫截面積變為三分之一，並且同時使冷卻路徑增大三倍，使得儘管在更小的流量或流體質量流時通過長的冷卻路徑和小的橫截面積實現非常好的冷卻效果。同時可以在第一流體子入口打開時，使冷卻器上的壓力損失保持較低。尤其是在將這種傳熱單元應用在內燃機中用於冷卻廢氣時，可以與流過換熱單元的廢氣或者流體的流量或溫度範圍無關地實現高的冷卻器效率。在高流量和高溫度下可以在小的壓力損失下保證高的冷卻效率。因此增大了這種冷卻器的工作範圍。
在附圖中示出了按本實用新型的三種可選地實施形式，以下對其進行說明。圖1示出了按本實用新型的傳熱單元剖切的俯視圖；圖2示出了按圖1的傳熱單元沿線A-A的剖視圖；圖3示出了另一種按本實用新型的傳熱單元的俯視圖，圖4再次在俯視圖和剖視圖中示出了按實用新型的傳熱單元的再一種實施形式。
具體實施方式
以下對於按本實用新型的傳熱單元的各種實施形式的功能相同地部件使用相同的附圖標記。在圖1和圖2中示出了按本實用新型的傳熱單元1的第一種實施形式，該傳熱單元優選用作汽車中的廢氣熱交換器。該傳熱單元具有外殼2，在外殼中設置有例如可在壓鑄方法中製造的內部殼體3。在組裝好之後，在內部殼體3和外殼2之間產生了由待冷卻的流體流過的通道4。在內部殼體3的內部設置有冷卻劑流過的通道5，其流入和流出接頭6，7 在圖2中示出，並且所述流入和流出接頭在當前的實施形式中布置在傳熱單元與流體入口 8和流體出口 9相對的端部10上。冷卻劑流過的通道5通過圍成橫截面的壁11限定邊界， 肋12從所述壁出發延伸到由待冷卻的流體流過的通道4。這樣構造由待冷卻的流體流過的通道4，使得其流體入口 8布置在與流體出口 9相同的頂側，因此，待冷卻的流體在相對置的端部10轉過180°。相應地，肋12沿主流動方向依次布置在該區域內。為了實現這種U-形的通流，需要在流體入口 8和流體出口 9之間設置沿流動方向在由待冷卻的流體流過的通道4中延伸的壁13，所述壁與傳熱單元1與入口 8相對的端部 10間隔地終止，該間隔大約相當於流體入口 8或者流體出口 9的寬度，因此不會出現流動損失，而是僅僅在該端部10發生流體的方向改變。這樣設計所述壁13的高度，使得所述壁一直到達外殼2，因此防止了直接從入口 8到出口 9的橫向流動和溢流。如尤其在圖1中可見，沿主流動方向看，肋12分別成一排地相鄰布置，其中，在第一排結束之後跟隨分別一個第二排，第二排的肋12與所述第一排的肋12錯開布置。肋12 的這種布置提高了流體在換熱單元中的滯留時間並因此提高了其效率，因為對於待冷卻的流體而言不再可能有直的、無阻礙的通流。按照本實用新型，傳熱單元還具有第一隔板14，該第一隔板U形地從流體入口 8經過端部10延伸到流體出口 9。在當前的實施例中，隔板14將通道4分為兩個子通道15和 16，並因此也將流體入口 8和流體出口 9分為兩個大約一樣大的流體子入口 17，18和兩個流體子出口 19，20。第一流體子入口 17由形式為閥的封閉裝置21控制，其轉動軸22在當前的實施例中設置在外殼2的延長部上。封閉裝置21和隔板14當然都延伸經過傳熱單元 1的整個高度。在使用這種傳熱單元1作為廢氣冷卻器時，通常在傳熱單元1之前構造廢氣循環閥，使得各種流體質量流或廢氣質量流被輸送到傳熱單元1。尤其在小的質量流量以及廢氣和冷卻劑之間的溫差較小時，在沒有隔板14和封閉裝置21時，傳熱單元的冷卻功率非常小。在傳熱單元1當前按本實用新型的設計中，第一流體入口 17通過封閉裝置21封閉，因此，全部的質量流量通過第二流體入口 18流向第二流體出口 20。在此，與沒有可開關的通道的傳熱單元1相比，僅有一半橫截面積可用。由此儘管產生了可能更高的壓力損失，然而所述壓力損失由於小的流量還小於封閉裝置21打開時全流量下的壓力損失。此外，相比已知的設計，冷卻功率並因此冷卻效率在小流量和減小的橫截面積的情況下明顯得以提高。 在相應大的流體質量流時，封閉裝置21被打開，因此通道4的整個橫截面積被用於冷卻，因此不會產生過高的壓力損失，並且同時實現已知的良好冷卻效果。有關於此的另一種實施形式在圖3中被示出。與第一種實施例相比，在該傳熱單元1中布置有兩個隔板23和M，其中，第一隔板23從流體入口 8朝傳熱單元1相對置的端部10延伸，而第二隔板M從流體出口 9朝傳熱單元1相對置的端部10延伸。兩個隔板 23，24以相對端部10足夠的間隔終止，使得在流體子入口 17，18封閉時在隔板23和M的端部以及外殼2之後具有足夠用於流過流體的橫截面積。在兩個隔板23，24的相應端部之間在壁13的延長部中設置有轉動軸25，沈，在轉動軸上支承有分別一個形式為閥27，28的封閉裝置。在此，閥27，28的寬度相當於兩個隔板23，M之間的間隔。同時，壁13的端部與轉動軸25，26的間隔分別相當於這種閥27，28 的一半寬度，因此第一閥27在其第一位置封閉第一流體入口 17以及第一流體出口 19，而第二閥觀在其第一最終位置相對第一閥27錯開90°布置並因此在其寬度上以一端靠在壁 13上，並且以其另一端靠在外殼2上。在其第二位置上，第一閥27以其兩端相對隔板23和 24抵靠。現在，如果第一封閉裝置27處於抵靠在兩個隔板23，M上的位置上，第一流體子入口 17被封閉。因此，流體質量流通過第二流體子入口 18流入子通道16，並且到達傳熱單元1與此相對的端部10。現在，第二封閉裝置觀通過其上面提及的第一位置防止流體質量流超出壁13的延長部。因此，流體質量流經過180°的轉彎並且在隔板23的後面到達子通道15，然而，該流體質量流以相反的方向，也就是朝第一流體子入口 10導引。在此，通過第一封閉裝置27的封閉位置防止流出，因此重新在第一流體子出口 19之後的第一子通道15 的區域內實現流體質量流的反向，使得相比第一種設計或者到閥27二8相對位置的常見的流動方向重新改變。現在，流體重新流向相對的端部10，在該端部上，又進行朝第二流體子出口 20的反向，流體在第二流體子出口處能夠流出。因此，在閥27，28的所述位置，在可用的流動橫截面積減半的情況下，總共經過的流動路徑翻倍。因此明顯提高了冷卻效果，因為在各個狀態都利用了所有可用的換熱面。因此，在兩個封閉裝置27，觀相對的位置上，第一閥27的外表面位於壁13的延長部中，因此兩個流體子入口 17，18被打開。因此，流體從流體入口 8流入兩個子通道15，16。 第二閥28防止從子通道15到子通道16的流動，因此兩個子通道15，16呈U形並且並行地被流過。因此實現了從第一流體子入口 17到第一流體子出口 19的流動，以及流體從第二流體子入口 18流向第二流體子出口 20。在大質量流量時選擇這種接通位置。圖4示出了另一種可選地傳熱單元1，其中再次使用了兩個隔板29，30以及兩個封閉裝置31，32。然而，第一隔板四在此從流體入口 8U形地向流體出口 9延伸並且以相當於封閉裝置32的一半寬度的間隔終止在流體出口 9之前。然而，第二隔板30平行地呈U形從流體出口 9朝流體入口 8延伸，該第二隔板在又相對流體入口 8以相當於封閉裝置31的一半寬度的間隔終止在該處。這樣布置這兩個隔板四，30，使得流體入口 8和流體出口 9例如在其橫截面積或者在其寬度上變成三分之一。封閉裝置31，32設置在轉動軸33，34上，所述轉動軸在流體子入口 17，18或流體子出口 19，20的區域內設置在隔板四，30的端部的延長部中。在兩個閥31，32的封閉位置，也就是在閥31貼靠在隔板四以及壁31上，閥32貼靠在隔板30以及外殼2上時，流體質量流通過第二流體子出口 18到達換熱器單元1並且在外殼2和第一隔板四之間呈U-形地流動到第二封閉裝置32，在此，流體質量流在第一隔板四之後反向，並且現在重新沿相反的方向呈U形地朝第一流體子入口 17在隔板四和 30之間流動。在到達第一流體子入口 17時，路徑通過封閉裝置31重新封閉，因此在隔板 30後面實現反向，並且流體質量流現在在壁13和隔板30之間再次呈U形地朝自由的第一流體子出口 19流動。因此，在可用的橫截面積變成三分之一時，冷卻路徑變成三倍。在封閉裝置31，32打開時，也就是在閥延伸在隔板四，30的延長部的位置上時，實現了常見的、U形地通過公共的橫截面從流體入口 8到流體出口 9的流體質量流，因此在大流量時可靠地避免了過高的壓力損失。應明確的是，這種設計不限於現有的實施例，而是幾乎可以自由選擇冷卻器的結構形狀。當然也可以將流體入口和流體出口布置在傳熱單元相對的端部上。當然也可以考慮替代內部的通流，用冷卻劑環流傳熱單元。終於的是可用封閉一部分可用的橫截面積，其中儘管如此儘可能利用所有可用的換熱面。既可以用閥也可以用其它的元件作為封閉裝置。也應明確的是，傳熱單元不限於在壓鑄時製造的傳熱單元，而是這種在橫截面上可變的傳熱單元也可以應用在其它構造的傳熱單元中。傳熱單元所述的設計在大的流量範圍和溫度範圍實現了具有非常好的冷卻功率和冷卻器效率的應用。在此，同時通過冷卻器使壓力損失保持儘可能小。
權利要求1.一種傳熱單元，帶有流過冷卻劑的通道和由待冷卻的流體流過的通道，所述通道通過壁相互隔開，若干肋從所述壁出發延伸到兩個通道中的至少一個中，其特徵在於，所述由待冷卻的流體流過的通道(4)具有流體入口(8)和流體出口(9)，其中，所述通道(4)通過沿流動方向延伸的第一或第二隔板分為帶有第一流體子入口(17)和第二流體子入口(18) 以及第一流體子出口(19)和第二流體子出口 00)的第一和第二子通道(15，16)，其中，至少所述第一流體子出口(17)可通過第一封閉裝置封閉。
2.如權利要求1所述的傳熱單元，其特徵在於，所述傳熱單元(1)具有壁(13)，該壁將所述流體入口(8)與所述流體出口(9)分開並且一直延伸至所述換熱器單元(1)與所述流體入口(8)或流體出口(9)相對置的端部(10)之前，使得所述傳熱單元(1)至少在第一封閉裝置打開時被U-形地流過。
3.如權利要求1或2所述的傳熱單元，其特徵在於，在所述傳熱單元(1)中設置第一和第二封閉裝置，其中，在所述第一流體子出口(17)藉助於所述第一封閉裝置封閉時這樣地接通第二封閉裝置，使得所述傳熱單元(1)中用於所述流體的冷卻路徑延長。
4.如權利要求3所述的傳熱單元，其特徵在於，所述傳熱單元(1)具有第一和第二隔板，所述第一和第二隔板這樣地與所述第一和第二封閉裝置共同作用，使得整個通道(4) 在所述第一和第二封閉裝置的兩個接通位置被流過，其中，所述冷卻路徑在橫截面縮窄時延長。
5.如權利要求4所述的傳熱單元，其特徵在於，所述冷卻路徑基本上以與所述通流的橫截面積減小相同的程度地延長。
6.如權利要求2所述的傳熱單元，其特徵在於，所述第一隔板從所述第一和第二流體子入口(17，18)之間的所述流體入口(8)沿主流動方向在所述傳熱單元(1)中一直延伸到與所述流體入口(8)相對的端部(10)，並且所述第二隔板04)從所述第一和第二流體子出口(19，20)之間的所述流體出口(9)沿主流動方向在所述傳熱單元(1)中一直延伸到與所述流體出口(9)相對的端部(10)之前，其中，所述第一和第二封閉裝置設計為閥並且所述閥分別在所述第一和第二隔板之間布置在所述傳熱單元(1)相對置的端部上，其中， 所述閥在兩個接通位置相互垂直地布置。
7.如權利要求2所述的傳熱單元，其特徵在於，所述第一隔板09)U形地從所述第一和第二流體子入口(17，18)之間的所述流體入口(8)沿主流動方向一直延伸到所述第二流體子出口 OO)之前，並且所述第二隔板(30) U形地從所述第一和第二流體子出口(19，20) 之間的流體出口(9)沿主流動方向一直延伸到所述第一流體子入口(17)之前，其中，所述第一和第二封閉裝置設計為閥，其中，通過所述第一閥可封閉所述第一流體子入口(17)，並且可通過所述第二閥封閉所述第二流體子出口(20)，其中，所述閥並行地打開和關閉。
專利摘要本實用新型涉及一種傳熱單元，帶有流過冷卻劑的通道和由待冷卻的流體流過的通道，所述通道通過壁相互隔開，肋從所述壁出發延伸到兩個通道的至少一個中。按照本實用新型所述的方案，所述由待冷卻的流體流過的通道(4)具有流體入口(8)和流體出口(9)，其中，所述通道(4)通過沿流動方向延伸的隔板(14，23，24，29，30)分為帶有第一流體子入口(17)和第二流體子入口(18)以及第一流體子出口(19)和第二流體子出口(20)的第一和第二子通道(15，16)，其中，至少所述第一流體子出口(17)可通過封閉裝置(21，27，31)封閉。
文檔編號F02M25/07GK202181963SQ20112011300
公開日2012年4月4日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者彼得.霍耶爾, 漢斯-烏爾裡克.庫內爾, 迪特爾.傑利內克, 迪特爾.索尼森 申請人:皮爾伯格有限責任公司