专利名称：传热单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传热单元，带有流过冷却剂的通道和由待冷却的流体流过的通道，所述通道通过壁相互隔开，若干肋从所述壁出发延伸到两个通道的至少一个中。
背景技术：
这种传热单元例如被用于在内燃机中的废气循环系中冷却废气。在此，肋通常伸入由待冷却得流体流过的通道。在此，既有这样的设计，其中肋从传热单元的两个对置侧延伸到通道中，也有这样的冷却装置，其中肋仅从一侧延伸到通道中。在此，肋可以呈现不同的形状，并且要么一体地沿着主流动方向延伸，要么构造为单独的肋，其中，在此已知有销状和管状以及支承面状的肋。由冷却剂流过的通道既可以设置在由待冷却的流体流过的通道内部，也可以包围该由待冷却的流体流过的通道的横截面积。传热单元例如在内燃机中被用于冷却空气、冷却废气或者冷却润滑油。例如增压空气冷却器用于减小燃烧温度，并因此减小产生的氮氧化物，而废热冷却器被用于加热空气，以迅速加热客舱，或者在排气系中被用于减小流向尾气处理器的气体的废气温度。在废气循环导管中借助于废气冷却器降低废气温度并因此降低发动机中的燃烧温度，由此又可以减少污染物排放。在此，内燃机的冷却水可以分别用作冷却剂。例如由DE 102004019554A1公开了一种换热单元，该换热单元布置在内燃机的废气循环系统中。该换热单元由被废气流过的、内部为U-形的通道，该通道在整个横截面积上由被冷却剂流过的通道包围。在此，换热单元是多部件构造的压铸冷却器，其具有多个子平面。在这种换热器中，既希望在待传递的热方面有高的效率，也希望尽可能低的扩散性。同时，经过传热单元的压力损失应当保持尽可能低。然而，已知的传热单元尤其在流量和温差小的时候仅具有低的冷却功率和冷却效率。然而，尤其在废气循环领域为进一步减少污染物排放希望的是，既在大流量也在小流量时在小压力损失下实现高的冷却功率。
实用新型内容因此，本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种换热单元，通过该换热单元可以在大的流量范围和温度范围内实现高的冷却功率或者冷却效率，并且同时使压力损失保持尽可能小。该技术问题由此解决，S卩，由待冷却的流体流过的通道具有流体入口和流体出口， 其中，所述通道通过沿流动方向延伸的隔板分为带有第一流体子入口和第二流体子入口以及第一流体子出口和第二流体子出口的第一和第二子通道，其中，至少第一流体子入口可通过封闭装置封闭。由此产生了两级式的传热单元，该传热单元即便在冷却剂小的流量和较低的温差时也能实现高的冷却功率或高的冷却效率，因为通过减小的通流横截面积实现了经过冷却器的高流动速度。在一种优选的实施形式中，传热单元具有壁，该壁将流体入口和流体出口分开并且一直延伸到换热单元与流体入口或流体出口相对的端部前面，因此，传热单元至少在第一封闭装置打开时被U-形地流过。这种结构方式减少了传热单元所需的轴向延伸，使得传热单元可以构造得较小。优选在传热单元中设置两个封闭装置，其中，在第一流体子入口借助于第一封闭装置封闭时，第二封闭装置这样地接通，使得换热单元中用于流体的冷却路径被延长。这意味着，这样布置封闭装置，使得换热单元通过第二封闭装置部分沿相反的方向被流过。这导致有效冷却路径的进一步延长并因此在小流量和低的温度时导致效率的进一步提高，而在封闭装置打开时在小的压力损失下实现了与已知的冷却器一样好的效率。在另一种实施形式中，传热单元具有两个隔板，所述隔板这样地与封闭装置共同作用，使得整个通道在封闭装置的两个接通位置被流过，其中，冷却路径在横截面积缩窄的情况下被延长。因此，在封闭装置的两个接通位置利用了换热单元全部可用的横截面积，这又导致效率提高。在此，冷却路径优选基本上与通流的横截面积减小程度相同地延长。这意味着，在通流的横截面积减半时，冷却路径翻倍。这可以在封闭装置的两个接通位置利用全部的换热单元以及通过多次转向实现。为提高效率，在封闭装置的两个接通位置对全部可用的换热面的使用尤其通过传热单元实现，其中，第一隔板从第一和第二流体子入口之间的流体入口沿主流动方向在换热器单元中一直延伸到与流体入口相对置的端部前面，并且第二隔板从第一和第二流体子出口之间的流体出口沿主流方向在换热器单元中一直延伸到与流体出口相对的端部前面， 其中，第一和第二封闭装置设计为阀，并且所述阀分别在第一和第二隔板之间设置在传热单元相对置的端部上，其中，所述阀在两个接通位置相互垂直布置。通过这种结构形式产生了一种冷却器，其中，在第一流体入口封闭时，通流的横截面积减半，其中同时冷却路径翻倍。因此，在第一阀关闭时，待冷却的流体通过缩窄的横截面积流入传热单元，在第一隔板后面由于第二封闭装置的封闭位置转过180°，在中间的隔板后面又转过180°，这重新在第二隔板后面发生。废气在此才能流出。可选地，第一隔板U形地从第一和第二流体子入口之间的流体入口沿主流动方向一直延伸至第二流体子出口之前，而第二隔板U形地从第一和第二流体子出口之间的流体出口沿主流动方向一直延伸至第一流体入口前面，其中，第一和第二封闭装置设计为阀，其中通过第一阀可封闭第一流体子入口，而通过第二阀可封闭第二流体子入口，其中，所述阀相互并行地打开和关闭。通过这种装置在第一流体子入口关闭时使通流的横截面积变为三分之一，并且同时使冷却路径增大三倍，使得尽管在更小的流量或流体质量流时通过长的冷却路径和小的横截面积实现非常好的冷却效果。同时可以在第一流体子入口打开时，使冷却器上的压力损失保持较低。尤其是在将这种传热单元应用在内燃机中用于冷却废气时，可以与流过换热单元的废气或者流体的流量或温度范围无关地实现高的冷却器效率。在高流量和高温度下可以在小的压力损失下保证高的冷却效率。因此增大了这种冷却器的工作范围。
在附图中示出了按本实用新型的三种可选地实施形式，以下对其进行说明。图1示出了按本实用新型的传热单元剖切的俯视图；图2示出了按图1的传热单元沿线A-A的剖视图；图3示出了另一种按本实用新型的传热单元的俯视图，图4再次在俯视图和剖视图中示出了按实用新型的传热单元的再一种实施形式。
具体实施方式
以下对于按本实用新型的传热单元的各种实施形式的功能相同地部件使用相同的附图标记。在图1和图2中示出了按本实用新型的传热单元1的第一种实施形式，该传热单元优选用作汽车中的废气热交换器。该传热单元具有外壳2，在外壳中设置有例如可在压铸方法中制造的内部壳体3。在组装好之后，在内部壳体3和外壳2之间产生了由待冷却的流体流过的通道4。在内部壳体3的内部设置有冷却剂流过的通道5，其流入和流出接头6，7 在图2中示出，并且所述流入和流出接头在当前的实施形式中布置在传热单元与流体入口 8和流体出口 9相对的端部10上。冷却剂流过的通道5通过围成横截面的壁11限定边界， 肋12从所述壁出发延伸到由待冷却的流体流过的通道4。这样构造由待冷却的流体流过的通道4，使得其流体入口 8布置在与流体出口 9相同的顶侧，因此，待冷却的流体在相对置的端部10转过180°。相应地，肋12沿主流动方向依次布置在该区域内。为了实现这种U-形的通流，需要在流体入口 8和流体出口 9之间设置沿流动方向在由待冷却的流体流过的通道4中延伸的壁13，所述壁与传热单元1与入口 8相对的端部 10间隔地终止，该间隔大约相当于流体入口 8或者流体出口 9的宽度，因此不会出现流动损失，而是仅仅在该端部10发生流体的方向改变。这样设计所述壁13的高度，使得所述壁一直到达外壳2，因此防止了直接从入口 8到出口 9的横向流动和溢流。如尤其在图1中可见，沿主流动方向看，肋12分别成一排地相邻布置，其中，在第一排结束之后跟随分别一个第二排，第二排的肋12与所述第一排的肋12错开布置。肋12 的这种布置提高了流体在换热单元中的滞留时间并因此提高了其效率，因为对于待冷却的流体而言不再可能有直的、无阻碍的通流。按照本实用新型，传热单元还具有第一隔板14，该第一隔板U形地从流体入口 8经过端部10延伸到流体出口 9。在当前的实施例中，隔板14将通道4分为两个子通道15和 16，并因此也将流体入口 8和流体出口 9分为两个大约一样大的流体子入口 17，18和两个流体子出口 19，20。第一流体子入口 17由形式为阀的封闭装置21控制，其转动轴22在当前的实施例中设置在外壳2的延长部上。封闭装置21和隔板14当然都延伸经过传热单元 1的整个高度。在使用这种传热单元1作为废气冷却器时，通常在传热单元1之前构造废气循环阀，使得各种流体质量流或废气质量流被输送到传热单元1。尤其在小的质量流量以及废气和冷却剂之间的温差较小时，在没有隔板14和封闭装置21时，传热单元的冷却功率非常小。在传热单元1当前按本实用新型的设计中，第一流体入口 17通过封闭装置21封闭，因此，全部的质量流量通过第二流体入口 18流向第二流体出口 20。在此，与没有可开关的通道的传热单元1相比，仅有一半横截面积可用。由此尽管产生了可能更高的压力损失，然而所述压力损失由于小的流量还小于封闭装置21打开时全流量下的压力损失。此外，相比已知的设计，冷却功率并因此冷却效率在小流量和减小的横截面积的情况下明显得以提高。 在相应大的流体质量流时，封闭装置21被打开，因此通道4的整个横截面积被用于冷却，因此不会产生过高的压力损失，并且同时实现已知的良好冷却效果。有关于此的另一种实施形式在图3中被示出。与第一种实施例相比，在该传热单元1中布置有两个隔板23和M，其中，第一隔板23从流体入口 8朝传热单元1相对置的端部10延伸，而第二隔板M从流体出口 9朝传热单元1相对置的端部10延伸。两个隔板 23，24以相对端部10足够的间隔终止，使得在流体子入口 17，18封闭时在隔板23和M的端部以及外壳2之后具有足够用于流过流体的横截面积。在两个隔板23，24的相应端部之间在壁13的延长部中设置有转动轴25，沈，在转动轴上支承有分别一个形式为阀27，28的封闭装置。在此，阀27，28的宽度相当于两个隔板23，M之间的间隔。同时，壁13的端部与转动轴25，26的间隔分别相当于这种阀27，28 的一半宽度，因此第一阀27在其第一位置封闭第一流体入口 17以及第一流体出口 19，而第二阀观在其第一最终位置相对第一阀27错开90°布置并因此在其宽度上以一端靠在壁 13上，并且以其另一端靠在外壳2上。在其第二位置上，第一阀27以其两端相对隔板23和 24抵靠。现在，如果第一封闭装置27处于抵靠在两个隔板23，M上的位置上，第一流体子入口 17被封闭。因此，流体质量流通过第二流体子入口 18流入子通道16，并且到达传热单元1与此相对的端部10。现在，第二封闭装置观通过其上面提及的第一位置防止流体质量流超出壁13的延长部。因此，流体质量流经过180°的转弯并且在隔板23的后面到达子通道15，然而，该流体质量流以相反的方向，也就是朝第一流体子入口 10导引。在此，通过第一封闭装置27的封闭位置防止流出，因此重新在第一流体子出口 19之后的第一子通道15 的区域内实现流体质量流的反向，使得相比第一种设计或者到阀27二8相对位置的常见的流动方向重新改变。现在，流体重新流向相对的端部10，在该端部上，又进行朝第二流体子出口 20的反向，流体在第二流体子出口处能够流出。因此，在阀27，28的所述位置，在可用的流动横截面积减半的情况下，总共经过的流动路径翻倍。因此明显提高了冷却效果，因为在各个状态都利用了所有可用的换热面。因此，在两个封闭装置27，观相对的位置上，第一阀27的外表面位于壁13的延长部中，因此两个流体子入口 17，18被打开。因此，流体从流体入口 8流入两个子通道15，16。 第二阀28防止从子通道15到子通道16的流动，因此两个子通道15，16呈U形并且并行地被流过。因此实现了从第一流体子入口 17到第一流体子出口 19的流动，以及流体从第二流体子入口 18流向第二流体子出口 20。在大质量流量时选择这种接通位置。图4示出了另一种可选地传热单元1，其中再次使用了两个隔板29，30以及两个封闭装置31，32。然而，第一隔板四在此从流体入口 8U形地向流体出口 9延伸并且以相当于封闭装置32的一半宽度的间隔终止在流体出口 9之前。然而，第二隔板30平行地呈U形从流体出口 9朝流体入口 8延伸，该第二隔板在又相对流体入口 8以相当于封闭装置31的一半宽度的间隔终止在该处。这样布置这两个隔板四，30，使得流体入口 8和流体出口 9例如在其横截面积或者在其宽度上变成三分之一。封闭装置31，32设置在转动轴33，34上，所述转动轴在流体子入口 17，18或流体子出口 19，20的区域内设置在隔板四，30的端部的延长部中。在两个阀31，32的封闭位置，也就是在阀31贴靠在隔板四以及壁31上，阀32贴靠在隔板30以及外壳2上时，流体质量流通过第二流体子出口 18到达换热器单元1并且在外壳2和第一隔板四之间呈U-形地流动到第二封闭装置32，在此，流体质量流在第一隔板四之后反向，并且现在重新沿相反的方向呈U形地朝第一流体子入口 17在隔板四和 30之间流动。在到达第一流体子入口 17时，路径通过封闭装置31重新封闭，因此在隔板 30后面实现反向，并且流体质量流现在在壁13和隔板30之间再次呈U形地朝自由的第一流体子出口 19流动。因此，在可用的横截面积变成三分之一时，冷却路径变成三倍。在封闭装置31，32打开时，也就是在阀延伸在隔板四，30的延长部的位置上时，实现了常见的、U形地通过公共的横截面从流体入口 8到流体出口 9的流体质量流，因此在大流量时可靠地避免了过高的压力损失。应明确的是，这种设计不限于现有的实施例，而是几乎可以自由选择冷却器的结构形状。当然也可以将流体入口和流体出口布置在传热单元相对的端部上。当然也可以考虑替代内部的通流，用冷却剂环流传热单元。终于的是可用封闭一部分可用的横截面积，其中尽管如此尽可能利用所有可用的换热面。既可以用阀也可以用其它的元件作为封闭装置。也应明确的是，传热单元不限于在压铸时制造的传热单元，而是这种在横截面上可变的传热单元也可以应用在其它构造的传热单元中。传热单元所述的设计在大的流量范围和温度范围实现了具有非常好的冷却功率和冷却器效率的应用。在此，同时通过冷却器使压力损失保持尽可能小。
权利要求1.一种传热单元，带有流过冷却剂的通道和由待冷却的流体流过的通道，所述通道通过壁相互隔开，若干肋从所述壁出发延伸到两个通道中的至少一个中，其特征在于，所述由待冷却的流体流过的通道(4)具有流体入口(8)和流体出口(9)，其中，所述通道(4)通过沿流动方向延伸的第一或第二隔板分为带有第一流体子入口(17)和第二流体子入口(18) 以及第一流体子出口(19)和第二流体子出口 00)的第一和第二子通道(15，16)，其中，至少所述第一流体子出口(17)可通过第一封闭装置封闭。
2.如权利要求1所述的传热单元，其特征在于，所述传热单元(1)具有壁(13)，该壁将所述流体入口(8)与所述流体出口(9)分开并且一直延伸至所述换热器单元(1)与所述流体入口(8)或流体出口(9)相对置的端部(10)之前，使得所述传热单元(1)至少在第一封闭装置打开时被U-形地流过。
3.如权利要求1或2所述的传热单元，其特征在于，在所述传热单元(1)中设置第一和第二封闭装置，其中，在所述第一流体子出口(17)借助于所述第一封闭装置封闭时这样地接通第二封闭装置，使得所述传热单元(1)中用于所述流体的冷却路径延长。
4.如权利要求3所述的传热单元，其特征在于，所述传热单元(1)具有第一和第二隔板，所述第一和第二隔板这样地与所述第一和第二封闭装置共同作用，使得整个通道(4) 在所述第一和第二封闭装置的两个接通位置被流过，其中，所述冷却路径在横截面缩窄时延长。
5.如权利要求4所述的传热单元，其特征在于，所述冷却路径基本上以与所述通流的横截面积减小相同的程度地延长。
6.如权利要求2所述的传热单元，其特征在于，所述第一隔板从所述第一和第二流体子入口(17，18)之间的所述流体入口(8)沿主流动方向在所述传热单元(1)中一直延伸到与所述流体入口(8)相对的端部(10)，并且所述第二隔板04)从所述第一和第二流体子出口(19，20)之间的所述流体出口(9)沿主流动方向在所述传热单元(1)中一直延伸到与所述流体出口(9)相对的端部(10)之前，其中，所述第一和第二封闭装置设计为阀并且所述阀分别在所述第一和第二隔板之间布置在所述传热单元(1)相对置的端部上，其中， 所述阀在两个接通位置相互垂直地布置。
7.如权利要求2所述的传热单元，其特征在于，所述第一隔板09)U形地从所述第一和第二流体子入口(17，18)之间的所述流体入口(8)沿主流动方向一直延伸到所述第二流体子出口 OO)之前，并且所述第二隔板(30) U形地从所述第一和第二流体子出口(19，20) 之间的流体出口(9)沿主流动方向一直延伸到所述第一流体子入口(17)之前，其中，所述第一和第二封闭装置设计为阀，其中，通过所述第一阀可封闭所述第一流体子入口(17)，并且可通过所述第二阀封闭所述第二流体子出口(20)，其中，所述阀并行地打开和关闭。
专利摘要本实用新型涉及一种传热单元，带有流过冷却剂的通道和由待冷却的流体流过的通道，所述通道通过壁相互隔开，肋从所述壁出发延伸到两个通道的至少一个中。按照本实用新型所述的方案，所述由待冷却的流体流过的通道(4)具有流体入口(8)和流体出口(9)，其中，所述通道(4)通过沿流动方向延伸的隔板(14，23，24，29，30)分为带有第一流体子入口(17)和第二流体子入口(18)以及第一流体子出口(19)和第二流体子出口(20)的第一和第二子通道(15，16)，其中，至少所述第一流体子出口(17)可通过封闭装置(21，27，31)封闭。
文档编号F02M25/07GK202181963SQ20112011300
公开日2012年4月4日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者彼得.霍耶尔, 汉斯-乌尔里克.库内尔, 迪特尔.杰利内克, 迪特尔.索尼森 申请人:皮尔伯格有限责任公司