专利名称：用于内燃机的传热单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的传热单元，更具体地说，涉及一种用于冷却废气的 传热单元，其包括需被冷却的流体流经的通道，该通道具有进口和出口，该单元还包括冷却 流体流经的通道、至少一个将需被冷却的流体流经的通道与冷却流体流经的通道分隔开的 隔壁、以及沿需被冷却的流体的主要流动方向从所述隔壁延伸到需被冷却的流体流经的通 道内的肋。
背景技术：
一般而言，用于内燃机的传热单元已公知并在很多专利申请中都有描述。它们适 于冷却如增压空气(charge air)或废气之类的气体和冷却如油之类的液体两者。特别已知的是，因为应用领域不同，传热系统的结构完全不同。具体地说，有管式 冷却器、板式冷却器或压铸冷却器。特别是冷却废气时，必须防止在废气流经的通道内形成过量的烟黑，因此通道的 横截面不宜选择得太小。还为了确保足够理想的传热冷却器，特别开发了通过压铸工艺制 造的冷却器，其中肋延伸到需被冷却的流体流经的通道内，所述肋从冷却流体流经的通道 和需被冷却的流体流经的通道之间的隔壁延伸。特别是在大的温度梯度的情况下，这些肋 无疑能改善传热。例如，从DE 202006009464U1可以获知这种热交换器。在该文件中所公开的热交 换器包括内壳体和外壳体，并具有形成在热交换器的内壳体内流过冷却剂的通道，其中该 通道被废气所流经的通道包围，而肋伸进废气通道内，该废气通道被设置在内壳体和外壳 体之间。肋从两个通道之间的隔壁伸进所述通道，肋在流体流经的通道的全部长度上延伸。 肋被设置成相继的列，且每一肋具有由两侧壁接合的涌流边缘(onflow edge)，肋的各侧壁 的两条切线之间的角度在前部不断减小直到所包围的角度为0°，于是两个侧壁在后部彼 此平行延伸。在每个肋的端部处，两个侧壁终止于对应的涌流边缘，致使在每个肋的后壁和 所述侧壁之间形成直角。利用此实施例，可以获得理想的传热，因而可获得大的冷却能力。从DE 102006029043A1中可以获知另一种具有设计成这样的肋的热交换器的实 施例。该热交换器也包括外壳体和内壳体，其中内壳体用作处于内部废气输送通道和设置 在内壳体和外壳体之间的外部冷却剂输送通道之间的隔壁，肋伸进内部废气输送通道中。 在该实施例中，为了提高冷却能力和降低压力损失，可以根据废气的被降低的密度减小流 过流动路径的横截面积。由于在出口区域流速较高，隔热边界层减小，进而使冷却能力提 高。但是，该实施例的缺点是，肋之间的自由横截面(free cross section)减小，结果尤其 对于较冷的废气而言将加大烟黑生成(sooting)，由此使冷却器的效率降低。另外，从DE 102004945923A1中可以获知各种形状的肋，这些肋在宽度、长度、高 度和重叠部分方面均不同。这些肋或者是具有恒定的横截面的肋，或者是带有两个相对的 翼的肋。这些肋的作用是可提高传热能力，可是压力损失略有增加。由于不能相对于存在 的不同温度梯度和所引起的不同烟黑生成趋势进行调整，该文件中所描述的实施例之一的传热设备的效率也受到限制。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种传热单元，与已知的实施方式相比，该单元至少可 保持冷却能力，而且可减少烟黑生成。在顾及传热单元的整体使用寿命的同时，该单元还能 降低压力损失和增大冷却能力，尤其在工作了很长时间之后仍能使压力损失较低并使冷却 能力增大。实现所述目的的技术方案是，需被冷却的流体所流经的通道包括沿主要流动方向 相继的两段，其中，在第一段中，沿主要流动方向看，肋的流出区域(flow-off region)具有 恒定的横截面，而在第二段中，该流出区域具有沿主要流动方向加宽的横截面。于是，加宽 的横截面导致第二段内形成附加湍流，该附加湍流主要倾向于呈现烟黑生成，具有明显减 少烟黑(soot)效果的这种增加的湍流适合黏附到肋壁。因此，在传热单元的整个使用寿命 期间冷却能力大多保持恒定。在前部，借助恒定横截面的肋可将压力损失保持在低水平。在一种新构思中，第一段中的肋的纵向轴线被设置成彼此间的距离小于第二段中 的肋的纵向轴线彼此间的距离。因此，在第一段中，由于流速高，冷却能力增加且导致隔热 边界层薄，而在第二段中，借助存在的湍流可使较厚的边界层消失。第二段中的较大间隔导 致流速较低，但也导致压力损失较低和肋壁上烟黑生成较少。此外，停留时间增加。据此， 在整个热交换器上冷却能力几乎保持恒定，而且减少烟黑生成。在一优选实施例中，设置在第二段中的肋具有线性流入边缘(inflowedge)，两个 侧壁从所述流入边缘延伸，所述侧壁的切线之间的角度开始沿主要流动方向不断减小直到 该侧壁相互平行为止，而在流出区域中所述侧壁的切线之间的角度再次增加。如此设计的 肋能形成急剧的旋涡，因此在第二段产生猛烈的湍流，由此在第二段中显著减少烟黑的生 成。同时，因为设计不变的肋侧壁，可将由肋引起的压力损失保持在相当低的水平。另外， 这种肋形状甚至在压铸工艺中制造也很简便且具有足够的稳定性。还可省去用于引起湍流 的附加配件。这些实施例在不牺牲冷却能力或增加压力损失的前提下可以明显减少传热单元 中的烟黑生成。本单元在工作了相当长的时间后与公知的一些实施方式相比还能提高冷却 能力。
附图中示出了一个实施例，下文将对该实施例进行描述。附图为本发明的传热单元的顶部平面示意图。
具体实施例方式图中所示的传热单元由壳体2形成，壳体中设有需被冷却的流体流经的通道4和 冷却流体流经的通道6。尤其将这种传热单元用作废气冷却器时由于迫使烟黑进入废气 中，可能出现过量烟黑生成的问题，为了更清楚地理解，下文将需被冷却的流体流经的通道 4称为废气流经通道。壳体2包括多部分的内壳体8和围绕内壳体8的外壳体10，所述外壳体与内壳体8基本隔开。在本实施例中，冷却剂流经的通道6被设置在内壳体8和外壳体10之间，因此包 围需被冷却的流体流经的通道4，该冷却剂流经的通道由内壳体8的圆周壁限定。因此，内 壳体8的圆周壁形成两种呈热交换关系的流体之间的隔壁12。从两相对侧，从隔壁12伸出 肋14、16，以改善废气流动通道4内的传热，图中沿纵向截面示出了这些肋。内壳体8具有用于废气的进口 18以及相对的出口 20。附图中未示出冷却剂流动 通道6的出口和进口，所述出口和进口例如可由外壳体区域内的管套口形成。当然，也可使 废气流动通道呈U型，从而将进口 18和出口 20并列设置。流入到传热单元内的废气首先从进口 18流入到第一段22，在该段中设有包括涌 流边缘M和从该涌流边缘M线性延伸的两个侧壁沈、28的肋14，其中这些侧壁的切线包 含沿废气主要流动方向看到的不断减小的角度，直到侧壁26J8彼此平行延伸为止。直到 肋14的端部的流出部分30中仍保持这种平行定位(alignment)。因此，每个侧壁22J4包 括与端部壁32成约90°的角度。所以，两个流出边缘34存在于肋14的端部处，从该端部 废气可进一步在通道4内流动。流过本实施例中由两行肋14构成的第一段22后，废气流到达第二段36，在该段中 设置有不同形状的肋16。第二段36由相继的五行肋16形成，第一和第二段22、36两段中 的肋14、16分别与后续行中的肋14、16偏置。与肋14相似，第二段36中的肋16具有涌流边缘38和从该涌流边缘38线性延伸 的两个侧壁40、42，这些侧壁的切线包含沿废气的主要流动方向不断减小的角度，直到侧壁 40、42彼此平行为止。与肋14不同的是，沿流动方向看，侧壁40、42的切线之间的角度在 流出部分44再次增加。这意味着与肋14不同的是，沿流动方向看，本发明设置的肋16的 横截面在流出部分44中增大，而肋14的横截面在流出部分30中仍保持恒定。于是，对于 肋16，在侧壁40、42的端部和垂直于主要流动方向延伸的端部壁48之间形成两个流出边缘 46。据此，其包含的侧壁40、42中之一的切线之间的角度在流出部分44中和在端部壁48 处小于90°。如此构成的流出部分44可使废气流在该区域内转向，同时因为横截面变窄速度
增加，这两个因素导致在第二段36中更加显著地形成旋涡，因而更加显著地形成湍流。这
些湍流使肋16的烟黑生成明显减少，这在公知热交换器的第二段中特别严重。此外，该附
图还显示出第一段22中沿主要流动方向延伸通过肋14、16的轴线之间的间隔小于第二段
36中的间隔。这可使第一段22中的废气流速增加，由此形成较小的边界层且提高了冷却
效率。在第二段36中肋轴线之间较大的距离可降低流速，于是可增加隔热边界层，这一点
通过在流出部分44处附加形成旋涡可在很大程度上得到补偿。类似地，由较窄缝隙所引起
的在前部处的较大压力损失通过在第二段44内的较小压力损失也可在很大程度上得到补 m
te ο需指出的是，为了在各段获得几乎恒定的自由通流横截面，将相应的肋的形状形 成为在每第二行的肋中侧壁上的肋减半，因为肋的这些行之间相互偏置。因此，根据本发明的实施例的传热单元可显著减少烟黑生成，同时压力损失几乎 保持恒定且冷却能力也保持恒定，由此，相应地，在传热单元的整个使用寿命期间冷却能力 可基本保持恒定。
需了解的是，可选择不同的传热单元结构，本发明的保护范围不限于由压铸工艺 制造的冷却器。例如，对于压铸冷却器来说也可以改变传热单元流程中的流动方向。可根 据应用情况优化两相继段的长度。此外，作为传热单元的设计和尺寸的函数，必须对肋轴线 之间的实际使用的距离进行优化。可以想象出不同的其他样式。
权利要求
1.一种用于内燃机的传热单元，特别是用于冷却废气的传热单元，其包括需被冷却的流体所流经的通道，所述通道具有进口和出口 ；冷却流体所流经的通道；至少一个将需被冷却的流体所流经的通道与冷却流体所流经的通道分隔开的隔壁；和沿需被冷却的流体的主要流动方向从所述隔壁延伸到需被冷却的流体所流经的通道 内的肋；其特征在于，所述需被冷却的流体所流经的通道(4)包括在主要流动方向上相继的两段02、36)， 其中，在所述第一段0 中，沿主要流动方向看，所述肋(14、16)的横截面在它们的流出部 分(30、44)是恒定的，在所述第二段(36)中，所述横截面沿主要流动方向加宽。
2.如权利要求1所述的传热单元，其特征在于，所述肋(14、16)的纵向轴线之间的距离 在所述第一段0 小于所述第二段(36)。
3.如权利要求1或2所述的传热单元，其特征在于，设置在所述第二段(36)中的所 述肋(16)具有线性涌流边缘(38)，两个侧壁(40、42)从该线性涌流边缘延伸，所述两侧壁 (40,42)的两条切线之间的角度沿主要流动方向首先不断减小直到所述侧壁(40、42)彼此 平行延伸为止，其中，在所述流出部分G4)中，所述侧壁(40、42)的切线之间的角度再次增 加。
全文摘要
本发明涉及传热单元，其包括沿运行长度变化的肋间距，以便提高冷却输出。这种传热单元由于烟黑生成过多往往存在一些问题。本发明建议，需被冷却的流体流经的通道(4)沿主要流动方向具有相继的两段(22、36)，其中，第一段(22)中的肋(14、16)在其排出区域(30、44)中的横截面是恒定的，在第二段(36)中，该横截面沿主要流动方向扩大。以这种方式可减少传热单元后部区域烟黑的生成，同时保持连贯的冷却输出。
文档编号F28F19/00GK102112843SQ200980129660
公开日2011年6月29日 申请日期2009年5月20日 优先权日2008年8月2日
发明者汉斯-乌尔里克·库内尔, 迈克尔·桑德斯, 迪特尔·杰利内克, 迪特尔·索内森 申请人:皮尔伯格有限责任公司