[发明专利]传热单元

说明书

技术领域

本发明涉及传热单元以及装备有该传热单元的设备。

背景技术

使得在第一介质和第二介质之间的热传递成为可能的传热单元被用于不同技术领域并且广为人知。其中机动车应用是特别重要的情况，因为对于该目的来说，传热单元需要紧凑并具成本效益的结构。在包含用于驱动机动车的内燃机的机动车中，可以采用多个传热单元，例如在一个或多个冷却回路中来冷却内燃机的发动机组、冷却润滑油、冷却充入气体和冷却再循环废气。

为了能够更好地利用包含在内燃机废气中的热，已知的废热回收系统以Rankine循环过程、尤其是Rankine-Clausius循环过程的方式运行，以使得工作介质被蒸发、膨胀、冷凝和压缩，其中压缩、蒸发和过热的工作介质的膨胀用于产生机械能，例如用以驱动用于发电机发电。在这种情况中，工作介质通过蒸发器进行蒸发，所述蒸发器同样对应于传热单元。例如，该传热单元或者蒸发器以合适的方式集成在内燃机的排气系统中，从而将废气的热量传递至工作介质以蒸发该工作介质。

发明内容

本发明要解决的问题是提出上述类型的热传导单元或配备这种单元的装置的改进实施方式，其特征特别地在于具有紧凑设计的高效热传递。

本发明基于这样的总体构思，即，在传热单元中，为至少一个二级介质提供至少两个分离的二级通路，这两个分离的二级通路使共用的二级入口与共用的二级出口平行地流体连接，该传热单元为主介质提供主通路，该主通路将主入口和主出口相互连接起来。通过提供至少两个二级通路，其中二级介质可以平行流动，而所述二级通路以热传递的方式而介质分离地连接至主通路，就可以实现在多个传导介质的管路之间具有紧凑设计的热传递，例如在发热管路和至少两个吸热管路之间。总之，在主介质和各自的二级介质之间可以实现提高的热传递效率，同时还可以实现紧凑设计。此外，可以从散发热量的主介质中带走大量的热，因为可以提供甚至两个吸热二级介质流。

特别有利的是，如此产生的传热单元可以以废气形成主介质的方式而被结合到内燃机的废气输送线路中。取决于内燃机的运行状况，内燃机的废气可以达到非常高的温度，从而借助于此处介绍的传热单元，从所述废气中提取用于加热各自的二级介质的大量的热。借助于此处介绍的传热单元，可以特别有效地实现并且具有紧凑的设计形式，因为将会被加热的二级介质平行地流经所述至少两个二级通路，以使得热量可被平行地吸收。

为了实现根据优选实施方式的传热单元，本发明详细提出了一种管状设计，其中壳体包含管和护套，所述护套围绕管形成环形通道。主通路的路径经由所述环形通道，同时支路的路径经由管，该支路的路径设置为绕过环形通道，同样将主入口流体连接至主出口。此外，提供控制装置，在该控制装置的帮助下，主介质在主通路和支路中的通流可被控制。所述至少两个二级通路的路径同样以这样的方式经由环形通道，即所述二级通路在环形通道内以介质分离和热传递的方式而被连接至主通路。通过这种设计，主介质和二级介质之间的热传递就会仅在环形通道内发生，以使得至二级介质的主动热传递仅在主介质流经环形通道的时候才会发生。流经支路的主介质绕开了主通路和二级通路之间的热传递连接，并且可以最佳地导致例如基于通过废气流的壳体加热的至二级介质的被动热传递。在控制装置的帮助下，现在可以控制主介质，以使得其例如仅流经主通路（即环形通道），或者仅流经支路（即管）。根据控制装置的优选实施方式，至少一个中间位置是可被调整的，其中主介质流经主通路以及支路，由此，可被传递至二级介质的热量是可被控制的。

此处介绍的传热单元的设计的特征在于可以低成本实施的极其紧凑的几何构型和结构。在本文所公开的环形设计中，管和护套具有圆形的横截面和圆柱形延伸，使得在主侧上相对高的压力成为可能，从而促进了在废气流中主侧上传热单元的使用。

实际上，通用的壳体可以如此设计，以使得其仅包含用于至少两个二级通路的至少两个分离的二级入口和至少两个分离的二级出口。由此，各自的二级介质可被单独地传导经过所述至少两个二级通路，从而使得其可以平行地流经二级通路。原则上，可以使用至少两种不同的二级介质；同样可以想到的是仅使用一种二级介质；无论如何其均在两个不同的回路中流通。