[发明专利]用于热交换器的管

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热交换器的管，其包括具有按照特定图案的凹座 (dimples)的区域，由此增加在低压降条件下的热交换的程度。

根据本发明的热交换器的管在用于EGR(废气再循环)系统的热交换器中 的使用是特别有益的。本发明还被认为对环境有益，因为它增加用其设计的热 交换器的效率。

背景技术

热交换器是提高通过交换表面的两种流体之间的热传递的装置，该交换表 面防止两种流体的混合。热传递的量与换热表面成比例，并与每单位面积的交 换率也成比例。

每单位面积的热交换率主要取决于交换表面周围的流动状况和流体特性。 考虑到对流换热机理比扩散换热机理更有效，现有技术使用的方案设法增强交 换表面附近的对流。

用于增加交换表面附近的对流的一种手段是利用翅片。最广泛使用的翅片 是以从表面露出的板的形式的突起。翅片在交换表面附近流动的流上具有双重 作用，第一作用是增加与流体接触的有效表面，因为除了在翅片开端区域的交 换表面保持相同，还加上了翅片两侧的面积；以及第二作用是增加交换表面附 近的紊流。

增加的紊流增强对流作用，因为具有小特征的直径的涡流的发生产生有利 于在交换表面附近和远离主流位于的区域之间的质量交换的移动结构，最终的 结果是增加在交换表面和流体之间的对流热传递。

这种清晰的优点具有的缺点是，尽管换热增加，但压降也增加。当换热面 积由第一流体流动通过的管形成，并且所述管浸入与其交换热的第二流体并且 第二流体又容纳在壳体中时，压降既发生在壳体入口和出口之间，又发生在管 入口和出口之间。

高压降涉及需要更高的驱动能量。压降能够与热交换率一起建立热交换器 效率的整个程度。因此有效的热交换器不仅需要高热交换率而且还需要低压降。

高热交换率能够减少用于容纳例如用于特定加热需求的交换表面所需的体 积。

用于使用翅片的热交换器的管的特殊情况是现有技术中已知的如混合管、 翅片和管或翅片和板。混合管是由金属板装置形成的管，其形状(即，按照其 截面)是平面形状，它具有两个在侧面通过分别弯曲的分段封闭的平行的平面 的分段。

在这种具有平面构造的管的内部具有由薄板形成的第二部分，薄板具有形 成翅片的几个弯曲，在此这种薄板陷入两个平面表面之间。

这种管在交换率方面是非常有效的，但是由于内薄板的热膨胀作用，其具 有特殊的问题，例如其可能在这种膨胀产生应力的面积上引起疲劳。例如这是 管埋置面积的情况，在此内部部分的膨胀被埋置限制。

这种管的替代是也具有在至少一个它的表面上容纳凹座的平面构造的管。 凹座不如翅片有效，因为它们既不能同样地紧凑，也不能将交换面积增加到相 同的程度，但是它们的优势是没有如上所述的膨胀问题，而且增加管的硬度。

制造这种管传统方法基于拉制金属板，随后将金属板按照纵向方向弯曲直 到管封闭。例如，管是通过纵向地延伸熔焊焊珠连接彼此面对的边缘的方式被 封闭。

凹座的存在增加紊流并因此增加热交换率。由具有不同的凹座图案形成的 为增加热交换率的凹座的平面管是已知的。

由于上游设置的凹座的影响，改进下游的图案以考虑流动变化也是已知的。 然而，这种图案使得制造这种管困难，因为相同的模子不能在沿着管的整个长 度的冲压中使用，或当用于获得管的薄板冲压操作进行时，在机器中需要改变 凹座的深度的致动器。

尽管这种图案增加热交换率，但它们也增加压降。

本发明涉及一种结合凹座的管，用于增加热交换率，其能够克服以上指出 的使用组合高热交换率和低压降的凹座图案的缺点。

发明内容

根据本发明的用于热交换器的管是具有扁平构造的管，其包括第一基本平 面表面，和平行于并与第一表面间隔开的第二基本平面表面。因此管的扁平构 造必须通过相互平行布置的第一平面表面和第二平面表面的存在和该两个表面 通过侧壁连接进行解释。尽管侧壁能够具有任何构造，但最常见的实施例使用 按照管的截面的半圆形分段的构造。

至少一个表面具有多个凹座，该多个凹座按照沿着管的纵向方向X-X′重复 的图案配置。管的纵向方向是管的准线沿着其延伸的方向。