[发明专利]热交换器单元和用于使流体被动地绕过热交换器的方法

说明书

本发明涉及一种热交换器单元和用于使流体被动地绕过热交换器的方法。该热交换器单元包括用于供流体流进入热交换器单元的入口和用于供流体流离开热交换器单元的出口。热交换器单元包括热交换器，该热交换器具有穿过热交换器的热交换器管道和热交换器的至少一个旁路管道，其中，该至少一个旁路管道包括旁路芯，该旁路芯具有沿旁路管道纵向布置的多个通道。

技术领域

本发明涉及用于废气系统的热交换器单元和用于使流体流被动地绕过热交换器的方法。

背景技术

在热交换器中，由于各种原因，经常使气流的一部分绕过热交换器。通过旁路的流量可以例如经由阀或流控制器来主动地控制。由于在旁路管道中没有可用的移动部件，因此被动旁路可能是优选的。然而，被动旁路通常不太合适，因为被动旁路通常被设计成以特定温度和流量旁路流的优选部分。

发明内容

因此，需要一种具有被动旁路的热交换器单元，该被动旁路可用于高温度和/或大流量范围。

根据本发明，提供了一种用于废气系统的热交换器单元。热交换器单元包括用于供流体流进入热交换器单元的入口和用于供流体流离开热交换器单元的出口。热交换器单元还包括热交换器，该热交换器具有穿过热交换器的热交换器管道和绕过热交换器的至少一个旁路管道。其中，所述至少一个旁路管道包括旁路芯，所述旁路芯具有沿所述旁路管道纵向布置的多个通道。

优选地，多个通道在旁路芯中彼此平行布置。“平行”可以是完全平行或基本平行，例如偏离精确平行取向约20％。

通过在旁路管道中提供多个通道，旁路管道中的压降可以与热交换器中的压降相适应。旁路芯的设计允许旁路的物理特性与待旁路的热交换器的物理特性简单地适应。另选地或另外地，这允许使旁路适应将要绕过热交换器的流的量，从而适应出口流(例如具有特定温度)的期望混合物。通过改变例如通道的数量、通道的尺寸或例如旁路芯的直径，热交换器单元可以被设计并适应特定流体流和操作温度范围。

已经发现，旁路管道可以被构造为被动管道，因此不包括用于控制穿过旁路管道的流体流的任何主动或可移动部件，诸如阀或流控制器，然而在宽的流量和温度范围内具有恒定或接近恒定的特性。被动旁路具有鲁棒性和成本效率以及维护成本低的额外优点。

在热交换器应用中，一部分流将绕过热交换器。例如，可以这样做以减少总压降，减少在热交换器中处理的流的量，或者由于成本或空间约束而使用较小的热交换器。

因此，热交换器可以适于在不同的流体流穿过热交换器的情况下良好地工作，或者可以适于仅在特定流量范围内工作。然而，在热交换器中，流阻力通常与流速的平方成比例地增加，但旁路中的流阻力通常会与速度成比例地增大。因此，如果流量高于旁路的特定设计值，那么旁路中的流阻力将不会像热交换器中的流阻力那样快速上升。因此，当流量高于旁路和热交换器组件的特定设计值时，更多的流将自动倾向于穿过旁路管道。这将提高通过旁路管道的流量，并提高速度。如果通过热交换器和通过旁路的流之间的流率应具有规定值或保持恒定，则这是不期望的。例如，如果热交换器单元的出口流的温度应被设置为某一值或至少在某一范围内，则特别期望这样的限定速率。如果离开热交换器单元之后的出口流被用作进入要求特定、优选恒定温度的另一个设备(例如，燃料电池)的入口流，则可能是这种情况。燃料电池具有优化的工作范围，这在很大程度上取决于入口流体的温度。

可以看出，旁路管道的具体结构也可以被设计成减少热交换器中的总压降。

在根据本发明的热交换器单元的优选实施方式中，旁路芯包括100个通道至800个通道，优选地包括200个通道至600个通道，例如包括250个通道至450个通道。已经发现，这些范围的通道数量非常适合于将热交换器单元设计成在宽的流量和温度范围下操作，并且具有基本恒定的旁路特性。