專利名稱：氣體冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體冷卻裝置，尤其涉及一種在廢氣循環(huán)(后面將簡稱為EGR)時冷卻EGR氣體管道中的EGR氣體的裝置，在該循環(huán)中一部分廢氣被從柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)中抽走，并且經(jīng)過該EGR氣體管道回到進(jìn)氣系統(tǒng)，以被加入到一混合物中。
背景技術(shù)：
從排氣系統(tǒng)中抽取一部分廢氣，再將該廢氣返回到發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，以將該廢氣加入到一種混合物中的方法稱為EGR(廢氣循環(huán))。在發(fā)動機(jī)廢氣凈化和提高熱效率方面，EGR被認(rèn)為是一種有效的方法，因為該方法能產(chǎn)生很多有益效果，例如抑制NOx(氧化氮)的產(chǎn)生，減少泵送損失，減少傳給冷卻液的散熱損失，該散熱損失經(jīng)常伴隨著燃燒氣體溫度的下降，增加特定的吸熱比例，該增加由工作氣體的數(shù)量和組成的變化而引起，以及伴隨著這種增加的循環(huán)效率的提高。
然而，當(dāng)提高EGR氣體的溫度和數(shù)量時，EGR閥的穩(wěn)定性就會由于由此而產(chǎn)生的熱影響而引起下降，并且在某些情況下會遭受更早的破壞，而且人們已經(jīng)認(rèn)識到需要一種水冷結(jié)構(gòu)來達(dá)到防止這種下降和破壞的目的，而且燃料消耗量由于充氣效率的下降而下降，這是由進(jìn)氣溫度的提高而引起的。為了避免這種情形，可以使用一種用發(fā)動機(jī)冷卻液、用于汽車空調(diào)的冷卻介質(zhì)、冷卻風(fēng)、或類似物冷卻EGR氣體的裝置。
多種熱交換器類型的冷卻器都已被推薦為EGR氣體的常規(guī)冷卻裝置。
例如，有一種雙管型熱交換器，此交換器中一個外管安裝于一個內(nèi)管的外側(cè)，該外管用于盛裝從中流過的液體，該內(nèi)管用于盛裝從中流過的氣體，熱交換在此氣體和液體之間進(jìn)行，用作翅片的金屬波形板插入內(nèi)管之中(參見JP-A-11-23181)，還有一種雙管型熱交換器，此交換器中設(shè)置有一個內(nèi)管和一個外管，而且一個高溫側(cè)流體通道或一個低溫側(cè)流體通道分別設(shè)置在內(nèi)管的一側(cè)及外管的一側(cè)(參見JP-A-2002-350071)，還有一種雙管型熱交換器，其包括一個用于盛裝流經(jīng)其內(nèi)部的被冷卻介質(zhì)的內(nèi)管，一個以環(huán)繞該內(nèi)管的外周面并在兩者之間留有一定間隙的方式設(shè)置的外管，和多個具有熱應(yīng)力釋放功能且設(shè)置在內(nèi)管里面的散熱片(參見JP-A-2000-111277)，還有一種雙管型熱交換器，其包括一個用于盛裝流經(jīng)其內(nèi)部的被冷卻介質(zhì)的內(nèi)管，一個以環(huán)繞該內(nèi)管的外周面并在兩者之間留有一定間隙的方式設(shè)置的外管，和多個設(shè)置在內(nèi)管里面的交叉翅片(參見JP-A-2003-21478)，還有一種EGR氣體冷卻裝置，在該裝置中一冷卻管(傳熱管)與EGR氣體管的外周面相接觸并成螺旋型地纏繞在該管的外周面上(參見JP-A-9-88730)，還有一種EGR氣體冷卻裝置，該裝置被這樣構(gòu)造，即一冷卻管(傳熱管)延伸通過一EGR氣體管的外周面壁，以插入EGR氣體管中(參見JP-A-9-88731)。
但是，在JP-A-11-23181，JP-A-2002-350071，JP-A-2000-111277和JP-A-2003-21478所公開的常規(guī)雙管型熱交換器中，限定EGR氣流通道的管道在很多情況下在整個長度方向上都具有一光滑的內(nèi)周面，因而導(dǎo)致其出現(xiàn)了這樣一個問題，即在管道中央附近的傳熱不充分，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生了一個較低的EGR氣體冷卻效率。
而且，在JP-A-9-88730和JP-A-9-88731中公開的EGR氣體冷卻裝置中，存在容易加工和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是由于一較小的傳熱面積，因而需要專門增加其軸向長度，以確保其傳熱性能，因而使得當(dāng)其被安裝到一輛汽車上時，該冷卻裝置會占據(jù)一個較大的空間，這在設(shè)計中是有問題的，而且會進(jìn)一步產(chǎn)生這樣一個問題，即由于氣體沿著該EGR氣體管道流動，因而在氣流中形成的紊亂會很少，使得傳熱面上的邊界層不夠薄，且傳熱性能也會較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到了解決常規(guī)氣體冷卻方式中的上述問題，并具有其自己的提供一種氣體冷卻裝置的目的，即通過多個與氣流通道中的氣流方向垂直相交的冷卻管道來增強(qiáng)熱交換性能。
本發(fā)明提供了一種氣體冷卻裝置，其特征在于，多個與氣體管道內(nèi)的氣流方向垂直相交的冷卻管道(傳熱管)固定安裝在該氣體管道上，以延伸穿過該氣體管道的外周面壁，且每根冷卻管道的兩端都朝外敞開，一個帶有冷卻介質(zhì)流入孔和流出孔的冷卻套管在一組冷卻介質(zhì)管道的兩端沿軸向方向被固定到該氣體管道的外表面上，或者被固定到該氣體管道的整個外表面上，該氣體管道中的氣體由流經(jīng)該冷卻管的冷卻介質(zhì)來冷卻。
而且，根據(jù)本發(fā)明，該冷卻管道包括各自的外周面上的螺旋形翅片或圓盤形翅片，至少一個平行于氣體管道中的氣流方向且垂直于冷卻管道的散熱片設(shè)置在該氣體管道中的熱交換區(qū)域內(nèi)，該冷卻管道固定安裝在該氣體管道上，一去毛刺壁設(shè)置在該散熱片的一個通孔上，冷卻管插入該通孔中，該散熱片至少設(shè)置有散熱孔、通孔、針狀翅片，和不規(guī)則外形中的一種。
附圖簡述

圖1是一縱向的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的裝置，省略了其中的一部分；圖2是沿圖1的B-B線取得的橫向的橫截面俯視圖；圖3是沿圖1的D-D截取的縱向的橫截面正視圖；圖4是一縱向的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的裝置，省略了其中的一部分；圖5是沿圖4的E-E線截取的橫向的橫截面俯視圖；圖6是一縱向的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的裝置，省略了其中的一部分；圖7是沿圖6的G-G線截取的橫向的橫截面俯視圖；圖8是一橫截面示圖，其示出了根據(jù)圖6和7所示的第三實施例的結(jié)構(gòu)的一個例子，在此結(jié)構(gòu)中一冷卻管(傳熱管)和一散熱片在裝置中連接在一起；圖9是一橫截面示圖，其示出了根據(jù)圖6所示的第三實施例的散熱片的一個例子，該散熱片在裝置中設(shè)置有一通孔；圖10A和10B是示出在裝置中設(shè)置有散熱孔的散熱片的兩個例子的橫截面示圖；圖11是示出在裝置中設(shè)置有針狀翅片的散熱片的一個例子的橫截面示圖；圖12是一橫截面示圖，其示出了設(shè)置有由壓制成形形成的不規(guī)則件的散熱片的一個例子；圖13是一個縱向的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的裝置，省略了其中的一部分；圖14是沿圖13的M-M線截取的橫向的橫截面俯視圖；圖15是沿圖13的N-N線截取的縱向的橫截面正視圖；
圖16是一個縱向的橫截面?zhèn)纫晥D，其示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的裝置，省略了其中的一部分；圖17是沿圖16的Q-Q線截取的橫向的橫截面俯視圖；圖18是一不完整的透視圖，其以放大的比例示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的裝置中的波形板部分，圖18A示出了其中的一塊波形板，圖18B示出了另一塊波形板；圖19是一不完整的橫截面示圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的EGR氣體管的壁表面橫截面結(jié)構(gòu)的一個例子；和圖20是一不完整的橫截面示圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的壁表面橫截面結(jié)構(gòu)的一個例子。
具體實施例方式
首先，在本發(fā)明中，圖1，2和3所示的EGR氣體冷卻裝置1包括多個冷卻管道(傳熱管)3，其與EGR氣體管道2內(nèi)流動的EGR氣體流動方向(箭頭g)垂直相交，該EGR氣體管道的直徑較大并具有一矩形的橫截面，該冷卻管道按預(yù)定間隔固定安裝在EGR氣體管道上，以延伸穿過EGR氣體管道的外周面壁，且每根冷卻管道的兩端都朝外敞開。此外，冷卻套管4-1，4-2沿該冷卻管道的軸線方向在兩端上被固定到該EGR氣體管道的外周面上。該冷卻套管4-1，4-2上分別設(shè)置有一冷卻介質(zhì)的流入孔P1和一流出孔P2。
在以上述方式進(jìn)行構(gòu)造的EGR氣體冷卻裝置中，在EGR氣體管道2中按箭頭g的方向流動的EGR氣體由冷卻介質(zhì)來冷卻，該冷卻介質(zhì)來自于冷卻套管4-1且在各個冷卻管3中按箭頭c方向流動。同時，在EGR氣體管道2中流動的EGR氣體借助于設(shè)置為垂直于氣流的多個冷卻管道3形成紊流，使得其能與冷卻介質(zhì)很快地進(jìn)行熱交換，該冷卻介質(zhì)在多個冷卻管道3中以垂直于EGR氣流的方向(箭頭c指示的方向)流動。
除了翅片管13-1，13-2被用于冷卻管以外，圖4和5所示的EGR氣體冷卻裝置11和圖1、2所示的冷卻裝置在結(jié)構(gòu)上一樣。更具體而言，多個與EGR氣體管道12內(nèi)流動的EGR氣體流動方向(箭頭g)垂直相交的翅片管13-1，13-2按預(yù)定間隔固定安裝在氣體管道上，以延伸穿過EGR氣體管道的外周面管壁，且各根冷卻管道的兩端都朝外敞開，該EGR氣體管道的直徑較大并具有一矩形的橫截面，且冷卻套管14-1，14-2在冷卻管道的兩端沿軸向方向固定到EGR氣體管道的外表面上。此處，翅片管13-1在其管體的外周面上設(shè)置有螺旋形翅片13-1a，翅片管13-2在其管體的外周面上設(shè)置有圓盤形翅片13-2a。
另外，盡管此處給出了具有螺旋型翅片的翅片管13-1和具有圓盤形翅片的翅片管13-2的組合結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)該理解，具有不同翅片的翅片管，例如和螺旋形翅片和圓盤形翅片一同使用的波紋形翅片、針狀翅片等，都可以組合在一起，而且一個整體結(jié)構(gòu)可以只由一種翅片管組成，例如，只由螺旋形翅片13-1或圓盤形翅片13-2組成。
而且，在如圖4和5所示的EGR氣體冷卻裝置11中，在EGR氣體管道12中按箭頭g的方向流動的EGR氣體被冷卻介質(zhì)冷卻，該冷卻介質(zhì)來自于冷卻套管14-1且在各個翅片管13-1，13-2中按箭頭c方向流動，該冷卻套管以和圖1、2所示的裝置中同樣的方式設(shè)置。同時，不僅在EGR氣體管道12中流動的EGR氣體借助于設(shè)置為垂直于氣流的翅片管13-1，13-2形成紊流，而且由螺旋形翅片13-1a和圓盤形翅片13-2a引起的攪拌作用，都會加快熱交換，因此由于翅片傳熱面積的增加而取得了一個更高的熱交換性能。
除了在EGR氣體管道22中的熱交換區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個散熱片(plate fins)25以外，圖6和7所示的EGR氣體冷卻裝置21和圖1、2所示的冷卻裝置1在結(jié)構(gòu)上一樣，其中一組冷卻管道固定安裝在該EGR氣體管道上，該散熱片平行于EGR氣體管道中的氣流并垂直于該冷卻管道。更具體而言，多個與在EGR氣體管道22內(nèi)流動的EGR氣體流動方向(箭頭g)垂直相交的冷卻管23按預(yù)定間隔固定安裝在EGR氣體管道上，以延伸穿過EGR氣體管道的外周面管壁，各根冷卻管道的兩端都朝外敞開，該EGR氣體管道的直徑較大并具有一矩形的橫截面，平行于氣體管道內(nèi)的氣流(箭頭g)且垂直于冷卻管道23的散熱片25，在EGR氣體管道22內(nèi)設(shè)置為恒定間隔的五根，其中冷卻管23的重數(shù)被設(shè)定，且冷卻套管24-1，24-2在冷卻管道的兩端沿軸向方向固定到EGR氣體管道的外表面上。
而且，在如圖6和7所示的EGR氣體冷卻裝置21中，在EGR氣體管道22中按箭頭g的方向流動的EGR氣體被冷卻介質(zhì)冷卻，該冷卻介質(zhì)來自于冷卻套管24-1且在各個冷卻管23中按箭頭c方向流動，該冷卻套管以和圖1、2所示的裝置中同樣的方式設(shè)置。同時，不僅在EGR氣體管道22中流動的EGR氣體借助于設(shè)置為垂直于氣流的冷卻管23形成紊流，而且由氣體管道中平行于該氣流(箭頭g)且垂直于冷卻管23的散熱片25增加的傳熱作用，都會加快熱交換，因此在這種情況下取得了一個更高的熱交換性能。
而且，在如圖6和7所示的散熱片25設(shè)置在其中的EGR氣體冷卻裝置21中將冷卻管23和散熱片25組合應(yīng)用到一起的結(jié)構(gòu)中，去毛刺壁(burring walls)25-1，如圖8所示，設(shè)置在散熱片25的通孔上，冷卻管23插入其中，以增加散熱片和冷卻管之間的接觸面積。
此外，為了增強(qiáng)在EGR氣體管道22內(nèi)流動的EGR氣體的紊亂和攪拌作用，散熱片可設(shè)置為，如圖9至12所示，例如帶有多個通孔25-2(圖9)，散熱孔25-3(圖10A)，25-4(圖10B)，針狀翅片25-5(圖11)，或者由壓制成形形成的不規(guī)則件25-6(圖12)。而且，圖12所示的不規(guī)則件可以是圓形或條紋形。
圖13，14和15所示的EGR氣體冷卻裝置31是一種所謂的雙管型冷卻裝置，即多個與EGR氣體管道32內(nèi)流動的EGR氣體流動方向(箭頭g)垂直相交的扁管33按預(yù)定間隔固定安裝在EGR氣體管道上，以延伸穿過EGR氣體管道的外周面管壁，各根扁管33的兩端都朝外敞開，該EGR氣體管道的直徑較大并具有一矩形的橫截面，其設(shè)置方式如前所述，且冷卻套管34固定到EGR氣體管道32的整個外表面上，該冷卻套管的內(nèi)部被一隔離件34-1分割為上下兩個部分。
在圖13、14和15所示的雙管型EGR氣體冷卻裝置31中，在EGR氣體管道32中按箭頭g的方向流動的EGR氣體被冷卻介質(zhì)冷卻，該冷卻介質(zhì)來自于冷卻套管34且在各個扁管33中按箭頭c方向流動，該冷卻套管以環(huán)繞EGR氣體管道32的方式設(shè)置。而且，在這種雙管型的EGR氣體冷卻裝置31中，在EGR氣體管道32中流動的EGR氣體借助于設(shè)置為垂直于氣流的扁管33形成紊流，使得其能與冷卻介質(zhì)很快地進(jìn)行熱交換，該冷卻介質(zhì)在多個扁管33中以垂直于EGR氣流的方向(箭頭c指示的方向)流動。
此外，盡管在本實施例裝置中的扁管33被不同地設(shè)置在EGR氣體管道32的入口和出口側(cè)之間，但是扁管33的設(shè)置并不局限于此，應(yīng)當(dāng)理解，扁管33在入口側(cè)或者出口側(cè)的設(shè)置可以適用于整個EGR氣體管道32。
圖16，17和18所示的EGR氣體冷卻裝置41是這樣構(gòu)造的，即多個與EGR氣體管道42內(nèi)流動的EGR氣體流動方向(箭頭g)垂直相交的扁管43以彼此平行且兩者之間留有一定間隙的多級方式排列分布，以水平延伸通過EGR氣體管道的側(cè)壁，各根扁管43的兩端都朝外敞開，該EGR氣體管道的直徑較大并具有一矩形的橫截面，圖18中以放大比例示出的兩種波形板45a，45b在其中幾級內(nèi)插入各個扁管43之間，以沿EGR氣體管道的縱向方向延伸，因而限定出氣流通道46a，46b，且一冷卻套管44固定到EGR氣體管道42的整個外表面上，該冷卻套管的內(nèi)部被一隔離件44-1分割為左右兩個部分，此裝置也是雙管型，其設(shè)置方式如前所述。
此外，兩種波形板45a，45b之中的一種45a具有如圖18A所示的圓形頂部45a-1。另外一種波形板45b具有如圖18B所示的平頂部45b-1，且在頂部之間的平表面限定出了形狀不規(guī)則的檔板45b-2以使流經(jīng)EGR氣體管道42的氣流產(chǎn)生紊流或漩渦，進(jìn)而可以進(jìn)一步提高EGR氣體的熱交換效率。而且，盡管圖中示出的只有一個例子，在如圖16，17和18所示的EGR氣體冷卻裝置41的例子中，波形板45a設(shè)置在EGR氣體管道42的上部，波形板45b設(shè)置在EGR氣體管道的下部，但是應(yīng)該理解，與上述相反，波形板45b可以設(shè)置在上部，而波形板45a也可以設(shè)置在下部，或者整個EGR氣體管道42可以由其中一種波形板構(gòu)成。
在構(gòu)造為如圖16、17和18所示的雙管型EGR氣體冷卻裝置41中，在EGR氣體管道42中按箭頭g的方向流動的EGR氣體被一冷卻介質(zhì)冷卻，該冷卻介質(zhì)來自于冷卻套管44且在各個扁管43中按箭頭c方向流動，該冷卻套管以環(huán)繞EGR氣體管道42的方式設(shè)置。而且，對于這種雙管型的EGR氣體冷卻裝置41，在由兩種波形板45a，45b形成的氣流通道46a，46b中流動時，EGR氣體管道42中流動的EGR氣體會產(chǎn)生紊亂或漩渦，使得其能與冷卻介質(zhì)很快地進(jìn)行熱交換，該冷卻介質(zhì)在多個扁管43中以垂直于EGR氣流的方向(箭頭c指示的方向)流動，進(jìn)而獲得了更高的熱交換性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明的EGR氣體冷卻裝置中的冷卻管3，23，翅片管13-1，13-2，以及扁管33，43在設(shè)置，數(shù)量，厚度等方面并不是特定限制的，而是根據(jù)EGR氣體管道2，12，22，32，42的數(shù)量和冷卻裝置的大小，或其它類似的因素來適當(dāng)選定。而且，本發(fā)明的EGR氣體管道2，12，22，32，42，冷卻管3，23，翅片管13-1，13-2，和扁管33，43可以分別形成為如圖19和20所示的具有不規(guī)則性的壁表面，以促使紊流和傳熱面積的增加。
而且，盡管為了舉例說明冷卻管而列舉了具有理想圓截面的圓管和扁管的示例，但是其并不受此限定，應(yīng)該理解，具有橢圓截面的圓管，具有不規(guī)則截面或多邊形截面的管道等都是可以應(yīng)用的。而且，焊接，鉛焊等都可用作各個部件的安裝固定方法。
此外，盡管描述的是如EGR冷卻器等的氣體冷卻裝置，但是應(yīng)該理解其也可用作一氣體加熱裝置。
工業(yè)實用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的EGR氣體冷卻裝置由于那些冷卻管道而產(chǎn)生了很好的效果，該冷卻管道包括多個設(shè)置為與EGR氣體管道中流動的EGR氣體垂直相交的直管和翅片管，而且由于冷卻管和翅片管的作用，氣流的紊亂和傳熱面積的增加使其取得了高的熱交換性能。
權(quán)利要求
1.一種氣體冷卻裝置，其中多個與氣體管道內(nèi)的氣流方向垂直相交的冷卻管道固定安裝在該氣體管道上，并延伸穿過該氣體管道的外周面壁，且每根冷卻管道的兩端都朝外敞開，一個帶有冷卻介質(zhì)流入孔和流出孔的冷卻套管在一組冷卻介質(zhì)管道的兩端沿軸向方向被固定到該氣體管道的外表面的至少一部分上，該氣體管道中的氣體由流經(jīng)該冷卻管的冷卻介質(zhì)來冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體冷卻裝置，其特征在于該冷卻管道包括其外周面上的螺旋形的翅片或圓盤形的翅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的氣體冷卻裝置，其特征在于至少一個平行于氣體管道中的氣流方向且垂直于冷卻管道的散熱片設(shè)置在該氣體管道中的熱交換區(qū)域內(nèi)，該冷卻管道固定安裝在該散熱片上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的氣體冷卻裝置，其特征在于一去毛刺壁設(shè)置在該散熱片的一個通孔上，冷卻管插入該通孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的氣體冷卻裝置，其特征在于該散熱片至少設(shè)置有散熱孔，通孔，針狀翅片，和不規(guī)則件中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的氣體冷卻裝置，其特征在于還包括設(shè)置在所述EGR氣體管道中的熱交換區(qū)域內(nèi)的波形板，冷卻管道固定安裝在該EGR氣體管道上，該波形板具有圓形頂部，該波形板平行于EGR氣體管道中的氣流，垂直于該冷卻管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的氣體冷卻裝置，其特征在于還包括設(shè)置在所述EGR氣體管道中的熱交換區(qū)域內(nèi)的波形板，冷卻管道固定安裝在該EGR氣體管道上，該波形板包括平行于EGR氣體管道中的氣流的平頂部和頂部之間的平表面，以限定出形狀不規(guī)則的擋板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能有效冷卻一種氣體，如EGR氣體等，的氣體冷卻裝置。多個與氣體管道例如EGR氣體管道內(nèi)的氣流方向垂直相交的冷卻管道設(shè)置為延伸穿過該氣體管道的外周面壁，一個冷卻套管在一組冷卻介質(zhì)管道的兩端沿其軸向方向設(shè)置到該氣體管道的外表面上，或者設(shè)置到該氣體管道的整個外表面上，該氣體管道中的氣體由流經(jīng)該冷卻管的冷卻介質(zhì)來冷卻。
文檔編號F28D7/16GK1573273SQ20041005523
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者后藤忠弘 申請人:臼井國際產(chǎn)業(yè)株式會社