包括熱交換器的排氣管路及對應的制造方法和操作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及一種螺旋形熱交換器，具體地涉及一種設計成置于車輛的排氣管路中的螺旋形熱交換器。
[0002]更具體地，根據第一方面，本發明涉及一種包括螺旋形熱交換器的車輛排氣系統，該熱交換器為包括彼此疊置且繞纏繞軸線以螺旋形的方式纏繞的下板和上板的類型，下板和上板的各自的第一大面一起在它們之間界定了用于使第一流體流通的第一通道，下板和上板的與第一大面相反的各自的第二大面一起在它們之間界定了用于使第二流體流通的第二通道；第一通道布置成使得第一流體從熱交換器的第一軸向端部流通直至熱交換器的與第一軸向端部相反的第二軸向端部；第二通道布置成使得第二流體從入口流通直至出口，第二通道包括彼此通過流體連接且沿著熱交換器軸向地分布的多個大致周向部段；第一通道通過流體連接至用于排氣流通的管道，第二通道通過流體連接至優選地具有蘭金循環的熱回收回路。
【背景技術】
[0003]這種熱交換器在文獻FR 2 982 662中已知。該熱交換器被描述為置于排氣管路中。排氣構成第一流體，并且從熱交換器的第一端部軸向地流動直至第二端部。
[0004]熱交換器用作蒸發器。第二流體在第二通道的入口處為液體狀態。第二流體通過由排氣釋放的熱量而在熱交換器中蒸發。第二流體在第二通道的出口處為過熱蒸汽的狀
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[0005]在文獻FR 2 982 662中，第二通道的入口位于第二軸向端部附近，并且出口位于第一軸向端部附近。第二流體從出口逆著排氣流軸向地行進，從一個周向部段進入下一個周向部段。
[0006]流入熱交換器的第一軸向端部的排氣的溫度根據發動機的速度而發生顯著的變化。已經發現，當排氣達到相當高的溫度時，控制第二通道的出口處的第二流體的溫度是非常困難的。
[0007]通常，排氣的溫度的升高通過增大熱交換器的內部中的第二流體的流量來控制。然而，可以看出，第二流體的溫度的失控可能發生得非常快，而增大第二流體的流量的作用相當慢。此外，該流量的增大在未得到良好控制時很有可能導致蒸發器的溢流，從而使得熱交換器的出口處的蒸汽的摩爾分數變得小于I。
【發明內容】
[0008]在此背景下，本發明旨在提供具有螺旋形熱交換器的排氣管路，其中，可以容易地控制第二通道的出口處的第二流體的溫度。
[0009]為此，本發明涉及一種包括上述類型的螺旋形熱交換器的排氣管路，其特征在于，第二通道布置成使得第二流體首先從入口流入到設置在第一軸向端部附近的至少一個第一周向部段中，并且隨后進入相對于第一周向部段朝向第二軸向端部移位的多個第二周向部段中，第二流體在從一個第二周向部段進入下一個第二周向部段時以朝向第一軸向端部逆著第一流體的逆流流動的方式軸向地行進。
[0010]因此，熱交換器的入口處的第二流體首先以與進入熱交換器的第一流體接觸的方式流通。在該處的第一流體呈高溫，并且該第一流體的溫度由于將熱量傳遞至流入第一周向部段中的第二流體而顯著下降。
[0011]第二周向部段中的第二流體與第一流體熱接觸，第一流體由于在第一周向部段的階段處已經將熱量傳遞而處于中等溫度。
[0012]由于第二流體在從一個第二周向部段進入下一個第二周向部段時以朝向第一軸向端部逆著第一流體的逆流流動的方式軸向地行進的事實，第二流體的溫度根據熱交換器上的交換而加快升高。這比在第二流體在從一個第二周向部段進入下一個第二周向部段時相對于第一流體順流行進的情況更顯著地加快。
[0013]然而，萬一熱交換器的入口處的第一流體的溫度突然升高，可以避免第二通道的出口處的第二流體溫度失控的現象。
[0014]的確，第一流體以首先與第一周向部段一一第一周向部段中的第二流體處于其最冷的狀態一一接觸的方式流動的事實具有使第一流體溫度的突然升高在第一流體與其中第二流體處于其最熱的狀態的第二通道區域接觸時顯著減小的作用。該區域例如由與第一端部最靠近的第二周向部段形成。
[0015]在沒有第一周向部段的情況下，進入熱交換器中的處于最高溫度第一流體會與包含處于其最高溫度的第二流體的最后的第二周向部段直接交換。因此第一流體的溫度的突然升高會對離開第二通道的第二流體的溫度具有直接影響。
[0016]因此，在本發明中，可以獲得非常穩定的第二流體，甚至在第一流體的流量和/或溫度在熱交換器的入口處產生非常大的變化時，在某種意義上而言更容易將熱交換器的出口處的第二流體的溫度保持在較窄的溫度范圍內。
[0017]注意的是，第二流體的流量的增大對例如熱交換器的入口處的第一流體溫度的突然升高的補償效果非常快。的確，流量的這種增大的影響在第一周向部段中立即顯現，該第一周向部段暴露于進入熱交換器中的第一流體。
[0018]因此，本發明的熱交換器允許用于快速降低進入熱交換器的第一流體的溫度，同時由于第二流體以逆流流動的方式從一個第二周向部段行進至另一個第二周向部段的事實而在第一流體與第二流體之間仍保持了足夠的溫度梯度。
[0019]各個方面考慮或根據所有技術可能組合，排氣管路還可以具有一個或更多個下述性能特點:
[0020]-第二流體首先從入口流通到設置在第一軸向端部附近的多個第一周向部段中，第二流體在從一個第一周向部段進入下一個第一周向部段時以相對于第一流體順流流動的方式軸向地行進至第二軸向端部；
[0021]-入口和出口位于第一軸向端部附近；
[0022]-入口直接通向到最靠近第一軸向端部定位的周向部段中；
[0023]-螺旋形件包括多個圈，第二通道包括多個第三周向部段，所述多個第三周向部段通過流體連接在一起并且從第二周向部段向下游設置，第三周向部段設置在螺旋形件的徑向最外的圈中；
[0024]-第二流體在從一個第三周向部段進入下一個第三周向部段時以相對于第一流體的順流流動的方式軸向地行進至第二軸向端部；以及
[0025]-上板和/或下板包括凹部區域，該凹部區域至少限定第二通道的周向部段。
[0026]根據第二方面，本發明涉及一種用于制造具有上文所述的性能特點的排氣管路的制造方法，該方法包括下述步驟:
[0027]-形成并定形下板和上板以獲得凹部區域；
[0028]-將下板和上板疊置成使得凹部區域至少限定第二通道的周向部段；
[0029]-將下板和上板熔焊或釬焊至彼此以將第二通道的各周向部段密封地分開；
[0030]-將下板和上板以螺旋的方式纏繞。
[0031]根據第三方面，本發明涉及一種用于操作具有上述性能特點的排氣管路的方法，該方法包括下述步驟:
[0032]-使第一流體在第一通道中從熱交換器的第一軸向端部朝向第二軸向端部流通；
[0033]-使第二流體在第二通道中流通，第一流體在第二通道的入口處為液體狀態，第二流體在熱交換器中汽化并且以蒸汽的狀態穿過出口流出。
【附圖說明】
[0034]出于僅示例性的目的且沒有任何限制起見，本發明的其他性能特點和優勢將從下文提供的參照附圖的詳細描述中變得明顯，其中:
[0035]圖1為根據本發明的熱交換器的立體圖；
[0036]圖2為圖1中示出的具有內部管和外部殼體的熱交換器的軸向圖；
[0037]圖3為組裝之前的本發明的熱交換器的下板和上板的立體圖；
[0038]圖4為從上方