本發(fā)明涉及一種帶有伸縮段的換熱單元和廢氣再循環(huán)冷卻器，是一種車用汽車發(fā)動機的附件，是一種汽車發(fā)動機的節(jié)能環(huán)保設施，是一種汽車發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的熱交換單元和熱交換器，是一種適用于中、重型發(fā)動機上大型的廢氣再循環(huán)冷卻器的熱交換單元和熱交換器。

背景技術：

相對與輕型發(fā)動機，中、重型發(fā)動機廢氣流量大，要求EGR冷卻器有更高的換熱量，使冷卻器體積大幅度增加。由于汽車內(nèi)部結構要求，中、重型發(fā)動機所使用的EGR冷卻器通常設計為長寬比一般超過5長條形。在這樣的長寬比條件之下，管殼和換熱單元之間會產(chǎn)生嚴重的熱脹冷縮問題（所述的換熱單元是指主要由換熱管或翅片管構成的換熱管束）。盡管熱交換單元和管殼選用相同熱脹冷縮比的材料，但由于管殼是在發(fā)動機冷卻液溫度下工作，而換熱單元卻工作在熾熱的汽車廢氣的條件下，兩者的工作溫差造成了管殼與換熱單元的熱脹冷縮程度不同，形成了沿換熱器長方向的軸向應力。當換熱器的長度較短時（如輕型發(fā)動機的換熱器），軸向應力還可以容忍，但在長寬比一般超過5的長條形換熱器中，極易造成兩端管板與換熱單元端部的焊接縫處開裂或者換熱單元彎曲斷裂等問題，嚴重影響EGR冷卻器的可靠性。

EGR換熱器的另一個問題是外形大小受到嚴格的限制，對換熱器的任何改進，都要盡量減少外形尺寸的增加。

另外，對于EGR換熱器的生產(chǎn)者來說，由于汽車發(fā)動機的多樣性，其換熱器也隨發(fā)動機的型號變化而變化，因此，大量不同型號的換熱器制作對生產(chǎn)提出了一個苛刻要求：如何能使換熱單元生產(chǎn)標準化，以適應各種型號的換熱器生產(chǎn)。

故此，設計一種解決熱膨脹問題，換熱管尺寸要求嚴格、并符合批量生產(chǎn)要求的換熱器是一個需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提出了一種帶有伸縮段的換熱單元和廢氣再循環(huán)冷卻器，所述的換熱單元中的換熱管上設置了可以伸縮波紋管，緩解了由于熱脹冷縮而產(chǎn)生的軸向應力，避免了軸向應力所造成的破壞作用。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種帶有伸縮段的換熱單元，包括：與換熱器管板連接的多根換熱管，所述的換熱管分為多組，每組換熱管包括至少一根換熱管，各組換熱管上設置至少一個伸縮段。

進一步的，所述的各組伸縮段沿換熱管軸向線或等距離排列或交錯排列。

進一步的，所述的伸縮段處的換熱管被完全切斷，被切斷的換熱管兩端分別焊接連接在兩塊相互平行的連接板上，兩塊所述的連接板與波紋管連接。

進一步的，所述的伸縮段處的換熱管被完全切斷，被切斷的換熱管兩端分別焊接連接兩個管套，兩個所述的管套與波紋管連接。

進一步的，所述的波紋管周圍設有圍護板，所述的圍護板與連接板或管套焊接連接，所述的圍護板上設有與換熱管軸向線垂直的開口槽。

進一步的，所述的伸縮段處的換熱管交錯排列多個與換熱管軸向線垂直的開口槽，開口槽兩側分別設置管套，兩個所述的管套與波紋管連接。

進一步的，所述的波紋管上的波紋為1-5個。

進一步的，所述的各個換熱管之間設有支撐措施，所述的支撐措施是相鄰換熱管上成對出現(xiàn)的突起。

進一步的，所述的各個換熱管之間設有支撐措施，所述的支撐措施是相鄰換熱管之間設置的支撐板。

一種廢氣再循環(huán)冷卻器，依次連接的進氣法蘭、擴散器、擴散器側的管板、換熱單元、收集端側的管板、收集器、排氣法蘭；還包括：圍繞在所述換熱單元周圍的管殼，所述的管殼上設有進水口和出水口，其特征在于，所述的換熱單元使用上述權利要求所述帶有伸縮段的換熱單元。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明為一種分段式換熱單元設計，在換熱管上設置了膨脹段，可均勻的將因熱膨脹產(chǎn)生的應力消除，同時使冷卻器布置更加緊密。分段式換熱單元可以形成標準結構，根據(jù)不同的換熱量需求，調(diào)整換熱單元的數(shù)量，極大的降低了較長冷卻器換熱元件的加工難度，同時提高了加工精度。膨脹段的設置可以最大限度的共用零部件，從而降低制造工藝難度，更適用于批量化生產(chǎn)。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的實施例一、三所述換熱單元的結構示意圖，以及實施例十所述換熱器的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例二所述每組一根換熱管的交錯設置伸縮段的示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例二所述每組多根換熱管的交錯設置伸縮段的示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例三所述伸縮段的結構示意圖；

圖5是本發(fā)明的實施例四所述伸縮段的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例五所述帶有圍護板的一組多根換熱管的伸縮段的結構剖面示意圖；

圖7是本發(fā)明的實施例五所述帶有圍護板的一組一根換熱管的伸縮段的結構剖面示意圖；

圖8是本發(fā)明的實施例五所述帶有圍護板的伸縮段外形結構示意圖；

圖9是本發(fā)明的實施例五所述另一種帶有圍護板的伸縮段外形結構示意圖；

圖10是本發(fā)明的實施例六所述換熱管伸縮段的開口槽和波紋管結構示意圖；

圖11是本發(fā)明的實施例八所述的換熱管上設置突起的結構示意圖；

圖12是本發(fā)明的實施例九所述的換熱管之間設置支撐板的結構示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種帶有伸縮段的換熱單元，如圖1所示。本實施例包括：與換熱器管板1連接的多根換熱管2，所述的換熱管分為多組，每組換熱管包括至少一根換熱管，各組換熱管上設置至少一個伸縮段3。圖1中顯示是一組換熱管的情況，本實施例中的“一組換熱管”指的是，并排排列的換熱管數(shù)量，如圖1中，與紙面平行的換熱管并排排列的7根換熱管，而垂直于紙面的方向排列的5根換熱管，那么，一組換熱管中就應該有35根換熱管。

所述換熱管可以是翅片扁管組件，或為扁圓型換熱管，或為圓形換熱管等各種管型。換熱單元按一定順序排列固定在管板上，管板可以是擴散器側的管板，也可以是收集器側的管板。

為使長度較長的換熱管能夠伸縮，以適應管殼較小的伸縮，本實施例在換熱管上設置伸縮段。為使長管伸縮通?？梢圆捎貌y管、或U型管等管型。由于受到管殼的限制，本實施例的伸縮段可以采用波紋管。所述的波紋管是一種帶有類似手風琴氣箱那樣具有伸縮特點的管型，伸縮的波紋可以是1-5個。為解決長度較長的換熱管的熱脹冷縮問題，可以設置多個伸縮段。

伸縮段的設置可以有兩種方式：一種是每根換熱管都設置伸縮段，也就是說每根換熱管上至少有一個伸縮段，也可以有兩個、三個伸縮段；另一種是兩根以上換熱管組成一組，整個換熱管束形成多組換熱管，一組換熱管設置至少一個伸縮段，例如：一個換熱管束有三十根換熱管，每三根換熱管為一組，如果一組換熱管上設一個伸縮段，那么這個管束上就有十個伸縮段，如果每組換熱管上設有兩個伸縮段，就有20個伸縮段。

為提高換熱效率，換熱管束通常密集排列，這就對伸縮段提出了一個十分苛刻的要求，即：增加的伸縮段的外形尺寸受到嚴格要求：不能比原有的直管大太多，如果大太多就好影響換熱管的密度，換熱管密度降低影響換熱器的效率。同時伸縮段在制造工藝上還必須符合大批量生產(chǎn)的需要。為此本實施例提出了幾種伸縮段的連接方式。

波紋管與直管之間連接有多個方式，可以采用類似換熱器管板那樣的結構，即：將一個完整的直管截斷，在截斷的部位的兩端分別焊接上兩塊連接板，連接板平面垂直于直管的軸線方向（所述的軸線方向是指沿直管的長度延伸的中心線），在兩塊連接板之間連接上波紋管。在實際生產(chǎn)中可以將一段波紋管的兩端加工出連接板，也可以將波紋管的兩端分別焊接上連接板。帶有連接板的波紋管伸縮段可以適用于單根換熱管，也可以使用在多個換熱管上，即：在一塊連接板上連接多根換熱管，而兩塊相對應的連接板上連接一個可伸縮的波紋管。

波紋管與直管之間還可以采用“套”的方式連接，即：將一個完整的直管截斷，在截斷部位的兩端分別焊接上兩個管套，將一段波紋管連接在兩個套上?；蛘呙枋鰹椋阂欢尾y管的兩端分別設有一小段管套，管套的大小可以緊密的套在直管被切開的兩端，產(chǎn)生伸縮的效果。

還有一種產(chǎn)生伸縮效果的方式是：將一個完整的直管不完全切斷，而是交錯的在管的外壁上開幾道開口，開口的方向是垂直于管的軸線方向，這樣就可以使直管具有伸縮性，為了避免氣流從開口處流出，在幾道開口處設置帶有管套的波紋管，將開口處密封。

由于換熱管在換熱器中密集的并排排列，相鄰換熱管之間的空間很小，在換熱管上增加的伸縮段的外廓肯定增大了。在一些換熱管較為密集的換熱器中，如果兩個伸縮段并排設置在一起，有可以相互之間產(chǎn)生干涉。為此，可以在相鄰換熱管的不同位置設置伸縮段，形成伸縮段交錯的狀態(tài)，以避免相鄰伸縮段之間的干涉。

換熱管中間增加了伸縮段，會產(chǎn)生一個問題，即發(fā)生折線彎曲，特別是一根換熱管上設置多個伸縮段時，更加容易出現(xiàn)折線彎曲的現(xiàn)象。這是因為，在某種情況下，當換熱管膨脹時，整條換熱管可能在伸縮段發(fā)生彎折，而不是按照所愿望的那樣，伸縮段沿軸線方向伸縮。這種狀況類似于整條換熱管的形狀發(fā)生折線失穩(wěn)。這種情況是完全不能接受的，必須采取措施加以避免。

可以在伸縮段外部增加護板。護板將整個伸縮段周圍包圍起來，使波紋管只能沿護板所約束的方向伸縮，而不會出現(xiàn)彎折的現(xiàn)象。

另一個措施是，在相鄰換熱管之間設置支撐措施，使換熱管之間的距離固定，這樣可以有效的避免換熱管之間的距離變化，促使相鄰換熱管在膨脹時相互約束，只能沿軸線方向伸縮，而不會發(fā)生折線彎曲。

連接板、管套、護板和波紋管都是十分常見的零件，也適合大批量生產(chǎn)，因此，本實施例所述的伸縮段，以及帶有伸縮段的管束都十分符合大批量生產(chǎn)的要求。換熱單元尺寸可進行標準化設計，根據(jù)不同的換熱量，合理的設置換熱單元數(shù)量，滿足換熱性能，換熱單元中各零部件有更高的通用性，從而降低制造工藝難度，更適用于量產(chǎn)化生產(chǎn)。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關于伸縮段的細化。本實施例所述的各組伸縮段沿換熱管軸向線或等距離排列或交錯排列，如圖2、3所示。

由于密集排列換熱管之間距離很小，任何增加換熱管外廓尺寸的設施都可以影響兩個換熱管之間的空間，兩個換熱管之間的空間太小會影響換熱媒介的流動，直至影響換熱效率。而伸縮段的外廓尺寸一般都大于直管的外廓尺寸，為增加換熱管束的密度，本實施例將伸縮段的位置交錯排開，避免兩個相鄰伸縮段并排在一起，互相干擾。圖2是每組一根換熱管上都設置伸縮段的情況，各個相鄰換熱管之間交錯設置伸縮段。圖3是一組換熱管中有四根換熱的情況，各組相鄰換熱管上的伸縮段交錯排列，避免伸縮段之間發(fā)生干涉。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于伸縮段的細化。本實施例所述的伸縮段處的換熱管被完全切斷，被切斷的換熱管兩端分別焊接連接在兩塊相互平行的連接板301上，兩塊所述的連接板與波紋管302連接，如圖4所示。

本實施例的伸縮段連接方式有些類似于換熱管束與管板連接的方式，既適應一組中多根換熱管上設置伸縮段，也適應在一根換熱管設置伸縮段。本實施例是將一根完整的換熱管從中間完全截斷，使換熱管分為兩節(jié)，換熱管分開的兩個端口上分別焊接上一塊平面垂直于換熱管軸線的連接板，這塊連接板上可以焊接一根換熱管，也可以焊接多根換熱管。在兩塊連接板上再連接上一小段波紋管，形成伸縮段。波紋管的形狀可以描述為近似于手風琴風箱的形狀，在管的軸線方向上是柔性的，可以在一定程度上改變軸向長度。波紋管與連接的連接方式可以是焊接，也可以是其他方式，如拉伸出翻邊，再與波紋管連接等。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于伸縮段的細化。本實施例所述的伸縮段處的換熱管被完全切斷，被切斷的換熱管兩端分別焊接連接兩個管套303，兩個所述的管套與波紋管連接，如圖5所示。

本實施例適應于一組換熱管中只有一根換熱管的情況，也就是說只適應與單個換熱管上設置伸縮段。在實際制造中管套與波紋管制造為一體，直接焊接在被切斷管斷點兩邊的端口，將斷點連在一起。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于伸縮段的細化。本實施例所述的波紋管周圍設有圍護板304，所述的圍護板與連接板或管套焊接連接，所述的圍護板上設有與換熱管軸向線垂直的開口槽3041，如圖6、7、8、9所示。

為避免伸縮段彎曲，本實施例在波紋管的外側周邊圍護了一圈圍護板，同時將圍護板的兩側分別與斷口兩邊的管套（見圖7）或連接板（見圖6）焊接，約束波紋管只能沿軸向位移。由于圍護板與兩側的管套或連接板焊牢，如果圍護板不能伸縮，波紋管也失去了意義，因此，需要在圍護板上開伸縮用的開口槽，如圖8所示。開口槽是設置在圍護板上的幾道交錯開口，由于是交錯的因此圍護板還能保持為一個完整的整體，只是由于有開口槽，圍護板可以沿換熱管軸線方向伸縮，以適應波紋管的伸縮。

開口槽的基本形式是沿垂直于換熱管軸線方向開出，圍繞圍護板繞多半圈，相鄰的一個開口槽則圍繞圍護板的另一半圈，這樣開出的開口槽就具有不完全斷開的柔性伸縮作用。開口槽的長度可以是圍護板的1/2或3/4。

為避免應力集中，在開口槽的端部可以設置應力圈3042。應力圈的形狀可以是圓形（見圖8），也可以不規(guī)則的多邊形（見圖9）。同樣為了解決應力集中的問題，可以兩側開口槽接近末端的位置略微彎曲向內(nèi)傾向（見圖8）。

由于圍護板設置在波紋管的外側，所以當波紋管膨脹時，一方面向換熱管的軸線方向延伸，另一方面也會想與換熱管軸線垂直的方向膨脹，但在圍護板的作用下，可以消除這個膨脹，在圍護板的作用下，波紋管只能向內(nèi)變化，如圖6、7中箭頭所指方向。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于伸縮段的細化。本實施例所述的伸縮段處的換熱管交錯排列多個與換熱管軸線垂直的開口槽201，開口槽兩側分別設置管套，兩個所述的管套與波紋管連接，如圖10所示。

與上述實施例中的情況不同，本實施例中的換熱管不被完全切斷，而是在換熱管上開出類似上述圍護板上那樣幾道交錯的開口槽，再在換熱管外圍開口槽部位設置波紋管。這樣的設計可以使增加換熱管的強度，避免換熱管伸縮段發(fā)生折線彎曲。

波紋管兩側的管套要與換熱管完全焊牢、密閉，才能達到隔絕水氣的作用。

實施例七：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于波紋管的細化。本實施例所述的波紋管上的波紋為1-5個。

波紋管上的波紋設置，不能太多，太多容易發(fā)生失穩(wěn)，因此，波紋設置1個至5個為最佳。

實施例八：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于換熱管的細化。本實施例所述的各個換熱管之間設有支撐措施，所述的支撐措施是相鄰換熱管上成對出現(xiàn)的突起202，如圖11所示。

本實施例中換熱管上設置突起，使兩個相鄰換熱管突起之間相互緊挨在一起，如果發(fā)生換熱管彎曲的現(xiàn)象，這可以是相鄰換熱管之間互相支撐，避免換熱管彎曲。

實施例九：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于伸縮段的細化。本實施例所述的各個換熱管之間設有支撐措施，所述的支撐措施是相鄰換熱管之間設置的支撐板4，如圖12所示。

換熱管之間設置有波浪形支撐板，不僅能夠增強換熱單元的整體強度，同時對冷卻液產(chǎn)生擾流，增強冷卻器換熱效率。

實施例十：

本實施例是一種廢氣再循環(huán)冷卻器，依次連接的進氣法蘭5、擴散器6、擴散器側的管板、換熱單元、收集端側的管板、收集器7、排氣法蘭8；還包括：圍繞在所述換熱單元周圍的管殼9，所述的管殼上設有進水口10和出水口11，所述的換熱單元使用上述權利要求所述帶有伸縮段的換熱單元。

本實施例適用于長寬比較大的中重型發(fā)動機的換熱器，由于長寬比較大，換熱單元的長度較長，容易與管殼發(fā)生較大的膨脹差，本實施例為解決這一問題，在換熱管上設置多個伸縮，如圖1所示，在換熱管上設置了兩個伸縮段，通過伸縮段的伸縮變化，適應管殼的膨脹長度。在實際使用中，還可以設置三個、四個，甚至更多個膨脹段。

最后應說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案（比如膨脹度的形式、波紋管的形式、膨脹段與換熱管的連接方式，以及各要素之間的連接方式等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。