CN103673676B

CN103673676B - 传热单元

Info

Publication number: CN103673676B
Application number: CN201310419122.XA
Authority: CN
Inventors: 迪米特尔·彭纳; 于尔根·施魏策尔; 格尔德·盖泽; 费边·弗罗宾尼斯; 马蒂亚斯·费尔巴哈; 马克·哈特曼; 鲁文·埃格; 马库斯·比尔勒; 贝恩德·韦勒
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: EP2708708B1; JP2014059136A; CN103673676A; US9709351B2; DE102012216453A1; DE102012216453A8; EP2708708A1; JP6095534B2; US20140076293A1

Abstract

本发明涉及传热单元（5），具有-壳体（31），所述壳体（31）包含管（32）和护套（33），所述护套（33）围绕管（32）形成环形通道（34），-主入口（35）和主出口（36），其通过将主介质传导经过环形通道（34）的主通路（37）以及将主介质传导经过管（32）的支路（38）而流体连接，-控制设备（39），用于控制流经主通路（37）和支路（38）的主介质，-至少两个二级入口（42）和至少两个二级出口（43），其通过至少两个用于传导至少一个二级介质的二级通路（44）而流体连接，-其中主通路（37）以介质隔离和热传递的方式而被连接至二级通路（44）。

Description

传热单元

技术领域

本发明涉及传热单元以及装备有该传热单元的设备。

背景技术

使得在第一介质和第二介质之间的热传递成为可能的传热单元被用于不同技术领域并且广为人知。其中机动车应用是特别重要的情况，因为对于该目的来说，传热单元需要紧凑并具成本效益的结构。在包含用于驱动机动车的内燃机的机动车中，可以采用多个传热单元，例如在一个或多个冷却回路中来冷却内燃机的发动机组、冷却润滑油、冷却充入气体和冷却再循环废气。

为了能够更好地利用包含在内燃机废气中的热，已知的废热回收***以Rankine循环过程、尤其是Rankine-Clausius循环过程的方式运行，以使得工作介质被蒸发、膨胀、冷凝和压缩，其中压缩、蒸发和过热的工作介质的膨胀用于产生机械能，例如用以驱动用于发电机发电。在这种情况中，工作介质通过蒸发器进行蒸发，所述蒸发器同样对应于传热单元。例如，该传热单元或者蒸发器以合适的方式集成在内燃机的排气***中，从而将废气的热量传递至工作介质以蒸发该工作介质。

发明内容

本发明要解决的问题是提出上述类型的热传导单元或配备这种单元的装置的改进实施方式，其特征特别地在于具有紧凑设计的高效热传递。

本发明基于这样的总体构思，即，在传热单元中，为至少一个二级介质提供至少两个分离的二级通路，这两个分离的二级通路使共用的二级入口与共用的二级出口平行地流体连接，该传热单元为主介质提供主通路，该主通路将主入口和主出口相互连接起来。通过提供至少两个二级通路，其中二级介质可以平行流动，而所述二级通路以热传递的方式而介质分离地连接至主通路，就可以实现在多个传导介质的管路之间具有紧凑设计的热传递，例如在发热管路和至少两个吸热管路之间。总之，在主介质和各自的二级介质之间可以实现提高的热传递效率，同时还可以实现紧凑设计。此外，可以从散发热量的主介质中带走大量的热，因为可以提供甚至两个吸热二级介质流。

特别有利的是，如此产生的传热单元可以以废气形成主介质的方式而被结合到内燃机的废气输送线路中。取决于内燃机的运行状况，内燃机的废气可以达到非常高的温度，从而借助于此处介绍的传热单元，从所述废气中提取用于加热各自的二级介质的大量的热。借助于此处介绍的传热单元，可以特别有效地实现并且具有紧凑的设计形式，因为将会被加热的二级介质平行地流经所述至少两个二级通路，以使得热量可被平行地吸收。

为了实现根据优选实施方式的传热单元，本发明详细提出了一种管状设计，其中壳体包含管和护套，所述护套围绕管形成环形通道。主通路的路径经由所述环形通道，同时支路的路径经由管，该支路的路径设置为绕过环形通道，同样将主入口流体连接至主出口。此外，提供控制装置，在该控制装置的帮助下，主介质在主通路和支路中的通流可被控制。所述至少两个二级通路的路径同样以这样的方式经由环形通道，即所述二级通路在环形通道内以介质分离和热传递的方式而被连接至主通路。通过这种设计，主介质和二级介质之间的热传递就会仅在环形通道内发生，以使得至二级介质的主动热传递仅在主介质流经环形通道的时候才会发生。流经支路的主介质绕开了主通路和二级通路之间的热传递连接，并且可以最佳地导致例如基于通过废气流的壳体加热的至二级介质的被动热传递。在控制装置的帮助下，现在可以控制主介质，以使得其例如仅流经主通路（即环形通道），或者仅流经支路（即管）。根据控制装置的优选实施方式，至少一个中间位置是可被调整的，其中主介质流经主通路以及支路，由此，可被传递至二级介质的热量是可被控制的。

此处介绍的传热单元的设计的特征在于可以低成本实施的极其紧凑的几何构型和结构。在本文所公开的环形设计中，管和护套具有圆形的横截面和圆柱形延伸，使得在主侧上相对高的压力成为可能，从而促进了在废气流中主侧上传热单元的使用。

实际上，通用的壳体可以如此设计，以使得其仅包含用于至少两个二级通路的至少两个分离的二级入口和至少两个分离的二级出口。由此，各自的二级介质可被单独地传导经过所述至少两个二级通路，从而使得其可以平行地流经二级通路。原则上，可以使用至少两种不同的二级介质；同样可以想到的是仅使用一种二级介质；无论如何其均在两个不同的回路中流通。

根据一个有利的实施方式，可以提供至少两个线圈，其被设置在环形通道内，螺旋地包围所述管，并且二级通路通过其来划定路径。这样的线圈的使用实现了用于二级介质的相对长的二级通路，由此，能够实现在传热单元内或者环形通道内相对长的停留时间，其有助于强烈的热传递。在这里，相同的介质可被分配给至少两个线圈。如此，可用于各自的二级介质的能够通流的横截面就可以被显著地增大，由此，二级介质的流动阻力及其所伴随的流经传热单元内的压力损失就会被降低。

为了改善主介质和各自二级介质之间的热传递，根据一个有利的实施方式，每个线圈可以包含盘管，在其内部传导各自的二级介质并且在其外部承载暴露至主介质的散热片。这样的散热片例如可以通过多个盘形元件的实现，其被按压至盘管上或者焊接或熔接于盘管。同样，这样的散热片还可以通过至少一个螺旋条带元件来实现，其螺旋包封各自的盘管。这样线圈的内部和外部均可被暴露至相对高的压力下，其简化了传热单元在废气流内主侧上以及例如在废热回收回路内辅侧上的使用。

根据另一种有利的实施方式，环形通道内的至少两个线圈可被径向地上下设置或者高低设置。通过这种设计，可在轴向上实现极其紧凑的传热单元。通过使线圈径向地上下或者高低设置，就会出现位于内部的环路，其属于位于内部的线圈或者属于位于内部的线圈部分，并且其与所述管直接分离，同时在这些位于内部的环路和护套之间，设置有其它线圈或者其它线圈部分的其它环路。同时还存在位于外部的环路，其属于位于外部的线圈或者位于外部的线圈部分，并且其与护套直接相邻，同时在这些位于外部的环路和管之间，设置有其它线圈或者其它线圈部分的环路。

在恰好提供两个线圈的情况中，位于内部的环路被设置为直接与管相邻，并且通过位于外部的环路间接地与护套相邻，同时位于外部的环路被设置为直接与护套相邻并且通过位于内部的环路间接地与管相邻。在三个或更多被径向地上下或高低设置的线圈的情况中，除了位于内部和外部的环路之外还存在位于中间的其他环路，其设置在至少一个中间位置，该中间位置位于内部的环路和位于外部的环路之间。

根据有利的进一步改进，所述至少两个线圈中的每个均可以形成至少两个轴向相邻的线圈组件（package），其中由每个线圈延伸出包含多个环路的线圈部分。在相同的线圈组件内，各自线圈部分的环路的径向位置是相同的。然而，在相邻的线圈组件中，相同线圈的环路的径向位置是不同的。例如，在仅具有两个线圈的实施方式中，这意味着存在至少两个轴向相邻的线圈组件，其中两个线圈部分别径向上下设置。在第一线圈组件内，位于内部的环路形成第一线圈的第一线圈部分，同时位于外部的环路形成第二线圈的第一线圈部分。与之相比，在第二线圈组件中，位于内部的环路形成第二线圈的第二线圈部分，同时位于外部的环路形成第一线圈的第二线圈部分。因此，每个线圈具有位于内部并带有位于内部的环路的线圈部分以及位于外部并带有位于外部的环路的线圈部分。由此，相同线圈的环路的径向位置对于不同的线圈组件有所不同。通过这种设计，由主介质至各自二级介质的热传递的整体均化就可以实现。这种设计基于线圈径向地上下设置而实现，位于更加外侧的线圈具有比位于更加内侧的线圈更长的二级通路，由此，在传热单元中各自二级介质具有不同的停留时间，由此，不同的热吸收就可以通过不同的二级通路而实现。通过变化属于相同线圈并由此属于相同二级通路的环路的径向位置，不同二级通路的热吸收就可被均化。

在这里，特别有利的是这样一个实施方式，其中，在n相应于线圈的数量的情况下，提供至少n个线圈组件，其中对于环路来说可能有n个不同的径向位置，其中对于每个线圈来说，线圈部分的环路随后至少一次假定每个可能的径向位置。这意味着恰好三个线圈的情况中，即恰好具有三个二级通路，提供至少三个线圈组件，其中恰好三个不同的径向位置中的每一个对于环路来说都是可能的，即位于内部的环路、位于外部的环路以及位于中间的环路。此外，这意味着对于这三个线圈中的每一个来说，在至少三个线圈组件中，为至少一个线圈部分提供位于内部的环路，一个线圈部分提供位于外部的环路，并且为一个线圈部分提供位于中间的环路。

在另一种有利的进一步改进中，连接管可被提供在相邻的每个线圈的线圈组件之间，其将一个线圈组件的径向位于更加内侧的线圈部分和另一个线圈组件的径向位于更加外侧的线圈部分流体连接。由此，原则上能够相同地构建单独的线圈组件，并借助连接管将这些线圈组件与前面提到的设置互连，其中相邻线圈组件相同径向位置的各自线圈部分属于不同的线圈。

为了能够将这些连接管与盘管以特别简单的方式流体连接，例如可以提供连接套管，盘管和连接管的末端部分可被轴向地***其中。特别地，这样的连接套管可被简单地焊接至连接管和盘管。

根据另一种有利的可作为如上变形的另外形式或者替换形式来实施的实施方式，所述至少两个线圈可通过不同的热传递性能而彼此不同。由此，其能够或多或少地弥补位于更加内侧的线圈或位于更加内侧的线圈部分和位于更加外侧的线圈或位于更加外侧的线圈部分之间的热传递差异。

例如，线圈可通过不同的可通流截面而彼此不同。特别地，盘管可以具有不同的流动横截面。例如，位于更加外侧的线圈可以比位于更加内侧的线圈具有更大的可通流的横截面。

另外地或者可替换地，不同的线圈可以具有不同数量的环路。环路数量限定了各自二级通路的长度，从而由此可实现具有不同长度的线圈二级通路。例如，位于更加外侧的线圈可以比位于更加内侧的线圈具有更少数量的环路。类似的情况随后还可以应用于线圈组件内的线圈部分。

另外地或者可替换地，可以提供具有盘管的线圈，所述盘管具有散热片，所述线圈由于不同尺寸的散热片和/或不同的散热片布置密度和/或不同的散热片几何构型和/或不同的散热片材料而有所不同。不同的散热片布置密度相应于每单位长度盘管不同的散热片数量。不同的散热片和/或盘管材料由于不同的热传导系数而有所不同。散热片的不同构型和/或布置会显著地影响各自线圈的热传递性能，从而由此以特别简单的方式来实现所期望的均质化。

而且，另外地或者替换地，通常可以提供不同的材料而使得线圈有所不同。不同的材料的特征特别地在于不同的热传导系数。

在特定的实施方式中，所有的线圈均可以径向上下地设置，从而在各自的径向位置内，轴向相邻的环路属于相同的线圈。由此，上文提供的线圈组件特别地可以以特别简单的方式来实现。

与之相比，在另一种实施方式中，至少在一个位于径向更加外侧的位置中，至少两个线圈以双螺旋或者多螺旋的方式而被轴向相互缠绕地设置，以使得不同线圈的环路相互之间在该径向位置内被轴向相邻地设置。通过在位于径向更加外侧的位置使用至少两个线圈，环路数量至少为单线圈时的一半，由此，也可以相应地减少各个二级通路的长度。

在另一种有利的实施方式中，可以提供在环形通道内以双螺旋或者多螺旋的方式相互轴向缠绕设置的至少两个线圈，从而使得不同线圈的环路轴向相邻地设置。这种方式导致至少两个线圈在相同的径向位置内会相互平行地延伸，由此，实现至二级介质的均匀的热量传递。

在这里优选的进一步改进中，环形通道内所有的线圈均在其中轴向地设置，从而使得所有线圈的环路均位于相同的径向位置。在这种情况中，所有的环路均被设置为与管以及护套直接相邻。

作为用于壳体、特别是管和护套以及用于线圈、特别是相应的盘管和散热片的材料来说，取决于使用的条件，优选采用铁合金、尤其是钢、特别是不锈钢。此外，也可采用轻金属或者轻金属合金，例如铝或者铝合金。可替换地，也可采用铜或者铜合金。作为对于腐蚀性废气的防护，暴露至废气的表面特别地还可以装备有陶瓷保护涂层。优选地，由铜制得的线圈可以在外侧设置有这样的保护涂层。

特别地可被设置在机动车、尤其是在陆路机动车以及在船只或者航空器内的根据本发明的装置包含内燃机，所述内燃机包含用于将新鲜空气供给至内燃机燃烧室的新风***以及用于将废气从燃烧室排出的废气***，和任选地用于将废气***的废气再循环至新风***的废气再循环***。此外，这样的装置装备有第一冷却介质在其中流通的第一冷却回路，以及第二冷却介质在其中流通的第二冷却回路。最后，这样的装置装备有如上所述类型的传热单元。在这里，这种传热单元被整合至所述装置中，以使得主通路被结合至废气***中或者废气再循环***中，从而使得废气或者再循环的废气形成主介质。与之相比，二级通路被结合至两个冷却回路以使得第一冷却介质形成第一二级介质，同时第二冷却介质形成第二二级介质。在这里所公开的传热单元的帮助下，在废气或者再循环废气中所携带的热量的特别有效的回收可以在这种装置中实现。

除了至少两个冷却回路或者作为这样的冷却回路的替代或者作为两个冷却回路的替代，这样的装置可以装备有废热回收***，在工作介质在其中循环的废热回收回路中，其包含用于蒸发工作介质的蒸发器，蒸发器的下游为用于膨胀所述工作介质的膨胀设备，膨胀设备的下游为用于冷凝所述工作介质的冷凝器，并且冷凝器的下游为用于在废热回收回路中驱动所述工作介质的输送装置。在这种情况中，传热单元可被整合至设备中，以使得主通路被结合至废气***中或者废气再循环***中，从而使得废气或者再循环的废气形成主介质。然而，至少一个二级通路或者所有的二级通路可被结合至废气回收回路中，以使得工作介质形成各自的二级介质。另外地，至少一个二级通路还可被结合至一个所提及的冷却回路中，以使得冷却介质形成各自的二级介质。在这里所公开的传热单元的帮助下，在废气或者再循环的废气中所携带热量的特别有效的回收或者再利用就可以在所述装置中实现。基于传热单元在废热回收回路内辅侧上的使用，所述传热单元工作为蒸发器，同时基于在冷却回路中辅侧上的使用，其工作为冷却器。在传热单元作为冷却器的情况中，其优选被应用于废气再循环***内的主侧上，从而有效地导致在其中再循环的废气的所期望的冷却。

在通过这样的传热单元将废气再循环热传递结合至废热回收回路的情况中，可基本上去除用于冷却传统的废气循环冷却器的引擎冷却回路的负载。可通过作为蒸发器的传热单元从废气提取的全部能量不再需要由引擎冷却回路所吸收。

此外，所述装置能够装备至少两个这样的传热单元，其中一个可设置在废气***内的主侧上，并且另一个可设置在废气再循环***内的主侧上。在辅侧上，所述两个传热单元可被相互独立地连接。将两个传热单元在辅侧上串联地连接也是可行的，例如为了蒸发废热回收回路首先在传热单元内经历通流的工作介质，并且过热在传热单元内随后经历通流的所述工作介质。

本发明其它重要的特征和优点根据附图以及参照附图的相关附图说明而获得。

应当理解如上所提及并将在下文所解释的特征并不仅以所述的相应组合使用，而且还可以以其它的组合或者单独使用，其均没有脱离本发明的范围。

附图中示出了本发明优选的示例性实施方式，其将在下文的说明中进行更加详细的解释，其中相同的附图标记涉及相同或者相似或者功能相同的组件。

附图说明

在每种情况下示意性地示出，

图1和2分别示出了车辆的极大简化的线路图，所述车辆具有包含不同的实施方式的传热单元的装置，

图3和4分别示出了不同的运行状态的极度简化的贯穿传热单元的纵向横截面，

图5是不同实施方式a和b的传热单元的纵截面放大细节图，该传热单元在径向上下设置的多个线圈区域中，

图6示出了分配元件a或者收集元件b的简化横截面视图，

图7示出了具有多个线圈组件的线圈配置的简化纵截面，

图8和9分别示出了不同实施方式的传热单元的极度简化的纵截面，

图10示出了另一种实施方式的传热单元的简化纵截面，

图11示出了图10的传热单元的线圈布置的等距视图，

图12示出了图11的线圈布置的等距展开视图，

图13示出了另一种实施方式的传热单元的简化纵截面，

图14示出了去耦元件区域内的传热单元的等距横截面视图，

图15示出了另一种实施方式的传热单元的简化纵截面。

具体实施方式

根据图1和2，机动车1、尤选是陆路机动车、特别是公路机动车，但是也可以是船只或航空器，可以包含装置2，所述装置2包含内燃机3、第一冷却回路4、第二冷却回路23和传热单元5。

内燃机3具有发动机组6，其包含多个燃烧室7，该燃烧室形成于汽缸内并且活塞冲程可调整地设置。内燃机3还包含新风***8，用于将新鲜空气供给至燃烧室7。相应的新鲜空气流由箭头9指示。内燃机3额外地装备有废气***10，用于将废气从燃烧室7排出。相应的废气流由箭头11指示。在这里所示的实施方式中，内燃机3额外地装备有废气再循环***12，其用于将废气从废气***10再循环至新风***8。废气再循环***12包含废气再循环冷却器13和废气再循环阀14，废气再循环冷却器13用于冷却再循环的废气，废气再循环阀14用于控制再循环的废气量，即用于调节废气再循环速率。为了改进废气再循环，废气***10可以包含位于连接点15下游的动态压力瓣16，其中废气再循环***12连接至废气***10。新风***8可以包含位于连接点17上游的节流阀18，其中废气再循环***12连接至新风***8。

为了冷却发动机组6，内燃机3具有引擎冷却回路19，其相应于虚线通过发动机组6选择路径，并且包括散热器20。所述散热器20能够承受冷却空气流21，其在驱动机动车1通过所谓的逆风时而产生，并且其还可以通过吹风器22产生或增强。

第一冷却介质在第一冷却回路4内流通。第一冷却回路4例如可被结合至引擎冷却回路19中或者形成其集成部分。在第一冷却回路4中，提供第一散热器24，热量可以通过第一散热器24而被供给至第一冷却介质，从而例如将热量供给至发动机组6用于内燃机3的预热操作。

第二冷却介质在第二冷却回路23内流通。第二冷却回路23例如可被结合至润滑油回路中，所述润滑油回路将润滑油供给至内燃机3或其组件，例如像变速器。在第二冷却回路23中，提供第二散热器25，热量通过第二散热器25可被供给至第二冷却介质，从而例如将热量供给至润滑油，以例如用于内燃机3的预热操作。

第一冷却回路4或者第二冷却回路23用于加热由箭头所指示的、例如由吹风器27所驱动的空气流26也是可能的，其可被供给至机动车1的乘客车厢28，从而对所述的车厢进行空气调节或者加热。此外，其它形式的应用对于机动车1内这样的冷却回路4、23来说也是可行的。

传热单元5现在在一个部件内形成两个散热器24、25，从而使得传热单元5被结合在冷却回路4、23内。在这里，两个冷却回路4、23在辅侧上、即吸热侧上被结合至传热单元5内，同时传热单元在主侧上、即在传热单元5散热侧上在图1所示的实施方式中被结合至废气***10内，并且在图2所示的实施方式中被结合至废气再循环***12中。

在图1所示的实施方式中，废气形成主介质，其流过传热单元5。第一冷却回路4的第一冷却介质在这种情况中形成第一二级介质，其流过传热单元5并且在其中以热传递和介质隔离的方式而被连接至主介质、即废气。此外，第二冷却回路23的第二冷却介质在这种情况中形成第二二级介质，其流过传热单元5并且在其中以热传递和介质隔离的方式而被连接至主介质、即废气。

与之相反，在图2示出的实施方式中，传热单元5被结合至废气再循环***12中，以使得废气再循环***12内的传热单元5形成废气再循环冷却器13。由此，传热单元5的主介质在这种情况中由再循环的废气而形成，同时传热单元5的两个二级介质再次由两个冷却回路4、23的两个冷却介质而形成。

根据图1，装置2可以任选地装备有废热回收***63，其包含工作介质在其中循环的废热回收回路64。所述废热回收***63优选地根据Rankine-Clausius过程来运行，并且据此在废热回收回路64内在工作介质的流动方向上相继地包括蒸发器65、膨胀设备66、冷凝器67和输送装置68。蒸发器65用于蒸发工作介质。膨胀装置66用于膨胀所蒸发的并且优选过热的工作介质，其中所述膨胀设备66将热和压力转化为机械功，从而例如驱动发电机69。所述发电机69产生电能，其例如可被存储在合适的能量存储单元中，优选为电池。在冷凝器67中，所膨胀的工作介质可被冷凝。为此，冷凝器67被连接至冷却回路70，其特别地可被整合至引擎冷却回路19内和/或第一冷却回路4内和/或第二冷却回路23内和/或冷却回路30内。输送装置68在废热回收回路64内驱动工作介质。同时，输送装置68可以为液体工作介质加载相对高的压力。如果存在这样的废热回收***63，传热单元5就可以至少利用其二级通路44中的一个而被整合至废热回收回路64，以使得至少一个这样的二级介质由工作介质形成。除此之外，传热单元5被结合至废气***10（图1）或者废气再循环***12（图2），以使得废气或者再循环的废气形成主介质。在这种情况中，废气或者再循环的废气与工作介质之间的热传递连接随后就会在传热单元5内形成蒸发器65。在图2中，所述两个冷却回路4、23被合并以简化表达。在这里清楚的是，在这种情况中冷却回路4、23中的至少一个由废热回收回路64形成。

根据图3、4、8至10、13和15，传热单元5包含壳体31，所述壳体31包含管32和护套33。护套33利用径向空间包围管32，以使得在管32和护套33之间径向形成环形通道34。在壳体31上形成主入口35和主出口36。壳体31还包含主通路37，其流体连接主入口35和主出口36并且将主介质、例如根据图1所示实施方式的内燃机3的废气或者根据图2所示实施方式的再循环废气传导经过环形通道34。由此，环形通道34限定了主通路37。与之相比，管32限定了支路38，其同样将主入口35流体连接至主出口36并将主介质传导通过管32。

传热单元5还装备有控制装置39，借助该控制装置可控制通过主通路37和支路38的主介质流动。例如，控制装置39为此目的包含控制元件40，优选瓣，其被设置在管32内，并且在其帮助下管32的能够通流的横截面可以改变。例如，图3示出了控制元件40的闭合位置，其中管32的能够通流的横截面被极大的阻挡，以使得废气根据箭头41流过主通路37并据此流过环形通道34。与之相比，图4示出控制元件40被调节到开启位置的状态，其中，其最大地开放了管32的能够通流的最大横截面。因为管32相比环形通道34具有明显更低的流动阻力，在这种情况下，对应于箭头41，废气几乎仅流经管32并因此沿着支路38。在图8至10、13和15中，在每种情况中均以实线示出控制元件40处于关闭位置，同时虚线表示控制元件40处于开启位置。清楚的是，控制装置39还可调整至少一个中间位置，优选任意中间位置，从而能够基于需要来调节主通路37和支路38所期望的流动分配。

在这里所示的实施例中，护套33在每种情况中通过入口通道29而被连接至主入口35或者管32，并且通过出口通道30而被连接至主出口36或者管32。

传热单元5还装备有多个二级入口42和多个二级出口43，其通过多个二级通路44而流体连接，其中每个二级通路44均传导二级介质。图1和2实施例的各自二级介质通过两个冷却回路4、23的第一和第二冷却剂而形成。二级通路44同样通过环形通道34选择路径，以实现主通路37和第二通路44之间的介质分离的热传递连接。在附图中标出了相应于它们数字的单独的二级入口42，以提供第一二级入口42₁、第二二级入口42₂，并且如果合适的话，还有第三二级入口42₃。对于单独的二级出口43和单独的二级通路44也存在类似的应用，从而存在第一二级出口43₁、第二二级出口43₂，并且如果合适的话，还有第三二级出口43₃，正如第一二级通路44₁、第二二级通路44₂，并且如果合适的话，还有第三二级通路44₃。

根据图3至15，在至少两个线圈45的帮助下形成了二级通路44。这些线圈45在这种情况中被设置在环形通道34中并且围绕管32螺旋缠绕。每个线圈45导引一个二级通路44。在这里，线圈45在每个盘管46的帮助下形成，其螺旋延伸，在其内部传导二级介质，即包含各自的二级通路44并且在外侧带有暴露至主介质的散热片47。

现在来说图3至9所示的实施方式，其中至少两个线圈45被径向上下地设置在环形通道34内。径向方向在这种情况中是指线性护套33或者线性管32的纵向轴48。管32和护套33实际上被构建为圆柱形的。在这里，管32和护套33在所有的实施方式中均具有圆形横截面，其可以是圆环形或者卵形的或者椭圆形的。

单个的线圈45具有多个环路，其包围管32并且在图5a和5b中指代为49。通过径向上下地设置的线圈45，根据图5a和5b，在位于内侧的线圈45₁的内侧存在环路49₁，其与管32直接相邻。此外，在位于外侧的线圈45₂的外侧存在环路49₂，其被设置为与护套33直接相邻。正如在这里所示实施方式的情况，如果提供多于两个的线圈45，那么还存在至少一个中间线圈45₃，其具有中间环路49₃，该中间环路通过位于内侧的环路49₁和位于外侧的环路49₂而间接地与管32以及护套33相邻。

根据图5a，径向相邻的线圈45可被设置为相对于它们的环路49径向地对齐。根据图5b，当径向相邻的线圈45被设置为通过半环截面而相对于彼此轴向地偏移时，能获得更加紧凑的设计。

取决于控制元件40的位置，主介质拟根据需要可遍及主通路37和支路38分布，在这里所示实施方式中的管32被连续地构建，以使得其直接连接或者形成主入口35和主出口36。管32特别是在入口通道29中进一步包含穿孔的、在这种情况中为有沟槽的入口区域50，并且特别地在出口通道30中包含穿孔的、在这种情况中为有沟槽的出口区域51，因此，可以在管32和环形通道34之间形成流体连接。入口区域50在这种情况中位于线圈45的上游，同时出口区域51位于线圈45的下游。通过开启的控制元件40，穿过设置在环形通道34内的线圈45的环形通道34的流动阻力是如此之大，以使得主介质几乎仅流过具有显著更低的流动阻力的管32。

在图3、4、8至10和13的实施例中，壳体31具有入口通道29和出口通道30，入口通道29形成从管32到护套33在入口侧的过渡，并且其中定位有穿孔的入口区域50，出口通道30形成从管32到护套33在出口侧的过渡，并且其中定位有穿孔的出口区域51。与之相比，图15示出了一种实施方式，替代入口通道29，包含在入口侧上的末端底部58或者入口末端底部58，并且替代出口通道30，包含在出口侧上的末端底部59或者出口末端底部59，其限定了壳体31的工作面终点（faceend）并例如通过法兰而被紧固至护套33。在这种情况中，护套33和管32并不直接相互连接。在这种情况中，护套33在轴向方向48上覆盖气体可渗透入口区域50以及气体可渗透出口区域51。

图7示出了不含有管32和护套33的线圈布置54，其同样可以在另一种实施方式的传热单元5的环形通道34内实现。在这里，线圈布置54包含三个线圈45，即第一线圈45₁、第二线圈45₂和第三线圈45₃。线圈45形成三个轴向相邻的线圈组件55，即第一线圈组件55₁、第二线圈组件55₂和第三线圈组件55₃。在这里，轴向方向被再次通过壳体31的纵轴48进行定义。在每个线圈组件55内，包括多个线圈49的线圈部分56从各线圈45延伸。通过总共三层布置的线圈45或者线圈部分56，对于环路49来说会获得总共三个不同的径向位置，即径向内侧、径向外侧和中间位置，所述中间位置径向地位于内侧位置和外侧位置之间。在各自的线圈部分56内，相应环路49的径向位置在相同的线圈组件55内是相同的。与之相比，相同线圈45的环路49的径向位置在不同的线圈组件55内是不同的。

在图7的实施例中，第一线圈45₁的第一线圈部分56₁被设置在位于径向内侧的第一线圈组件55₁（在图7中的左侧示出）内，以使得该第一线圈部分56₁的所有环路49表现为内侧位置。在第二线圈45₂的第一线圈部分56₁内，环路49位于外侧并由此表现为外侧位置。在第三线圈45₃的情况中，环路49位于第一线圈部分56₁内中间位置上。由此，在第一线圈组件55₁内的三个线圈45均具有第一线圈部分56₁，相应的环路49在其中轴向相邻地设置，并被设置在相同的径向位置内。

在第二线圈部分55₂（在图7中的中部示出）内，第二线圈部分56₂的径向位置现在发生变化。由此，第一线圈45₁的第二线圈部分56₂现在处于中间位置。第二线圈45₂的第二线圈部分56₂现在位于内侧位置，并且第三线圈45₃的第二线圈部分56₂现在位于外侧位置。

在第三线圈组件55₃（在图7中的右侧示出）中，相应的第三线圈部分56₃的径向位置再次变化。由此，第一线圈45₁的第三线圈部分56₃现在位于外侧位置。第二线圈45₂的第三线圈部分56₃现在位于中间位置，并且第三线圈45₃的第三线圈部分56₃现在位于内侧位置。

根据图7，用于每个线圈45的连接管57可被提供在相邻的线圈组件55之间，其将位于一个线圈组件55的径向更加外侧的线圈部分56流体连接至位于相应的其它线圈组件55的径向更加内侧的线圈部分56。

参考图8和9，现在解释示例性的实施方式，其中，线圈45由于不同的热传递性能而彼此不同。在这里，这些实施方式可以类似地以任意方式与上下文的实施方式相结合。

例如图8示出的实施方式中，单个的线圈45相互之间由于不同的能够通流的横截面而有所不同。由此，例如在图8中示出的线圈45具有增大的能够通流的横截面，具有与管32增加的径向间隔。在各自的线圈45内或者在各自的线圈部分56内，能够通流的横截面为恒定的。根据图8，位于内侧的线圈45₁具有最小的能够通流的横截面，同时位于外侧的线圈45₂具有最大的能够通流的横截面。中间线圈45₃具有中等的能够通流的横截面。此外，在图8和9的实施方式的情况中，线圈45由于不同数量的环路49而有所不同。事实上，位于更加外侧的线圈45或者线圈部分56相对于更加内侧设置的线圈45或者线圈部分56具有更少数量的环路49。例如，位于内侧的线圈45₁由此具有最大数量的环路，同时位于外侧的线圈45₂具有最小数量的环路。设置在中部的线圈45₃具有中等数量的环路。

影响线圈45的热传递性能的其它措施例如为使用不同材料的线圈45或者盘管46和散热片47。此外，散热片47还可以根据它们的尺寸和/或它们的布置密度和/或它们的几何构型而有所不同。不同材料的使用导致不同的热传导系数。所提及的措施可以根据需要而相互组合。在不同的线圈45内不同的热传递性能的目的在于从主介质至二级介质的尽可能均一的热传递。

在图8所示的实施方式中和在图3至5和7变形的情况中，所有的线圈45仅径向上下地设置。由此，在相同的径向位置中相互之间轴向地相邻的环路49属于相同的线圈45或者相同的线圈部分56，假如线圈45被分为线圈组件55。三排或者三层线圈布置54随后在径向方向上仅包含三个线圈45。

与之相比，图9现在示出的实施方式中，三排或者三层线圈布置54在径向方向上包含多于三个的线圈45，即六个线圈45。径向内侧，即在内侧位置中定位有第一线圈45₁。所述第一线圈45₁的所有环路49随后为轴向相邻的第一环路49₁。在中间位置定位有第二线圈45₂和第三线圈45₃，其具有在轴向方向上相互交替的第二和第三环路49₂和49₃。在这里，所述两个线圈45₂和45₃以双螺旋的方式轴向相互缠绕地设置。据此，第二环路49₂和第三环路49₃轴向相邻地交替设置。在位于外侧的位置中，图9的实施例中甚至设置了三个线圈45，即第四线圈45₄、第五线圈45₅和第六线圈45₆。这三个线圈45₄、45₅、45₆在这种情况中以三螺旋或者多螺旋的方式相互轴向地设置为一个位于另一个之中，以使得第四环路49₄、第五环路49₅和第六环路49₆被轴向相邻地、有规律地交替地设置。

如果在实施方式中提供三个或更多个线圈45，那么可将两个或更多个平行的线圈45分配给至少一个二级通路44。由此，对于各自的二级通路44来说，可扩大能够通流的横截面或者降低通流阻力。例如，对于在图9中所示的实施方式来说，可以将第一线圈45₁分配至第一二级通路44₁，同时第二线圈45₂和第三线圈45₃被分配至第二二级通路44₂，并且第四线圈45₄、第五线圈45₅和第六线圈45₆被分配至第三二级通路44₃。

为了使得各自的、特别是第三第二流体能够在这种实施方式中流至平行的单个的线圈45₄、45₅、45₆，分配元件52可根据图6a来设置，其在入口侧上被连接至各自的、特别是第三二级入口42₃，并且在出口侧上被连接至三个线圈45₄、45₅、45₆。类似于此，收集元件53可以根据图6b来设置，其在入口侧上被连接至三个线圈45₄、45₅、45₆，并且在出口侧上被连接至各自的、特别是第三二级出口43₃。原则上，分配元件52和收集元件53可被相类似地、优选相同地构建。

这样的分配元件52在这种情况中可被设置在壳体31的内部，并被连接至位于外侧的各自二级入口42。同样能够将这样的分配元件52在外侧上设置至壳体31，以使得其直接形成各自的二级入口42。对于收集元件53也是类似的，其可被设置在壳体31的内部并被连接至在壳体31上被设置在外侧的各自的二级出口43，或者其被设置在壳体31外侧并且其自身形成各自的二级出口43。

在图10现在示出的实施方式中，提供了径向单层或者单排的线圈布置54，其中两个所示的线圈45被轴向嵌套地设置在环形通道34内，以使得在这里不同线圈45的环路49也轴向相邻地定位。因为在这里仅提供两个线圈45，所以线圈布置54具有双螺旋的形状。因为在这种情况中所有的线圈45在环形通道34内是轴向相互缠绕的，所以所有线圈45的所有环路49均处于相同的径向位置，其中它们均与管32以及护套33直接相邻。

在本文中的术语“直接相邻”是指在各自的环路49和各自的线圈45或者各自的线圈部分56之间，不会设置其它的环路、线圈部分或者线圈，同时与管32或者护套33的接触是不需要的。甚至可以提供的是，位于内侧的环路49通过热绝缘器抵靠管32。此外或者可替换地，位于外侧的环路49可以通过热绝缘器抵靠护套33。这同样适用于图10和13的一排或者一层构型的一排。此外或者可替换地，对于位于外侧的绝缘来说，可设置支架，其一方面在护套33上自我支撑，另一方面在各线圈45上或线圈配置54上自我支撑，从而在护套33内轴向固定线圈45或者线圈布置54。特别有利的是，所述支架可以是热绝缘支撑，例如以承载垫的形式。在图14中，位于外侧的绝缘60或者支撑61是值得注意的。

根据图11和12，两个线圈45可以根据双螺旋而轴向相互缠绕地设置。单个的线圈45在这种情况中可被相同地构建。

图13示出了图10传热单元的变形，其中完全示例性地，线圈布置54并不是仅包含两个线圈45，而是三个线圈45，其以三螺旋的方式而轴向相互缠绕地设置，以使得在这里，不同线圈45的环路49也轴向相邻地定位。

根据图14，各自线圈45与壳体侧的第二连接、即与二级入口42或者与二级出口43的流体连接根据优选的实施方式并不是直接作用的，而是通过去耦元件62，即间接地作用。各自的去耦元件62在这种情况中被设置在壳体31的内部中。其为可移动的或者弹性的，并且可以抵消各自线圈45和壳体31或护套33之间的相对移动。这样的相对移动例如会由于护套33和各自线圈45不同的热膨胀系数而发生。所述去耦元件62例如可被构建为金属波纹软管或者双重互锁金属软管，其可被轴向构建为单层或多层，其可以在内侧和/或外侧具有弹性保护层以覆盖波纹软管的波状结构。这样的保护层例如可被构建为双重互锁的类型。在图14的实施例中，去耦元件62在一个末端流体连接至各自的二级连接42、43，并在另一个末端流体连接至分配元件52或者收集元件53，其相应地在图14中完全示例性地被流体连接至三个线圈45。

Claims

1.一种传热单元，

-具有壳体（31），该壳体包括管（32）和护套（33），所述护套（33）包围管（32）形成环形通道（34），

-具有主入口（35）和主出口（36），所述主入口（35）和主出口（36）通过主通路（37）和支路（38）流体地互连，所述主通路（37）通过所述环形通道（34）引导主介质，所述支路（38）通过所述管（32）引导主介质，

-具有控制装置（39），用于控制主介质在主通路（37）和支路（38）的通流，

-具有至少两个分离的二级入口（42）和至少两个分离的二级出口（43），它们通过用于传导二级介质的至少两个二级通路（44）而流体连通，

-其中主通路（37）以介质分离的、热传递的方式而被连接至二级通路（44），

至少两个线圈（45）被设置在环形通道（34）内，所述环形通道（34）螺旋包围所述管（32），并且二级通路（44）通过其中的每一个而被划定路径，

每个线圈（45）包含盘管（46），其内部传导二级介质并且外部承载暴露至主介质的散热片（47），

至少两个线圈（45）被径向上下地设置在环形通道（34）内，

至少两个线圈（45）分别形成至少两个轴向相邻的线圈组件（55），其中包括多个环路（49）的线圈部分（56）从每个线圈（45）延伸，其中在相同的线圈组件（55）内各自线圈部分（56）的环路（49）的径向位置是相同的，在相邻的线圈组件（55）内相同线圈（45）的环路（49）的径向位置是不同的。

2.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

用于各自二级介质的通用壳体（31）包含分离的二级入口（42）、分离的二级出口（43）以及用于传导各自二级介质的至少一个二级通路（44），该二级通路（44）将各自的二级入口（42）流体连接至各自的二级出口（43）。

3.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

-在n相应于线圈（45）数量的情况中，提供至少n个线圈组件（55），其中在每种情况中，环路（49）可存在n个不同的径向位置，

-对于每个线圈（45），线圈部分（56）的环路（49）至少一次拟定每个可能的径向位置。

4.根据权利要求3的传热单元，其特征在于

在对于每个线圈（45）的相邻线圈组件（55）之间提供连接管（57），其流体连接位于一个线圈组件（55）的径向更加内侧的线圈部分（56）和位于另一个线圈组件（55）的径向更加外侧的线圈部分（56）。

5.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

线圈（45）由于不同的热传递性能而有所不同。

6.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

-线圈（45）由于不同的能够通流的横截面而有所不同，和/或

-线圈（45）由于不同的环路（49）数量而有所不同，和/或

-线圈（45）由于不同的材料而有所不同。

7.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

线圈（45）由于不同的散热片（47）尺寸和/或由于每单位长度不同的散热片（47）数量和/或由于不同的散热片（47）几何构型和/或由于不同的散热片（47）材料而有所不同。

8.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

-所有的线圈（45）均被径向上下地设置，或者

-至少在径向更加外侧的位置中，至少两个线圈（45）被轴向嵌套地设置，以使得不同线圈（45）的环路（49）被轴向相邻地设置。

9.根据权利要求1的传热单元，其特征在于

至少两个线圈（45）在环形通道（34）内被轴向嵌套地设置，以使得不同线圈（45）的环路（49）被轴向相邻地设置，其特征在于所有的线圈（45）被轴向嵌套地设置在环形通道（34）内。

10.根据权利要求1至9任一项的传热单元，其特征在于

至少一个线圈（45）通过去耦元件（62）而被流体连接至二级入口（42）或者二级出口（43）。

11.一种装置，

-具有内燃机（3），所述内燃机（3）包含用于将新鲜空气供给至内燃机（3）燃烧室（7）的新风***（8），和用于将废气由燃烧室（7）排出的废气***（10），以及任选的用于将废气由废气***（10）再循环至新风***（8）的废气再循环***（12），

-具有第一冷却回路（4），第一冷却介质在其中流通，

-具有第二冷却回路（23），第二冷却介质在其中流通，

-具有根据权利要求1至10任一项的至少一个传热单元（5），

-其中主通路（37）被结合至废气***（10）内或者废气再循环***（12）内，以使得废气或者再循环的废气形成主介质,

-其中至少一个第一二级通路（44）被结合至第一冷却回路（4），以使得第一冷却介质形成第一二级介质，

-其中至少一个第二二级通路（44）被结合至第二冷却回路（23），以使得第二冷却剂形成第二二级介质。

12.根据权利要求11的装置，其特征在于

-为不同的温度水平设计至少两个冷却回路（4、23），

-第一冷却回路（4）用于冷却或者加热内燃机（3），

-第二冷却回路（23）用于加热空气流以对机动车（1）的乘客车厢进行空气调节，或者用于冷却或加热润滑油，

-至少一个冷却回路（4、23）由废热回收***（63）的废热回收回路（64）形成，其中流通有工作介质，由此形成各自冷却回路（4、23）的冷却介质。