CN103670810A - 传热单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传热单元（5），具有壳体（31），其包含管（32）和护套（33），其包围该管（32）以形成环形通道（34），具有主入口（35）和主出口（36），其通过主通路（37）和支路路径（38）流体地互连，该主通路（37）通过环形通道（34）引导主要介质，该支路路径（38）通过该管（32）引导主要介质，具有用于控制主要介质流经主通路（37）和支路路径（38）的控制装置（39），具有二级入口（42）和二级出口（43），其通过至少两个引导二级介质的二级通路（44）流体地互连，其中所述主通路（37）以介质分离和热传递的方式与二级通路（44）耦合。

Description

传热单元

技术领域

本发明涉及传热单元和配备有该传热单元的装置。

背景技术

用于不同技术领域并且广为人知的热传递单元使得在第一介质和第二介质之间的热传递成为可能。在这种情况下特别重要的是车辆应用，因为为此目的该传热单元需要紧凑且成本有效的结构。在包括用于驱动机动车的内燃机的机动车中，可例如在一个或多个用于冷却内燃机的发动机组、冷却润滑油、冷却增压空气和冷却再循环废气的冷却回路中采用多个传热单元。

为了能够更好地利用内燃机废气中所含的热量，已知废热利用系统以朗肯循环过程，优选以朗肯-克劳修斯循环过程的方式运行，从而蒸发、膨胀、凝结及压缩工作介质，其中压缩、蒸发和过热的工作介质的膨胀用于产生机械能，例如用于驱动发电机发电。在这种情况下，通过蒸发器蒸发工作介质，该蒸发器同样对应于传热单元。例如，该传热单元或蒸发器可以合适的方式集成在内燃机的排气系统中，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传热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形式的高效热传递。

本发明基于这样的总体思路，即，提供至少两个用于传热单元中的二级介质的分离的二级通路，该传热单元用于具有主通路的主要介质，该主通路平行地流体互连共同的二级入口与共同的二级出口。通过提供至少两个二级通路，通过它该二级介质可以平行流动，这两个二级通路都以热传递的方式将单独介质与主通路耦合，可降低用于二级介质的传热单元的流动阻力，使得最终实现传热单元中二级介质的更大流速并具有足够的停留时间。总之，由此可实现提高主要介质和二级介质之间的高传热效率，其中可同时实现紧凑设计。

特别有利的是，由此产生的传热单元可作为蒸发器使用，以蒸发作为二级介质的工作介质。例如，为此传热单元可以废气形成主要介质的方式连接到内燃机的废气输送线上。根据所述内燃机的运行状态，内燃机的废气可达到非常高的温度，从而借助在本文中公开的传热单元，从废气中带出大量用于蒸发工作介质的热量。借助在本文中公开的传热单元，这些可特别有效地实现并具有紧凑设计，因为待蒸发的二级介质或工作介质平行地流过至少两个二级通路，从而可以平行吸收热量。

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，该护套围绕管以形成环形通道。通过该环形通道规定主通路的路线，而通过该管规定支路路径的路线，该支路路径绕过环形通道，同样将主入口流体地互连至主出口。此外，提出了控制装置，借助该控制装置可控制主通路和具有主要介质的支路路径的流通。同样地，通过该环形通道以其在环形通道中以介质分离和热传递方式耦合主通路而规定所述至少两个二级通路的路线。通过这样的设计，主要介质和二级介质之间的热传递仅仅发生在环形通道中，使得仅在主要介质流经该环形通道时发生向二级介质的主动热传递。流经支路路径的主要介质绕过在主通路和二级通路之间耦合的热传递，并最佳地多可导致例如在通过废气流加热该壳体的基础上向二级介质的被动热传递。借助该控制装置，现在可控制该主要介质，使得它仅流经该主通路，即通过该环形通道，或仅通过该支路路径，即通过该管。根据该控制装置的优选实施方式，至少一个中间位置也是可调节的，其中该主要介质流经主通路以及支路路径，其结果是可控制可转移到二级介质的热热量。本文中公开的管状设计，其中该管和护套具有圆形横截面并呈圆柱状延伸，使得有可能在主要侧面上产生较高压力，其结果是促使在废气流中的主要侧面上使用该传热单元。

本文中公开的传热单元设计的特点在于具有非常紧凑的几何形状和可实现成本效益的结构。

实际上，可设计共同的壳体使得其仅包括用于至少两个二级通路的一个共同二级入口和一个共同二级出口。然后，相同的二级介质可分布在所述至少两个二级通路上，使得二级介质平行地流经二级通路。正因为如此，可显著扩大总计用于二级介质的可通流截面，由此可降低二级介质的流动阻力以及在传热单元直流过程中的压力损失。

根据有利的实施方式，提供至少两个线圈，其设置在所述环形通道中，螺旋形地围绕所述管，并通过每个线圈规定二级通路的路径。使用这种线圈实现了用于二级介质的较长的二级通路，由此可实现在传热单元内或在环形通道内的较长停留时间，这有利于强化传热。在内部以及外部，这种线圈同样可暴露于较高的压力下，从而简化了例如在废热利用回路的废气流中的主要侧面上和辅面上的传热单元的使用。

为了提高主要介质和二级介质之间的热传递，根据有利实施方式的每个线圈可包括盘管，其在内部传导二级介质并在外部承载与暴露于主要介质的散热片。这种散热片例如可通过多个盘形元件实现，其压制或焊合或焊接到盘管上。这种散热片同样可通过至少一个螺旋带元件实现，其螺旋地包围各个盘管。

根据另一有利实施方式，环形通道中的至少两个线圈可径向地上下设置或者高低设置。通过这样的设计，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，出现内部回路，其属于位于内部的线圈或位于内部的线圈部分，该内部回路直接从管隔开，而在内部回路和护套之间配置了另一线圈或另一线圈部分的其它回路。同样存在位于外部的回路，其属于位于外部的线圈或位于外部的线圈部分，该回路直接与该护套相邻，而在位于外部的回路和管之间配置了另一线圈或另一线圈部分的回路。

在恰好提供两个线圈的情况下，将位于内部的回路配置成直接与管相邻并通过位于外部的回路间接与护套相邻，而将位于外部的回路配置为直接与护套相邻并通过位于内部的回路间接与管相邻。在三个或更多线圈的情况下，其径向地上下或高低设置，除了位于内部和外部的回路之外还存在位于中间的回路，其配置在至少一个中间位置中，该中间位置位于内部回路和外部回路之间。

根据有利的进一步改进，所述至少两个线圈可各自形成至少两个轴向相邻的线圈组件，其中每个线圈的线圈部分包括多个回路扩展延伸部。在相同的线圈组件中，各线圈部分的回路径向位置是相同的。然而，在相邻线圈组件中相同线圈的回路径向位置是不同的。例如在只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，其中两个线圈部分各径向地配置为一个位于另一个之上。在第一线圈组件中，位于内部的回路形成第一线圈的第一线圈部分，而位于外部的回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，位于内部的回路形成第二线圈的第二线圈部分，而位于外部的回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回路的线圈部分以及位于外部并带有位于外部回路的线圈部分。因此，相同线圈的回路的径向位置对于不同的线圈组件有所不同。通过这样的设计，可实现从主要介质到二级介质热传递的完全均化。这种设计基于线圈径向地上下设置而实现，使位于更外部的线圈具有比位于更内部的线圈更长的二级通路，由此在传热单元中出现二级介质的不同停留时间，因此，通过不同的二级通路实现不同的热吸收。通过改变属于相同线圈从而属于相同二级通路的回路的径向位置，均化不同二级通路的热吸收。

在本发明的特别有利的实施方式中，在n对应线圈数量的情况下，提供至少n个线圈组件，其中该回路可能有n个不同的径向位置，其中对于每个线圈来说，线圈部分的回路随后至少一次假设每个可能的径向位置。这意味着恰好有三个线圈的情况中，即恰好有三个二级通路，提供至少三个线圈组件，其中恰好三个不同的径向位置各自都可能用于回路，即位于内部的回路、位于外部的回路以及位于中间的回路。此外，这意味着，对于这三个线圈中的每一个来说，在所述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回路，至少一个线圈部分提供位于外部的回路以及至少一个线圈部分提供位于中间的回路。

在另一有利的进一步改进中，在相邻的线圈组件之间设置了用于每个线圈的连接管，其流体连接径向位于一个线圈组件更内部的线圈部分和径向位于另一线圈组件更外部的线圈部分。正因如此，原则上能够构造相同的各个线圈组件，并借助连接管将这些线圈组件与前面提到的设置互连，其中相邻线圈组件的相同径向位置的单个线圈部分属于不同的线圈。

例如，为了能够以特别简单的方式流体地连接这些连接管与盘管，可以设置连接套管，该盘管和连接管的端部可轴向地插入其中。特别地，这种连接套管可简单地焊合该连接管和盘管。

根据另一有利的实施方式，可作为如上变形的另外形式或者替换形式来实施，所述至少两个线圈可通过不同的传热性能而彼此不同。正因如此，有可能或多或少抵消位于更内部线圈或位于更内部线圈部分与位于更外部线圈或位于更外部线圈部分之间的传热差。

例如，线圈可通过不同的可通流截面而彼此不同。特别地，盘管可以有不同的流动截面。例如，位于更外部的线圈可比位于更内部的线圈具有更大的可通流截面。

另外地或可选择地，不同的线圈可以提供不同数量的回路。该回路数量限定了各二级通路的长度，从而由此可实现线圈具有不同长度的二级通路。例如，位于更外部的线圈比位于更内部的线圈具有更少的回路。类似的情况也适用于线圈组件内的线圈部分。

另外地或可选择地，可设置线圈具有带有散热片的盘管，该线圈通过散热片的不同尺寸和/或通过散热片的不同配置密度和/或通过散热片的不同几何形状和/或通过散热片的不同材料而彼此不同。散热片的不同配置密度对应于每单位长度盘管的散热片的不同数量。散热片和/或盘管的不同材料通过不同的导热系数而不同。散热片的不同配置和/或设置极大影响了各个线圈的传热性能，使得通过这样能够以特别简单的方式实现所需的均化。

此外，可另外或选择地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。

在特定实施方式中，所有的线圈可以径向上下地设置，使得在各个径向位置中轴向相邻的回路属于同一线圈。特别地，正因如此，上述线圈组件可以特别简单的方式实现。

与之相比，在另一实施方式中，可至少在径向位于更外部的位置上以双螺旋或多螺旋的方式轴向缠绕地配置至少两个线圈，从而在该径向位置上彼此轴向相邻地配置不同线圈的回路。通过使用位于径向更外部的位置上的至少两个线圈，回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。

在另一有利的实施方式中，可在环形通道中以双螺旋或多螺旋的方式轴向缠绕地配置至少两个线圈，使得彼此轴向相邻地配置不同线圈的回路。这种方式的结果是至少两个线圈在相同径向位置上彼此平行的运行，由此实现对二级介质的均匀热传递。

在本发明的优选的进一步改进中，环形通道中的所有线圈轴向地配置，使得所有线圈的回路位于相同的径向位置。在这种情况下，所有的回路相对于管和护套均直接相邻配置。

作为壳体，尤其是管和护套以及线圈，特别是各个盘管和散热片的材料，取决于使用条件，可优选采用铁合金，优选是钢，特别是不锈钢。此外，也可采用轻金属或轻金属合金，例如铝或铝合金。可选择地，也可采用铜或铜合金。为防止腐蚀性的废气，暴露于废气的表面也可配备特定的陶瓷保护涂层。优选地，由铜制成的线圈可在外部设置这种保护涂层。

根据本发明的装置，特别是可布置在车辆中，特别是在陆地车辆以及船舶中或飞机中，包括内燃机，该内燃机包括将新鲜空气供给该内燃机燃烧室的新风系统和将废气从燃烧室排出的排气系统以及任选的将废气从排气系统再循环到新风系统的废气再循环系统。此外，该装置这种设备可配备废热利用系统，该系统在废热利用回路中，工作介质在该回路中，该废热利用系统包括蒸发工作介质的蒸发器，在蒸发器下游是扩张该工作介质的膨胀设备，膨胀设备下游是冷凝该工作介质的冷凝器，冷凝器下游是驱动余热利用电路中工作介质的输送装置。对于这种废热利用系统另外地或可选择地，该装置可配备至少一个冷却回路，冷却介质在该回路中循环，该回路例如可用于冷却所述内燃机。最后，这种装置配备至少一种上述类型的传热单元。在此，这种传热单元集成在设备中，使得主通路结合在排气系统或废气再循环系统中，从而使废气或再循环废气形成主要介质。相反地，二级通路可结合在废热利用回路中，使得工作介质形成次级介质。可选择地，该二级通路也可结合在冷却回路中，使得该冷却介质形成二级介质。借助在此介绍的传热单元，可在该设备中实现特别有效的在废气或再循环废气中传送的热量的利用或再循环。根据在废热利用回路中的辅面上的传热单元的使用，该传热单元作为蒸发器工作，而根据在冷却回路中的辅面上的使用，其作为冷却器工作。在将传热单元作为冷却器使用的情况下，优选在废气再循环系统中的主要侧面上采用，以便有效地实现再循环废气所需的冷却。

在废气再循环和废热利用回路通过这种传热单元的传热耦合的情况下，可大大减轻用于冷却常规废气回路冷却器的发动机冷却回路的负载。可通过作为蒸发器的传热单元可从废气中带走的全部能量不再需要由发动机冷却回路吸收。

此外，能够为该装置配备至少两个这种传热单元，其中一个可设置在排气系统中的主要侧面上而另一个设置在废气再循环系统中的主要侧面上。在辅面上，这两个传热单元可彼此独立地连接。同样可以想到的是在辅面上将两个传热单元串联连接，例如，为了蒸发在首先进行直流的传热单元中的废热利用回路的工作介质并使在随后进行直流的传热单元中的所述工作介质过热。

本发明另外的重要特征和优点从附图以及通过附图的相应附图描述中获得。

应当理解的是，如上所述且仍在以下进行说明的特征不仅可用于陈述的各个组合，而且可用于其它组合或它们本身而不脱离本发明的范围。

附图中示出了本发明的优选示例性实施方式，并在以下说明中进行更详细地解释，其中相同的附图标记涉及相同或相似或功能相同的组件。

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，该车辆具有包括不同实施方式中的传热单元的装置，

图3和4分别示出了通过不同运行状态的传热单元的极大简化的纵截面，

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是分配元件a或收集元件b的简化剖视图，

图7是通过具有多个线圈组件的线圈配置的简化纵截面，

图8和9分别是不同实施方式的传热单元的极大简化的纵截面，

图10是通过另一实施方式中的传热单元的简化纵截面，

图11是图10的传热单元的线圈配置的等距视图，

图12是图11线圈配置的等距展开表示，

图13是另一种实施方式中的传热单元的简化纵截面，

图14是在去耦元件区域中的传热单元的等距剖视图，

图15是另一种实施方式中的传热单元的简化纵截面。

具体实施方式

根据图1和2，车辆1，优选陆地车辆，特别是公路车辆，但是其同样可以是水运工具或航空器，可包括装置2，其包括内燃机3和废热利用系统4以及传热单元5。

该内燃机3具有发动机组6，其包含多个燃烧室7，形成于气缸中，并装配有可调节冲程的活塞。内燃机3进一步包括将新鲜空气供给至燃烧室7的新风系统8。由箭头9表示相应的新鲜空气流。所述内燃机3还配备有从燃烧室7排出废气的排气系统10。在此处所示的实施方式中，内燃机3还配备有废气再循环系统12，其用于将来自排气系统10的废气再循环至新风系统8。该废气再循环系统12包含冷却再循环废气的废气再循环冷却器13和控制再循环废气量，即控制废气再循环率的废气再循环阀14。为了改进废气再循环，该排气系统10可包括连接点15下游的动态压力瓣16，废气再循环系统12在连接点15连接到该排气系统10。该新风系统8可包括连接点17上游的节流阀18，废气再循环系统12在连接点17连接到新风系统8。

为了冷却发动机组6，内燃机3具有发动机冷却回路19，其对应于穿过发动机组6而规定路线的虚线，并包括散热器20。该散热器20可流通冷却空气流，其在驾驶车辆1通过所谓的逆风时形成，也可通过鼓风

机22产生或增强。

该废热利用系统4包括废热利用回路23，其中循环工作介质。该废热利用系统4优先根据朗肯-克劳修斯循环过程运行，因此包括在废热利用回路23中的工作介质连续流动方向上的蒸发器24、膨胀设备25、冷凝器26和输送装置27。蒸发器24用于蒸发工作介质。膨胀设备25用于膨胀蒸发的并优先过热的工作介质，其中膨胀设备25将热和压力转换为机械作业，例如以驱动发电机28。该发电机28产生电能，例如其可存储在合适的能量存储装置中，优选电池。在冷凝器26中，可冷凝该膨胀的工作介质。为此，冷凝器26连接到冷却回路29，其特别地可集成在发动机冷却回路19中。输送装置27在废热利用回路23中驱动工作介质。同时，输送装置27使液体工作介质受到较高的压力。

在图1所示的实施方式中，传热单元5形成蒸发器24，使得废气形成流经传热单元5的主要介质。在这种情况下，该废热利用回路23的工作介质形成流经传热单元5的二级介质，并在此以热传递和介质分离的方式与主要介质结合，即与废气结合。此外，在图1所示的实施方式中，废气再循环冷却器13连接冷却回路30，其可集成在发动机冷却回路19中。

与之相比，图2示出的实施方式中传热单元5结合在废气再循环系统12中，以这样的方式传热单元5在废气再循环系统12中形成废气再循环冷却器13并在废热利用系统4中形成蒸发器24。因此，在这种情况下，传热单元5的主要介质由再循环废气形成，而传热单元5的二级介质由工作介质再次形成。在另一实施方式中，可在传热单元5的下游配置另外的传热单元，其作为剩余冷却器或额外的废气再循环冷却器运行，以将废气冷却至所需的目标温度。当废热利用回路23的温度水平高于该再循环废气的目标温度时这可能需要的。

根据图3、4、8-10、13和15，传热单元5包括壳体31，其包含管32并包括护套33。该护套33利用径向空间封闭管32，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。此外，该壳体31包含主通路37，其流体地连接主入口35与主出口36，并引导主要介质，例如根据图1所示实施方式的内燃机3的废气或根据图2所示实施方式的再循环废气通过环形通道34。因此，环形通道34限定了主通路37。与之相比，管32限定了支路38，其同样流体地连接主入口35和主出口36，并引导主要介质通过管32。

传热单元5还装备有控制装置39，借助该装置可控制通过主通路37和支路路径38的主要介质流动。例如为此目的，控制装置39包括控制元件40，优选瓣，其配置在管32中，借助它可改变管32的可通流截面。例如，图3示出了控制元件40处于关闭位置，其中管32的可通流截面在很大程度上被堵塞，使得根据箭头41的废气沿着主通路37并因此流经该环形通道34。与此相反，图4示出了一种状态，其中控制元件40调节到打开位置，其中最大限度地打开了管32的可通流最大截面。由于管32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的废气几乎全部流经管32并因此沿着支路路径38。在图8至10、13和15中，在每种情况下，实线表示控制元件40处于其关闭位置，而虚线表示控制元件40处于打开位置。显然，控制装置39也可调节至少一个中间位置，优先任何中间位置以便能够根据需要调节遍及主通路37和支路路径38分布的所需流量。

传热单元5还配备有二级入口42和二级出口43，其通过多个二级通路44流体地相互连接，其中该二级通路44引导二级介质。在图1和2的实施例中，通过废热利用回路4的工作介质形成二级介质。该二级通路44同样通过环形通道34规定路线，从而获得主通路37和二级通路44之间介质分离的热传递耦合。

根据图3至15，二级通路44借助至少两个线圈45而形成。在这种情况下，这些线圈45配置在环形通道34内，并围绕管32螺旋缠绕。每个线圈45引导一个二级通路44。在此，线圈45借助各盘管46形成，其螺旋延伸并在内部引导二级介质，即包含各个二级通路44以及在外部的承载散热片47，其与该主要介质接触。

目前，图3至9中示出的实施方式中，至少两个线圈45在环形通道44中径向上下地配置。在这种情况下，径向方向是指线性护套33或直线管32的纵向轴线48。管32和护套33实际为圆柱形地配置。在此，所有实施方式中的管32和护套33可分别具有圆形横截面，其可以是圆形或卵形或椭圆形。

各线圈45具有多个回路，其包围管32并在图5a和5b中标示为49。通过径向上下地配置线圈45，根据图5a和5b，有位于在内部的线圈45₁内部的回路49₁，其与管32直接相邻。此外，还有位于在外部的线圈45₂外部的回路49₂，其配置为与护套33直接相邻。如果通常是此处所示实施方式的情况，提供两个以上的线圈45，还存在至少一个中间线圈45₃，其具有中间回路49₃，其只是间接地与管32和护套33相邻，即分别通过位于内部的回路49₁和位于外部的回路49₂。

根据图5a，径向相邻的线圈45可配置为与其回路49径向对齐。根据图5b，当该径向相邻的线圈45分别配置为通过半环截面而相对于彼此轴向地偏移时，能获得更紧凑的设计。

所以，根据控制元件40的位置，主要介质拟根据需要可遍及主通路37和支路路径38分布，在此处所示实施方式中的管32配置为连续的，使其直接连接到或形成主入口35和主出口36。此外，管32包括穿孔的、带槽的入口区域50和穿孔的、带槽的出口区域51，由此形成管32和环形通道34之间的流体连接。在这种情况下，入口区域50位于线圈45的上游，而出口区域51位于线圈45的下游。对于开启的控制元件40，通过配置在环形通道34中的线圈45，环形通道流动阻力如此之大，使得主要介质几乎全部流过具有明显较小的流动阻力的管32。

在图3、4、8至10和13的实施例中，壳体31具有入口漏斗58和出口漏斗59，入口漏斗58在入口侧上形成从管32到护套33的过渡，其中穿孔入口区域50位于入口侧中，出口漏斗59在出口侧上形成从管32到护套33的过渡，其中穿孔出口区域51位于出口侧中。与此相反，图15示出了这样一种实施例，代替入口漏斗58而包括在入口侧上的端底部60或入口端底部60，代替出口漏斗59而包括在出口侧上的端底部61或出口端底部61，这些限定了壳体31的表面端部并例如通过凸缘与护套33紧固。在这种情况下，护套33和管不是直接地彼此连接。在这种情况下，该护套33覆盖了轴向48上的透气入口区域50以及透气出口区域51。

为了使二级流体可流过各个平行的线圈45，根据图6a可设置分配元件52，其在入口侧与二级入口42连接，在出口侧与线圈45连接。与此类似，根据图6b可设置收集元件53，其在入口侧与线圈45连接，在出口侧与二级出口43连接。原则上，分配元件52和收集元件53可构造成类似的，优选相同的。

这种分配元件52可配置在壳体31的内部，并连接到位于外部的二级入口42。同样能将这种分配元件52配置在外壳31的外部，使得直接形成二级入口42。这同样也适用于收集元件53，其配置在壳体31内部并与布置在壳体31外部的二级出口43连接，或配置在壳体31外部并自身形成二级出口43。

图7示出了没有管32和护套33的线圈配置54，其同样可在另一种实施方式的传热单元5的环形通道34中实现。在此，线圈配置54包括三个线圈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。在此，通过壳体31的纵向轴线48再次限定了轴线方向。在每个线圈组件55中，包括多个线圈49的线圈部分56从各线圈45延伸。通过线圈45或线圈部分56的总共三层配置，获得用于回路49的总共三个不同的径向位置，即径向地位于内部、径向地位于外部和径向地位于内部位置和外部位置之间的中间位置。在各个线圈部分56中，相应回路49的径向位置在同一个线圈组件55中是相同的。与此相反，相同线圈45的回路49的径向位置在不同线圈组件55中是不同的。

在图7的实施例中，所述第一线圈45₁的第一线圈部分56₁配置在径向位于内部的所述第一线圈组件55₁（如图7左侧所示）中，使得该第一线圈部分56₁的所有回路49假设为内部位置。在第二线圈45₂的第一线圈部分56₁中，回路49位于外部并因此假设为外部位置。在第三线圈45₃的情况下，回路49位于所述第一线圈部分56₁的中间位置上。所以，这三个在第一线圈组件55₁的线圈45各具有第一线圈部分56₁，相应回路49分别轴向彼此相邻的设置在第一线圈部分56₁，并配置在相同的径向位置中。

在第二线圈部分55₂（如图7中间所示）中，第二线圈部分56₂的径向位置现在改变了。因此，第一线圈45₁的第二线圈部分56₂现在位于中间位置。第二线圈45₂的第二线圈部分56₂现在位于内部位置，第三线圈45₃的第二线圈部分56₂现在位于外部位置。

在第三线圈组件55₃（如图7右侧所示）中，相应的第三线圈部分56₃的径向位置再次转换。因此，第一线圈45₁的第三线圈部分56₃现在位于外部位置。第二线圈45₂的第三线圈部分56₃现在位于中间位置，第三线圈45₃的第三线圈部分56₃现在位于内部位置。

根据图7，用于各线圈45的连接管57可设置在相邻线圈组件55之间，该连接管57流体地连接分别位于线圈组件55更外部的线圈部分56和径向地位于另一线圈组件55更内部的线圈部分56。

参考图8和9，对示例性的实施方式进行说明，其中线圈45由于不同的热传递性能而有所不同。在此，这些实施方式拟以任何方式与上述和下述实施方式结合。

例如图8示出的实施方式，其中每个线圈45由于不同的可通流截面而彼此不同。因此，例如在图8中所示的线圈45具有增加的可通流截面，该截面与管32具有增加的径向间隔。在各个线圈45或各个线圈部分56中，该可通流截面是恒定的。根据图8，位于内部的线圈45₁具有最小的可通流截面，而位于外部的线圈45₂具有最大的可通流截面。该中间线圈45₃具有中间的可通流截面。此外，在图8和9实施方式的情况下，通过不同数量的回路49将线圈45设置为彼此不同。显然，位于更外部的线圈45或线圈部分56具有比位于更内部的线圈45或线圈部分56具有更少的回路49。例如，位于内部的线圈45₁由此具有最多的回路，而位于外部的线圈45₂具有最少的回路。位于中间的线圈45₃具有中间数的回路。

影响线圈45热传递性能的其它措施，例如使用不同材料的线圈45或盘管46和散热片47。此外，散热片47也可相对于其尺寸和/或相对于其配置密度和/或相对于其几何形状而彼此不同。使用不同的材料导致了不同的传热系数。上述措施可根据需要彼此结合。不同线圈45中的不同热传递性能的目标是使主要介质到二级介质的热传递尽可能均匀。

在图8所示的实施方式中，并在图3至5和7变形的情况下，所有线圈45专门径向上下地配置。其结果是，在相同径向位置中彼此轴向相邻的回路49属于相同的线圈45或相同的线圈部分56，并将线圈45分为线圈组件55。径向上的三层线圈配置54则也仅包括三个线圈45。

与之相比，图9现在示出的实施方式中，径向上的三层线圈配置54包括三个以上的线圈45，即6个线圈45。径向内部，即在内部位置中设置了第一线圈45₁。第一线圈45₁的所有回路49则是第一回路49₁，其轴向相邻。在中间位置设置了第二线圈45₂和第三线圈45₃，其具有第二和第三回路49₂和49₃，其在轴向上彼此交替。在此，两个线圈45₂和45₃以双螺旋形式轴向地缠绕。因此，第二回路49₂和第三回路49₃沿轴向彼此相邻地交替设置。在位于外部的位置中，在图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。在这种情况下，这三个线圈45₄、45₅和45₆以三股螺旋或多螺旋形式轴向地设置为一个位于另一个之中，使得第四回路49₄、第五回路49₅和第六回路49₆彼此相邻地轴向配置并有规律地交替。

现在图10示出的实施方式中，设置了径向单层或单层线圈配置54，其中两个所示的线圈45在环形通道34内轴向地布置为一个位于另一个之中，使得在这里，不同线圈45的回路49也彼此相邻的轴向设置。因为这里只设置了两个线圈45，所以线圈配置54具有双螺旋形状。由于在这种情况下，所有的线圈45在环形通道34内轴向地相互缠绕，所有线圈45的所有回路49在相同的径向位置，其中它们分别与管32和护套33直接相邻。

术语“直接相邻”在本上下文中是指在各自回路49和各自线圈45或各自线圈部分56之间没有设置另外的回路、线圈部分或线圈，同时不需要与管32或者护套33接触，其甚至可以将位于内部的回路49设置为通过热绝缘体抵靠在管32上。另外地或可选择地，位于外部的回路49可通过热绝缘体抵靠在护套33上。类似的，然后应用到图10和13的一层或一层结构上。另外地或可选择地，对位于外部的绝缘而言，可设置支架，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，以在护套33中轴向固定线圈45或线圈配置54。特别有利的是，该支架可以是热绝缘轴承，例如轴承垫形式。在图14中，位于外部的绝缘层63或轴承64是显而易见的。

根据图11和12，这两个线圈45可根据双螺旋结构设置为沿轴向缠绕。在这种情况下，单个线圈45可构造成相同的。

图13示出了图10的传热单元的变体，其中仅仅是示例性的，该线圈配置54不是仅包括两个线圈45，而是三个线圈45，其以三股螺旋方式配置成轴向缠绕，使得在这里，不同线圈45的回路49也彼此相邻地轴向设置。

根据图14，根据优选的实施方式，不直接影响流体地连接各线圈45和在壳体侧上的二级连接，即二级入口42或二级出口43，但通过去耦元件62，即间接作用。在这种情况下，将各去耦元件62设置在壳体31的内部。它是可移动的或灵活的，并可抵消各线圈45和壳体31或护套33之间的相对移动。发生这种相对移动是由于例如护套33和各线圈45的热膨胀系数不同。例如，将该去耦元件62配置为金属波纹软管或双联锁金属软管，其可径向地构造为一层或多层，其可具有弹性的内部和/或外部保护层，其覆盖该波纹软管的波结构。例如，这种保护层可配置为双联锁型。在图14的实施例中，去耦元件62的一端流体地连接到各二级连接42、43，另一端流体地连接到分配元件52或收集元件53，在图14中其又依次流体地连接到仅示例性的三个线圈45。

Claims (19)

1. 传热单元

   - 具有壳体（31），包含管（32）并包括护套（33），所述护套（33）包围所述管（32）以形成环形通道（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）和支路路径（38）流体地互连，所述主通路（37）通过所述环形通道（34）引导主要介质，所述支路路径（38）通过所述管（32）引导主要介质，

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

   - 具有二级入口（42）和二级出口（43），所述二级入口（42）和二级出口（43）通过至少两个引导二级介质的二级通路（44）流体地互连，

   - 其中所述主通路（37）以介质分离、热传递的方式与二级通路（44）耦合。
2. 根据权利要求1所述的传热单元，其特征在于，至少两个线圈（45）配置在环形通道（34）中，所述环形通道（34）螺旋地包围管（32），并通过所述环形通道（34）引导各二级通路（44）。
3. 根据权利要求2所述的传热单元，其特征在于，各线圈（45）包括盘管（46），所述盘管（46）内部引导二级介质，外部承载暴露至主要介质的散热片（47）。
4. 根据权利要求2或3所述的传热单元，其特征在于，所述至少两个线圈（45）在环形通道（34）中径向上下地配置。
5. 根据权利要求4所述的传热单元，其特征在于

   -所述至少两个线圈（45）各自形成至少两个轴向相邻的线圈组件（55），其中包括多个回路（49）的线圈部分（56）从每个线圈（45）延伸，

   - 其中在相同线圈组件（55）内的各个线圈部分（56）的回路（49）的径向位置是相同的，

   - 其中在相邻线圈组件（55）内的相同线圈（45）的回路（49）的径向位置是不同的。
6. 根据权利要求5所述的传热单元，其特征在于

   -在n对应线圈（45）的数量的情况下，设置至少n个线圈组件（55），其中在每种情况下所述回路（49）可能有n个不同的径向位置，

   - 对于每个线圈（45），所述线圈部分（56）的回路（49）至少一次假定为每个可能的径向位置。
7. 根据权利要求5或6所述的传热单元，其特征在于，在用于各个线圈（45）的相邻线圈组件（55）之间设置连接管（57），所述连接管（57）流体地连接径向位于一线圈组件（55）更内部的线圈部分（56）和径向位于另一线圈组件（55）更外部的线圈部分（56）。
8. 根据权利要求2~7任一项所述的传热单元，其特征在于，所述线圈（45）由于不同的热传递性能而彼此不同。
9. 根据权利要求2-8任一项所述的传热单元，其特征在于，所述线圈（45）由于不同的可通流截面而彼此不同。
10. 根据权利要求2-9任一项所述的传热单元，其特征在于，所述线圈（45）由于不同数量的回路（49）而彼此不同。
11. 根据权利要求3所述并根据权利要求4-10任一项所述的传热单元，其特征在于，所述线圈（45）由于散热片（47）的不同尺寸和/或通过每单位长度散热片（47）的不同数量和/或通过散热片（47）的不同几何形状和/或通过散热片（47）的不同材料而彼此不同。
12. 根据权利要求2-11任一项所述的传热单元，其特征在于，所述线圈（45）由于不同材料而彼此不同。
13. 根据权利要求4-12任一项所述的传热单元，其特征在于，所有线圈（45）径向上下地配置。
14. 根据权利要求4-12任一项所述的传热单元，其特征在于，至少在径向位于更外部的位置中，至少两个线圈（45）轴向地配置为一个位于另一个之中，使不同线圈（45）的回路（49）彼此轴向相邻配置。
15. 根据权利要求2或3所述的传热单元，其特征在于，至少两个线圈（45）在环形通道（34）内轴向地配置为一个位于另一个之中，使不同线圈（45）的回路（49）彼此轴向相邻配置。
16. 根据权利要求15所述的传热单元，其特征在于，在环形通道（34）内的所有线圈（45）轴向地配置为一个位于另一个之中。
17. 根据权利要求1-16任一项所述的传热单元，其特征在于，至少一个线圈（45）通过去耦元件（62）流体地连接到二级入口（42）或二级出口（43）。
18. 一种装置

    - 具有内燃机（3），所述内燃机（3）包括用于向所述内燃机（3）的燃烧室（7）供给新鲜空气的新风系统（8）和用于从所述燃烧室（7）排放废气的排气系统（10）以及任选的用于从排气系统（10）向新风系统（8）再循环废气的废气再循环系统（12），

    - 具有废热利用系统（4），所述废热利用系统（4）包括废热利用回路（23），其中工作介质在所述废热利用回路（23）中循环，用于蒸发所述工作介质的蒸发器（24），所述蒸发器（24）下游是用于膨胀所述工作介质的膨胀设备（25），所述膨胀设备（25）下游是用于冷凝所述工作介质的冷凝器（26），所述冷凝器（26）下游是用于在废热利用回路（23）中驱动所述工作介质的输送装置（27），

    - 具有根据权利要求1-17任一项所述的传热单元（5），

    - 其中所述主通路（37）结合在排气系统（10）或废气再循环系统（12）中，使所述废气或再循环废气形成主要介质，

    - 其中所述二级通路（44）结合在废热利用回路（23）中，使所述工作介质形成二级介质。
19. 一种装置

    - 具有内燃机（3），所述内燃机（3）包括用于向所述内燃机（3）的燃烧室（7）供应新鲜空气的新风系统（8）和用于从所述燃烧室（7）排放废气的排气系统（10）以及任选的用于从排气系统（10）向新风系统（8）再循环废气的废气再循环系统（12），

    - 具有冷却回路，冷却介质在其中循环，

    - 具有至少一个根据权利要求1-17任一项所述的传热单元（5），

    - 其中所述主通路（37）结合在排气系统（10）或废气再循环系统（12）中，使所述废气或再循环废气形成主要介质，

    - 其中所述二级通路（44）结合在冷却回路中，使所述冷却介质形成二级介质。

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