DE112009000456B4

DE112009000456B4 - Kompositwärmetauscherstirnstruktur

Info

Publication number: DE112009000456B4
Application number: DE112009000456.3T
Authority: DE
Inventors: Sunil I. Mathew; Dan J. Becker; Thomas J. Grabenstetter; Daniel A. Piterski; William E. Donovan; Stephen M. Bertrand
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2029-02-28
Also published as: GB2469974A; RU2010139867A; US20090218081A1; WO2009111297A3; BRPI0906043A2; CN101960246B; CN101960246A; GB201014558D0; RU2490577C2; WO2009111297A2; JP2011513691A; US8517086B2; GB2469974B; DE112009000456T5; JP5401476B2

Abstract

Wärmetauscher (12, 112, 212), miteinem Gehäuse (14, 114, 214) mit einer einen Wärmetauscherhohlraum (24) definierenden Innenwand (22, 122, 222),einem Rohrbündel (20) mit mehreren in dem Gehäuse (14, 114, 214) angeordneten Rohren (21, 121, 221), undwenigstens einer elastischen Stirnstruktur (50, 150, 250) zum Abdichten des Wärmetauscherhohlraums (24),wobei:- die wenigstens eine elastische Stirnstruktur (50, 150, 250) in zusammengedrückter Weise wenigstens über den Wärmetauscherhohlraum (24) quer zu wenigstens einem der mehreren Rohre (21, 121, 221) angeordnet ist,- die wenigstens eine elastische Stirnstruktur (50, 150, 250) wenigstens ein zwischen der Innenwand (22, 122, 222) und dem Rohrbündel (20) angeordnetes Randsegment (56, 156, 256) aufweist,- das wenigstens eine Randsegment (56, 156, 256) wenigstens einen Bereich (60, 160, 260) mit einem ersten Material mit einer elastomeren Eigenschaft, das durch einen ersten Kompressionsmodul gekennzeichnet ist, und wenigstens einen weiteren Bereich (62, 162, 262) mit einem zweiten Material aufweist, das durch einen zweiten Kompressionsmodul gekennzeichnet ist, der größer als der erste Kompressionsmodul ist,- der wenigstens eine weitere Bereich (62, 162, 262) mit dem zweiten Material in der Form von Verschlüssen (62), Einsätzen (162) oder als Bereiche (262) mit vergrößertem Kompressionsmodul durch selektive chemische Änderung oder Zugabe an definierten Stellen über die Randsegmente (256) ausgebildet ist, und- der wenigstens eine Bereich (60, 160, 260) mit dem ersten Material wenigstens teilweise einen weiteren Bereich (62, 162) oder mehrere der weiteren Bereiche (62, 162, 262) umgibt.

Description

Technisches Gebiet
Diese Patentoffenbarung bezieht sich allgemein auf Wärmetauscher und genauer auf Wärmetauscher stirnseitigen, elastomere Eigenschaften aufweisenden Konstruktionen, die einen zum Vorsehen von Strömungsumlenkungsbereichen entlang der Länge eines Rohrbündels ausgebildeten Wärmetauscher dicht abschließen.
Hintergrund
Wärmetauscher können für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden und können etliche verschiedene Formen umfassen. Lediglich als Beispiel nehmen Ölkühler für Verbrennungskraftmaschinen oft die Form eines länglichen Gehäuses ein, das ein Rohrbündel von im Wesentlichen einzelnen Wärmetauscherrohren umgibt. Die Rohre sind oft in einem im Wesentlichen sechseckigen Muster derart untergebracht, dass jedes Rohr von bis zu sechs anderen Rohren umgeben ist. Natürlich können auch andere Muster verwendet werden. Das Rohrbündel wird durch Wärmeleitungsfinnen und/oder Strömungsleitbleche eingebaut und kann von den Leitblechen und den Leitungsfinnen abgestützt werden, die in dem Gehäuse zum Bilden eines gewundenen Strömungswegs zwischen einem Einlass in das Gehäuse und einem Auslass angeordnet sind.
Beispielhafte Wärmetauschervorrichtungen des Standes der Technik sind in der US 7 243 711 B2 dargestellt und beschrieben. Die in diesem Dokument offenbarten Ausführungsformen von Wärmetauschern weisen eine zum Vorsehen einer hocheffizienten Kühlung ausgebildete Konstruktion auf. Insbesondere offenbart
dieses Dokument einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse, das einen Wärmetauscherhohlraum definiert, innerhalb dessen ein Rohrbündel positioniert ist. Das Rohrbündel besteht aus mehreren, in einem definierten Muster angeordneten Rohren. Eine offenbarte Ausführungsform verwendet zum Abstützen des Rohrbündels eine Anordnung von Leitblechen. Das Rohrbündel, die Leitbleche und das Gehäuse definieren einen gewundenen Strömungsweg zwischen einem Einlass und einem Auslass. Der gewundene Strömungsweg enthält mehrere Segmente, die im Wesentlichen senkrecht zu den Rohren sind. Diese Segmente sind durch Strömungsrichtungsänderungsöffnungen getrennt. An den Strömungsrichtungsänderungsöffnungen ist das Rohrbündel von dem Gehäuse durch einen Lückenabstand getrennt, der relativ groß ist. An von den Strömungsrichtungsänderungsöffnungen entfernten Positionen ist das Rohrbündel von dem Gehäuse um einen im Wesentlichen kleineren Lückenabstand getrennt. Die Enden des Gehäuses werden durch herkömmliche Techniken verschlossen, wie beispielsweise stirnseitige Strukturen aus einem elastischen Material, die die Rohre des Rohrbündels umgeben und sich zu dem Gehäuse erstrecken. Diese Anordnung ist zum Abdichten der Wärmetauscherkammer gegen Leckage ausgebildet, wenn sie Betriebsinnendrücken ausgesetzt wird. Wenn jedoch die Innendrücke und/oder die Lückenabstände erhöht bzw. vergrößert werden, kann das Abdichten schwieriger werden.
Weiterhin sind Wärmetauscher aus der US 3 907 030 A und der US 4 421 160 A bekannt. Die US 5 192 499 A offenbart eine Vorrichtung zur Fluidverarbeitung. Zudem offenbart die US 7 221 837 B2 ein Glasrohr mit mehreren darin angeordneten optischen Fasern und mehreren Stützstangen, die zwischen den Innenflächen des Glasrohrs und den optischen Fasern angeordnet sind. Ferner sind aus der US 4 026 565 A eine abgedichtete und stationäre Verbindung und eine Dichtung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion bereitzustellen, die für die stirnseitigen Ausgestaltungen in Bereichen zwischen dem Rohrbündel und dem Gehäuse eine Abstützung schafft, während eine gute Abdichtung beibehalten wird.
Zusammenfassung
Die Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Gemäß einem anderen Aspekt beschreibt diese Offenbarung ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Wärmetauschers, welches nicht zur Erfindung gehört. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines Gehäuses mit einer einen Bereich eines Wärmetauscherhohlraums definierenden Innenwand. Das Verfahren umfasst weiter das Vorsehen eines Rohrbündels mit mehreren Rohren und das Anordnen des Rohrbündels innerhalb des Gehäuses. Das Gehäuse wird mit wenigstens einer elastischen Stirnstruktur abgedichtet, die in zusammengedrückter, verschlussbildender Weise wenigstens teilweise über den Wärmetauscherhohlraum quer zu wenigstens einem Bereich der Rohre angeordnet ist. Die Stirnstruktur weist wenigstens ein zwischen der Innenwand und dem Rohrbündel angeordnetes Randsegment auf. Das Randsegment weist wenigstens ein erstes Material mit elastomeren Eigenschaften, das durch einen ersten Kompressionsmodul charakterisiert ist, zusammen mit wenigstens einem zweiten Material auf, das durch einen zweiten Kompressionsmodul charakterisiert ist. Der zweite Kompressionsmodul ist größer als der erste Kompressionsmodul.
Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Behältereinheit angegeben, welche nicht zur Erfindung gehört. Die Behältereinheit weist eine Struktur mit einer Öffnung auf. Ein Dichtbauteil ist innerhalb der Öffnung angeordnet. Das Dichtbauteil weist einen inneren
Bereich und wenigstens ein Randsegment auf. Das Randsegment weist wenigstens ein erstes Material mit elastomeren Eigenschaften, das durch einen ersten Kompressionsmodul charakterisiert ist, zusammen mit wenigstens einem zweiten Material auf, das durch einen zweiten Kompressionsmodul charakterisiert ist. Der zweite Kompressionsmodul ist größer als der erste Kompressionsmodul.
Diese Offenbarung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit einem Rohrbündel, das innerhalb eines Gehäuses mit einer elastischen Stirnstruktur angeordnet ist, die in zusammengedrückter, verschlussbildender Weise wenigstens teilweise über den Wärmetauscherhohlraum angeordnet ist. Die elastische Stirnstruktur weist ein oder mehrere sich zwischen einer Innenwand des Gehäuses und dem Umfang des Rohrbündels erstreckende Randsegmente auf. Das Randsegment weist eine Kombination an Materialien mit verschiedenen Kompressionseigenschaften auf, die für die Randsegmente eine verbesserte Abstützung schaffen.
Es wurde herausgefunden, dass das Vorhandensein von Bereichen mit vergrößertem Modul an Positionen über die Randsegmente einer elastischen Stirnstruktur dazu beiträgt, die Randsegmente abzustützen. Diese zusätzliche Abstützung hilft bei der Fähigkeit, den Abstand zwischen einem Rohrbündel und dem Gehäuse zu vergrößern und/oder den Druck innerhalb des Wärmetauscherhohlraums zu erhöhen. Ohne dass es auf eine besondere Theorie beschränkt ist, wird vermutet, dass das Vorhandensein der Bereiche mit vergrößertem Modul an Positionen über die Randsegmente die erhöhte Gleichmäßigkeit der Spannungsverteilung über die Stirnstruktur erleichtert. Die von dem umgebenden Gehäuse aufgebrachten Kompressionskräfte werden auf diese Weise durch die ganze Stirnstruktur geleitet, wodurch Bereiche mit niedriger Kompression vermieden werden und auf diese Weise eine verbesserte Stabilität für die Gesamtstruktur vorgesehen wird.
Man beachte auch, dass Multizonendichtelemente gemäß dieser Offenbarung ihre Anwendung in anderen Umgebungen als Wärmetauschern finden können. In dieser Hinsicht können solche Vorrichtungen Anwendung als Dichtstrukturen in jeder Anzahl von druckbeaufschlagten oder drucklosen Behältereinheiten finden. Lediglich als Beispiel kann eine solche Behältereinheit verschiedene Speichertanks, chemische Reaktionsbehälter und dergleichen aufweisen, die eine gute Abdichtung über eine Strukturöffnung erfordern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die einen beispielhaften Wärmetauscher darstellt, der eine elastische Multizonenstirnstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält,
2 ist eine schematische Schnittansicht, die den Wärmetauscherhohlraum in dem Wärmetauscher der 1 darstellt,
3 ist eine schematische Ansicht allgemein geschnitten entlang der Linie 3-3 der 2, die die Multizonenstirnstruktur des Wärmetauschers der 1 darstellt,
4 ist eine schematische Ansicht ähnlich der 3, die eine andere Multizonenstirnstrukturkonstruktion darstellt, und
5 ist eine schematische Ansicht ähnlich der 3, die eine andere Multizonenstirnstrukturkonstruktion zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Nun wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den verschiedenen Ansichten bezeichnen. 1 stellt einen beispielhaften Wärmetauscher 12 dar, wie beispielsweise einen Ölkühler oder dergleichen. In dieser Hinsicht versteht sich, dass, obwohl der Wärmetauscher 12 in der Form eines Ölkühlers dargestellt ist, wie beispielsweise einer, der bei einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann, der Wärmetauscher 12 in keiner Weise auf eine solche Konfiguration oder Verwendung beschränkt ist. Stattdessen kann der beispielhafte Wärmetauscher 12 gemäß dieser Offenbarung viele Formen einnehmen und an viele Anwendungen angepasst werden, wie es von einem Bediener gewünscht ist.
Bei der beispielhaften Konstruktion weist der Wärmetauscher 12 eine Struktur oder ein Gehäuse 14 mit einem Einlass 16 und einem Auslass 18 auf. Das Gehäuse 14 kann in jeder geeigneten Weise unter Verwendung bekannter Materialien hergestellt sein. Lediglich als Beispiel kann ein geeignetes Konstruktionsmaterial Aluminiumguss sein, der zum Erzielen seiner Endform bearbeitet wird. Das Gehäuse 14 weist einen Einlass 16 und einen Auslass 18 für Öl oder ein anderes zu kühlendes Fluid auf. Ein aus mehreren Rohren 21 gebildetes Rohrbündel 20 (2) ist in einem von dem Gehäuse 14 definierten Wärmetauscherhohlraum montiert. Die Rohre 21 sind aus Kupfer oder einem anderen geeigneten, wärmeleitenden Material gebildet und führen ein Kühlfluid in einer Fachleuten gut bekannten Weise. Im Betrieb gelangt heißes Öl oder ein anderes Fluid an dem Einlass 16 in den Wärmetauscher 12. Das Fluid fließt dann entlang des Rohrbündels 20 und verlässt dieses an dem Auslass 18 bei einer niedrigeren Temperatur.
Wie am besten in 2 zu sehen ist, sind bei der beispielhaften Konstruktion Leitbleche 23 an Positionen entlang der Länge des Gehäuses 14 angeordnet. Die Leitbleche 23 umgeben Bereiche des Rohrbündels 20. Die Leitbleche 23 entsprechen allgemein dem inneren Querschnitt des Gehäuses 14 und erstrecken sich teilweise, aber nicht vollständig über den von dem Gehäuse 14 definierten Hohlraum. Die Leitbleche 23, das Rohrbündel 20 und das Gehäuse 14 definieren auf diese Weise einen gewundenen Strömungsweg 25, der an dem Einlass 16 beginnt und an dem Auslass 18 endet. Der gewundene Strömungsweg 25 weist Segmente auf, die annähernd senkrecht zu den Rohren 21 verlaufen. Diese Segmente sind durch Strömungsrichtungsänderungsöffnungen 30 getrennt. Auf diese Weise definiert das Gehäuse einen Wärmetauscherhohlraum 24, innerhalb dessen das Rohrbündel 20 positioniert ist.
Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 2 und 3 weist das Gehäuse 14 eine Innenwand 22 auf, die entlang ihrer Hohlraumlänge 43 im Wesentlichen gleichmäßig ist (2). Die Innenwand 22 weist eine Form auf, die zum verschiebbaren Aufnehmen des Rohrbündels 20 und der Leitbleche 23 dimensioniert ist. Auf diese Weise kann sich der beispielhafte Wärmetauscherhohlraum 24 als einer vorgestellt werden, der eine Hohlraumlänge 43 mit einem gleichmäßigen Querschnitt mit einer Hohlraumbreite 40 und einer Hohlraumhöhe 42 aufweist. Das Rohrbündel 20 weist einen Umfangsatz Rohre 26 auf, die einen Bündelumfang definieren, der an den Strömungsrichtungsänderungsöffnungen 30 von der Innenwand 22 des Gehäuses 14 um einen Öffnungsabstand 28 und um einen Lückenabstand 27 von den Öffnungen getrennt ist. Der Öffnungsabstand 28 ist allgemein größer als der Lückenabstand 27. Der Lückenabstand 27 kann ungefähr der gleiche wie der Zwischenraum zwischen den Rohren 26 innerhalb des Rohrbündels 20 sein, obgleich ein größerer oder kleinerer Lückenabstand ebenfalls verwendet werden kann. In dieser Hinsicht versteht sich, dass der Lückenabstand 27 nicht gleichmäßig sein muss und dass wenigstens einige Bauteile des Umfangssatzes Rohre 26 die Innenwand 22 berühren können. Der Öffnungsabstand ist derart, dass ein Querschnitt des gewundenen Strömungswegs 25 bei den Strömungsrichtungsänderungsöffnungen 30 ohne unverhältnismäßige Einschränkung eine Strömung aufnehmen kann, wodurch der Druckabfall über den Wärmetauscher 12 während des Betriebs verringert wird. Man beachte, dass, obwohl der beispielhafte Wärmetauscher 12 und der Wärmetauscherhohlraum 24 gezeigt sind, als hätten sie einen allgemein sechseckigen Querschnitt, jede Zahl von anderen Konfigurationen ebenso verwendet werden kann. Lediglich als Beispiel können solche anderen Konfigurationen andere mehreckige Formen, kreisförmige Formen, ovale Formen und dergleichen aufweisen.
Wie gezeigt enthält der Wärmetauscher 12 eine beispielhafte Stirnstruktur 50 mit einer kompressiblen Eigenschaft zur Verwendung beim Abdichten des Wärmetauscherhohlraums 24. Die Stirnstruktur 50 ist in einer zusammengedrückten, verschlussbildenden Weise über das Innere des Gehäuses 14 angeordnet. Die dargestellte, beispielhafte Stirnstruktur 50 enthält eine Matrix eines elastischen Materials, das die Rohre 21 in einem inneren Bereich 52 der Stirnstruktur 50 umgebend angeordnet ist. Die Matrix des elastischen Materials enthält Bereiche innerhalb des Umfangssatzes Rohre 26. Lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung können die die Matrix bildenden elastischen Materialien Elastomere enthalten, wie beispielsweise Chloropren, Silikon, EPDM, FKM, Polyurethan, HNBR oder dergleichen. Die dargestellte beispielhafte Stirnstruktur 50 weist auch ein Paar zwischen dem Rohrbündel 20 und der Innenwand 22 des Gehäuses 14 angeordnete Randsegmente 56 auf. Wie gezeigt sind die Randsegmente 56 derart im Wesentlichen axial zu der Querschnittsabmessung der Strömungsrichtungsänderungsöffnungen 30 ausgerichtet, dass die Größe und Form der Randsegmente 56 allgemein der Querschnittsgestalt der Strömungsrichtungsänderungsöffnungen 30 entspricht. Jedoch können ebenso andere Geometrien verwendet werden, falls erwünscht. In dieser Hinsicht versteht sich, dass, obwohl die dargestellte Endstruktur 50 ein Paar Randsegmente 56 aufweist, es ebenso zu beachten ist, dass die Stirnstruktur 50 jede Anzahl an Randsegmenten verschiedener Formen und Größen aufweisen kann, die an verschiedenen Positionen um das Rohrbündel 20 angeordnet sind.
Ungeachtet der Stelle oder der Form der Randsegmente 56 ist zu beachten, dass ein oder mehrere solcher Randsegmente 56 eine Kompositstruktur mit Bereichen sein werden, die durch verschiedene Steifigkeitsgrößen charakterisiert sind. Insbesondere weist wenigstens eines der Randsegmente 56 einen oder mehrere Bereiche 60 mit verringertem Modul auf, die aus einem Material gebildet sind, wie beispielsweise einem Elastomer oder dergleichen, das durch einen ersten Elastizitätsmodul bei Kompression charakterisiert ist. Das Randsegment 56 weist auch eine oder mehrere Bereiche 62 mit vergrößertem Modul auf, die aus einem Material gebildet sind, das durch einen zweiten Elastizitätsmodul bei Kompression charakterisiert ist, der größer als der des Materials mit verringertem Modul ist, das die Bereiche 60 mit verringertem Modul bildet. Fachleute werden verstehen, dass ein Material mit einem größeren Kompressionsmodul steifer ist und einen größeren Widerstand gegen eine elastische Verformung unter Kompressionslastbedingungen bietet. Auf diese Weise sind die Bereiche 60 mit verringertem Modul bei einer vergleichbaren Kompressionsgröße empfindlich gegenüber einer größeren elastischen Verformung als die Bereiche 62 mit vergrößertem Modul. Die Bereiche 62 mit vergrößertem Modul können im Wesentlichen inkompressibel sein oder können eine begrenzte Kompressibilität relativ zu den Bereichen 60 mit verringertem Modul aufweisen. Die Bereiche 60 mit verringertem Modul und die Bereiche 62 mit vergrößertem Modul können in einem im Wesentlichen benachbarten Verhältnis zueinander an Positionen über das Randsegment 56 angeordnet sein.
Lediglich als Beispiel können bei der in 3 dargestellten Anordnung die Bereiche 60 mit verringertem Modul aus einem elastomeren Material gebildet sein. Die Bereiche 62 mit vergrößertem Modul können in der Form von Verschlüssen sein, die derart in Öffnungen über die Randsegmente 56 eingesetzt oder eingeformt sind, dass die Bereiche 60 mit verringertem Modul die Lücken zwischen den Verschlüssen so einnehmen, dass sie die Verschlüsse im Wesentlichen umgeben. Die Bereiche 60 mit verringertem Modul erstrecken sich zu der Innenwand 22, wodurch eine Abdichtung zwischen der Stirnstruktur 50 und dem Gehäuse 14 gebildet wird. Bei der dargestellten Anordnung sind die Verschlüsse in einem Muster angeordnet, das allgemein dem Muster der Rohre 21 in dem Rohrbündel 20 entspricht. Jedoch kann jede Anzahl von anderen Anordnungen ebenso verwendet werden. Gemäß einer betrachteten Praxis können die Bereiche 60 mit verringertem Modul aus dem gleichen Elastomer wie das Matrixmaterial gebildet sein, das die Rohre 21 in dem inneren Bereich 52 umgibt. Jedoch können ebenso andere elastische Materialien verwendet werden, falls erwünscht. Man beachte auch, dass die Bereiche 60 mit verringertem Modul zwei oder mehr Elastomere aufweisen können, falls erwünscht. Die Verschlüsse können aus jedem geeigneten Material mit einem relativ zu den Bereichen 60 mit verringertem Modul vergrößerten Kompressionsmodul ausgebildet sein. Lediglich als Beispiel kann ein geeignetes Verschlussmaterial Stahl oder andere Metalle, Elastomere mit erhöhter Steifigkeit, Holz, Kunststoff, Keramik und dergleichen aufweisen. Die Verschlüsse werden an ihrer Stelle durch die auf die Stirnstruktur 50 aufgebrachten Hauptkompressionskräfte gehalten, obwohl ein Verkleben und/oder Einformen ebenso zum Beibehalten der Stabilität verwendet werden kann, falls erwünscht.
Man beachte auch, dass jede Anzahl von anderen Anordnungen zum Vorsehen einer Kombination von im Wesentlichen kompressiblen Bereichen und Bereichen mit verringerter Kompression über die Randsegmente einer Wärmetauscherstirnstruktur verwendet werden kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in 4 eine Konstruktion für eine Stirnstruktur 150 dargestellt, die in zusammengedrückter Weise an dem Inneren des Gehäuses 114 gehalten ist. Man beachte, dass die Elemente in 4, die denen entsprechen, die zuvor aufgezählt wurden, durch gleiche Bezugszeichen innerhalb einer 100-Reihe bezeichnet sind. Bei der in 4 dargestellten Anordnung sind die Bereiche 162 mit vergrößertem Modul in der Form von Einsätzen, die über die Randsegmente 156 positioniert sind. Die Bereiche 160 mit verringertem Modul nehmen die zu den Einsätzen benachbarten Bereiche ein und können im Wesentlichen die Einsätze umgeben. Bei der dargestellten Anordnung sind die Einsätze allgemein trapezförmig. Jedoch kann jede Anzahl von anderen Anordnungen ebenso verwendet werden. Außerdem beachte man, dass, obwohl die dargestellte Anordnung einzelne Einsätze zum Bilden der Bereiche 162 mit vergrößertem Modul verwendet, mehrere Einsätze über die Randsegmente 156 verwendet werden können, falls erwünscht. Wie gezeigt erstrecken sich die Bereiche 160 mit verringertem Modul zu der Innenwand 122, wodurch eine Abdichtung zwischen der Stirnstruktur 150 und dem Gehäuse 114 gebildet wird. Die Bereiche 160 mit verringertem Modul können aus dem gleichen Elastomer wie die die Rohre 121 umgebende Matrix gebildet sein, obwohl verschiedene Elastomere verwendet werden können, falls erwünscht. Man beachte auch, dass die Bereiche 160 mit verringertem Modul zwei oder mehr Elastomere aufweisen können, falls erwünscht. Die Einsätze können aus jedem geeigneten Material mit relativ zu den Bereichen 160 mit verringertem Modul vergrößerten Kompressionsmodul ausgebildet sein. Lediglich als Beispiel kann ein solches Material Elastomere mit erhöhter Steifigkeit, Metalle, Holz, Kunststoff, Keramik und dergleichen aufweisen. Die Einsätze werden an ihrer Stelle durch die auf die Stirnstruktur 150 aufgebrachten Hauptkompressionskräfte gehalten, obwohl ein Verkleben und/oder Einformen ebenso verwendet werden kann, um die Stabilität beizubehalten, falls erwünscht.
5 stellt eine Konstruktion für eine Stirnstruktur 250 dar, die in einer zusammengedrückten Weise an dem Inneren des Gehäuses 214 gehalten ist. Man beachte, dass die Elemente in 5, die denen entsprechen, die zuvor aufgezählt wurden, durch gleiche Bezugszeichen innerhalb einer 200-Reihe bezeichnet werden. Bei der in 5 dargestellten Anordnung sind die Bereiche 262 mit vergrößertem Modul durch selektive chemische Änderung oder Zugabe an definierten Stellen über die Randsegmente 256 ausgebildet. Die Bereiche 260 mit verringertem Modul nehmen die Bereiche neben den Bereichen 262 mit vergrößertem Modul ein und können die Bereiche 262 mit vergrößertem Modul im Wesentlichen umgeben. Bei der dargestellten Anordnung sind die Bereiche 262 mit vergrößertem Modul allgemein elliptisch. Jedoch kann jede Anzahl von anderen Anordnungen ebenso verwendet werden. Die Bereiche 260 mit verringertem Modul können sich zu der Innenwand 222 erstrecken, wodurch eine Abdichtung zwischen der Stirnstruktur 250 und dem Gehäuse 214 gebildet wird. Jedoch können die Bereiche der Bereiche 262 mit vergrößertem Modul zum Bilden eines Teils der Dichtgrenzfläche auch die Innenwand 222 berühren, falls erwünscht. Die Bereiche 260 mit verringertem Modul können aus dem gleichen Elastomer wie die die Rohre 221 umgebende Matrix ausgebildet sein, obwohl verschiedene Elastomere verwendet werden können, falls erwünscht. Man beachte auch, dass die Bereiche 260 mit verringertem Modul zwei oder mehr Elastomere aufweisen können. Lediglich als Beispiel können gemäß einer Praxis die Bereiche 262 mit vergrößertem Modul durch das selektive lokale Einbringen von verschiedenen Füllmaterialien oder anderen Zusätzen und/oder durch selektives Einbringen von Vernetzungsmitteln oder anderen Härtungsmitteln in eine Basiselastomerzusammensetzung an lokalen Positionen über die Randsegmente 256 ausgebildet werden. Solche Mittel erhöhen die lokale Steifigkeit, wodurch der lokale Kompressionsmodul vergrößert wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die gewerbliche Anwendbarkeit eines Wärmetauschers oder einer anderen Einheit gemäß der vorliegenden Offenbarung wird aus der vorstehenden Erläuterung leicht erkannt. In dieser Hinsicht gilt die vorliegende, sich auf einen Wärmetauscher beziehende Offenbarung so gut wie für jede Wärmetauscherumgebung, die ein Rohrbündel innerhalb eines Gehäuses verwendet und ein elastisches Dichtbauteil enthält, wobei sich Segmente des Dichtbauteils außerhalb eines Umfangs des Rohrbündels erstrecken. Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Offenbarung können zum Kühlen von Fluiden, wie beispielsweise Wasser, Öl, Luft oder dergleichen, verwendet werden. Solche Wärmetauscher finden ihre besondere Anwendung in Umgebungen, in denen eine Wärmeübertragung unter Verwendung eines gewundenen Strömungswegs durch den Wärmetauscher durchgeführt wird.
In der Praxis kann ein Wärmetauscher gemäß dieser Offenbarung in Umgebungen verwendet werden, wie beispielsweise einer Industrieanlage, in Kraftfahrzeugen und dergleichen, in denen der Raum begrenzt ist und in denen ein wesentlicher Kühlwirkungsgrad erforderlich ist. In solchen Umgebungen kann zum Verbessern des Kühlwirkungsgrads die Verwendung eines gewundenen Strömungswegs durch ein Gehäuse, das relativ große Strömungsrichtungsänderungsöffnungen aufweist, vorgesehen werden. Eine elastische Stirnstruktur kann zum effektiven Abdichten des Wärmetauscherhohlraums gegen Leckage verwendet werden. Das Einbauen und/oder Verteilen von Materialien mit relativ großen Kompressionsmoduln innerhalb von Randsegmenten der elastischen Stirnstruktur sieht eine verbesserte Stabilität vor, während eine zusammendrückende Abdichtung des Umfangs zwischen der elastischen Stirnstruktur und dem Gehäuse beibehalten wird.
Zusätzlich zu der Verwendung innerhalb eines Wärmetauschers können Dichtelemente gemäß dieser Offenbarung ihre gewerbliche Anwendung in so gut wie jeder Struktur finden, die ein sicheres Abdichten über eine große Öffnung erfordern. Dies kann die Verwendung in jedweder Speicher- oder Reaktionsstruktur umfassen, in der ein sicheres Abdichten erforderlich ist.

Claims

Wärmetauscher (12, 112, 212), mit einem Gehäuse (14, 114, 214) mit einer einen Wärmetauscherhohlraum (24) definierenden Innenwand (22, 122, 222), einem Rohrbündel (20) mit mehreren in dem Gehäuse (14, 114, 214) angeordneten Rohren (21, 121, 221), und wenigstens einer elastischen Stirnstruktur (50, 150, 250) zum Abdichten des Wärmetauscherhohlraums (24), wobei: - die wenigstens eine elastische Stirnstruktur (50, 150, 250) in zusammengedrückter Weise wenigstens über den Wärmetauscherhohlraum (24) quer zu wenigstens einem der mehreren Rohre (21, 121, 221) angeordnet ist, - die wenigstens eine elastische Stirnstruktur (50, 150, 250) wenigstens ein zwischen der Innenwand (22, 122, 222) und dem Rohrbündel (20) angeordnetes Randsegment (56, 156, 256) aufweist, - das wenigstens eine Randsegment (56, 156, 256) wenigstens einen Bereich (60, 160, 260) mit einem ersten Material mit einer elastomeren Eigenschaft, das durch einen ersten Kompressionsmodul gekennzeichnet ist, und wenigstens einen weiteren Bereich (62, 162, 262) mit einem zweiten Material aufweist, das durch einen zweiten Kompressionsmodul gekennzeichnet ist, der größer als der erste Kompressionsmodul ist, - der wenigstens eine weitere Bereich (62, 162, 262) mit dem zweiten Material in der Form von Verschlüssen (62), Einsätzen (162) oder als Bereiche (262) mit vergrößertem Kompressionsmodul durch selektive chemische Änderung oder Zugabe an definierten Stellen über die Randsegmente (256) ausgebildet ist, und - der wenigstens eine Bereich (60, 160, 260) mit dem ersten Material wenigstens teilweise einen weiteren Bereich (62, 162) oder mehrere der weiteren Bereiche (62, 162, 262) umgibt.
Wärmetauscher (12, 112, 212) nach Anspruch 1, bei dem das erste Material mit elastomerer Eigenschaft ein Elastomer ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chloropren, Silikon, EPDM, FKM, Polyurethan und HNBR besteht.
Wärmetauscher (12, 112, 212) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das zweite Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen, Elastomeren, Holz, Kunststoff und Keramik besteht.
Wärmetauscher (12, 112, 212) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zweite Material die mehreren weiteren Bereiche (62, 162, 262) mit vergrößertem Modul definiert, die in einem Muster zu dem ersten Material mit elastomerer Eigenschaft über wenigstens ein Randsegment (56, 156, 256) angeordnet sind.
Wärmetauscher (12) nach Anspruch 4, bei dem die mehreren weiteren Bereiche (62) mit vergrößertem Modul eine Mehrzahl von Verschlüssen aufweisen und bei dem das erste Material mit einer elastomeren Eigenschaft wenigstens teilweise einen oder mehrere der Verschlüsse umgibt.
Wärmetauscher (12) nach Anspruch 5, bei dem wenigstens ein Verschluss aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen, Elastomeren, Holz, Kunststoff und Keramik besteht.
Wärmetauscher (12) nach Anspruch 6, bei dem wenigstens einer der Verschlüsse aus Stahl ausgebildet ist.
Wärmetauscher (112) nach Anspruch 1, bei dem das zweite Material die mehreren weiteren Bereiche (162) mit vergrößertem Modul definiert, die in einem Muster zu dem ersten Material mit einer elastomeren Eigenschaft über wenigstens ein Randsegment (156) angeordnet sind, wobei die mehreren weiteren Bereiche (162) mit vergrößertem Modul eine Mehrzahl von Einsätzen aufweisen, wobei das erste Material mit einer elastomeren Eigenschaft wenigstens teilweise einen oder mehrere der Einsätze umgibt.
Wärmetauscher (112) nach Anspruch 8, bei dem die Einsätze (162) Keileinsätze sind und wenigstens einer der Keileinsätze aus einem Material ausgebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen, Elastomeren, Holz, Kunststoff und Keramik besteht.
Wärmetauscher (212) nach Anspruch 1, bei dem das zweite Material die mehreren weiteren Bereiche (262) mit vergrößertem Modul definiert, die in einem Muster zu dem ersten Material mit einer elastomeren Eigenschaft über das wenigstens eine Randsegment (256) angeordnet sind, wobei die weiteren Bereiche (262) mit vergrößertem Modul eine Mehrzahl von versteiften lokalen Bereichen des ersten Materials mit einer elastomeren Eigenschaft aufweisen, wobei die versteiften lokalen Bereiche eine relativ zu benachbarten Bereichen des ersten Materials mit einer elastomeren Eigenschaft erhöhte Steifigkeit aufweisen.