DE112012004508T5 - Flacher Ladeluftkühler mit geteilter Strömung und mit Austrittsverteiler mit gleichförmiger Strömung - Google Patents

Flacher Ladeluftkühler mit geteilter Strömung und mit Austrittsverteiler mit gleichförmiger Strömung Download PDF

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Abstract

Ein flacher Ladeluftkühler mit geteilter Strömung und gleichförmiger, aus einem Verteiler austretender Strömung weist einen ersten Wärmetauscherkern auf, der mehrere Gasströmungsdurchgänge und mehrere Kühlmittelströmungsdurchgänge, die in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind, aufweist. Ein erster und ein zweiter Gasauslassverteiler sind in Verbindung mit den Gasströmungsdurchgängen, und ein Gaseinlassverteiler ist in Verbindung mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler. Der Gaseinlassverteiler befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler, derart, dass das Gas in zwei verschiedenen Richtungen von dem Einlassverteiler zu den Auslassverteilern hin strömt. Eine Gasauslasskammer empfängt die Gasströme von den Gasauslassverteilern und sieht einen Raum vor, in welchem die Gasströme vereinigt werden, bevor sie von dem Wärmetauscher ausgegeben werden.

Description

  • QUERVERWEIS AUF BEZOGENE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der provisorischen US-Patentanmeldung Nummer 61/552,808, die am 28. Oktober 2011 eingereicht wurde und deren Inhalt hier einbezogen wird.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher eines heißen Gases mit einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmittel, und insbesondere auf Gas/Gas- oder Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher mit geteilten Strömungskernen zur Gaskühlung in Fahrzeugmaschinensystemen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es ist bekannt, Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher zu verwenden, um komprimierte Ladeluft in Verbrennungsmaschinen mit Turbolader oder in Brennstoffzellenmaschinen zu kühlen, oder heiße Maschinenabgase zu kühlen.
  • Verschiedene Konstruktionen von gaskühlenden Wärmetauschern sind bekannt. Beispielsweise ist bekannt, gaskühlende Wärmetauscher auszubilden, die mit zwei oder mehr konzentrischen Rohren versehen sind, wobei die ringförmigen Räume zwischen benachbarten Rohren als Fluidströmungsdurchgänge dienen. Gewellte Rippen sind typischerweise in den Strömungsdurchgängen vorgesehen, um die Wärmeübertragung zu erhöhen und in einigen Fällen die Rohrschichten miteinander zu verbinden. Gaskühlende Wärmetauscher können auch einen Kern aufweisen, der aus Stapeln von Rohren oder Platten gebildet ist, die abwechselnde Strömungsdurchgänge für das heiße Gas und das Kühlmittel vorsehen.
  • Jede spezifische Anwendung hat ihre eigenen Wärmeaustauschanforderungen und Raumrandbedingungen. Die Erfinder haben gefunden, dass es bei einigen Konstruktionen wünschenswert ist, die Luftströmung an dem Gaseinlassverteiler in zwei Richtungen aufzuteilen, während an dem Gasauslassverteiler eine gleichförmige Gasströmung vorgesehen ist. Es besteht ein Bedürfnis nach wirksamen und effizienten Konstruktionen für derartige Wärmetauscher.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Wärmetauscher zum Kühlen eines Gases mit einem Kühlmittel vorgesehen. Der Wärmetauscher weist einen ersten Wärmetauscherkern auf, aufweisend mehrere erste Gasströmungsdurchgänge und mehrere erste Kühlmittel-Strömungsdurchgänge, wobei die ersten Gasströmungsdurchgänge und die ersten Kühlmittel-Strömungsdurchgänge über den ersten Kern in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind. Der Wärmetauscher weist weiterhin einen ersten Gasauslassverteiler und einen zweiten Gasauslassverteiler auf, von denen zumindest einer in Strömungsverbindung mit den Gasströmungsdurchgängen des Kerns ist. Der Wärmetauscher weist weiterhin einen Gaseinlassverteiler in Strömungsverbindung sowohl mit dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler auf, wobei er sich stromaufwärts des ersten und des zweiten Gasauslassverteilers befindet. Der Wärmetauscher weist weiterhin einen Gasauslass in Strömungsverbindung mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler auf, die sich stromabwärts des ersten und des zweiten Gasauslassverteilers befindet. Der Wärmetauscher weist weiterhin einen Gasauslass zum Ausgeben des Gases aus dem Wärmetauscher auf. Der Gaseinlassverteiler befindet sich zwischen dem ersten Gasauslassverteiler und dem zweiten Gasauslassverteiler, derart, dass eine erste Gasströmungsrichtung zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem ersten Gasauslassverteiler verschieden von einer zweiten Gasströmungsrichtung zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem zweiten Gasauslassverteiler ist; und die Gasauslasskammer empfängt die Gasströmungen von dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler und sieht einen Raum vor, in welchem die Gasströmungen von dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler kombiniert werden, bevor sie aus dem Wärmetauscher ausgegeben werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel hat die erste Gasströmungsrichtung einen Winkel von etwa 180° gegenüber der zweiten Gasströmungsrichtung.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Gaseinlassverteiler in Strömungsverbindung mit allen Gasströmungsdurchgängen des ersten Kerns.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind der Einlassverteiler und der erste und der zweite Gasauslassverteiler innerhalb des ersten Kerns derart enthalten, dass der erste Kern gekapselt ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist jeder der Gasströmungsdurchgänge in dem ersten Kern in Strömungsverbindung mit dem Gaseinlassverteiler und mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind jeweils der erste und der zweite Gasauslassverteiler in Strömungsverbindung mit jedem der Gasströmungsvorgänge in dem ersten Kern.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Wärmetauscher weiterhin einen zweiten Wärmetauscherkern aufweisend mehrerer zweite Gasströmungsdurchgänge und mehrere zweite Kühlmittel-Strömungsdurchgänge auf, wobei die zweiten Gasströmungsdurchgänge und die zweiten Kühlmittel-Strömungsdurchgänge in abwechselnder Reihenfolge über den zweiten Kern angeordnet sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Gaseinlassverteiler in Strömungskommunikation mit jedem der ersten Gasströmungsdurchgänge des ersten Kerns und jedem der zweiten Gasströmungsdurchgänge des zweiten Kerns sein. Auch kann bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Gasauslassverteiler in Strömungsverbindung mit jedem der ersten Gasströmungsdurchgänge des ersten Kerns sein, und der zweite Gasauslassverteiler ist in Strömungsverbindung mit jedem der zweiten Gasströmungsdurchgänge des zweiten Kerns.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich der erste und der zweite Gasauslassverteiler auf entgegengesetzten Seiten des ersten Kerns.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel hat der erste Kern eine mittlere Längsachse, wobei sich der Gaseinlassverteiler entlang dieser Achse erstreckt, und wobei jeweils der erste Gasauslassverteiler und der zweite Gasauslassverteiler einen Abstand von dieser Achse zu einer sich im Allgemeinen axial erstreckenden Seite des ersten Kerns hin aufweisen, und wobei der erste und der zweite Gasauslassverteiler sich entlang der sich im Allgemeinen axial erstreckenden Seite des ersten Kerns erstrecken.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel hat der erste Kern eine Oberseite, durch die das Gas in den Lufteinlassverteiler eintritt, und eine gegenüberliegende Unterseite, durch die das Gas aus dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler austritt; wobei die Oberseite und die Unterseite des ersten Kerns parallel zu den Gasströmungsdurchgängen sind; und wobei die Gasauslasskammer entlang der Unterseite des ersten Kerns angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Platte mit mehreren Perforationen über dem Gasauslass vorgesehen sein. Die Perforationen der Platte können in einer Mitte des Gasauslasses größer als an einer äußeren Kante des Gasauslasses sein.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Wärmetauscher weiterhin eine Basisplatte zur Verbindung mit einer Komponente, die das Gas von dem Wärmetauscher empfängt, auf.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind ein oder mehrere der Gasströmungsdurchgänge und/oder ein oder mehrere der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge mit einem turbulenzvergrößernden Einsatz in der Form einer Rippe oder einem Turbulenzerzeugungsteil mit mehreren Rillen versehen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Rillen jedes Einsatzes innerhalb eines oder mehrerer der Gasströmungsdurchgänge entlang der zweiten Gasströmungsrichtung zwischen dem Gaseinlassverteiler und jedem der Gasauslassverteiler; wobei die Rillen dieses Einsatzes in der Nähe des Gaseinlassverteilers so unterbrochen sind, dass der Gaseinlassverteiler durch diesen Einsatz unbedeckt bleibt; und wobei Spalte zwischen gegenüberliegenden Enden des Gaseinlassverteilers und einer Umfangskante des Gasströmungsdurchgangs vorgesehen sind, und wobei dieser Einsatz zumindest eine kontinuierliche Rille enthält, die sich kontinuierlich durch jeden dieser Spalte erstreckt, und die zumindest eine kontinuierliche Rille sich zwischen dem ersten Gasauslassverteiler und dem zweiten Gasauslassverteiler erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthalten die Rillen Seitenwände, und die Seitenwände der kontinuierlichen Rillen sind im Wesentlichen nicht perforiert, zumindest in solchen Bereichen der kontinuierlichen Rillen, die durch die Spalte hindurchgehen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind Spalte zwischen gegenüberliegenden Enden des Gaseinlassverteilers und einer Umfangskante des Gasströmungsdurchgangs vorgesehen, wobei ein Umgehungskanal entlang der äußeren Umfangskante des Gasströmungsdurchgangs definiert ist, welcher Kanal in Strömungsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler ist; und wobei der Wärmetauscher weiterhin ein Blockierelement aufweist, das in jedem der Spalte zwischen einem der Enden des Gaseinlassverteilers und dem Umgehungskanal vorgesehen ist, welches Blockierelement sich entlang einer Kante des Gaseinlassverteilers erstreckt und eine Umgehungsströmung zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem Umgehungskanal blockiert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge ausgebildet für eine Strömung des Kühlmittels entlang eines U-förmigen Strömungspfads, und der Wärmetauscherkern enthält einen Kühlmittel-Einlassverteiler und einen Kühlmittel-Auslassverteiler, die beide entlang einer Seite des Wärmetauscherkerns angeordnet sind; und wobei zumindest eine längliche Rippe zwischen dem Kühlmittel-Einlassverteiler und dem Kühlmittel-Auslassverteiler angeordnet ist, wobei sie sich entlang einer Richtung der Kühlmittelströmung erstreckt, um die Strömung des Kühlmittels entlang einer U-Form zu führen, um die Strömung des Kühlmittels entlang des U-förmigen Strömungspfads zu leiten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Wärmetauscher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 2 eine perspektivische Unteransicht hiervon ist;
  • 3 eine Seitenansicht hiervon ist;
  • 4 eine Draufsicht hiervon ist, wobei der Gaseinlasskanal und Kühlmittelanschlüsse entfernt sind;
  • 5 eine Unteransicht hiervon ist, wobei die perforierte Platte entfernt ist;
  • 6 eine Längsschnittansicht entlang der Linie 6-6 in 4 ist, wobei der Gaseinlasskanal und Kühlmittelanschlüsse weggelassen sind;
  • 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 in 4 ist, wobei der Gaseinlasskanal und Kühlmittelanschlüsse weggelassen sind;
  • 8 eine perspektivische Ansicht der Luftseite der ersten Kernplatte ist;
  • 8a ein vergrößerter Querschnitt durch die Platte nach 8 ist, entlang Linien X, X und Y-Y' in 8;
  • 8b eine Vergrößerung eines Teils des Längsschnitts nach 6 ist, die eine Anzahl von Blockierelementen zeigt;
  • 9 eine perspektivische Ansicht der Kühlmittelseite der ersten Kernplatte ist;
  • 9a eine perspektivische Ansicht der Kühlmittelseite der ersten Kernplatte, die für eine U-förmige Strömung des Kühlmittels ausgebildet ist, ist;
  • 10 eine perspektivische Draufsicht auf die Basisplatte des Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 11 eine perspektivische Ansicht der Kühlmittelseite der zweiten Kernplatte ist;
  • 12 eine perspektivische Ansicht der Luftseite der zweiten Kernplatte ist;
  • 13 eine perspektivische Draufsicht auf eine Deckplatte des Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 14 eine perspektivische Draufsicht auf eine Bodenplatte des Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 15 eine perspektivische Draufsicht auf eine Kernplatte eines Wärmetauschers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist;
  • 16 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist;
  • 17 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 17-17 in 16 ist; und
  • 18 eine Längsschnittansicht entlang der Achse A in 16 ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ein Wärmetauscher 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 14 beschrieben.
  • Der Wärmetauscher 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann als ein Ladeluftkühler in einem Motorfahrzeug verwendet werden. Demgemäß enthält der Wärmetauscher 10 Einlässe, Auslässe und Strömungsdurchgänge für Luft und für ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, typischerweise ein flüssiges Kühlmittel. Die Einlässe und Auslässe für die Luft und das Kühlmittel sind so angeordnet, dass die Luft auf der Oberseite des Wärmetauschers eintritt und auf der Unterseite austritt, während das Kühlmittel durch die Oberseite des Wärmetauschers eintritt und austritt. Der Wärmetauscher 10 hat eine Basisplatte 12, die ausgebildet ist zum Befestigen an einer anderen Komponente eines Fahrzeug-Luftansaugsystems wie eines Ansaugverteilers oder eines Befeuchters. Der Wärmetauscher 10 enthält auch einen Lufteinlasskanal 15 zum Empfangen von heißer komprimierter Ladeluft von einer Komponente (nicht gezeigt) eines stromaufwärtsseitigen Ansaugsystems. Der Kanal 15 ist mit der stromaufwärtsseitigen Komponente durch einen Befestigungsflansch 17 verbunden. Der Einlasskanal 15 kann konische Seitenwände haben, um die Verteilung von Luft in dem Kern des Wärmetauschers 10 zu optimieren, wie nachfolgend weiter diskutiert wird. Der Wärmetauscher 10 hat auch einen Kühlmittelanschluss 19, 21, wobei sich einer an dem Kühlmittel-Einlassverteiler und der andere an dem Kühlmittelauslassverteiler befinden. Die spezifischen Orte und Konfigurationen der Einlass- und Auslassöffnungen für die Luft und das Kühlmittel sind abhängig von der spezifischen Konfiguration des Luftansaugsystems eines Fahrzeugs und variieren für die jeweiligen Anwendungen.
  • Die Basisplatte 12 enthält eine mittlere Öffnung, die als der Auslass für Luft, die im Wärmetauscher 10 gekühlt ist, wirkt. Die Basisplatte hat eine obere Oberfläche 16, an der der Kern 24 des Wärmetauschers befestigt ist, und eine entgegengesetzte untere Oberfläche 18 die zur Befestigung an einer anderen Fahrzeugkomponente ausgestaltet ist, die die gekühlte Luft von dem Wärmetauscher 10 empfängt. Die untere Oberfläche kann mit einer Nut 20 versehen sein, die einen O-Ring zum Abdichten des Wärmetauschers 10 gegenüber der angrenzenden Komponente aufnehmen kann.
  • Wie gezeigt ist, erstrecken sich die äußeren Kanten der Basisplatte 12 nach außen über den Kern 24 hinaus, um einen Umfangsflansch zu bilden, der mit Löchern 22 für die Befestigung an der angrenzenden Komponente durch Bolzen oder dergleichen (nicht gezeigt) vorgesehen sein kann. Der Kern 24 ist auf der oberen Oberfläche 16 der Basisplatte 12 befestigt und gekapselt, was bedeutet, dass die Verteiler und Strömungsdurchgänge vollständig innerhalb des Stapels von Platten, aus denen der Kern 24 gebildet ist, umschlossen sind, und daher benötigt der Wärmetauscher 10 kein äußeres Gehäuse. Der Kern 24 ist so konfiguriert, dass er den Luftstrom teilt, nachdem er in den Kern 24 eingetreten ist, und die Gleichförmigkeit des Luftstroms verbessert, wenn er den Wärmetauscher 10 verlässt.
  • Der Kern 24 besteht aus mehreren Platten, die Fläche an Fläche miteinander verbunden sind, um abwechselnde Strömungsdurchgänge für Luft und das Kühlmittel zu bilden. Der Kern 24 enthält mehrere erste Kernplatten 26 und mehrere zweite Kernplatten 28, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gegenseitige Spiegelbilder sind, aber die bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung einander identisch sein können. Der Kern 24 enthält weiterhin eine Bodenplatte 30, die sich auf der Unterseite des Kerns 24 befindet, unmittelbar angrenzend an die Basisplatte 12, und eine Deckplatte 32, die sich auf der Oberseite des Kerns 24 befindet. Obgleich dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist die Deckplatte 32 mit einem Lufteinlassanschluss versehen, durch den Luft zu dem Wärmetauscher 10 geliefert wird, sowie mit einem Einlass- und einem Auslassanschluss für das Kühlmittel. Obgleich der Kern 24 des Wärmetauschers 10 gekapselt ist und aus Kernplatten 26, 28, die Fläche an Fläche miteinander verbunden sind, besteht, ist augenscheinlich, dass der Wärmetauscher 10 stattdessen aus einem Stapel aus gepressten Platten gebildet sein kann, die hochstehende verschachtelte Kanten haben. Alternativ braucht der Kern 24 nicht gekapselt zu sein, sondern kann stattdessen von einem Gehäuse umschlossen sein, wie bei dem nachfolgend beschriebenen und in den 16 bis 18 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel.
  • Der Wärmetauscher 10 enthält einen Lufteinlassverteiler 34, der bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel zentral einer mittleren Längsachse A des Wärmetauschers 10 angeordnet ist (die Achse A wird nachfolgend auch als die mittlere Längsachse der individuellen Platten verwendet), und durch mehrere getrennte Öffnungen 86 definiert ist, die entlang der Achse A in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Die Oberseite des Lufteinlassverteilers 34 ist offen durch Öffnungen 86 in der Deckplatte 32, und die Unterseite des Verteilers 34 ist geschlossen durch die Bodenplatte 30. Es ist darauf hinzuweisen, dass der genaue Ort, die Form und das Aussehen des Einlassverteilers 34 gegenüber den in den Zeichnungen gezeigten verschieden sein können. Beispielsweise kann der Lufteinlassverteiler 34 eine einzelne längliche Öffnung im Kern 24 aufweisen, und die den Verteiler 34 aufweisenden Öffnungen sind nicht notwendigerweise mit der Achse A ausgerichtet. Obgleich die Öffnungen 86 sämtlich als gleich groß gezeigt sind, ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Die relativen Größen der Öffnungen 86 können wie erforderlich eingestellt werden, um eine gleichförmige Verteilung von Einlassluft entlang der Länge des Lufteinlassverteilers 34 sowie eine gleichförmige Luftströmungsverteilung über den Kern 24 zu erzielen. Beispielsweise können die Öffnungen 86 in der Nähe des Befestigungsflansches 17 größer als die Öffnungen distal von dem Befestigungsflansch 17 sein. Durch Verwendung der Öffnungen 86 zum Ausgleichen der Luftströmungsverteilung über den Kern 24 braucht sich der Wärmetauscher 10 nicht ausschließlich auf die Form des Lufteinlasskanals 15 für einen Strömungsausgleich zu stützen. Somit wird die genaue Form des Einlasskanals 15 weniger kritisch, und die vorherrschende Betrachtung bezieht sich eher auf Packungsrandbedingungen als auf Strömungsausgleich. Da die Gesamtform und das Volumen des Wärmetauschers 10 teilweise durch die Konfiguration des Einlasskanals 15 bestimmt werden, ist dies ein wichtiger Vorteil des Wärmetauschers 10 bei Fahrzeuganwendungen, bei denen der Raum begrenzt ist.
  • In der Unteransicht von 5 ist ein Paar von Luftauslassverteilern 36 sichtbar, deren Unterseite durch Öffnungen 112 der Bodenplatte 30 offen ist, und deren Oberseite durch die Deckblatte 32 geschlossen ist. Die Luftauslassverteiler 36 sind in Strömungsverbindung mit der mittleren Öffnung 14 der Basisplatte 12, durch die die Luft den Wärmetauscher 10 verlässt. Die Luftauslassverteiler 36 erstrecken sich jeweils in Längsrichtung parallel zu dem Lufteinlassverteiler 34 und der Achse A, und sie erstrecken sich entlang eines größeren Teils der Länge des Kerns 24. Die Einlass- und Auslassverteiler 34, 36 sind in Strömungsverbindung mit den Luftströmungsdurchgängen 72 über den Kern 24, und es ist ersichtlich, dass die an der Oberseite des Wärmetauschers 10 in den Lufteinlassverteiler 34 eintretende Luft in zwei Richtungen aufgeteilt wird, wobei sie quer durch die Luftströmungsdurchgänge 72 von dem Verteiler 34 weg zu den Luftauslassverteilern 36 strömt, die sich nahe der äußeren Umfangskante des Kerns 24 befinden. Die Luft tritt dann durch die Luftauslassverteiler 36 auf der Unterseite des Kerns 24 aus und strömt durch die mittlere Öffnung 14 der Basisplatte 12 aus dem Wärmetauscher 10 heraus. Es ist ersichtlich, dass der Wärmetauscher 10 ein relativ niedriges Profil (Höhe) im Vergleich zu seiner Gesamtgrundfläche hat, und der Kern besteht aus insgesamt vier Plattenpaaren (Fläche an Fläche-Kombinationen der Platten 26, 28), plus der Bodenplatte 30 und der Deckplatte 32. Wieder kann es bei Fahrzeuganwendungen, bei denen der Raum begrenzt ist, erforderlich sein, die Höhe des Wärmetauschers zu beschränken, um Packungsrandbedingungen zu genügen. Bei dieser Konfiguration, bei der der Platten eine relativ große Oberfläche haben, haben die Erfinder entdeckt, dass es nützlich ist, die Gasströmung in entgegensetzte Richtungen aufzuteilen, um einen effektiven Wärmeaustausch über die horizontalen Gasströmungspfade zu erhalten, während ein übermäßiger Druckabfall vermieden wird. Ein besonderer Vorteil der geteilten und gewendeten Gasströmungen, wenn sie in der Auslasskammer bei dieser Konfiguration wieder kombiniert werden, besteht darin, dass ein gut gemischter Auslassgasstrom mit gleichförmiger Temperatur erhalten wird, was Systemvorteile hat, wie nachfolgend erläutert wird; darüber hinaus wird dieser gut gemischte Austrittsgasstrom von gleichförmiger Temperatur erhalten innerhalb einer Wärmetauscherstruktur mit geringer Gesamthöhe und Austrittskammer.
  • Der Wärmetauscher 10 enthält auch einen Kühlmittel-Einlassverteiler 38 und einen Kühlmittel-Auslassverteiler 40, die sich an entgegengesetzten, in Längsrichtung einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Enden des Kerns 24 befinden. Sowohl der Kühlmitteleinlass- als auch der -auslassverteiler 38, 40 sind durch die Oberseite des Wärmetauschers 10 offen und an der Unterseite des Kerns 24 durch die Bodenplatte 30 geschlossen. Der Kühlmittel-Einlass- und -auslassverteiler 38, 40 sind in Strömungsverbindung mit mehreren Kühlmittel-Strömungsdurchgängen 74, die zwischen benachbarten Kernplatten 26, 28 über den Kern 24 definiert sind. Es ist aus den Zeichnungen ersichtlich, dass das Kühlmittel durch die Oberseite des Wärmetauschers 10 eintritt, in den Kühlmitteleinlassverteiler 38 strömt und dann diagonal durch den Kern 24 im Allgemeinen in einer Längsrichtung zu dem Kühlmittelauslassverteiler 40 strömt, aus dem das Kühlmittel durch die Oberseite des Wärmetauschers 10 herausströmt. Somit ist ersichtlich, dass die Luftströmungsdurchgänge 72 und Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 74 so angeordnet sind, dass die Luftströmung und die Kühlmittelströmung im Wesentlichen senkrecht zueinander sind, das heißt, in einer Kreuzströmungsanordnung.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die Orte des Kühlmitteleinlass- und -auslassverteilers nicht notwendigerweise wie in den Zeichnungen gezeigt sind, noch ist der Wärmetauscher 10 notwendigerweise ein Kreuzströmungs-Wärmetauscher. Stattdessen können die Orte der Kühlmittelverteiler 38, 40 sich einander direkt gegenüber befinden. Wenn der Ort der Kühlmittelverteilet eine Kernplatte ergibt, die symmetrisch ist, ist darauf hinzuweisen, dass die Kernplatten 26, 28 einander identisch sein können, in welchem Fall der Kern 24 aus einem Stapel aus identischen Kernplatten gebildet sein kann, selbstverständlich mit Ausnahme der Deck- und der Bodenplatte, die unterschiedlich sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Kühlmittelverteiler 38, 40 entlang der sich axial erstreckenden Seiten (das heißt, der langen Seiten) der Platten angeordnet sein können, so dass der Wärmetauscher 10 eine Kombination aus Gleichstrom/Gegenstrom-Wärmetauscher ist. Auch können sich die Kühlmittelverteiler 38, 40 entlang derselben Seite oder demselben Ende angeordnet sein, in welchem Fall der Kühlmittel-Strömungsdurchgang 64 eine U-Strömungskonfiguration haben kann. Auch kann die Richtung der Kühlmittelströmung gegenüber der in den Zeichnungen gezeigten umgekehrt sein, so dass die Orte der Kühlmittelverteiler 38, 40 umgekehrt sind.
  • Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, hat die Basisplatte 12 eine Dicke, die beträchtlich größer als die Dicke der Kernplatten ist. Die größere Dicke der Basisplatte 12 bewirkt, dass der Kern 24 des Wärmetauschers 10 einen Abstand von der Bodenfläche 18 der Basisplatte 12 hat, wodurch ein Austrittsraum, eine Auslasskammer oder ein Luftverteilungs-Auslassraum 76 zwischen der Unterseite des Kerns 24 und der unteren Oberfläche 18 der Basisplatte 12 erhalten wird. Innerhalb dieses Luftverteilungsraums 76 kann die Strömung der aus dem Kern 24 durch die geteilten Luftauslassverteiler 36 austretenden Luft wieder vereinigt und gemischt werden, um eine gleichförmige Temperatur zu erhalten und die Luftströmung über die gesamte Fläche der mittleren Öffnung 14 zu verteilen, um eine gleichmäßige Luftströmung zu der angrenzenden Komponente des Fahrzeug-Ansaugsystems zu erhalten. Auch hat, da die Luft innerhalb der geteilten Luftauslassverteiler 36 und in dem Luftverteilungsraum wieder vereinigt wird, die Luft eine gleichförmige Temperatur, wenn sie durch den Raum 76 strömt und die Unterseite des Wärmetauschers 10 verlässt. Dies kann von besonderer Wichtigkeit sein, abhängig von der Struktur der Komponente, die sich unmittelbar stromabwärts des Wärmetauschers 10 befindet. Beispielsweise kann in Brennstoffzellenmaschinen, in denen ein Membranbefeuchter (nicht gezeigt) die gekühlte Luft von dem Wärmetauscher 10 empfängt, eine Ungleichförmigkeit der Lufttemperatur zur heißen Punkten auf der Fläche des Befeuchterkerns, der die Luftströmung von dem Wärmetauscher 10 empfängt, führen. Ungleiche Temperaturen können zu einer lokalen Abnahme des Befeuchterwirkungsgrades führen oder ein Austrocknen oder eine thermische Verschlechterung der Befeuchtermembranen bewirken, oder eine thermische Beschädigung von strukturellen Befeuchterkernkomponenten, zum Beispiel, wenn der Befeuchter aus Kunststoffkernplatten besteht.
  • Es ist auch wünschenswert, dass die Strömung von aus dem Wärmetauscher austretender Luft über die mittlere Öffnung 14 gleichförmig ist. Obgleich das Mischen des Gases und die Wiedervereinigung der Austrittsgasströme, die bei der vorliegenden Erfindung erzielt werden, ein besonderer Vorteil sind, kann in einigen Fällen die Gleichförmigkeit der Austrittsluftströmung verbessert werden durch Vorsehen einer Luftverteilungsplatte 42 (2) mit Perforationen 79 darin, um die geteilte Strömung von den Verteilern 36 zu empfangen und sie in eine relativ gleichförmige Strömung zu transformieren, wenn die Luft aus dem Wärmetauscher 10 austritt. Beispielsweise kann die Luftverteilungsplatte 42 zwischen der Basisplatte 12 und der angrenzenden Fahrzeugkomponente angeordnet sein, oder die Platte 42 kann integral mit der Basisplatte 12 ausgebildet sein. Obgleich die Perforationen 79 in 2 als eine gleichförmige Größe aufweisend gezeigt sind, können die Perforationen 79 in dem mittleren Bereich der Platte 42 größer und an den Kanten kleiner sein, um eine erhöhte Wiederverteilung der Strömung zu der Mitte der Öffnung 42 hin zu fördern, wodurch die Gleichförmigkeit der Auslassluftströmung verbessert wird. Das Vorsehen einer perforierten Luftverteilungsplatte 42 ist wahlweise, und sie braucht nicht bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung erforderlich zu sein. Beispielsweise kann, wenn der Rückdruck der stromabwärtsseitigen Komponenten ausreichend hoch ist, ein gleichförmiger Auslassluftstrom auch bei Abwesenheit der Luftverteilungsplatte 42 erzielt werden.
  • Im Folgenden werden die Kernplatten 26, 28 beschrieben, die übereinander in Fläche an Fläche-Anordnung gestapelt sind und die zusammen mit der Boden- und der Deckplatte 30, 32 den Kern 24 definieren.
  • Die 8 und 9 illustrieren die jeweilige Luftseite 46 und die Kühlmittelseite 44 der ersten Kernplatte 26. Das Kühlmittel strömt über die Kühlmittelseite 44 der Kernplatte 26, während die Luft über die entgegengesetzte Luftseite 46 der Kernplatte 26 strömt.
  • Die erste Kernplatte 26 ist mit mehreren Blasen oder Erhebungen 48 versehen, die von der Kühlmittelseite 44 der Platte 26 hoch stehen. Die Erhebungen 48 befinden sich entlang der mittleren Längsachse A, und jede Erhebung 48 hat eine flache obere Fläche, die mit einer Lufteinlassverteileröffnung 50 versehen ist. Ein Teil der flachen oberen Fläche jeder Erhebung 48 umgibt die Öffnung 50, wodurch eine Abdichtfläche erhalten wird, entlang der die Erhebung 48 gegenüber einer Erhebung einer angrenzenden Platte abgedichtet sein kann, wie nachfolgend weiter diskutiert wird. Im Querabstand zu den Umfangskanten der Platte 26 hin und sich entlang der Achse A erstreckend sind Erhebungen 54, von denen jede eine flache obere Fläche hat, die mit einer Luftauslassverteileröffnung 52 versehen ist. Die flachen oberen Flächen der Erhebungen 48 und 54 sind coplanar mit einer Kühlmittelseitigen Abdichtfläche 58 in der Form eines Umfangswulsts oder einer Umfangsrippe, und entlang dieser Flächen ist die Kernplatte 26 gegenüber einer angrenzenden Kernplatte abgedichtet, wie nachfolgend weiter diskutiert wird.
  • Die erste Kernplatte 26 enthält eine planare Basis 56, entlang der Kühlmittel zwischen einer Kühlmittel-Einlassverteileröffnung 64 und einer Kühlmittel-Auslassverteileröffnung 68 strömt. Wie auf der Luftseite 46 der Kernplatte 26 ersichtlich ist, sind die Kühlmitteleinlass- und -auslassverteileröffnung 64, 87 in den flachen oberen Flächen von Erhebungen 66, 70 gebildet, die von der Luftseite 46 der Kernplatte 26 hoch stehen. Auf der Luftseite 46 ist eine Abdichtfläche 60 vorgesehen, die sich auf einem sich nach außen erstreckenden Umfangsflansch 62 befinden und coplanar mit den flachen oberen flachen der Erhebungen 66, 70 sind.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Kernplatte 26, 28 Spiegelbilder voneinander in einer zu der Achse A parallelen Ebene. Somit gilt die Beschreibung der Elemente der ersten Kernplatte 26 in gleicher Weise für die Beschreibung der zweiten Kernplatte 28, und gleiche Elemente der Kernplatte 28 sind durch die gleichen Bezugszahlen identifiziert, wobei die Elemente der zweiten Kernplatte 28 durch mit einem Strich versehene Bezugszahlen identifiziert werden, um sie von den Elementen der ersten Kernplatte 26 zu unterscheiden.
  • Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, sind die erste und die zweite Kernplatte 26, 28 in abwechselnder Reihenfolge über die Höhe des Kerns 24 gestapelt und sind entlang ihrer jeweiligen Abdichtflächen gegeneinander abgedichtet. Insbesondere sind die Kernplatten 26, 28 so im Kern 24 angeordnet, dass die Kühlmittelseite 44 einer ersten Kernplatte 26 der Kühlmittelseite 44' einer angrenzenden zweiten Kernplatte 28 zugewandt ist, derart, dass ein Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 zwischen ihnen gebildet ist, und derart, dass die Erhebungen 48, die die Lufteinlassverteileröffnungen 50 der ersten Kernplatte 26 umgeben, zusammen mit den Erhebungen 48', die die Lufteinlassverteileröffnungen 50' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 umgeben, abdichten; die Erhebungen 54, die die Luftverteilerauslassöffnungen 52 der ersten Kernplatte 26 umgeben, sind mit den Erhebungen 54', die die Luftauslassverteileröffnungen 52' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 umgeben, abgedichtet; und die kühlmittelseitige Abdichtfläche 58 der ersten Kernplatte 26 ist gegenüber der kühlmittelseitigen Abdichtfläche 58' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 abgedichtet. Somit ist der Kühlmittelströmungsdurchgang 74 zwischen der ebenen Basis 56 der ersten Kernplatte 26 und der ebenen Basis 56' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 definiert, und der Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 ist in Strömungsverbindung mit den ausgerichteten Kühlmittel-Einlassverteileröffnungen 64, 64' der Kernplatten 26, 28 und den ausgerichteten Kühlmittel-Auslassverteileröffnungen 68, 68' der ersten und der zweiten Kernplatte 26, 28.
  • Die entgegengesetzte Luftseite 46 der vorbeschriebenen ersten Kernplatte 26 ist Fläche an Fläche mit der Luftseite 46' einer anderen angrenzenden zweiten Kernplatte 28 so verbunden, dass ein Luftströmungsdurchgang 72 zwischen der ebenen Basis 56 der ersten Kernplatte 26 und der ebenen Basis 56' der zweiten Kernplatte 28 gebildet ist. Die Erhebungen 66, 70, die die jeweiligen Kühlmittel-Einlass- und Auslassverteileröffnungen 64, 68 der ersten Kernplatte 26 umgeben, sind gegenüber den Erhebungen 66', 70' die die jeweiligen Kühlmittel-Einlass- und -auslassverteileröffnungen 64', 68' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 umgeben, abgedichtet, um die Kühlmittel-Einlass- und -auslassverteiler 38, 40 gegenüber dem Luftströmungsdurchgang 72 abzudichten. Auch ist die auf dem Flansch 62 der Kernplatte 26 vorgesehene luftseitige Abdichtfläche 60 gegenüber einen entsprechenden luftseitigen Abdichtfläche 60 auf dem Flansch 62' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 abgedichtet, wodurch der Außenumfang des Luftströmungsdurchgangs 72 abgedichtet wird.
  • Die erste und die zweite Kernplatte 26, 28 sind in abwechselnder Reihenfolge über den Kern 24 angeordnet, wie vorstehend beschrieben ist, derart, dass jeder Luftströmungsdurchgang 72 zwischen einem Paar von Kühlmittel-Strömungsdurchgängen 74 angeordnet ist. In dem Wärmetauscher 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein oberster Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 zwischen der Deckplatte 32 und der Kühlmittelseite 44 einer angrenzenden ersten Kernplatte 26 vorgesehen, während ein unterster Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 zwischen der oberen Seite 94 der Bodenplatte 30 und der Kühlmittelseite 44 einer zweiten Kernplatte 28 vorgesehen ist. Die Deckplatte 32 hat eine obere Seite 78, die dem Kern 24 nach oben abgewandt ist, und eine untere (Kühlmittel-)Seite 80, die gegenüber der Kühlmittelseite 44 der angrenzenden ersten Kernplatte so abgedichtet ist, dass der oberste Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 gebildet wird. Die Deckplatte 32 enthält eine Kühlmittel-Einlassverteileröffnung 82 und eine Kühlmittel-Auslassverteileröffnung 84, um dem Kühlmittel den Eintritt in den Kühlmittel-Einlassverteiler zu ermöglichen und dem Kühlmittel zu ermöglichen, aus dem Kühlmittel-Auslassverteiler herauszuströmen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, ist darauf hinzuweisen, dass Kühlmittel-Einlass- und -auslassanschlüsse gegenüber der Kühlmittel-Einlass- und Auslassverteileröffnungen 82, 84 der Deckplatte 32 abgedichtet sind.
  • Um den Eintritt von Luft in den Wärmetauscher 10 zu ermöglichen, ist die Deckplatte 32 mit Lufteinlassverteileröffnungen 86 versehen, die entlang der Achse A der Deckplatte 32 ausgerichtet sind. Die Öffnungen 86 sind so angeordnet und bemessen, dass sie über den Kern 24 mit den ausgerichteten Lufteinlassverteileröffnungen 50, 50' der Kernplatten 26, 28 ausgerichtet sind. Die Lufteinlassverteileröffnungen 86 sind in den flachen oberen Flächen von Erhebungen 88, die von der Kühlmittelseite 80 der Deckplatte 32 hoch stehen, gebildet. Die oberen Flächen der Erhebungen 88 sind coplanar mit einem Abdichtflansch 92, der sich um den Umfang der Deckplatte 32 erstreckt, derart, dass die Erhebungen 88 der Deckplatte 32 gegenüber den Erhebungen 48, die die Lufteinlassverteileröffnungen 50 der angrenzenden ersten Kernplatte 26 umgeben, abgedichtet sind.
  • Wie in 13 gezeigt ist, ist der abdichtende Umfangsflansch 92 der Deckplatte 32 entlang der sich axial erstreckenden Kanten der Deckplatte 32 breiter, um ein Paar von Luftauslassverteiler-Abdichtflächen 90 zu bilden. Die Abdichtflächen 90 sind gegenüber den die Luftverteilerauslassöffnungen 52 auf der Kühlmittelseite 44 der angrenzenden ersten Kernplatte 26 umgebenden Erhebungen 54 abgedichtet, wodurch die oberen Seiten der Luftauslassverteiler 36 vollständig abgedichtet sind.
  • Die Bodenplatte 30 hat eine obere (Kühlmittel-)Seite 94 und eine untere Seite 96, die gegenüber der oberen Fläche 16 der Basisplatte 12 abgedichtet ist. Auf der Kühlmittelseite 94 der Bodenplatte 30 ist eine kühlmittelseitige Abdichtfläche 98 in der Form eines äußeren Umfangswulsts vorgesehen, der gegenüber der kühlmittelseitigen Abdichtfläche 58' auf der Kühlmittelseite 44 einer zweiten Kernplatte 28 abgedichtet ist. Demgemäß ist ein unterster Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 zwischen der ebenen Basis der Bodenplatte 30 und der ebenen Basis 56' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 gebildet. Die untere Seite 96 der Bodenplatte 30 ist mit einer Abdichtfläche 100 in der Form eines sich nach außen erstreckenden Flansches 102 um den Umfang der Bodenplatte 30 herum versehen, entlang der die Bodenplatte 30 gegenüber der Basisplatte 12 abgedichtet ist.
  • Ein Ende der Bodenplatte 30 ist mit einer Kühlmittel-Einlassverteiler-Abdichtfläche 104 versehen, und das andere Ende ist mit einer Kühlmittel-Auslassverteilerabdichtfläche 106 versehen. Die Abdichtflächen 104 und 106 schließen die unteren Seiten jeweils des Kühlmittel-Einlassverteilers 38 und des Kühlmittel-Auslassverteilers 40. Diese Abdichtflächen 104, 106 befinden sich an den äußeren Umfangskanten der Bodenplatte 30 und sind teilweise von der kühlmittelseitigen Abdichtfläche 98 umgeben. Jedoch ist jede der Abdichtflächen 104, 106 auf einer Seite offengelassen, um eine Strömungsverbindung zwischen dem untersten Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 und dem Kühlmittel-Einlass- und -auslassverteiler 38, 40 zu erhalten.
  • Die Bodenplatte 30 ist weiterhin mit einer Reihe von Erhebungen 110 versehen, die auf der Kühlmittelseite 94 hoch stehen und flache obere Flächen 108 haben, die frei von Perforationen sind, und die coplanar mit der kühlmittelseitigen Abdichtfläche 98 sind. Die flachen oberen Flächen 108 der Erhebungen 110 dichten gegenüber den flachen oberen Flächen von Erhebungen 48 der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 ab, wodurch eine geschlossene untere Seite für den Lufteinlassverteiler 34 erhalten wird.
  • Schließlich ist die Bodenplatte 30 mit einem Paar von Luftauslassverteileröffnungen 112 in den flachen oberen flachen von Erhebungen 114 versehen, die auf der Kühlmittelseite 94 der Platte 30 hoch stehen und die coplanar mit der kühlmittelseitigen Abdichtfläche 98 und teilweise durch diese definiert sind. Diese Luftauslassverteileröffnungen 112 sind mit den Luftauslassverteilern 36 ausgerichtet, wobei die Erhebungen 114 der Bodenplatte 30 gegenüber den Erhebungen 54' der Luftauslassverteileröffnungen 52' der angrenzenden zweiten Kernplatte 28 abgedichtet sind. Somit versehen die Luftauslassverteileröffnungen 112 der Bodenplatte 30 die Luftauslassverteiler 36 mit einer offenen unteren Seite, durch die die gekühlte Luft durch die mittlere Öffnung der Basisplatte 12 aus dem Wärmetauscher 10 austritt.
  • Einige oder alle der Luftströmungsdurchgänge 72 und der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 74 im Kern 24 können mit einem turbulenzvergrößernden Einsatz 71 wie einer Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder einer gewellten Rippe versehen sein, der durch Hartlöten an den Kernplatte 26, 28, 30, 32 befestigt sein kann. Die hier verwendeten Begriffe „gewellte Rippe” und „Turbulenzerzeugungsvorrichtung” sollen sich auf gewellte turbulenzvergrößernde Einsätze mit mehreren sich in axialer Richtung erstreckenden Wulsten oder Kämmen, die durch Seitenwände verbunden sind, beziehen, wobei die Wulste gerundet oder flach sind. Wie hier definiert ist, hat eine „Rippe” kontinuierliche Wulste, während eine „Turbulenzerzeugungsvorrichtung” Wulste hat, die entlang ihrer Länge unterbrochen sind, so dass die axiale Strömung durch die Turbulenzerzeugungsvorrichtung gewunden ist. Turbulenzerzeugungsvorrichtungen werden manchmal als versetzte oder durchstochene Streifenrippen bezeichnet, und Beispiele für derartige Turbulenzerzeugungsvorrichtungen sind im US-Patent Nummer Re. 35 890 (So) und im US-Patent Nummer 6 273 183 (So et al.) beschrieben. Die Patente für So und So et al. werden hier in ihrer Gesamtheit einbezogen.
  • Der Einsatz eines luftseitigen turbulenzvergrößernden Einsatzes 71 ist in 8 in gestrichelten Linien gezeigt, und er ist in 8a im Einzelnen gezeigt. Wenn der Einsatz 71 eine gewellte Rippe ist, wie in 8a gezeigt ist, wird er so angeordnet, dass die durch die Wulste und Kämme definierten Öffnungen um 90° gegenüber der Achse A verlaufen, wodurch die Luftströmung von den Luftverteilereinlassöffnungen 50 zu den Luftverteilerauslassöffnungen 52 geführt werden, während eine Luftströmung parallel zur Achse A blockiert wird. Dies wird in 8a durch die gekrümmten Pfeile angezeigt, die sich von den Öffnungen 50 weg erstrecken. Wenn der Einsatz 71 eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder eine versetzte Streifenrippe ist, oder wenn der Einsatz eine Rippe mit Öffnungen oder Schlitzen in ihren Seitenwänden ist, verlaufen die durch die Wulste und Kämme auch unter 90° gegenüber der Achse A und definieren eine Niedrigdruckabfallrichtung, während in den Wänden der Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder Rippe definierten Öffnungen entlang der Achse A orientiert sind und eine Hochdruckabfallrichtung definieren. Diese Orientierung führt auch die Strömung von den Lufteinlassverteileröffnungen 50 zu den Luftauslassverteileröffnungen 52 hin. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit ist nur ein Teil des Einsatzes 71 in 8a gezeigt. Die gebrochenen Linien, die die sich entlang jeder Seite der Reihe von Öffnungen 50 erstreckenden Abschnitte des Einsatzes 71 verbinden, zeigen an, dass die Wellen des Einsatzes 71 sich kontinuierlich entlang der Reihe von Öffnungen 50 erstrecken.
  • Es ist aus den Zeichnungen ersichtlich, dass ein Spalt zwischen jeder der am äußersten Ende liegenden Lufteinlassverteileröffnungen 50 und einer äußeren Umfangskante des Luftströmungsdurchgangs 72 vorhanden ist. Weiterhin ist ein schmaler Umgehungskanal 75 entlang der Unterseite der Rippe 58 definiert, die die kühlmittelseitige Abdichtfläche auf der entgegengesetzten Seite 44 der Platte 26 bildet. Der Umgehungskanal 75 ist entlang der äußeren Umfangskante des Luftströmungsdurchgangs angeordnet und in Fluidverbindung so mit beiden Luftauslassverteileröffnungen 52, und er sieht eine daher eine Umgehung für die Luftströmung zwischen dem Lufteinlassverteiler 34 und den Luftauslassverteilern 36 vor.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine direkte Verbindung zwischen der am äußersten Ende angeordneten Lufteinlassverteileröffnung 50 und dem Kanal 75 an einem oder beiden Enden der Platten 26, 28 blockiert werden durch Einsetzen eines Sperrelements in den Luftströmungsdurchgang 72 zwischen einer der am äußersten Ende angeordneten Öffnungen 50 und dem Kanal 75. Jedes Sperrelement erstreckt sich entlang einer Kante von einer der am äußersten Ende angeordneten Öffnungen 50 des Lufteinlassverteilers 34 und blockiert die Umgehungsströmung zwischen der Öffnung 50 und dem Umgehungskanal 75. Bei den in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen verlaufen die Sperrelemente im Allgemeinen quer zu der Längsachse A. Wie zum Beispiel in 8b gezeigt ist, kann das Sperrelement ein längliches Teil mit einem L-förmigen Querschnitt 87 oder ein längliches Teil mit einem C-förmigen Querschnitt 89 aufweisen. Das L-förmige Teil 87 hat einen Schenkel, der flach an der Basis 56 der Platte 26 oder der Basis 56' der Platte 28 anliegt, und der andere Schenkel erstreckt sich zwischen der ebenen Basis 56 der Platte 26 und der ebenen Basis 56' der gepaarten Kernplatte 28. In ähnlicher Weise hat das C-förmige 89 einen Schenkel, der flach an der ebenen Basis 56 der Platte 26 anliegt, und den anderen Schenkel, der flach an der ebenen Basis 56 der Platte 28 anliegt, wobei sich ein mittlerer Bereich zwischen der ebenen Basis 56 der Platte 26 und der ebenen Basis 56' der gepaarten Kernplatte 28 erstreckt.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Sperrelement in den turbulenzvergrößernden Einsatz integriert sein. Beispielsweise kann der Einsatz 71 Endbereiche 73 enthalten, die zumindest einen sich in Querrichtung erstreckenden Wulst und/oder Kamm enthalten, der eine Strömungsverbindung zwischen den am äußersten Ende angeordneten Lufteinlassverteileröffnungen 50 verhindert oder minimiert. Wenn beispielsweise der Einsatz 71 eine gewellte Rippe mit Seitenwänden ohne Perforationen ist, wie in 8a gezeigt ist, weist der Endbereich 73 des Einsatzes 71 lediglich eine oder mehrere Wellen auf, die sich quer über den raumtrennenden Kanal 75 von der am äußersten Ende angeordneten Einlassverteileröffnung 50 (in 8a als 50a bezeichnet) erstrecken. In den 8a und 8b besteht der Endbereich aus zwei derartigen Wellen, die als 73a und 73b bezeichnet sind. Wenn der Einsatz eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder ein versetzter Streifen ist, oder eine gewellte Rippe mit Schlitzen oder Öffnungen in ihren Seitenwänden, werden die Öffnungen in den Seitenwänden der Wellen, die den Endbereich 73 bilden, geschlossen, blockiert oder so abgedeckt, dass eine Umgehungsströmung zwischen der am äußersten Ende angeordneten Einlassverteileröffnung 50a und dem Kanal 75 verhindert wird. Dies kann erreicht werden durch Verformen oder Kräuseln der den Endbereich 73 bildenden Wellen, oder durch Abdecken oder Ersetzen der perforierten Wellen mit einem Stück eines Einsatzes 71 mit Wellen, die nicht perforierte Seitenwände haben. Eine Schicht der Rippe oder Turbulenzerzeugungsvorrichtung kann auch auf der Unterseite des Kerns 24 innerhalb des Auslassluft-Verteilungsraums 76 vorgesehen sein, um die Wärmeübertragung zu verbessern und die Gleichförmigkeit der Auslassluftströmung zu verbessern.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, können die Kernplatte 26, 28 mit beiden Kühlmittelverteilern 38, 40, die entlang derselben Seite oder desselben Endes jeder Platte angeordnet sind, ausgebildet sein, so dass der Kühlmittel-Strömungsdurchgang 74 eine U-Strömungskonfiguration hat. 9a zeigt die Kühlmittelseite einer Kernplatte 26', die identisch mit der vorbeschriebenen Kernplatte 26 ist, mit der Ausnahme, dass sie mit einem U-förmigen Kühlmittel-Zweiwege-Strömungsdurchgang ausgebildet ist. Wie in 9a gezeigt ist, sind sowohl die Kühlmittel-Einlassverteileröffnung 64 als auch die Kühlmittelauslassverteileröffnung 68 entlang einer der schmaleren Seiten der Platte 26' angeordnet, so dass die vorherrschenden Richtungen der Kühlmittelströmung parallel zur Achse A verlaufen. Zusätzlich sind axiale Rippen 59 zwischen benachbarten Erhebungen 48 und zwischen der Erhebung 48 und der Umfangsrippe 58 an dem Ende der Platte 26', an dem sich die Kühlmittel-Verteileröffnungen 64, 68 befinden, vorgesehen. An dem entgegengesetzten Ende der Platte 26' verbleibt ein Spalt zwischen der Enderhebung 48 und der Umfangsrippe 58, um eine Querströmung zu ermöglichen. Auch kann die Rippe 59 zwischen zumindest einem Paar von Erhebungen 48 weggelassen werden, um die Verteilung der Strömung über die Oberfläche der Platte 26' zu maximieren. Beispielsweise befindet sich bei dem in 9a gezeigten Ausführungsbeispiel keine Rippe 59 zwischen den zwei letzten Erhebungen 48 benachbart den Öffnungen 64, 68 gegenüberliegenden Ende, um eine verteilte Strömung über der Platte 26' zu fördern.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die Rippe 59, die den Öffnungen 64, 68 in 9a am nächsten ist, einen entsprechenden Kanal auf der entgegengesetzten (Luft-)Seite der Platte 26 bilden kann, und dieser Kanal kann eine Umgehungsströmung von Luft zwischen der am äußersten Ende angeordneten Ende 50 und der Umfangskante der Platte ermöglichen, das heißt, wie vorstehend mit Bezug auf den Kanal 75 in 8a beschrieben ist. Um eine derartige Umgehungsströmung zu vermeiden, kann die Rippe 59, die der Öffnung 64, 68 am nächsten ist, eine „blinde Rippe” sein, was bedeutet, dass sie gefüllt, abgedeckt oder in anderer Weise auf der Luftseite der Platte 26 geschlossen ist.
  • Nachdem die Struktur des Wärmetauschers 10 beschrieben wurde, wird im Folgenden seine Arbeitsweise beschrieben.
  • Der Wärmetauscher 10 kann als ein Ladeluftkühler zum Übertragen von Wärme von einem heißen Eingangsluftstrom auf ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, typischerweise ein flüssiges Kühlmittel wie ein Glykol/Wasser-Maschinenkühlmittel verwendet werden. Das Kühlmittel tritt in den Wärmetauscher 10 durch die Kühlmittel-Einlassverteileröffnung 82 der Deckplatte 32 ein und strömt in den Kühlmittel-Einlassverteiler 38, der sich über die Höhe des Kerns 24 erstreckt und durch die Bodenplatte 30 geschlossen ist. Das Kühlmittel strömt aus dem Kühlmitteleinlassverteiler 38 in jeden der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 74, und strömt dann diagonal und in Längsrichtung durch die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 74 zu dem Kühlmittel-Auslassverteiler 40 hin, der sich in der diagonal entgegengesetzten Ecke des Kerns 24 befindet. Nachdem das Kühlmittel aus den Kühlmittel-Strömungsdurchgängen 74 in den Kühlmittel-Auslassverteiler 40 geströmt ist, strömt es durch die Kühlmittel-Auslassverteileröffnung 84 der Deckblatte 32 aus dem Wärmetauscher heraus.
  • Die heiße Ladeluft tritt durch die in der Deckplatte 32 vorgesehenen Lufteinlassverteileröffnungen 86 in den Lufteinlassverteiler 34 ein. Da sich der Lufteinlassverteiler 34 entlang im wesentlichen der gesamten Länge des Kerns 24 erstreckt, wird der Strom der eintretenden Ladeluft entlang der Achse A über im Wesentlichen die gesamte Länge des Kerns 24 verteilt. Der Kühlmittel-Einlassverteiler 38 ist in Strömungsverbindung mit jedem der Luftströmungsdurchgänge 72 in dem Kern 24, und daher strömt die Luft von dem Kühlmittel-Einlassverteiler 38 aus in die mehreren Luftströmungsdurchgänge 72. Die Luft strömt von dem Lufteinlassverteiler 34 durch die Luftströmungsdurchgänge 72 zu dem Paar von Luftauslassverteilern 36, die entlang der Längskanten des Kerns 24 angeordnet sind, hin. Daher wird die Strömung der in den Lufteinlassverteiler 34 eintretenden Luft in zwei getrennte Ströme aufgeteilt, wobei der eine zu einem ersten der Luftauslassverteiler 36 strömt und der andere in der entgegengesetzten Richtung zu dem anderen Luftauslassverteiler 36 hin strömt. Daher wird der Luftstrom geteilt und strömt in einer im Wesentlichen Kreuzströmungskonfiguration relativ zu dem Kühlmittelstrom quer über den Kern 24. Die Luftauslassverteiler 36 sind durch die Deckplatte 32 geschlossen und auf der Unterseite durch die Bodenplatte 30 geöffnet. Daher tritt die Luft in die Luftauslassverteiler 36 ein und strömt abwärts zu der Unterseite des Kerns 24 hin, wobei sie durch die in der Bodenplatte 30 vorgesehenen Luftauslassteileröffnungen 112 aus dem Kern austritt. Die aus den am Umfang angeordneten Luftauslassverteilern 36 austretende gekühlte Luft tritt dann in den Auslassluftverteilungsraum 76 ein, der zwischen der Bodenplatte 30 und der unteren Oberfläche 18 der Basisplatte 12 vorgesehen ist. Die perforierte Basisplatte 42 stellt sicher, dass der Luftstrom von den Luftauslassverteilern 36 vereinigt und gleichförmiger gemacht wird, wenn er aus der Unterseites des Wärmetauschers 10 austritt.
  • In Bezug auf die Herstellbarkeit können die den Wärmetauscher 10 bildenden Platten sowie jegliche turbulenzvergrößernden Einsätze aus hartlötbaren Materialien wie Aluminiumlegierungen hergestellt sein. Während des Herstellungsprozesses werden die Komponenten des Wärmetauschers 10 zusammengesetzt und fixiert, um die Komponenten in ihrer Lage zu halten, und werden dann durch einen Hartlötofen geführt, in welchem die Komponenten erwärmt und miteinander hartverlötet werden, beispielsweise in einem einzigen Vorgang. Die Fixierungsvorrichtung klemmt die Komponenten zusammen, typischerweise durch Anwendung einer Klemmkraft in einer einzelnen Richtung, um einen guten Kontakt zum Hartlöten zu gewährleisten, der erforderlich ist, damit die Platten zuverlässig gegeneinander abgedichtet werden. Die Struktur des Wärmetauschers 10 ist besonders geeignet für eine Hartlötung in einem einzigen Hartlötvorgang mit einem in einer einzigen Richtung ausgeübten Klemmdruck, das heißt durch die Höhe eines Stapels (zum Beispiel in der vertikalen Richtung in der Seitenansicht nach 3). Die horizontale Anordnung der Strömungspfade für das heiße Gas und das Kühlmittel und die Verteileröffnungen im Kern 24 ermöglichen weiterhin, dass der Kern 24 während des Hartlötens in engen Kontakt mit sowohl der Basisplatte 12 als auch dem Kühlmittel-Einlasskanal 17 gebracht wird, wodurch eine gute Abdichtung und feste Hartlötverbindung gewährleistet sind. Daher ist die Struktur des Wärmetauschers 10 vorteilhaft in Bezug auf die Herstellbarkeit, beispielsweise im Vergleich zu Konstruktionen, bei denen die Platten vertikal orientiert sind, das heißt, parallel zu der vertikalen Richtung in 3. Obgleich eine „vertikale Platten”-Konstruktion einfacher dadurch ist, dass sie die Notwendigkeit einer Strömungsteilung und einer Mischung der Auslassgase eliminiert, ist sie beträchtlich schwieriger herzustellen, da sie die Ausübung von Klemmdruck in mehr als einer Richtung erfordert, und zu Schwierigkeiten bei der Anpassung des Kerns an die Basisplatte führt. Auch strömen bei der vertikalen Plattenorientierung die Gase, die aus jedem der Luftströmungsdurchgänge 72 austreten, direkt durch den Boden des Wärmetauschers heraus, und es kann eine ungenügende Mischung der Gasströme aus den individuellen Luftströmungsdurchgängen 72 auftreten. Somit ist ein Wärmetauscher mit einer vertikalen Plattenorientierung den vorgenannten Nachteilen unterworfen, wodurch eine Ungleichförmigkeit der Temperatur des Auslassluftstroms zu der Bildung heißer Punkte in der Komponente unmittelbar stromabwärts des Wärmetauschers führt.
  • Die gespaltene Strömungsorientierung des Wärmetauschers 10 ergibt einen zusätzlichen Vorteil, wenn wie bei dem Wärmetauscher 10 der Kern 24 eine gekapselte Struktur hat, bei der Kernplatten in einer gegenseitigen Fläche an Fläche-Anordnung miteinander verbunden sind. Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Kernplatten 26, 28 in dem Stapel mit benachbarten Kernplatten entlang der Flansche 62 und der Rippen 58 verbunden. Wie vorstehend erläutert ist, bildet an jedem Ende einer Platte 26, 28 die Unterseite der Rippe 58 einen Kanal 75, der die beiden Auslassverteiler 36 verbindet. Da jedoch beide Auslassverteiler 36 demselben Druck ausgesetzt sind, besteht eine minimale Luftströmung durch diesen Kanal 75. Bei den meisten typischen gekapselten Wärmetauschern mit Ausnahme von Konstruktionen mit konkav gewölbten Platten sind die Lufteinlässe und -auslässe durch einen Kanal verbunden, der durch die Umfangsabdichtrippe definiert ist. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Einlass aus dem Auslass gibt es typischerweise eine beträchtliche Umgehungsströmung durch diese Kanäle. Bei der Konstruktion mit geteilter Strömung gibt es jedoch keinen derartigen Kanal, der die Einlass- und Auslassöffnungen verbindet.
  • 15 illustriert eine Kernplatte 116, die zur Bildung eines Wärmetauschers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann. Die Kernplatte 116 ist analog zu den vorbeschriebenen Kernplatten 26, 28, mit der Ausnahme, dass die Kernplatte 116 identisch mit ihrem Spiegelbild ist, was bedeutet, dass nur ein Typ von Kernplatte 116 zur Bildung des Kerns benötigt wird, ausgenommen die Deck- und die Bodenplatte.
  • Die Kernplatte 116 hat eine ebene Basis 130 mit einer Kühlmittelseite 118, die in 15 nach oben gewandt ist, und einer entgegengesetzten Luftseite 120, die in 15 nicht sichtbar ist. Mehrere Erhebungen 122, die auf der Kühlmittelseite 118 der Platte 116 aufwärts stehen, sind entlang der mittleren Längsachse A von dieser angeordnet. Jede der Erhebungen 122 hat eine flache obere Fläche, die mit einer Lufteinlassverteileröffnung 124 versehen ist. Im Querabstand zu den Umfangskanten der Platte 116 hin befinden sich zwei Erhebungen 128, die auch von der Kühlmittelseite 118 hoch stehen. Die Erhebungen 128 haben jeweils eine flache obere Fläche, die mit einer Luftauslassverteileröffnung 126 versehen ist. Die Erhebungen 122, 128, in denen die Öffnungen 50, 52 gebildet sind, sind coplanar mit einer kühlmittelseitigen Abdichtfläche 132 in der Form eines Umfangswulstes zum Abdichten gegenüber Erhebungen 122, 128 in einer angrenzenden Platte 116. Auf der Luftseite 120 ist eine Abdichtfläche 134 vorgesehen, wobei sich die Abdichtfläche 134 auf einem sich nach außen erstreckenden Umfangsflansch 136 befindet.
  • Der Luftströmungspfad durch den Wärmetauscher nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist genau derselbe wie der des Wärmetauschers 10. Wie aus 15 ersichtlich ist, strömt Luft durch einen Lufteinlassverteiler, der durch ausgerichtete Einlassöffnungen 124 definiert ist, und wird in zwei entgegengesetzte Richtungen geteilt, wenn sie in die Luftströmungsdurchgänge, die zwischen den Luftseiten 120 von benachbarten Platten 116 definiert sind, eintritt. Die Luft strömt quer von der Mitte der Platte 116 zu einem Paar von Luftauslassverteilern hin, von denen jeder durch ausgerichtete Öffnungen 126 definiert ist. Der Luftauslassverteiler ist auf der unteren Seite des Wärmetauschers offen und auf der oberen Seite durch eine Deckplatte geschlossen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Das Kühlmittel strömt zwischen einer Kühlmitteleinlassverteileröffnung 138 und einer Kühlmittelauslassverteileröffnung 142. Die Kühlmittel-Einlass- und -auslassverteileröffnungen 138, 142 sind in den flachen oberen Flächen von Erhebungen 140, 144 gebildet, die auf der Luftseite 120 hoch stehen und coplanar mit der luftseitigen Abdichtfläche 134 sind, um eine Abdichtung mit Erhebungen 140, 144 auf der Luftseite 120 einer angrenzenden Kernplate 116 zu ermöglichen. Kühlmittel-Verteileröffnungen 138, 142 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Achse A zu den sich axial erstreckenden Seiten der Kernplatte 116 hin. Somit ist die Richtung der Kühlmittelströmung über die Kühlmittelseite 118 der Kernplatte 116 quer zur Achse A, in teilweiser Gleichstrom- und teilweiser Gegenstromorientierung relativ zu den Richtungen, in der die Luft strömt. Der Kühlmittel-Einlass- und -auslassverteiler sind auf der oberen Seite des Wärmetauschers offen, und die unteren Seiten des Kühlmitteleinlass- und -auslassverteilers sind durch eine Bodenplatte geschlossen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Da die Kernplatte 116 Lufteinlass- und -auslassverteileröffnungen 124, 126 und Kühlmitteleinlass- und -auslassverteileröffnungen 138, 142 enthält, ist darauf hinzuweisen, dass ein aus einem Stapel aus Kernplatten 116 bestehender Kern gekapselt ist und wie der Wärmetauscher 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel kein externes Gehäuse benötigt. Zusätzlich zu den Kernplatten 116 weist der Kern des Wärmetauschers eine Deckplatte, die mit einem Paar von Kühlmittelanschlüssen (unter der Annahme, dass das Kühlmittel durch die Deckplatte eintritt und austritt) und einem Lufteinlassanschluss versehen ist, und eine Bodenplatte, die mit einem Paar von Öffnungen, die mit dem Lufteinlass- und -auslassverteilern ausgerichtet ist, versehen ist, auf. Der Kern wird auf einer Basisplatte befestigt und eine perforierte Platte kann vorgesehen sein, um die Gleichförmigkeit der durch die Basisplatte aus dem Wärmetauscher austretenden Strömung zu verbessern. Die anderen Einzelheiten des Wärmetauschers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind dieselben wie die des Wärmetauschers 10 und werden hier nicht im Einzelnen diskutiert.
  • Ein Wärmetauscher 200 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den 16 bis 18 illustriert. Wie die Wärmetauscher nach dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel hat der Wärmetauscher 200 einen geteilten Kern, der den eintretenden Luftstrom in zwei Richtungen teilt und dann den von dem Wärmetauscherkern ausgegebenen, geteilten Luftstrom wieder vereinigt, um einen gleichförmigen Luftstrom am Auslass zu erhalten. Jedoch ist anders als bei den gekapselten Wärmetauschern nach dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel der geteilte Kern des Wärmetauschers 200 vollständig in zwei Teile 220, 222 geteilt, die in einem externen Gehäuse 212 mit einer Deckplatte 214 eingeschlossen sind. Da der Wärmetauscher 200 ein Gehäuse 212 enthält, kann die Ausgestaltung der Kerne 220, 222 einfacher gemacht werden als bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen. Beispielsweise können die Kerne 220, 222 jeweils mehrere flache Rohre aufweisen, die die Kühlmittelströmungsdurchgänge 224 definieren, wobei die Rohre durch Schichten aus gewählten Rippen, die Luftströmungsdurchgänge 226 definieren, getrennt sein. In den Zeichnungen des Wärmetauschers 200 sind die Kerne 220, 222 schematisch gezeigt, wobei strukturelle Einzelheiten aus Gründen der Klarheit weggelassen sind. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass, obgleich die Deckplatte 214 des Gehäuses 212 als mit einem Paar von Kühlmittelanschlüssen 216, 217 versehen gezeigt ist, die Orte der Kühlmittelanschlüsse variabel sind, und dass die Deckplatte mit zwei Paaren von Kühlmittelanschlüssen versehen sein kann, einem ersten Paar für den Kern 220 und einem zweiten Paar für den Kern 222. Alternativ kann der Kühlmittelanschluss 216 als ein Einlassanschluss für das Paar von Kernen 220, 222 dienen, und der Kühlmittelanschluss 217 kann als ein Auslassanschluss für das Paar von Kernen 220, 222 dienen. Bei dieser alternativen Konfiguration kann ein U-förmiges Rohr 223 vorgesehen sein, um die Kerne 220, 222 miteinander zu verbinden. Zum Beispiel kann, wie in gestrichelten Linien in den 16 und 17 gezeigt ist, dass U-Rohr 223 sich auf der Unterseite der Kerne 220, 222 innerhalb der Auslasskammern 246 befinden. Bei dieser alternativen Konfiguration strömt das Kühlmittel entlang eines insgesamt U-förmigen Pfads zwischen dem Einlassanschluss 216 und dem Auslassanschluss 217.
  • Der Wärmetauscher 200 enthält eine Basisplatte 202 mit einer mittleren Öffnung 204. Die Basisplatte 202 hat eine obere Fläche 206, auf der das Gehäuse 212 befestigt ist, und eine entgegengesetzte untere Fläche 208. Das Gehäuse 212 hat eine perforierte untere Seite 232, die mit mehreren Löchern 234 versehen ist, die der Luft ermöglicht, aus dem Gehäuse 212 ausgegeben zu werden und aus dem Wärmetauscher 200 durch die mittlere Öffnung 204 der Basisplatte 202 auszutreten. Der perforierte Boden 232 des Gehäuses 212 dient demselben Zweck wie die perforierte Platte 42 des Wärmetauschers 10, das heißt, zu bewirken, dass die Auslassströmung der Luft gleichförmiger über de Fläche der mittleren Öffnung 204 der Basisplatte 202 wird.
  • Die Deckplatte 214 ist gegenüber dem Gehäuse 212 um ihre Kanten herum abgedichtet. Zusätzlich zu Kühlmittelanschlüssen 216, 217 ist die Deckplatte 214 mit einem Lufteinlassanschluss 218 versehen, der Ladeluft empfängt und sie in einen Lufteinlassverteiler 238 leitet, der einen offenen Raum zwischen den Kernen 220, 222 aufweist, wobei sich der Verteiler 238 in Längsrichtung parallel zu der Achse A entlang der gesamten Länge und Höhe der Kerne 220, 222 erstreckt. Der Lufteinlassverteiler 238 verteilt daher die Ladeluft über die gesamte Länge und Höhe der Therme 220, 222, und er ist in Strömungsverbindung mit sämtlichen Luftströmungsdurchgängen 226. Der Lufteinlassverteiler 238 ist in Strömungsverbindung mit dem Lufteinlassanschluss 218 durch einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz 242, der in der Deckplatte 214 des Gehäuses 212 vorgesehen ist.
  • Der Lufteinlassanschluss 218 kann als eine Schaufel oder ein Horn ausgestaltet sein, mit einem relativ breiten Mund mit einer Einlassöffnung 219, die in der Breite zu ihrem hinteren Ende hin abnimmt, oder der Einlassanschluss 218 kann über seine gesamte Länge eine relativ konstante Querschnittsfläche haben. In jedem Fall hat der Lufteinlassanschluss eine Länge und eine Breite, die ausreichend zum vollständigen Abdecken des Schlitzes 242 in der Deckplatte 214 sind, wodurch die Ladeluft in den Lufteinlassverteiler 238 geleitet wird.
  • Wie bei den vorbeschriebenen ersten beiden Ausführungsbeispielen enthält der Wärmetauscher 200 ein Paar von sich in Längsrichtung erstreckenden Luftauslassverteilern 240, die entlang der äußeren Umfangskanten des Kerns angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jeder der Luftauslassverteiler 240 einen Raum zwischen einer Längsfläche eines Kerns 220 oder 222 und einer Seitenwand des Gehäuses 212 auf. Jeder der Luftauslassverteiler 240 erstreckt sich entlang der gesamten Länge und Höhe von einem der Kerne 220 oder 222 und ist in Strömungsverbindung mit sämtlichen Luftströmungsdurchgängen 226 dieses Kerns 220 oder 222. Da die Kerne 220, 222 direkt mit der Unterseite der Deckplatte 214 verbunden sind, wird eine Umgehungsströmung zwischen den Einlass- und Auslassverteilern über den oberen Seiten der Kerne 220, 222 verhindert. Obgleich 18 Spalte 244 an den Enden der Kerne 220, 222 zeigt, ist darauf hinzuweisen, dass der Wärmetauscher 200 mit Ablenkplatten oder anderen Mitteln versehen sein kann, um diesen Spalt zu blockieren oder abzudichten, so dass die Umgehungsströmung um die Enden der Kerne 220, 222 herum minimiert wird.
  • Die Luftauslassverteiler 240 sind offen gelassen, so dass der Luftstrom von den Luftauslassverteilern 240 aus nach unten und um die unteren Seiten der Kerne 220, 222 herum in einen Auslassluft-Verteilungsraum oder eine Auslasskammer 246 geleitet wird. Die Auslasskammer 246 ist innerhalb eines Raums zwischen der perforierten Bodenwand 232 des Gehäuses 212 und einer Bodenplatte 230, auf der beide Kerne 220, 222 befestigt sind, definiert. Die Bodenplatte 230 bedeckt die gesamte Fläche der beiden Kerne 220, 222 und es Lufteinlassverteilers 238, und sie verhindert hierdurch eine Strömungsverbindung zwischen dem Lufteinlassverteiler 238 und der Auslasskammer 246. Nachdem der Luftstrom in die Auslasskammer 246 eingetreten ist, wird er wieder verteilt und strömt durch Löcher 234 in der perforierten Bodenwand 232 heraus, wobei er schließlich durch die mittlere Öffnung 204 in der Basisplatte 202 aus dem Wärmetauscher 200 austritt.
  • Die Auslasskammer 246 kann mit einer oder mehreren Schichten eines turbulenzvergrößernden Einsatzes versehen sein, wie vorstehend beschrieben ist. Beispielsweise ist die Kammer 246 in den Zeichnungen als mit einer Turbulenzerzeugungsvorrichtung 236 in der Form einer versetzten Streifenrippe versehen gezeigt, die mit den Öffnungen ihrer Windungen in Querrichtung zugewandt angeordnet ist, wie in 18 gezeigt ist. Diese wird als die Niedrigdruckabfallorientierung bezeichnet. Die Turbulenzerzeugungsvorrichtung 236 dient sowohl zur Erhöhung des Wärmeübergangs zwischen der Luft und dem Kühlmittel als auch als ein Abstandshalter zwischen der Bodenplatte 230 und der perforierten Bodenwand 232 des Gehäuses 212. Die Löcher 234 in der Bodenwand 232 sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie nicht durch die Bodenstege (das heißt, die Bodenflächen) der Windungen der Turbulenzerzeugungsvorrichtung 236 blockiert werden.
  • Die Luftströmungsdurchgänge 226 können mit einfachen gewellten Rippen 248 versehen sein, wobei die Öffnungen der Windungen der Querrichtung zugewandt sind, wie in 18 gezeigt ist.
  • Obgleich die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht hierauf beschränkt. Stattdessen enthält die Erfindung alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen können.

Claims (20)

  1. Wärmetauscher zum Kühlen eines Gases mit einem Kühlmittel, welcher Wärmetauscher aufweist: einen ersten Wärmetauscherkern, aufweisend mehrere erste Gasströmungsdurchgänge und mehrere erste Kühlmittel-Strömungsdurchgänge, wobei die ersten Gasströmungsdurchgänge und die ersten Kühlmittel-Strömungsdurchgänge in abwechselnder Reihenfolge durch den ersten Kern hindurch angeordnet sind; einen ersten Gasauslassverteiler und einen zweiten Gasauslassverteiler, wobei zumindest einer von diesen in Strömungsverbindung mit den Gasströmungsdurchgängen des Kerns ist; einen Gaseinlassverteiler in Strömungsverbindung mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler, der stromaufwärts des ersten und des zweiten Gasauslassverteilers angeordnet ist; und eine Gasauslasskammer in Strömungsverbindung mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler, die stromabwärts des ersten und des zweiten Gasauslassverteilers angeordnet ist; einen Gasauslass zum Ausgeben des Gases aus dem Wärmetauscher; wobei der Gaseinlassverteiler sich zwischen dem ersten Gasauslassverteiler und dem zweiten Gasauslassverteiler derart befindet, dass eine erste Gasströmungsrichtung zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem ersten Gasauslassverteiler verschieden von einer zweiten Gasströmungsrichtung zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem zweiten Gasauslassverteiler ist; und wobei die Gasauslasskammer die Gasströme von dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler empfängt und einen Raum vorsieht, in welchem die Gasströme von dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler vereinigt werden, bevor sie von dem Wärmetauscher ausgegeben werden.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die erste Gasströmungsrichtung einen Winkel von etwa 180° relativ zu der zweiten Gasströmungsrichtung hat.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Gaseinlassverteiler in Strömungsverbindung mit sämtlichen Gasströmungsdurchgängen des ersten Kerns ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Einlassverteiler und der erste und der zweite Gasauslassverteiler innerhalb des ersten Kerns enthalten sind, derart, dass der erste Kern gekapselt ist.
  5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jeder der Gasströmungsdurchgänge in dem ersten Kern in Strömungsverbindung mit dem Gaseinlassverteiler und mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Gasauslassverteiler ist.
  6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jeder von dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler in Strömungsverbindung mit jedem der Gasströmungsdurchgänge in dem ersten Kern ist.
  7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Wärmetauscher weiterhin einen zweiten Wärmetauscherkern aufweisend mehrere zweite Gasströmungsdurchgänge und mehrere zweite Kühlmittel-Strömungsdurchgänge aufweist, wobei die zweiten Gasströmungsdurchgänge und die zweiten Kühlmittel-Strömungsdurchgänge in abwechselnder Reihenfolge durch den zweiten Kern hindurch angeordnet sind.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, bei dem der Gaseinlassverteiler in Strömungsverbindung mit jedem der ersten Gasströmungsdurchgänge des ersten Kerns und jedem der zweiten Gasströmungsdurchgänge des zweiten Kerns ist.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, bei dem der erste Gasauslassverteiler in Strömungsverbindung mit jedem der ersten Gasströmungsdurchgänge des ersten Kerns ist, und der zweite Gasauslassverteiler in Strömungsverbindung mit jedem der zweiten Gasströmungsdurchgänge des zweiten Kerns ist.
  10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der erste und der zweite Gasauslassverteiler sich an entgegengesetzten Seiten des ersten Kerns befinden.
  11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der erste Kern eine mittlere Längsachse hat, und bei dem der Gaseinlassverteiler sich entlang dieser Achse erstreckt; wobei jeweils der erste Gasauslassverteiler und der zweite Gasauslassverteiler im Abstand von der Achse zu einer sich im Allgemeinen axial erstreckenden Seite des ersten Kerns hin angeordnet sind, und wobei der erste und der zweite Gasauslassverteiler sich entlang der sich im Allgemeinen axial erstreckenden Seite des ersten Kerns erstrecken.
  12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der erste Kern eine obere Seite, durch die das Gas in den Lufteinlassverteiler eintritt, und eine entgegengesetzte untere Seite, durch die das Gas aus dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler austritt, hat; wobei die obere Seite und die untere Seite des ersten Kerns parallel zu den Gasströmungsdurchgängen sind; und wobei die Gasauslasskammer sich entlang der unteren Seite des ersten Kerns befindet.
  13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, bei dem eine Platte mit mehreren Perforationen über dem Gasauslass vorgesehen ist.
  14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, bei dem die Perforationen in einer Mitte des Gasauslasses größer als an einer äußeren Kante des Gasauslasses sind.
  15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Wärmetauscher weiterhin eine Basisplatte zur Verbindung mit einer Komponente, die das Gas von dem Wärmetauscher empfängt, aufweist.
  16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem einer oder mehrere der Gasströmungsdurchgänge und/oder einer oder mehrere Kühlmittel-Strömungsdurchgänge mit einem turbulenzvergrößernden Einsatz in der Form einer Rippe oder einer Turbulenzerzeugungsvorrichtung, die mehrere Wellen aufweist, versehen sind.
  17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, bei dem sich innerhalb des einen oder der mehreren Gasströmungsdurchgänge die Wellen jedes Einsatzes entlang der zweiten Gasströmungsrichtung zwischen dem Gaseinlassverteiler und jedem der Gasauslassverteiler erstrecken; wobei die Wellen des Einsatzes in der Nähe des Gaseinlassverteilers so unterbrochen sind, dass der Gaseinlassverteiler durch den Einsatz unbedeckt bleibt; wobei Spalte zwischen entgegengesetzten Enden des Gaseinlassverteilers und einer Umfangskante des Gasströmungsdurchgangs vorgesehen sind, und wobei der Einsatz zumindest eine kontinuierliche Welle enthält, die sich kontinuierlich durch jeden der Spalte erstreckt, und die zumindest eine kontinuierliche Welle sich zwischen dem ersten Gasauslassverteiler und dem zweiten Gasauslassverteiler erstreckt.
  18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, bei dem die Wellen Seitenwände enthalten, und bei dem die Seitenwände der kontinuierlichen Wellen zumindest in solchen Bereichen der kontinuierlichen Wellen, die durch die Spalte hindurchgehen, im Wesentlichen nicht perforiert sind.
  19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem Spalte zwischen entgegengesetzten Enden des Gaseinlassverteilers und einer Umfangskante des Gasströmungsdurchgangs vorgesehen sind, und bei dem ein Umgehungskanal entlang der äußeren Umfangskante des Gasströmungsdurchgangs definiert ist, wobei der Kanal in Strömungsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Gasauslassverteiler ist; und bei dem der Wärmetauscher weiterhin ein Sperrelement aufweist, das in jedem der Spalte zwischen einem der Enden des Gaseinlassverteilers und dem Umgehungskanal vorgesehen ist, welches Sperrelement sich entlang einer Kante des Gaseinlassverteilers erstreckt und eine Umgehungsströmung zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem Umgehungskanal blockiert.
  20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge für eine Strömung des Kühlmittels entlang eines U-förmigen Strömungspfads ausgestaltet sind, und der Wärmetauscherkern einen Kühlmittel-Einlassverteiler und einen Kühlmittel-Auslassverteiler enthält, die sich beide entlang einer Seite des Wärmetauscherkerns befinden; und bei dem zumindest eine längliche Rippe sich zwischen dem Kühlmittel-Einlassverteiler und dem Kühlmittel-Auslassverteiler befindet, die sich entlang einer Richtung der Kühlmittelströmung erstreckt, um den Kühlmittelstrom entlang einer U-Form zu führen, um die Strömung des Kühlmittels entlang des U-förmigen Strömungspfads zu führen.
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