DE112015004523T5

DE112015004523T5 - Wärmetauscher mit selbsthaltender Bypassabdichtung

Info

Publication number: DE112015004523T5
Application number: DE112015004523.6T
Authority: DE
Inventors: Nikolas S. Stewart; Colin A. Shore; Lee M. Kinder
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-07-13
Also published as: US9951995B2; CN107003089A; CN107003089B; WO2016049776A1; US20160097596A1; CA2962700A1

Abstract

Ein Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher weist einen Stapel aus flachen Rohren auf, die Flüssigkeits-Strömungsdurchgänge definieren. Räume zwischen den flachen Rohren definieren Gasströmungs-Durchgänge, wobei die Seiten des Kerns eine unregelmäßige kammartige Anordnung haben. Der Wärmetauscher weist weiterhin ein Gehäuse mit seitlichen Abdeckungen über den Seiten des Kerns auf, die im Abstand von den Seiten des Kerns angeordnet sind. Der Kern hat zumindest einen Bereich verringerter Breite, um Kanäle vorzusehen, die sich über die Höhe des Kerns erstrecken. Der Wärmetauscher weist weiterhin ein Paar seitlichen Abdichtungen auf, die zumindest teilweise in dem Spalt zwischen der seitlichen Abdeckung des Gehäuses und dem Kern aufgenommen sind, und insbesondere in den Kanälen entlang der Seiten des Kerns. Die seitliche Abdichtung erstreckt sich über die Höhe des Kerns und hat eine Dicke, die größer als die des Spalts ist.

Description

QUERVERWEIS AUF BEZOGENE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/059 265, die am 3. Oktober 2014 eingereicht wurde und deren Inhalt hier einbezogen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wärmetauscher zum Kühlen eines heißen Gases mit einem flüssigen Kühlmittel, und insbesondere auf Gas/Flüssigkeits-Ladeluftkühler mit einem einen Wärmetauscherkern umschließenden Gehäuse.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher zu verwenden, um komprimierte Ladeluft in Turbolader-Verbrennungsmaschinen oder in Brennstoffzellenmaschinen zu kühlen, oder heiße Motorabgase zu kühlen. Beispielsweise wird komprimierte Ladeluft typischerweise durch Verdichten von Umgebungsluft erzeugt. Während der Kompression kann Luft auf eine Temperatur von etwa 200°C oder höher erwärmt werden und muss gekühlt werden, bevor sie den Motor erreicht.
Es sind verschiedene Konstruktionen von gaskühlenden Wärmetauschern bekannt. Beispielsweise haben gaskühlende Wärmetauscher allgemein einen Aluminiumkern, der aus einem Stapel von Rohren oder Plattenpaaren besteht, wobei jedes Rohr oder jedes Plattenpaar einen inneren Kühlmitteldurchgang definiert. Die Rohre oder Plattenpaare weisen einen gegenseitigen Abstand auf, die Gasströmungs-Durchgänge definieren, die typischerweise mit turbulenzerhöhenden Einsätzen versehen sind, um die Wärmeübertragung von dem heißen Gas zu dem flüssigen Kühlmittel zu verbessern.
In einigen Gas/Flüssigkeits-Ladeluftkühlern ist der Aluminiumkern mit einem Gehäuse umschlossen, das typischerweise aus einem unterschiedlichen Material wie Kunststoff gebildet ist. Das Gehäuse enthält typischerweise eine Kühlmitteleinlass- und -auslassöffnung, die abdichtend mit den Kühlmittel-Durchgängen innerhalb der Rohre oder Plattenpaare verbunden sind. Das Gehäuse enthält auch Gaseinlass- und -auslassöffnungen und sieht Verteilerräume für die Gasströmung vor, und die Gasströmungs-Durchgänge des Kerns sind zu dem Inneren des Gehäuses geöffnet.
Typischerweise befinden sich Spalte zwischen dem Wärmetauscherkern und dem Gehäuse. Entlang der Seiten des Kerns ergibt sich die Anwesenheit dieser Spalte teilweise aufgrund des Abstands zwischen den Rohren oder Plattenpaaren und dem Inneren des Gehäuses, und teilweise aufgrund des Abstands zwischen den Kanten der tubulenzerhöhenden Einsätze und dem Inneren des Gehäuses. Wenn sie nicht geschlossen werden, ermöglichen die Spalte entlang der Seiten des Kerns eine übermäßige Bypassströmung der warmen Ladeluft, wodurch die Effizienz des Wärmetauschers herabgesetzt wird. Daher ist es üblich, dass das Gehäuse Bypassblockierelemente mit einem kammartigen Profil mit sich in die Räume zwischen den Rohren oder Plattenpaaren erstreckenden Fingern enthält. Ein Wärmetauscher mit Bypassblockierelementen dieses Typs ist in der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/985 588 der gemeinsamen Anmelderin beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit einbezogen wird.
Aufgrund der unregelmäßigen Form des Kerns ist es schwierig, eine Bypassabdichtung vorzusehen, die wirksam die Bypassströmung blockiert, die einfach herzustellen ist und die während der Herstellung und des Gebrauchs des Wärmetauschers in ihrer Lage verbleibt.
Es besteht der Bedarf für gaskühlende Wärmetauscher, die eine hohe Zuverlässigkeit haben, während sie übermäßige Material- und/oder Herstellungskosten vermeiden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Ausführungsbeispiel ist ein Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher vorgesehen, der einen Kern mit einer Länge, einer Höhe und einem Paar von gegenüberliegenden Seiten, die sich über die Länge und die Höhe des Kerns erstrecken, aufweist. Der Kern weist mehrere flache Rohre auf, die in einem Stapel angeordnet sind, wobei ein Raum zwischen jedem benachbarten Paar von flachen Rohren angeordnet ist, wobei jedes der flachen Rohre ein hohles Inneres hat, das einen Flüssigkeitsströmungs-Durchgang definiert, und jeder der Räume einen Gasströmungs-Durchgang definiert. Jedes der flachen Rohre hat ein Paar von Umfangskanten, die sich entlang der Länge des Kerns erstrecken, wobei die Umfangskanten der flachen Rohre teilweise die Seiten des Kerns definieren. Jeder der Gasströmungs-Durchgänge hat ein Paar von offenen Enden und ein Paar von gegenüberliegenden Seiten, wobei die Breite jedes Gasströmungs-Durchgangs zwischen den gegenüberliegenden Seiten definiert ist und die gegenüberliegenden Seiten der Gasströmungs-Durchgänge teilweise die Seiten des Kerns definieren. Der Kern weist einen ersten Bereich auf, in welchem die flachen Rohre eine erste Breite haben, die größer als die Breite jedes der Gasströmungs-Durchgänge ist, wobei die erste Breite zwischen den Umfangskanten der flachen Rohre in dem ersten Bereich definiert ist. Der Kern hat einen zweiten Bereich, in welchem die flachen Röhren eine zweite Breite haben, die im Wesentlichen die gleiche wie die Breite jedes der Gasströmungs-Durchgänge ist, wobei die zweite Breite zwischen den Umfangskanten der flachen Rohre in dem zweiten Bereich definiert ist.
Der Wärmetauscher weist weiterhin ein Gehäuse auf, das den Kern umgibt. Das Gehäuse weist einen Einlassendbereich mit einer Gaseinlassöffnung und einen Auslassendbereich mit einer Gasauslassöffnung auf, wobei die Gaseinlass- und -auslassöffnung mit den offenen Enden der Gasströmungs-Durchgänge des Kerns kommunizieren. Das Gehäuse enthält zumindest eine Seitenabdeckung, die sich entlang der zumindest einen Seite des Kerns und im Abstand von dieser erstreckt, wobei ein erster Spalt zwischen der Seitenabdeckung und der Seite des Kerns in dem ersten Bereich des Kerns schmaler als ein zweiter Spalt zwischen der Seitenabdeckung und der Seite des Kerns in dem zweiten Bereich des Kerns ist.
Der Wärmetauscher weist weiterhin eine Seitenabdichtung auf, die zumindest teilweise in dem Spalt zwischen der Seitenabdeckung des Gehäuses und dem zweiten Bereich des Kerns aufgenommen ist. Die Seitenabdichtung erstreckt sich über die Höhe des Kerns und hat eine Dicke, die größer als der erste Spalt ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist jeder der Gasströmungs-Durchgänge mit einem turbulenzerhöhenden Einsatz versehen. In einem Ausführungsbeispiel weist jeder der turbulenzerhöhenden Einsätze eine gewellte Rippe auf, die durch mehrere parallele Seitenwände, die sich entlang der Länge des Kerns erstrecken, definiert ist, wobei die Seitenwände obere und untere Kämme haben, an denen sie miteinander und mit benachbarten der flachen Rohre verbunden sind. In einem Ausführungsbeispiel hat jede der gewellten Rippen ein Paar von Seitenkanten, zwischen denen eine Breite der gewellten Rippe definiert ist, wobei zumindest eine der Seitenkanten der gewellten Rippe durch eine äußerste Seitenwand der gewellten Rippe definiert ist, und wobei die äußerste Seitenwand im Wesentlichen frei von Perforationen ist und eine der gegenüberliegenden Seiten von einem der Gasströmungs-Durchgänge definiert.
In einem Ausführungsbeispiel ist jede der Seitenkanten der gewellten Rippe durch eine der äußersten Seitenwände der gewellten Rippe definiert. In einem Ausführungsbeispiel hat jede der gewellten Rippen eine Breite, die die Breite des Gasströmungs-Durchgangs, in welchem sie angeordnet ist, derart definiert, dass jede der gegenüberliegenden Seiten von jedem der Gasströmungs-Durchgänge durch eine der äußersten Seitenwände der gewellten Rippe definiert ist.
In einem Ausführungsbeispiel weist jedes der flachen Rohre ein Paar von Kernplatten mit einem ebenen Umfangsflansch, der eine erhabene mittlere Fläche umgibt, auf, wobei die Umfangskanten der Rohre durch Teile des ebenen Umfangsflansches, die sich entlang der Länge des Kerns erstrecken, definiert sind. In einem Ausführungsbeispiel haben jede der erhabenen mittleren Flächen der Kernplatten und jeder der Flüssigkeitsströmungs-Durchgänge der flachen Rohre eine Breite in dem zweiten Bereich des Kerns, die kleiner als eine Breite in dem ersten Bereich des Kerns ist. In einem Ausführungsbeispiel enthalten die ebenen Umfangsflansche sich einwärts erstreckende Bereiche in dem zweiten Bereich des Kerns. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die sich einwärts erstreckenden Bereiche um eine maximale Länge einwärts, die im Wesentlichen gleich einer Breite des ebenen Umfangsflansches entlang des ersten Bereichs des Kerns ist. In einem Ausführungsbeispiel enthält jeder der sich einwärts erstreckenden Bereiche ein Verriegelungselement, das ausgestaltet ist, mit einer inneren Kante der Seitenabdichtung in Eingriff zu treten und diese zu halten.
In einem Ausführungsbeispiel hat der zweite Bereich des Kerns eine Länge, die kleiner als eine Länge des ersten Bereichs des Kerns ist.
In einem Ausführungsbeispiel bildet der zweite Bereich einen vertieften Kanal, der sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe des Kerns erstreckt.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Kern weiterhin eine obere und eine untere Seite auf, wobei das Gehäuse eine obere Abdeckung, die über der oberen Seite des Kerns angeordnet ist, eine untere Abdeckung, die über der unteren Seite des Kerns angeordnet ist, und ein Paar von Seitenabdeckungen über den Seiten des Kerns enthält. In einem Ausführungsbeispiel hat die untere Seite des Kerns einen Abstand von der unteren Abdeckung des Gehäuses, und eine untere Abdichtung ist zwischen der unteren Seite des Kerns und der unteren Abdeckung des Gehäuses angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel hat die obere Seite des Kerns einen Abstand von der oberen Abdeckung des Gehäuses, und eine obere Abdichtung ist zwischen der oberen Seite des Kerns und der oberen Abdeckung des Gehäuses angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist die obere Abdichtung oder die untere Abdichtung teilweise in eine Nut in der oberen Abdeckung oder der unteren Abdeckung des Gehäuses eingebettet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Abdichtung elastisch und hat eine unkomprimierte Dicke, die größer als die des zweiten Spalts ist. In einem Ausführungsbeispiel enthält die Abdichtung mehrere Beine mit Enden, die mit dem Kern in dessen zweitem Bereich in Eingriff sind. In einem Ausführungsbeispiel hat die Abdichtung eine U-Form mit zwei der Beine. In einem Ausführungsbeispiel enthält der zweite Bereich des Kerns Verriegelungselemente, die mit den Enden der Beine in Eingriff sind und diese halten. In einem Ausführungsbeispiel haben die Enden der Beine Bereiche vergrößerter Dicke, die ausgestaltet sind, mit den Verriegelungselementen in Eingriff zu sein und von diesen gehalten zu werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Seitenabdichtungen, die obere Abdichtung und die untere Abdichtung ein kontinuierliches Abdichtteil auf, das sich entlang der oberen Seite, der unteren Seite und der seitlichen Seiten des Kerns erstreckt. In einem Ausführungsbeispiel liegen alle Bereiche der kontinuierlichen Abdichtung in einer einzelnen Querebene. In einem Ausführungsbeispiel weist die kontinuierliche Abdichtung ein längliches elastisches Teil auf. In einem Ausführungsbeispiel enthält die kontinuierliche Abdichtung umlegbare Eckenbereiche, die ausgestaltet sind, um Ecken zwischen den Seiten und der angrenzenden oberen und unteren Seite des Kerns umgelegt zu werden. In einem Ausführungsbeispiel weisen die umlegbaren Eckenbereiche Kerben auf, die sich teilweise durch die Dicke der kontinuierlichen Abdichtung erstrecken. In einem Ausführungsbeispiel sind die Kerben V-förmig und zu dem Kern hin geöffnet.
In einem Ausführungsbeispiel enthält der Wärmetauscher zwei oder mehr der Seitenabdichtungen, die entlang der Länge des Kerns einen gegenseitigen Abstand aufweisen, wobei der Kern zwei der zweiten Bereiche aufweist, in denen die flachen Rohre eine zweite Breite haben, die im Wesentlichen die gleiche wie die Breite von jedem der Gasströmungs-Durchgänge ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine der gegenüberliegenden Seiten von jedem der Gasströmungs-Durchgänge durch Kühlmitteleinlass- und -auslassverteiler des Kerns definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die das Äußere eines Wärmetauschers gemäß einem hier offenbarten ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 eine perspektivische Draufsicht auf eine Kernplatte des Wärmetauschers nach 1 ist;
3 eine vergrößerte Ansicht einer Kante des Kerns und auch die Seitenabdichtung und eine Seitenabdeckung des Gehäuses zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers nach 1 mit dem teilweise weggeschnittenen Gehäuse ist;
5 ist eine Seitenansicht des Wärmetauschers nach 1 ist, wobei das Gehäuse teilweise weggeschnitten ist, um den Kern zu zeigen;
5B eine Draufsicht auf den Wärmetauscher nach 1 ist, geschnitten entlang einer Ebene parallel zu den Kernplatten;
5C Teile einer Seitenabdichtung und einer Bodenabdichtung, die an einer Ecke verbunden sind, zeigt;
6 eine perspektivische Ansicht ist, die das Äußere eines Wärmetauschers gemäß einem hier offenbarten zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 eine Seitenansicht des Wärmetauschers nach 6 ist, bei der das Gehäuse teilweise weggeschnitten ist, um den Kern zu zeigen;
8 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher nach 6 ist, wobei das Gehäuse weggeschnitten ist, um den Kern zu zeigen;
9 eine Draufsicht ähnlich 8 ist, aber entlang einer Ebene parallel zu den Kernplatten geschnitten ist;
10 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 10–10' in 7 ist;
11 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 11–11' in 7 ist, aus dem das Abdichtteil aus Gründen der Klarheit entfernt wurde;
12 eine isolierte perspektivische Ansicht einer Kernplatte des Wärmetauschers nach 6 ist;
13 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Kernplatte in 12 ist;
14 eine vergrößerte Ansicht der Kante des Kerns mit entfernter Seitenabdichtung ist;
15 eine vergrößerte Ansicht einer Kante des Kerns ist, die auch die Seitenabdichtung und eine Seitenabdeckung des Gehäuses zeigt;
16 eine isolierte Schnittansicht eines Teils der Seitenabdichtung ist;
17 ein Teilquerschnitt durch den ersten Bereich des Kerns des Wärmetauschers in 6 ist;
18 ein Teilquerschnitt durch den zweiten Bereich des Kerns des Wärmetauschers in 6 ist;
19 Teile einer Seitenabdichtung und einer oberen Abdichtung, die an einer Ecke verbunden sind, zeigt;
20 ein kontinuierliches Abdichtteil in einer geraden Konfiguration zeigt;
21 das kontinuierliche Abdichtteil in 20 zeigt, das um einen Wärmetauscherkern herumgelegt ist;
22 eine perspektivische Ansicht des Kerns eines Wärmetauschers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist;
23 eine Seitenansicht des Wärmetauschers nach 23 ist, wobei ein Teil des Gehäuses weggeschnitten ist;
24 eine Vorderansicht des Wärmetauschers nach 23 ist, wobei ein Teil des Gehäuses weggeschnitten ist; und
25 eine auseinandergezogene Ansicht des Kerns des Wärmetauschers in 23 ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Wärmetauscher 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 5C beschrieben.
Der Wärmetauscher 10 ist ein Ladeluftkühler für ein Motorfahrzeug, das von einem Motor angetrieben wird, der komprimierte Ladeluft benötigt, wie ein Turbolader-Verbrennungsmotor oder ein Brennstoffzellenmotor. Der Wärmetauscher 10 kann stromabwärts eines Luftkompressors und stromaufwärts eines Lufteinlassverteilers des Motors installiert sein, um die heiße komprimierte Ladeluft zu kühlen, bevor sie den Motor erreicht. Jedoch kann in einigen Ausführungsbeispielen der Wärmetauscher 10 mit dem Einlassverteiler integriert sein, wie nachfolgend weiter diskutiert wird. In der folgenden Beschreibung ist das durch den Wärmetauscher 10 zirkulierende Kühlmittel ein flüssiges Kühlmittel, dasselbe wie das Motorkühlmittel sein kann, das Wasser oder eine Wasser/Glykol-Mischung sein kann.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die spezifische Anordnung und die Orte der Einlass- und Auslassöffnungen für Luft und Kühlmittel zumindest teilweise von der spezifischen Konfiguration des Lufteinlasssystems eines Fahrzeugs abhängen und von Anwendung zu Anwendung variieren können.
Wie in den 1 bis 5 gezeigt ist, weist der Wärmetauscher 10 einen Kern 12 mit einer oberen Seite 14, einer unteren Seite 16, einer ersten und einer zweiten seitlichen Seite 18, 20, einem Einlassende 22, einem Auslassende 24, Kühlmittelöffnungen 25, 27, Kühlmittelverteilern 54, 56 und einer Gaseinlass- und -auslassöffnung 30, 32, die sich an dem Einlass- und dem Auslassende 22, 24 befinden, auf. Der Kern 12 hat eine Länge L, die zwischen dem Einlass- und dem Auslassende 22, 24 definiert ist, eine Breite W, die zwischen den Seiten 18 und 20 definiert ist, und eine Höhe H, die zwischen der oberen Seite 14 und der unteren Seite 16 definiert ist. Die Abmessungen H und L sind in 5 gezeigt, und die Abmessungen L und W sind auch in Verbindung mit der Kernplatte 100 in 2 gezeigt.
Es ist ersichtlich, dass die erste Seite 18 sich entlang der Länge L und der Höhe H des Kerns 12 erstreckt, so wie die zweite Seite 20. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Gesamtform des Kerns 12 die eines rechteckigen Prismas, in welchem die Breite W des Kerns 12 größer als die Länge L des Kerns 12 ist.
Der Kern 12 des Wärmetauschers 10 besteht typischerweise aus einem Metall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei die Komponenten des Kerns 12 durch Hartlöten miteinander verbunden sind. Der in Beziehung zu allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete Begriff ”Aluminium” soll Aluminium und seine Legierungen enthalten.
Die Struktur des Kerns 12 ist variabel, und die spezifische Konstruktion gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist nur ein Beispiel für eine mögliche Kernkonstruktion. Der Kern 12 weist einen Stapel von flachen Rohren 48 auf, wobei jedes der Rohre 48 ein hohles Inneres hat, das einen Kühlmittel-Strömungsdurchgang 50 definiert, und mit einem Paar von gegenüberliegenden Umfangskanten 26, 28, die sich entlang der Länge L des Kerns 12 erstrecken, wobei die Umfangskanten 26, 28 der flachen Rohre 48 teilweise die Seiten 18, 20 des Kerns 12 definieren.
Die flachen Rohre 48 sind in einem Stapel mit zwischen benachbarten Paaren von flachen Rohren 48 befindlichen Räumen angeordnet, wobei diese Räume mehrere Gasströmungs-Durchgänge 52 definieren. Die Gasströmungs-Durchgänge 52 erstrecken sich von dem Einlassende 22 zu dem Auslassende 24 des Kerns 12 entlang der Länge L des Kerns 12. Wie ersichtlich ist, hat jeder der Gasströmungs-Durchgänge 52 ein Paar von offenen Enden nahe den Enden 22, 24 des Kerns 12, und ein Paar von gegenüberliegenden Seiten, nämlich eine erste Seite 51 und eine zweite Seite 53, die sich entlang der Länge L des Kerns 12 erstrecken. Eine Breite W₁ (5B) jedes der Gasströmungs-Durchgänge 52 ist zwischen den gegenüberliegenden Seiten 51, 53 von diesen definiert, und die gegenüberliegenden Seiten 51, 53 der Gasströmungs-Durchgänge 52 definieren teilweise die Seiten 18, 20 des Kerns 12.
Die sich in Längsrichtung durch den Kern 12 erstreckenden Gasströmungs-Durchgänge 52 können mit turbulenzerhöhenden Einsätzen wie gewellten Rippen oder Turbulizerns versehen sein, um verstärkte Turbulenzen und eine größere Oberfläche für die Wärmeübertragung zu erhalten, und um eine strukturelle Stütze für den Kern 12 vorzusehen. In dem illustrierten Ausführungsbeispiel weisen die turbulenzerhöhenden Einsätze mehrere gewellte Rippen 62 auf. Jede der gewellten Rippen 62 hat ein Paar von Seitenkanten 63, 65, zwischen denen die Breite W₂ der gewellten Rippe 62 definiert ist, wie in 5B gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen entspricht die Breite W₂ der oder ist im Wesentlichen die gleiche wie die Breite W₁ des Gasströmungs-Durchgangs 52, in welchem sie angeordnet ist. Jedoch ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Breite W₂ jeder gewellten Rippe 62 geringer als die Breite W₁ des Gasströmungs-Durchgangs 52, in welchem sie angeordnet ist, wie nachfolgend weiter diskutiert wird.
Es ist beabsichtigt, dass die hier verwendeten Begriffe ”Rippe” und ”Turbulizer” sich auf gewellte turbulenzerhöhende Einsätze beziehen, die mehrere sich axial erstreckende Kämme oder Grate haben, die durch Seitenwände verbunden sind, wobei die Kämme gerundet oder flach sind. Wie hier definiert ist, hat eine ”Rippe” kontinuierliche Kämme, während ein ”Turbulizer” Kämme hat, die entlang ihrer Länge unterbrochen sind, so dass die axiale Strömung durch den Turbulizer gewunden ist. Turbulizer werden manchmal als versetzte oder durchstochene Streifenrippen bezeichnet, und Beispiele für derartige Turbulizer sind US-Patent Nr. Re. 35 890 (So) und im US-Patent Nr. 6 273 183 (So et al.) beschrieben. Die Patente von So und So et al. werden hier in ihrer Gesamtheit einbezogen.
Die gewellten Rippen 62 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind als eine kreuzschraffierte Fläche in 5B gezeigt. Jedoch sind die gewellten Rippen nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleichen wie diejenigen des nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels, aufweisend mehrere parallele Seitenwände 44, die sich entlang der Länge L des Kerns 12 erstrecken, wobei die Seitenwände 44 an ihrer oberen und unteren Seite Firste 46 haben, entlang denen sie miteinander und mit benachbarten flachen Rohren 48 verbunden sind. Die gewellten Rippen 62 wie in den 10, 11, 17 und 18 illustriert, entsprechen den gewellten Rippen 63 des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Die durch die gewellten Rippen 62 definierten Wellenformen sind an den Enden 22, 24 des Kerns 12 offen. Jede der Seitenkanten 63, 65 der gewellten Rippe 62 ist durch eine der äußersten Seitenwände 44 der gewellten Rippe 62 definiert.
Es ist aus 5B ersichtlich, dass eine Seitenkante 63 jeder gewellten Rippe 62 sich an der ersten Seite 51 eines der Gasströmungs-Durchgänge 52 befindet und sich entlang dieser erstreckt. Die andere Seitenkante 65 jeder gewellten Rippe 62 weist einen Abstand von der zweiten Seite 53 von einem der Gasströmungs-Durchgänge 52 auf, wie nachfolgend weiter diskutiert wird. Entlang der Seitenkante 63 der gewellten Rippen 62, die sich an den ersten Seiten 51 der Gasströmungs-Durchgänge 52 befinden, ist zumindest eine äußerste der Seitenwände 44 im Wesentlichen frei von Perforationen. Es ist vorteilhaft, dass zumindest die sich an der ersten Seitenkante 63 jeder gewellten Rippe 62 befindende äußerste Seitenwand 44 im Wesentlichen frei von Perforationen ist, um die Menge des Gases, das von der gewellten Rippe 62 entweicht und diese umgeht, minimiert wird. Die gegenüberliegenden Seitenkanten 65 der gewellten Rippen 62, die sich zu den zweiten Seiten 53 der Gasströmungs-Durchgänge hin befinden (aber im Abstand von diesen) können in gleicher Weise im Wesentlichen frei von Perforationen sein. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen es erwünscht ist, die Seitenwände 44 mit Lamellenschlitzen oder anderen Typen von Perforationen (nicht gezeigt) zu versehen, kann zumindest die äußerste Seitenwand 44 so verformt sein, dass die Perforationen im Wesentlichen geschlossen sind, oder die gewellte Rippe 62 kann in mehreren Abschnitten vorgesehen sein, enthaltend einen mittleren Abschnitt mit Lamellenschlitzen oder anderen Perforationen, und einen oder zwei Kantenabschnitte, die entlang der Seitenkanten 63, 65 angeordnet und frei von Perforationen sind.
Die Rohre 48 können verschiedene Konstruktionen haben und bestehen aus Paaren von Kernplatten 100 (2), von denen jede einen ebenen Umfangsflansch 102 hat, der eine erhabene mittlere Fläche 104 umgibt. Die flachen Rohre 48 sind gebildet durch Verbinden eines Paares von Kernplatten 100 in einander zugewandter Beziehung miteinander, wobei die Kernplatten 100 abdichtend entlang ihrer Umfangsflansche 102 miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Hartlöten. In dem zusammengesetzten Rohr 48 ist der Kühlmittel-Strömungsdurchgang 50 durch die erhabenen mittleren Flächen 104 der verbundenen Platten 100 definiert und ist durch die verbundenen Umfangsflansche 102 um seine Kanten herum abgedichtet. Die Kernplatten 100 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind spiegelbildlich zueinander und können wahlweise identisch sein.
Wie gezeigt ist, definieren Teile der ebenen Umfangsflansche 102, die sich entlang der Länge des Kerns 12 erstrecken, die Umfangskanten 26, 28 der flachen Rohre 48.
Die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 des Kerns 12 sind durch ein Paar von Kühlmittelverteilern 54, 56 verbunden. In dem illustrierten Ausführungsbeispiel sind die Verteiler 54, 56 durch mit Öffnungen versehene, hochstehende Wulste oder Blasen 55, 57 (gezeigt in 2) in jeder der Platten 100, die die Rohre 48 bilden, gebildet, wobei die Wulste von benachbarten Plattenpaaren verbunden sind, um kontinuierliche Verteiler 54, 56 zu bilden. Die Verteiler 54, 56 sind mit jedem der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 verbunden und erstrecken sich über die Höhe des Kerns 12 von der oberen Seite 14 bis zur unteren Seite 16. Die unteren Enden der Verteiler 54, 56 sind durch eine Bodenplatte 58 verschlossen, die den Boden 16 des Kerns 12 definiert, während die obere Seite 14 des Kerns 12 durch eine obere Platte 60 definiert ist, in der die Kühlmittelöffnungen 25, 27 definiert sind.
In dem Wärmetauscher 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel befinden sich die beiden Kühlmittelverteiler 54, 56 benachbart der zweiten Seite 20 des Kerns 12 nahe der Kante 28, wobei die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 U-förmig sind, wie aus den 2 und 5B ersichtlich ist. Somit sind die Richtungen der Luft- und der Kühlmittelströmung im Wärmetauscher 10 im Wesentlichen senkrecht zueinander (Querströmungsanordnung). Bei anderen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Kühlmittelverteiler einen gegenseitigen Abstand entlang der Länge L des Kerns 12 aufweisen, derart, dass die Luft- und die Kühlmittelströmung in entgegengesetzten Richtungen (Gegenstromanordnung) oder in derselben Richtung (Gleichströmungsanordnung) verlaufen.
Der Wärmetauscher 10 weist weiterhin ein Gehäuse 34 auf, das den Kern 12 umgibt, wobei das Gehäuse einen Einlassendbereich 36 und einen Auslassendbereich 38 hat. Der Einlassendbereich 36 enthält eine Gaseinlassöffnung 40, die mit der Gaseinlassöffnung 30 des Kerns 12 kommuniziert, die direkt oder indirekt mit einer Stromaufwärtskomponente eines Fahrzeug-Motorsystems zu verbinden ist, wie einem Luftkompressor (nicht gezeigt). Der Auslassendbereich 38 enthält eine Gasauslassöffnung 42, die mit der Gasauslassöffnung 32 des Kerns 12 kommuniziert, die direkt oder indirekt mit einer Stromabwärtskomponente eines Fahrzeug-Motorsystems zu verbinden ist, wie einem Einlassverteiler (nicht gezeigt). Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 34 einen Einlassverteiler eines Fahrzeugmotors aufweisen, in welchem Fall die Gaseinlassöffnung 32 des Kerns 12 direkt mit dem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) kommunizieren kann. Für die folgende Beschreibung ist darauf hinzuweisen, dass Bezugnahmen auf das Gehäuse 34 Ausführungsbeispiele enthalten, in denen das Gehäuse ein Einlassverteiler ist.
Zur Vereinfachung der Montage weist das Gehäuse 34 typischerweise zwei oder mehr getrennt gebildete Segmente auf, wie beispielsweise in der vorgenannten US-Patentanmeldung Nr. 61/985 588 beschrieben ist. Jedoch ist die spezifische Konstruktion des Gehäuses 34 nicht notwendigerweise erfindungswesentlich, und daher werden diese Einzelheiten in der vorliegenden Diskussion und in den Zeichnungen weggelassen.
Das Gehäuse 34 enthält zumindest eine Seitenabdeckung 38 oder 70, die sich entlang zumindest einer Seite 18 oder 20 des Kerns 12 und im Abstand von dieser erstreckt. In dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 34 kontinuierlich und umgibt den Kern 12, aufweisend ein Paar aus den Seitenabdeckungen 68, 70 über den Seiten 18, 20 des Kerns 12, und weiterhin aufweisend eine obere Abdeckung 64, die über der oberen Seite 14 des Kerns 12 angeordnet ist, und eine untere Abdeckung 66, die über der oberen Seite 16 des Kerns 12 angeordnet ist. Zusammen mit den Endbereichen 36, 38 bilden die Abdeckungen 64, 66, 68, 70 des Gehäuses 34 eine im Wesentlichen durchgehend Umhüllung des Kerns 12 mit Ausnahme einer Einlass- und einer Auslassöffnung jeweils für das Gas und das Kühlmittel.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die obere Abdeckung 64 des Gehäuses 34 von dem Rest des Gehäuses 34 getrennt sein, derart, dass der Kern 12 von oben in das Gehäuse 34 eingesetzt wird, und die obere Abdeckung 64 wird dann gegenüber dem Rest des Gehäuses 34 abgedichtet. Optional ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die obere Abdeckung 64 mit dem Kern 12 integriert, aufweisend eine relativ dicke flache Flanschplatte 160 (5), die aus Aluminium bestehen kann und deren untere Fläche mit der oberen Platte 60 des Kerns 12 hartverlötet ist. Die Flanschplatte 160 ist mit einem Paar von Kühlmittelöffnungen 72, 74 versehen, die mit den Kühlmittelverteilern 54, 56 kommunizieren, und die obere Fläche der Flanschplatte 160 ist mit einem Paar von Kühlmittelanschlüssen 78, 80 versehen. Die Kanten der Flanschplatte 160 sind abdichtend mit dem Rest des Gehäuses 34 durch jedes zweckmäßige Mittel verbunden, wie eine mechanische Verbindung, Hartlöten oder Schweißen. Die Begriffe ”obere” und ”untere” werden in Bezug auf das Gehäuse 34 als Begriffe der Geeignetheit verwendet, und sie zeigen nicht notwendigerweise an, dass das Gehäuse 34 im Gebrauch eine bestimmte Orientierung haben muss.
Die Kühlmittelöffnungen 25, 27 der Kernplatten 100 und der oberen Platte 60 führen zu einer Kommunikation zwischen den Verteilern 54, 56 und den Kühlmittelöffnungen 72, 74, die in der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 angeordnet sind (der Flanschplatte 160 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel). Weiterhin kommunizieren Kühlmittelanschlüsse 78, 80 mit den jeweiligen Kühlmittelöffnungen 72, 74 und sind angepasst für die Verbindung mit Kühlmittelleitungen (nicht gezeigt) in einem Kühlmittel-Zirkulationssystem (nicht gezeigt).
In dem ersten Ausführungsbeispiel weisen beide Seiten 18, 20 des Kerns 12 Abstände von jeweiligen Seitenabdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34 auf, und die untere Seite 16 des Kerns 12 weist einen Abstand von der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 auf. In diesem bestimmten Ausführungsbeispiel ist, wie vorstehend beschrieben ist, die obere Seite 14 des Kerns 12 in direktem Kontakt mit der Flanschplatte 160, die die obere Abdeckung 64 des Gehäuses 34 definiert. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 66 so klein sein, dass er in Bezug auf die Bypassströmung vernachlässigbar ist.
Die gewellten Rippen 62 verleihen dem Kern 12 einen bestimmten Widerstand gegenüber der Gasströmung, und daher hat das zu kühlende Gas die Tendenz, die gewellten Rippen 62 zu umgehen und durch etwaige Räume zu strömen, die sich außerhalb der Seitenkanten 63, 65 der gewellten Rippen 62 befinden, enthaltend etwaige Räume zwischen dem Gehäuse 34 und dem Kern 12, die eine freie Strömung zwischen der Gaseinlassöffnung 40 und der Gasauslassöffnung 42 des Gehäuses 34 ermöglichen, wie die vorgenannten Räume zwischen dem Gehäuse 34 und dem Kern 12. In gleicher Weise hat aufgrund des Ortes der Verteiler 54, 56 innerhalb des Gasströmungs-Durchgangs 52 das zu kühlende Gas die Tendenz, um die Außenkanten der Verteiler 54, 56 herum durch den Raum zwischen dem Kern 12 und dem Gehäuse 34 zu strömen.
Die Räume zwischen dem Kern 12 und den Seitenabdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34 sind am besten aus den 3 und 5B ersichtlich. Dieser Abstand ergibt sich teilweise aus dem Abstand zwischen den Umfangskanten 26, 28 der Rohre 48 und den Seitenabdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34, teilweise durch den Abstand zwischen der Seitenkante 63 der gewellten Rippen 62 und der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses 34 und teilweise durch den Abstand zwischen den Außenkanten des Kühlmittel-Einlass- und/oder -Auslassverteilers 54, 56 und der Seitenabdeckung 70 des Gehäuses 34. Wenn diese offengelassen sind, ermöglichen sie eine übermäßige Bypassströmung des Gases, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 10 herabgesetzt wird.
In der Kernkonstruktion des ersten Ausführungsbeispiels bestehen die Umfangskanten 26, 28 der Rohre 48 aus den Umfangsflanschen 102 der Kernplatten 100, aus denen die Rohre 48 gebildet sind. Wie aus 5B ersichtlich ist, erstrecken sich die Seitenkanten 63 der gewellten Rippen 62 nicht bis zu den Umfangskanten 26 der Umfangsflansche 102 der Rohre 48. Aus diesem Grund hat die erste Seite 18 des Kerns 12 eine unregelmäßige kammartige Form. Wie vorstehend diskutiert wurde, ist es schwierig, eine zuverlässige Abdichtung gegenüber dieser unregelmäßigen Oberfläche zu erzielen.
In gleicher Weise erstrecken sich die Kühlmittel-Einlass- und -Auslassverteiler 54, 56 nicht bis zu den Umfangskanten 28 der Umfangsflansche 102 entlang der zweiten Seite 20 des Kerns 12, und aus diesem Grund hat die zweite Seite 20 eine unregelmäßige kammartige Form, die schwer abzudichten ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Schwierigkeit des Bildens von Abdichtungen gegenüber der ersten und der zweiten Seite 18, 20 des Kerns 12 dadurch überwunden, dass die Formen der ersten und der zweiten Seite 18, 20 geändert werden. In dieser Hinsicht weist der Kern 12 zumindest einen ersten Bereich 106 auf, in welchem die flachen Rohre 48 eine Breite W (gemessen zwischen den Umfangskanten 26 und 28 in diesem ersten Bereich 06, und gezeigt in den 2 und 5B) haben, die größer als die Breite W₁ von jedem der vorstehend definierten Gasströmungs-Durchgänge 52 ist.
In den ersten Bereichen 106 des Kerns 12 sind die gewellten Rippen 62 nur zwischen Bereichen von Rohren 48 angeordnet, durch die das Kühlmittel zirkuliert, wobei diese Bereiche durch die erhabenen mittleren Bereiche 104 der Kernplatten 100 definiert sind. Daher enden entlang der ersten Seite 18 des Kerns 12 die Seitenkanten 63 von gewellten Rippen 62 an den oder nahe der Kanten der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50. In gleicher Weise sind an der zweiten Seite 20 des Kerns 12 die Verteiler 54, 56 in Bereichen von Rohren 48 angeordnet, durch die das Kühlmittel zirkuliert, und daher befinden sich entlang der zweiten Seite 20 des Kerns 12 die äußeren Kanten der Verteiler 54, 56 an den oder nahe der Kanten der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50.
Daher stehen in den ersten Bereichen 106 des Kerns 12 die abgedichteten Umfangsflansche 102 der Kernplatten 100 auswärts über die Kanten 63 der gewellten Rippen 62 entlang der ersten Seite 18 vor, und in gleicher Weise stehen die abgedichteten Umfangsflansche 102 auswärts über die äußeren Kanten der Verteiler 54, 56 entlang der zweiten Seite 20 vor, wodurch die unregelmäßige kammartige Form entlang sowohl der ersten als auch der zweiten Seite 18, 20 gebildet wird, wie vorstehend beschrieben ist. Drei derartige erste Bereiche 106 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten, und sie sind in 5B mit 106a, 106b und 106c bezeichnet.
Wie auch in 5B gezeigt ist, enthält der Kern 12 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch zumindest einen zweiten Bereich 108, in welchem die flachen Rohre 48 eine Breite W₃ (gemessen zwischen den Umfangskanten (26 und 28 in den zweiten Bereichen 108, und gezeigt in 5B) haben, die im Wesentlichen die gleiche wie die Breite W₁ jedes der Gasströmungs-Durchgänge 52 ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel enthält zwei dieser zweiten Bereiche, die in 5B mit 108a und 108b bezeichnet werden.
Diese schmaleren zweiten Bereiche 108 des Kerns 12 sind durch Einwärtserstrecken der Umfangsflansche 102 zu den Mitten der flachen Rohre 48 in diesen zweiten Bereichen 108 gebildet. Dies führt zu einer lokalen Verringerung der Breite der erhabenen mittleren Bereiche 104 der Kernplatten 100 und einer entsprechenden Verringerung der Breite der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 in den zweiten Bereichen 108, während die Breite W₁ der Gasströmungs-Durchgänge 52 und die Breite W₂ der gewellten Rippen 62 über die ersten und zweiten Bereiche 106, 108 hinweg die gleiche ist. Die Verringerung der Breite in den zweiten Bereichen 108 ist ausreichend in der Weise, dass die Breite W₃ zwischen den Umfangskanten 26, 28 in zumindest einem Teil jedes zweiten Bereichs 108 im Wesentlichen die Gleiche ist wie die Breite W der Gasströmungs-Durchgänge 52, innerhalb annehmbarer Herstellungstoleranzen. Es ist aus den Zeichnungen ersichtlich, dass die Breite W₃ der minimalen Breite zwischen den Umfangskanten 26, 28 innerhalb der zweiten Bereiche 108 entspricht, und dass die Breite des Umfangsflanschs 102 in den zweiten Bereichen 108 etwas variabel ist. Es ist wichtig, festzustellen, dass eine bestimmte minimale Breite des Umfangsflanschs 102 innerhalb der zweiten Bereiche 108 aufrechterhalten werden muss, so dass eine zuverlässige Abdichtung der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 gewährleistet ist, und dieses Erfordernis ist verantwortlich für die Verengung der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 in diesen Bereichen.
Mit der vorbeschriebenen Konfiguration besteht, wie am besten aus den 3 und 5B ersichtlich ist, ein erster Spalt 110 zwischen der Seitenabdeckung 70 und der zweiten Seite 20 des Kerns 12 in den ersten Bereichen 106 des Kerns 12, wobei der erste Spalt 110 kleiner als ein zweiter Spalt 112 zwischen der Seitenabdeckung 70 und der zweiten Seite 20 des Kerns 12 in den zweiten Bereichen 108 des Kerns 12 ist. In gleicher Weise existieren ein erster und ein zweiter Spalte 110, 112 zwischen der ersten Seite 18 des Kerns 12 und der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses, wie in 5B gezeigt ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass der zweite Spalt 112 der Abstand zwischen dem Gehäuse 34 und jedem zweiten Bereich 108 des Kerns 12 ist, und genauer gesagt zwischen dem Gehäuse 34 und denjenigen Teilen der zweiten Bereiche 108, in denen die Breite W₃ zwischen den Umfangskanten 26, 28 im Wesentlichen die gleiche wie die Breite W der Gasströmungs-Durchgänge 52 ist, mit akzeptierbaren Herstellungstoleranzen.
Die Orte und relativen Längen der ersten und zweiten Bereiche 106, 108 des Kerns 12 entlang der Länge L des Kerns 12 sind variabel. Beispielsweise befinden sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweiten Bereiche 108a, 108b nahe der enden des Kerns 12, und drei Bereiche 106a, 106b und 106c sind vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein zweiter Bereich 108 vorgesehen sein, der sich irgendwo entlang der Länge L des Kerns 12 befinden kann.
Bei der vorliegenden Konfiguration ist die Länge der ersten Bereiche 106 (d. h., die kombinierten Längen 106a, 106b und 106c) größer als die individuellen und kombinierten Längen der zweiten Bereiche 108a, 108b, wobei die Längen der Bereiche 106, 108 entlang der Länge L des Kerns 12 gemessen werden. Die Längen der Bereiche 106, 108 können von den gezeigten abweichen. Jedoch ist es aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, dass es aus einer Anzahl von Gründen wünschenswert ist, die zweiten Bereiche 108 kürzer als die ersten Bereiche 106 zu machen.
Wie vorstehend erwähnt ist, sind die zweiten Bereiche 108 des Kerns 12 durch sich einwärts erstreckende Bereiche 114 der Umfangsflansche 102 der Kernplatten 100 gebildet. Die maximale Länge der Einwärtserstreckung des Umfangsflansches 102 kann angenähert gleich der Breite des Umfangsflansches 102 sein. Wie aus den 3 und 5B ersichtlich ist, ergibt die Einwärtserstreckung der Flansche 102 entlang der ersten Seite 18 des Kerns 10 einen Kantenbereich der gewellten Rippe 62, der sich über die erhabenen mittleren Flächen 104 der Kernplatten 100 und die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 hinaus erstreckt, aufgrund der Verringerung der Breite der mittleren Flächen 104 und der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50, wie auf der linken Seite von 5B gezeigt ist. Somit sind die Seitenkanten 63 der gewellten Rippen 65 in dem sich einwärts erstreckenden Bereich 114 des Umfangsflansches 102 nicht gestützt, wodurch schmale Spalte 98 (in 11 gezeigt) zwischen dem nicht gestützten Bereich der gewellten Rippe 62 und dem angrenzenden flachen Rohr 48 verbleiben. Die Erfinder haben gefunden, dass diese Spalte 98 aufgrund ihrer geringen Größe nicht zu einer bedeutenden Bypass-Gasströmung führen, und aufgrund des gewundenen Pfads, dem das Gas folgen muss, um durch diese Spalte 98 zu strömen. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Aussehen des Kerns 12 des Wärmetauschers 10, wie auf der linken Seite von 5B gezeigt, wenn er in einer Ebene geschnitten wird, die sich durch die Höhe H des Kerns 12 erstreckt, ein im Wesentlichen identisches Aussehen wie der in den 11 und 12 gezeigte Kern 12 des Wärmetauschers 200 hat.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ergibt das Vorsehen der schmaleren zweiten Bereiche 108 des Kerns 12 die Bildung von relativ engen Seitenkanälen 116, 118, die sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe H des Kerns 12 erstrecken. Diese Seitenkanäle 116, 118 erstrecken sich unter im Wesentlichen rechten Winkeln zu der Länge L des Kerns 12, obwohl darauf hinzuweisen ist, dass bei einigen Ausführungsbeispielen die Seitenkanäle 116, 118 stattdessen relativ zu der Länge L abgewinkelt sein können. Eine vergrößerte Darstellung eines der Seitenkanäle 116 ist in 14 gezeigt, und die Seitenkanäle 116, 118 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind im Aussehen identisch. Zumindest ein Seitenkanal 116, 118 ist entlang jeder der Seiten 18, 20 des Kerns 12 angeordnet. Beispielsweise gibt es in dem Wärmetauscher 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel zwei Seitenkanäle 116 entlang der ersten Seite 18 des Kerns 12 und zwei Seitenkanäle 118 entlang der zweiten Seite 20 des Kerns 12.
Der Wärmetauscher 10 weist weiterhin zumindest eine Seitenabdichtung 120 und zumindest eine Seitenabdichtung 122 auf. Jede Seitenabdichtung 120 ist zumindest teilweise in dem zweiten Spalt 112 und in dem Seitenkanal 116 entlang der ersten Seite 18 des Kerns 12 aufgenommen, und jede Seitenabdichtung 120 ist zumindest teilweise in dem zweiten Spalt 112 und in dem Seitenkanal 118 entlang der zweiten Seite 20 des Kerns 12 aufgenommen. Die Seitenabdichtungen 120, 122 erstrecken sich über die Höhe H des Kerns 12 und die Höhen der Seitenkanäle 116, 118.
Die folgende Beschreibung ist primär auf die Merkmale jeder Seitenabdichtung 120 gerichtet, wobei darauf hinzuweisen ist, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede Seitenabdichtung 122 identisch ist. In der folgenden Beschreibung kann auf die Seitenabdichtungen des zweiten Ausführungsbeispiels wie in den 16 und 19 gezeigt Bezug genommen werden, die identisch mit den Seitenabdichtungen 120, 122 mit den nachfolgend spezifisch dargelegten Ausnahmen sind.
Es ist ersichtlich, dass die Seitenabdichtung 120 zumindest eine äußere Kante 124 hat, die in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses 34 aufgenommen ist, und zumindest eine innere Kante 126, die in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der ersten Seite 18 des Kerns 12 in einem der zweiten Bereiche 108 hiervon aufgenommen ist, d. h., gegenüber den Umfangskanten 26 der flachen Rohre 48 und der äußersten Seitenwände 44, die entlang der Seitenkanten 63 der gewellten Rippen 62 angeordnet sind. Wie aus 16 ersichtlich ist, haben die Seitenabdichtungen 120, 122 eine Dicke T, und diese Dicke ist größer als die Breite des ersten Spalts 110.
In gleicher Weise hat die Seitenabdichtung 120 zumindest eine äußere Kante 124, die in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der Seitenabdeckung 70 des Gehäuses 34 aufgenommen ist, und zumindest eine innere Kante 126, die in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der zweiten Seite 20 des Kerns 12 in dem zweiten Bereich 108 hiervon aufgenommen ist, d. h., gegenüber den Umfangskanten 28 der flachen Rohre 48 und in enger Nähe zu oder in Kontakt mit den äußeren Kanten von einem von dem Kühlmittel-Einlass- und -Auslassverteiler 54, 56. Dies ist am besten aus 3 ersichtlich.
Die inneren und die äußeren Kanten 126, 124 der Seitenabdichtung 120 sind gerade Kanten, was bedeutet, dass die Struktur der Seitenabdichtung 120 eine relativ einfache Form hat und kostengünstiger herzustellen ist als bekannte Abdichtungen, die eine kammförmige innere Kante haben. Beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 einfach durch Extrusion hergestellt werden, gefolgt durch Schneiden des extrudierten Profils in Segmente gewünschter Länge. Alternativ kann die Seitenabdichtung 120 durch jegliche anderen geeigneten Mittel hergestellt werden, beispielsweise durch Formen.
Die Seitenabdichtung 120 kann aus einem elastischen Material wie einem geschäumten Polymer gebildet werden. Wenn die Seitenabdichtung 120 elastisch ist, hat sie eine Dicke, die ausreichend ist, dass sie einer gewissen Kompression unterzogen werden kann, wenn sie zwischen dem Kern 12 und dem Gehäuse 34 aufgenommen wird. Beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 eine nichtkomprimierte Dicke haben, die größer als die Breite des zweiten Spalts 112 ist.
Die Querschnittsform der Seitenabdichtung 120 ist stark variabel. Beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 eine einfache Querschnittsform wie quadratisch, rechteckig, kreisförmig, oval usw. haben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat, wie in 16 gezeigt ist, die Seitenabdichtung 120 ein U-förmiges Profil, mit einem Paar von Beinen 128, 130, die sich von einem gekrümmten Basisabschnitt 132, der eine äußere Kante 124 der Seitenabdichtung 120 bildet und in Eingriff mit der Seitenabdeckung 68 ist, weg erstrecken. Die Beine 128, 130 haben freie Enden 134, 136, die sich an der inneren Kante 126 der Seitenabdichtung 120 befinden und in Eingriff mit der Seite 18 des Kerns 12 sind.
Obgleich die Seitenabdichtung 120 U-förmig ist und zwei Beine 128, 130 hat, ist darauf hinzuweisen, dass die Seitenabdichtung 120 mehr als zwei Beine 128, 130 haben kann, beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 drei oder vier Beine haben. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, obwohl die Seitenabdichtung 120 mit den freien Enden 134, 136 der Beine 128, 130, die in Eingriff mit der ersten Seite des Kerns 12 und dem Basisabschnitt 132 ist, der in Eingriff mit der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses 34 ist, positioniert ist, dass diese Orientierung bei einigen Ausführungsbeispielen umgekehrt sein kann, mit dem gekrümmten Basisabschnitt 132 in Eingriff mit der ersten Seite 18 des Kerns 12, und mit den freien Enden 134, 136 der Beine 128, 130 in Eingriff mit der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses 34.
Das Versehen der Seitenabdichtung 120 mit mehreren Beinen 128, 130 bietet einen Nutzen dahingehend, dass die Beine 128, 130 mehrere Kontaktpunkte mit dem Kern 12 vorsehen, wobei jedes freie Ende 134, 136 eine Abdichtung mit der ersten Seite 18 des Kerns 12 bildet. Diese Anordnung ergibt eine Labyrinthabdichtung, wodurch jegliches durch einen kleinen Raum zwischen der ersten Seite 18 des Kerns 12 und dem freien Ende 134, 136 eines der Beine 128, 130 strömende Gas in dem Raum zwischen den Beinen 128, 130 Energie verliert. Das Vorsehen mehrerer Abdichtungen 120 ergibt auch einen ähnlichen Nutzen dahingehend, dass mehrere Abdichtpunkte entlang der Länge L des Kerns 12 erhalten werden.
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen tragen die Beine 128, 130 auch dazu bei, die Seitenabdichtung 120 in ihrer Position in dem in der ersten Seite 18 des Kerns 12 gebildeten Seitenkanal 116 zu halten. In dieser Hinsicht können die zweiten Bereiche 108a, 108b des Kerns 12, und genauer gesagt die Umfangflansche 102 innerhalb der zweiten Bereich 108a, 108b so geformt sein, dass sie eine positive Verriegelung mit der Seitenabdichtung 120 ergeben. Dieses trägt dazu bei, die Seitenabdichtung 120 in dem Seitenkanal 116 während der Herstellung und des Gebrauchs des Wärmetauschers 10 zu halten, und vermeidet die Notwendigkeit anderer Haltemittel wie Klebstoff.
Wie am besten aus den 2 und 13 ersichtlich ist, kann jeder zweite Bereich 108 des Kerns 12 Verriegelungselemente 138 enthalten, die ausgestaltet sind, mit den freien Enden 134, 136 der Beine 128, 130 der Seitenabdichtung 120 in Eingriff zu sein und diese zu halten. Beispielsweise können die freien Enden 134, 136 eine vergrößerte Dicke relativ zu dem Rest der Beine 128, 130 haben, und die Verriegelungselemente 138 des Kerns 12 können entsprechend geformte Vertiefungen 140 aufweisen, die so geformt sind, dass sie die freien Enden 134, 136 in einer Eingriffspassung halten. Es ist darauf hinzuweisen, dass es zahlreiche mögliche Formen und Konfigurationen gibt, die ein Halten der freien Enden 134, 136 in den Flanschen 102 bewirken.
Wie vorstehend erwähnt ist, kann auch Potential für eine Bypassströmung zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 und/oder zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 bestehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich ein Raum zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34, und daher enthält der Wärmetauscher 10 eine untere Abdichtung 142 zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine ähnliche obere Abdichtung (nicht gezeigt) zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 vorgesehen sein, entweder zusätzlich zu oder anstelle der unteren Abdichtung 142.
Im Folgenden werden die Merkmale der unteren Abdichtung 142 beschrieben unter spezifischer Bezugnahme auf 5C. Da einige der Elemente der unteren Abdichtung 142 die gleichen sind wie die Merkmale der Seitenabdichtung 120, werden sie mit gleichen Bezugszahlen identifiziert.
Die untere Abdichtung 142 hat eine äußere Kante 124, die im Wesentlichen in abdichtendem Eingriff gegenüber der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 aufgenommen ist, und zumindest eine innere Kante 126, die in im Wesentlichen abdichtenden Eingriff gegenüber der unteren Seite 16 des Kerns 12 aufgenommen ist, genauer gesagt gegenüber der Bodenplatte 58. Die innere und die äußere Kante 126, 124 der unteren Abdichtung 142 sind gerade Kanten, und daher kann die untere Abdichtung 142 einfach durch Extrusion oder Formen hergestellt werden. Die untere Abdichtung 142 kann aus einem elastischen Material wie geschäumtem Polymer gebildet sein, und sie kann eine unverdichtete Dicke haben, die größer als die Breite des Spalts zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 ist, derart, dass sie während der Installation einer Kompression unterzogen wird. Die Querschnittsform der unteren Abdichtung 142 ist stark variabel. Beispielsweise kann die untere Abdichtung 142 eine einfache Querschnittsform wie quadratisch, rechteckig, kreisförmig, oval, U-förmig oder irgendeine andere der Formen der vorbeschriebenen Seitenabdichtung 120 haben. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel hat die untere Abdichtung 142 ein flaches rechteckiges Profil.
Die obere Seite und die untere Seite 16 des Kerns 12 enthalten keine Haltemerkmale entsprechend den Seitenkanälen 116, 118. Jedoch können, wie nachfolgend beschrieben ist, Wärmetauscher wie hier beschrieben Merkmale zum sicheren Halten der unteren und der oberen Abdichtung 142, 144 während der Herstellung und des Gebrauchs des Wärmetauschers 10 enthalten.
Obgleich die hier beschriebenen Abdichtungen 120, 122, 142 individuell gebildet und in dem Wärmetauscher 10 installiert sind, ist es möglich, zwei oder mehr dieser Abdichtungen in eine integrierte Abdichtungsstruktur zu kombinieren. Beispielsweise können, wie in 5C gezeigt ist, eine oder beide der Seitenabdichtungen 120 und/oder 122 in eine einzige Struktur mit der oberen Abdichtung 142 integriert werden, die hier als ein kontinuierliches Abdichtteil 150 bezeichnet wird und die sich entlang der oberen Seite und entlang einer oder beiden seitlichen Seiten 18, 20 des Kerns 12 erstreckt. Eine derartige integrierte Abdichtstruktur kann beispielsweise durch Formen erzeugt werden.
Ein Wärmetauscher 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. Der Wärmetauscher 200 enthält eine Anzahl von Elementen, die gemeinsam mit dem vorbeschriebenen Wärmetauscher 10 sind. Diese gleichen Elemente sind in den Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung mit gleichen Bezugszahlen identifiziert, und die Beschreibung dieser Elemente in Verbindung mit dem Wärmetauscher 10 gilt in gleicher Weise für den Wärmetauscher 200.
Der Wärmetauscher 200 ist ein Ladeluftkühler für ein Motorfahrzeug, das von einer Maschine angetrieben wird, die verdichtete Ladeluft benötigt, wie eine Turbolader-Verbrennungsmaschine oder eine Brennstoffzellenmaschine. Der Wärmetauscher 200 kann stromabwärts eines Luftkompressors oder stromaufwärts eines Lufteinlassverteilers der Maschine installiert sein, um die heiße, komprimierte Ladeluft zu kühlen, bevor sie die Maschine erreicht. Jedoch kann bei einigen Ausführungsbeispielen der Wärmetauscher 200 mit dem Einlassverteiler integriert sein, wie vorstehend erwähnt ist. Das durch den Wärmetauscher 200 zirkulierende Kühlmittel ist ein flüssiges Kühlmittel, das das gleiche wie das Motorkühlmittel sein kann, wie Wasser oder eine Waser/Glykol-Mischung.
Wie in den 6 bis 11 gezeigt ist, weist der Wärmetauscher 200 einen Kern 12 mit einer oberen Seite 14, einer unteren Seite 16, einem Paar von seitlichen Seiten 18, 20, einem Einlassende 22, einem Auslassende 24, Kühlmittelöffnungen 25, 27, Kühlmittelverteilern 54, 56 und einer Gaseinlass- und -auslassöffnung 30, 32, die sich an dem Einlass- und dem Auslassende 22, 24 befinden, auf. Der Kern 12 hat eine Länge L, die zwischen dem Einlass- und dem Auslassende 22, 24 definiert ist und eine Höhe H, die zwischen der oberen Seite 14 und der unteren Seite 16 definiert ist. Es ist ersichtlich, dass die Seite 18 sich entlang der Länge L und der Höhe H des Kerns 12 erstreckt, so wie die gegenüberliegende Seite 20.
Der Kern 12 weist einen Stapel aus flachen Rohren 48 auf, wobei jedes der Rohre 48 ein hohles Inneres hat, das einen Kühlmittel-Strömungsdurchgang 50 definiert, und mit Umfangsseitenkanten 26, 28, die sich entlang der Länge L des Kerns 12 erstrecken. Die flachen Rohre 48 sind in einem Stapel angeordnet, mit zwischen benachbarten Paaren der flachen Rohre 48 vorgesehenen Räumen, wobei diese Räume mehrere Gasströmungs-Durchgänge 52 definieren. Die Gasströmungs-Durchgänge 52 erstrecken sich von den Einlassende 22 zu dem Auslassende 24 des Kerns 12 entlang der Länge L des Kerns 12. Wie festzustellen ist, hat jeder der Gasströmungs-Durchgänge 52 ein Paar von offenen Enden nahe der Enden 22, 24 des Kerns 12, und ein Paar von im Wesentlichen geschlossenen Seiten 51, 53, die sich entlang der Länge L des Kerns 12 erstrecken. Eine Breite W₁ (9) jedes der Gasströmungs-Durchgänge 52 ist zwischen den im Wesentlichen geschlossenen Seiten 51, 53 hiervon definiert.
Die turbulenzerhöhenden Einsätze des Wärmetauschers 200 weisen mehrere gewellte Rippen 62 auf. Jede der gewellten Rippen 62 hat ein Paar von Seitenkanten 63, 65, zwischen denen eine Breite W₂ der gewellten Rippe 62 definiert ist, wie in 9 gezeigt ist. In dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht die Breite W₂ der Breite W₁ des Gasströmungs-Durchgangs 52, in welchem sie angeordnet ist, oder ist im Wesentlichen die gleiche wie diese.
Die gewellten Rippen 62 sind durch mehrere parallele Seitenwände 44 definiert, die sich entlang der Länge L des Kerns 12 erstrecken, wobei die Seitenwände 44 auf ihren oberen Seiten und ihren unteren Seiten Kämme 46 haben, entlang denen sie miteinander und mit angrenzenden flachen Rohren 48 verbunden sind. Somit besteht jede gewellte Rippe 62 aus einer Reihe von sich in Querrichtung erstreckenden Wellen, die an den Enden 22, 24 des Kerns 12 offen sind.
Entlang beiden Seiten 63, 65 der gewellten Rippe 52 ist eine äußerste der Seitenwände 44 im Wesentlichen frei von Perforationen und definiert eine der im Wesentlichen geschlossenen Seiten 51 oder 53 eines der Gasströmungs-Durchgänge 52. Es ist vorteilhaft, dass zumindest die äußerste Seitenwand 44 im Wesentlichen frei von Perforationen ist, um die Menge von Gas, die von den Gasströmungs-Durchgängen 52 und den gewellten Rippen 62 entweicht und diese umgeht, zu minimieren. In Ausführungsbeispielen, in denen es erwünscht ist, die Seitenwände 44 mit Lamellenschlitzen oder anderen Typen von Perforationen (nicht gezeigt) zu versehen, kann die äußerste Seitenwand 44 so verformt sein, dass sie die Perforationen im Wesentlichen verschließt, oder die gewellte Rippe 62 kann in mehreren Abschnitten vorgesehen sein, enthaltend einen mittleren Abschnitt mit Lamellenöffnungen oder anderen Perforationen und zwei Kantenabschnitte, die frei von Perforationen sind.
Die Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 des Kerns 12 sind durch ein Paar von Kühlmittelverteilern 54, 56 verbunden, wie in 7 gezeigt ist. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Verteiler 54, 56 dadurch gebildet, dass mit Öffnungen versehene, hochstehende Wulste oder Blasen 55, 57 (gezeigt in 12) in jeder der Platten 100, die die Rohre 48 bilden, vorgesehen sind, wobei die Wulste von benachbarten Plattenpaaren verbunden sind, um kontinuierliche Verteiler 54, 56 zu bilden. Die Verteiler 54, 56 sind in Verbindung mit jedem der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 und erstrecken sich über die Höhe des Kerns 12 von der oberen Seite 14 bis zu der unteren Seite 16. Die unteren Enden der Verteiler 54, 56 sind durch eine Bodenplatte 58 verschlossen, die die untere Seite 16 des Kerns 12 definiert, während die obere Seite 14 des Kerns 12 durch eine obere Platte 60 definiert ist, in der die Kühlmittelöffnungen 25, 27 definiert sind.
Die Kühlmittel-Verteiler 54, 56 sind im gegenseitigen Abstand entlang der Länge L des Kerns 12 angeordnet, und daher können die Luft und das Kühlmittel in entgegengesetzten Richtungen (Gegenstromanordnung) oder in derselben Richtung (Gleichstromanordnung) strömen.
Der Wärmetauscher 200 weist weiterhin ein Gehäuse 34 auf, das den Kern 12 umgibt, wobei das Gehäuse einen Einlassendbereich 36 und einen Auslassendbereich 38 hat. Das Gehäuse 34 enthält zumindest eine Seitenabdeckung 68 oder 70, die sich entlang und im Abstand von zumindest einer Seite 18 oder 20 des Kerns 12 erstreckt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 34 kontinuierlich und umgibt den Kern 12, aufweisend ein Paar von Seitenabdeckungen 68, 70 über den Seiten 18, 20 des Kerns 12, und weiterhin aufweisend eine obere Abdeckung 64, die über der oberen Seite 14 des Kerns 12 angeordnet ist, und eine untere Abdeckung 66, die über der unteren Seite 16 des Kerns 12 angeordnet ist. Zusammen mit den Endbereichen 36, 38 bilden die Abdeckungen 64, 66, 68, 70 des Gehäuses 34 eine im Wesentlichen kontinuierliche Umhüllung um den Kern 12 mit Ausnahme von Einlass- und Auslassöffnungen für das Gas und das Kühlmittel.
Die Kühlmittelöffnungen 25, 27 der oberen Platte 60 sehen eine Verbindung zwischen den Verteilern 54, 56 und den Kühlmittelöffnungen 72, 74 vor, die in der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 angeordnet sind. Das Gehäuse 34 weist weiterhin ein Paar von Kühlmittelanschlüssen 78, 80 auf, die mit den jeweiligen Kühlmittelöffnungen 72, 74 kommunizieren und für eine Verbindung mit Kühlmittelleitungen (nicht gezeigt) in einem Kühlmittel-Zirkulationssystem (nicht gezeigt) ausgestaltet sind. Die Anschlüsse 78, 80 sind abdichtend mit dem Kern 12 verbunden durch die Verwendung von Nippeln, die an den Kern hartgelötet sind und die in in den Kühlmittelöffnungen 72, 74 des Gehäuses 34 aufgenommene Kragen passen.
Beide Seiten 18, 20 des Kerns 12 weisen einen Abstand zu der jeweiligen Seitenabdeckung 68, 70 des Gehäuses 34 auf, und die obere Seite 14 des Kerns 12 weist einen Abstand zu der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 auf. Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel kann die untere Seite 16 des Kerns 12 in direktem Kontakt mit der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 sein, oder der Abstand zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 kann so klein sein, dass er in Bezug auf die Bypassströmung vernachlässigbar ist.
Wie am besten aus den 8, 9, 15, 17 und 18 ersichtlich ist, sind die Seiten 18, 20 des Kerns 12 von den Seitenabdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34 beabstandet. Diese Abstände ergeben sich teilweise durch Abstände zwischen den Umfangsseitenkanten 26, 28 der Rohre 48 (8 und 9) und den Seitenabdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34, und teilweise durch Abstände zwischen den Seitenkanten 63, 65 der gewellten Rippen 62 (9) und den Seitenabdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34. Wenn sie offen gelassen werden, ermöglichen diese Räume eine übermäßige Bypassströmung des Gases, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 200 herabgesetzt wird.
In der in den Zeichnungen gezeigten Kernkonstruktion bestehen die Kanten der Rohre 48 aus den Umfangsflanschen 102 der Kernplatten 100, aus denen die Rohre 48 gebildet sind. Wie aus 9 ersichtlich ist, ist die Breite W₂ der gewellten Rippen 62 etwa die gleiche wie die Breite der erhabenen Bereiche 104 der Kernplatten 100. Daher erstrecken sich die Einsätze 62 nicht zu den Kanten 26, 28 der Umfangsflansche der Rohre 48. Aus diesem Grund haben die Seiten 18, 20 des Kerns 12 eine unregelmäßige kammartige Form. Wie vorstehend diskutiert ist, ist es schwierig, eine zuverlässige Abdichtung zwischen den Seiten 18, 20 des Kerns 12 und dem Gehäuse 34 zu erzielen.
Die Schwierigkeit bei der Bildung von Abdichtungen gegenüber den Seiten 18, 20 des Kerns 12 wird durch Änderung der Form der Seiten 18, 20 überwunden. In dieser Hinsicht weist der Kern 12 zumindest einen ersten Bereich 106 auf, in welchem die flachen Rohre 48 eine Breite W (gemessen zwischen den Umfangsseitenkanten 26 und 28 in dem ersten Bereich 106, wie in 12 gezeigt ist) haben, die größer als die Breite W₁ jedes der Gasströmungs-Durchgänge 52 ist. In diesen Bereichen des Kerns 12 sind die gewellten Rippen 62 nur zwischen solchen Bereichen der Rohre 48 angeordnet, durch die das Kühlmittel zirkuliert, definiert durch die erhabenen Bereiche 104 der Kernplatten 100 und endend an den Kanten der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50. Daher stehen in dem ersten Bereich 106 des Kerns 12 die abgedichteten Umfangsflansche 102 der Kernplatten 100 auswärts über die Kanten 63, 65 der gewellten Rippen 62 vor, wodurch die unregelmäßige kammartige Form entlang beider Seiten 18, 20 des Kerns 12 gebildet wird. Drei derartige erste Bereiche 106 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten und werden in 12 mit 106a, 106b und 106c bezeichnet.
Wie auch in 12 gezeigt ist, enthält der Kern 12 auch zumindest einen zweiten Bereich 108, in welchem die flachen Rohre 48 eine Breite W₃ (gemessen zwischen den Umfangsseitenkanten 26 und 28 in dem zweiten Bereich 108), die im Wesentlichen die gleiche Breite W₁ jedes der Gasströmungs-Durchgänge 52 ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel enthält zwei der zweiten Bereiche, die mit 108a und 108b in 12 bezeichnet sind. Diese schmaleren zweiten Bereiche 108 des Kerns 12 sind gebildet durch Erstrecken der Umfangsflansche 102 einwärts zu den Mitten der flachen Rohre 48 in diesen zweiten Bereichen 108. Dieses ergibt eine lokale Verringerung der Breite der erhabenen mittleren Bereiche 104 der Kernplatten 100 und eine entsprechende Verringerung der Breite der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 in den zweiten Bereichen 108, während die Breite W₁ der Gasströmungs-Durchgänge 52 und die Breite W₂ der gewellten Rippen 62 über den ersten und den zweiten Bereich 106, 108 konstant bleiben. Die Verringerung der Breite in den zweiten Bereichen 108 ist ausreichend, derart, dass die Breite W₃ zwischen den Umfangsseitenkanten 26, 28 in zumindest einem Teil jedes zweiten Bereichs 108 im Wesentlichen die gleiche wie die Breite W₁ der Gasströmungs-Durchgänge 52 und die Breite W₂ der gewellten Rippen 62 innerhalb annehmbarer Herstellungstoleranzen ist.
Es ist aus den Zeichnungen ersichtlich, dass die zweite Breite W₂ der minimalen Breite zwischen den Umfangsseitenkanten 26, 28 innerhalb zweiter Bereiche 108 entspricht, und dass die Breite des Umfangsflansches 102 in den zweiten Bereichen 108 etwas variabel ist. Es ist wichtig, festzustellen, dass eine bestimmte minimale Breite des Umfangsflansches 102 innerhalb zweiter Bereiche 108 so aufrechterhalten werden muss, dass eine zuverlässige Abdichtung der Kühlmittelströmungs-Durchgänge 50 gewährleistet ist, und dieses Erfordernis ist verantwortlich für die Verengung der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 50 in diesen zweiten Bereichen 108.
Bei der vorbeschriebenen Konfiguration besteht, wie am besten aus 15 ersichtlich ist, ein erster Spalt 110 zwischen der Seitenabdeckung 68 und der Seite 18 des Kerns 12 in den ersten Bereichen 106 des Kerns 12, wobei der erste Spalt 110 kleiner als ein zweiter Spalt 112 zwischen der Seitenabdeckung 68 und der Seite des Kerns 12 in den zweiten Bereichen 108 des Kerns 12 ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kern 12 symmetrisch, und daher existieren die gleichen ersten und zweiten Spalte 110, 112 zwischen der Seite 20 des Kerns 12 und der Seitenabdeckung 70 des Gehäuses. Es ist darauf hinzuweisen, dass der zweite Spalt 112 der Abstand zwischen dem Gehäuse 34 und dem zweiten Bereich 108 des Kerns 12 ist, und genauer gesagt zwischen dem Gehäuse 34 und solchen Teilen des zweiten Bereichs 108, in denen die Breite W₃ zwischen den Umfangsseitenkanten 26, 28 im Wesentlichen die gleiche wie die Breite W₁ der Gasströmungs-Durchgänge 52 und der Breite W₂ der gewellten Rippen 62 innerhalb annehmbarer Herstellungstoleranzen ist.
Die Orte und relativen Längen des ersten und des zweiten Bereichs 106, 108 des Kerns 12 entlang der Länge L des Kerns sind variabel. Beispielsweise befinden sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiele die zweiten Bereiche 108a, 108b nahe der Enden des Kerns 12, und drei erste Bereiche 106a, 106b und 106c sind vorgesehen.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Länge der ersten Bereiche 106 (d. h., die kombinierten Längen von 106a, 106b und 106c) größer als die individuellen und kombinierten Längen der zweiten Bereiche 108a, 108b, wobei die Längen der Bereiche 106, 108 entlang der Länge L des Kerns 12 gemessen werden.
Die maximale Länge der Einwärtserstreckung des Umfangsflansch 102 kann angenähert gleich der Breite des Umfangsflanschs 102 sein. Die Einwärtserstreckung der Flansche 102 führt zu Kantenbereichen der gewellten Rippen 62 in der Nähe der Kanten 63, 65, die sich über die erhabenen mittleren Flächen 104 der Kernplatten 100 und der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 52 hinaus erstrecken aufgrund der Verringerung der Breite der mittleren Flächen 104 und der Kühlmittel-Strömungsdurchgänge 52. Somit sind die gewellten Rippen 62 in dem sich einwärts erstreckenden Bereich 114 nicht gestützt, wodurch kleine Spalte 98 zwischen dem nicht gestützten Bereich des Einsatzes 62 und dem benachbarten flachen Rohr 48 verbleiben.
Das Vorsehen der schmaleren zweiten Bereiche 108 des Kerns 12 führt zu der Bildung von relativ schmalen Seitenkanälen 116, 118, die sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe H des Kerns 12 erstrecken. Diese Seitenkanäle 116, 118 erstrecken sich unter im Wesentlichen rechten Winkeln zu der Länge L des Kerns 12.
Der Wärmetauscher 200 weist weiterhin ein Paar von Seitenabdichtungen 120 und ein Paar von Seitenabdichtungen 122 auf. Jede Seitenabdichtung 120, 122 ist zumindest teilweise in dem zweiten Spalt 112 zwischen einem zweiten Bereich 108a oder 108b des Kerns 12 und der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses 34 aufgenommen, d. h., zumindest teilweise in dem Seitenkanal 116 aufgenommen. Die Seitenabdichtungen 120, 122 erstrecken sich über die Höhe H des Kerns und die Höhen der Seitenkanäle 116, 118. Wie aus den 9, 15 und 16 ersichtlich ist, haben die Seitenabdichtungen 120, 122 eine Dicke T, die größer als die Breite des ersten Spalts 110 ist.
Die folgende Beschreibung ist auf die Merkmale jeder Seitenabdichtung 120 gerichtet, wobei festgestellt wird, dass jede Seitenabdichtung 122 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel identisch ist.
Es ist ersichtlich, dass die Seitenabdichtung 120 zumindest eine äußere Kante 124 hat, die in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der Seitenabdeckung 68 des Gehäuses 34 aufgenommen ist, und zumindest eine innere Kante 126, die in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der Seite 18 des Kerns 12 in den zweiten Bereichen 108 hiervon aufgenommen ist, d. h., gegenüber den Umfangsseitenkanten 24 der flachen Rohre 48 und der äußersten Seitenwände 44 der gewellten Rippen 62, die die im Wesentlichen geschlossenen Seiten 51 oder 53 von einem der Gasströmungs-Durchgänge 52 definieren.
Die inneren und äußeren Kanten 126, 124 der Seitenabdichtung 120 sind gerade Kanten, was bedeutet, dass die Struktur der Seitenabdichtung 120 eine relativ einfache Form hat und geringere Herstellungskosten als bekannte Abdichtungen mit einer kammförmigen inneren Kante verursacht. Beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 auf einfache Weise durch Extrudieren oder Formen hergestellt werden, gefolgt durch Schneiden des extrudierten Profils in Segmente von gewünschter Länge.
Die Seitenabdichtung 120 kann aus einem elastischen Material wie einem geschäumten Polymer gebildet sein. Wenn die Seitenabdichtung 120 elastisch ist, hat sie eine Dicke, die ausreichend ist, dass sie einer Kompression unterzogen werden kann, wenn sie zwischen dem Kern 12 und dem Gehäuse 34 aufgenommen wird. Beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 eine unverdichtete Dicke haben, die größer als die Breite des zweiten Spalts 112 ist.
Die Querschnittsform der Seitenabdichtung 120 ist stark variabel. Beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 eine einfache Querschnittsform wie quadratisch, rechteckig, kreisförmig, oval usw. haben. In dem vorliegenden Aufführungsbeispiel hat die Seitenabdichtung 120 ein U-förmiges Profil mit einem Paar von Beinen 128, 130, die sich von einem gekrümmten Basisabschnitt 132, der die äußere Kante 124 der Seitenabdichtung 120 bildet und in Eingriff mit der Seitenabdeckung 68 ist, erstrecken. Die Beine 128, 130 haben freie Enden 134, 136, die sich an der inneren Kante 126 der Seitenabdichtung 120 befinden und in Eingriff mit der Seite 18 des Kerns 12 sind.
Obgleich die Seitenabdichtung 120 U-förmig ist und zwei Beine 128, 130 hat, ist darauf hinzuweisen, dass die Seitenabdichtung 120 mehr als zwei Beine 128, 130 haben kann, beispielsweise kann die Seitenabdichtung 120 drei oder vier Beine haben. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass, obgleich die Seitenabdichtung 120 mit den freien Enden 134, 136 der Beine 128, 130, die mit dem Kern in Eingriff sind, und dem Basisabschnitt 132, der mit der Seitenabdeckung 68 in Eingriff ist, positioniert ist, diese Orientierung bei einigen Ausführungsbeispielen umgekehrt sein kann, mit dem gekrümmten Basisabschnitt 132, der mit dem Kern 12 in Eingriff ist, und den freien Enden 134, 136 der Beine 128, 130, die mit der Seitenabdeckung 68 in Eingriff sind.
Die Beine 128, 130 tragen auch dazu bei, die Seitenabdichtung 120 in ihrer Position in dem Seitenkanal 116, der in der Seite des Kerns 12 gebildet ist, zu halten. In dieser Hinsicht können die zweiten Bereiche 108a, 108b des Kerns 12, und genauer gesagt, die Umfangsflansche 102 innerhalb der zweiten Bereiche 108a, 108b, so geformt sein, dass sie eine positive Verriegelung mit der Seitenabdichtung 120 ergeben. Dies trägt dazu bei, die Seitenabdichtung 120 in dem Seitenkanal 16 während der Herstellung und des Gebrauchs des Wärmetauschers 200 zu halten, und vermeidet die Notwendigkeit anderer Haltemittel wie Klebstoff.
Wie am besten aus den 13 bis 15 ersichtlich ist, kann jeder zweite Bereich 108 des Kerns 12 Verriegelungselemente 138 enthalten, die für einen Eingriff mit und zum Halten der freien Enden 134, 136 der Beine 128, 130 der Seitenabdichtung 120 ausgestaltet sind. Beispielsweise können die freien Enden 134, 136 eine vergrößerte Dicke relativ zu dem Rest der Beine 128, 130 haben, und die verriegelnden Elemente 138 des Kerns 12 können entsprechend geformte Vertiefungen 140 aufweisen, die geformt sind, um die freien Enden 134, 136 in einer Eingriffspassung zu halten. Es ist darauf hinzuweisen, dass es zahlreiche mögliche Formen und Konfigurationen geben kann, die ein Halten der freien Enden 134, 136 in den Flanschen 102 bewirken.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann es auch ein Potential für eine Bypassströmung zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 und/oder zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 geben. IN dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht ein Raum zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34, und daher enthält der Wärmetauscher 200 eine obere Abdichtung 142 zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine ähnliche untere Abdichtung (nicht gezeigt) zwischen der unteren Seite 16 des Kerns 12 und der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 vorgesehen sein, entweder zusätzlich zu oder anstelle der oberen Abdichtung 142.
Im Folgenden werden die Merkmale der oberen Abdichtung 142 unter spezifischer Bezugnahme auf die 7, 10 und 19 beschrieben. Da viele der Elemente der oberen Abdichtung 142 die gleichen sind wie die Merkmale der Seitenabdichtung 120, werden sie mit gleichen Bezugszahlen identifiziert.
Wie in den 7 und 10 gezeigt ist, hat die obere Abdichtung 142 eine äußere Kante 124, die in dem wesentlichen abgedichteten gegenüber der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 aufgenommen ist, und zumindest eine innere Kante 126, die in im Wesentlichen abgedichtetem Eingriff gegenüber der oberen Seite 14 des Kerns 12 aufgenommen ist, genauer gesagt, gegenüber der oberen Platte 60. Die inneren und äußeren Kanten 126, 124 der oberen Abdichtung 142 sind gerade Kanten, und daher kann die obere Abdichtung 142 einfach durch Extrusion hergestellt werden. Die obere Abdichtung 142 kann aus einem elastischen Material wie einem geschäumten Polymer gebildet sein, und sie kann eine unverdichtete Dicke haben, die größer als die Breite des Spalts zwischen der oberen Seite 14 des Kerns 12 und der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 ist, derart, dass sie während der Installation einer Kompression unterzogen wird. Die Querschnittsform der oberen Abdichtung 142 ist stark variabel. Beispielsweise kann die obere Abdichtung 142 eine einfache Querschnittsform wie quadratisch, rechteckig, kreisförmig, oval, U-förmig oder irgendeine andere Form der vorbeschriebenen Seitenabdichtung 120 haben. In dem Ausführungsbeispiel nach 19 hat die obere Abdichtung 142 ein U-förmiges Profil, das von der Seitenabdichtung 120 leicht verschieden ist. Jedoch können aus nachfolgend erläuterten Gründen die obere Abdichtung 142 und die untere Abdichtung 144 das gleiche Profil wie das der Seitenabdichtungen 120, 122 haben.
Obgleich die obere Seite 14 und die untere Seite 16 des Kerns 12 keine Haltemerkmale entsprechend den Seitenkanälen 116, 118 enthalten, kann der Wärmetauscher 200 Merkmale zum sicheren Halten der oberen und der unteren Abdichtung 142, 144 während des Herstellens und des Gebrauchs des Wärmetauschers enthalten.
Beispielsweise können, wie in 10 gezeigt ist, obere Abdichtungen 142 teilweise in Nuten 146 in der oberen Abdeckung 64 des Gehäuses 34 eingebettet sein. In gleicher Weise kann, wenn eine untere Abdichtung verwendet wird, diese in eine ähnliche Nut (nicht gezeigt) in der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 eingebettet sein. Das Halten der oberen Abdichtung 142 und/oder der unteren Abdichtung kann verstärkt werden durch die Verwendung eines Klebstoffs zwischen dem Kern 12 und/oder dem Gehäuse 34.
Anstelle des oder zusätzlich zu dem Vorsehen von Haltenuten 146 oder 148 in dem Gehäuse 34 kann es möglich sein, Haltemerkmale (nicht gezeigt) in der oberen Platte 58 und/oder der Bodenplatte 60 anzuordnen, um die innere Kante 126 der oberen Abdichtung 142 oder der unteren Abdichtung 144 zu halten. Beispielsweise kann ein derartiges Haltemerkmal einen oder mehrere erhabene Wulste aufweisen, die in der oberen Platte 58 oder der Bodenplatte 60 des Wärmetauscherkerns 12 gebildet sind.
Obgleich die hier beschriebenen Abdichtungen 120, 122, 142 individuell gebildet und in dem Wärmetauscher 200 installiert sein können, ist es möglich, zwei oder mehr dieser Abdichtungen in einer integrierten Abdichtstruktur zu kombinieren. Beispielsweise können, wie in 19 gezeigt ist, eine oder beide der Seitenabdichtungen 120 und/oder 122 in eine einzige Struktur mit der oberen Abdichtung 142 integriert sein, die hier als ein kontinuierliches Abdichtteil 150 bezeichnet wird und sich entlang der oberen Seite und entlang einer oder beiden seitlichen Seiten 18, 20 des Kerns 12 erstreckt.
Das kontinuierliche Abdichtteil 150 weist ein einzelnes, längliches, elastisches Extrusionsteil auf und kann vor der Installierung des Kerns 12 in dem Gehäuse 34 um den Kern 12 herumgelegt werden. Das kontinuierliche Abdichtteil 150 enthält umlegbaren Eckenbereiche 152 (10 und 19), die um die Ecken des Kerns 12 herumgelegt sind, an denen die Seiten 18, 20 des Kerns die obere Seite 14 schneiden. Die umlegbaren Eckenbereiche 152 können vorgeformt sein oder können mit Merkmalen versehen sein, die es erleichtern, um den Kern 12 herumgelegt zu werden. Beispielsweise können, wie in den 20 und 21 gezeigt ist, die umlegbaren Eckenbereiche 152 V-förmige Kerben 154 aufweisen, die sich teilweise durch die Dicke des Abdichtteils 150 erstrecken, wobei die Kerben 154 an der inneren Kante 126 des Abdichtteils 150 offen sind. Wenn das Extrusionsteil zwei oder mehr Beine 128, 130 aufweist, sind die Kerben 154 in beiden Beinen gebildet.
Das kontinuierliche Abdichtteil 150 in 20 ist konfiguriert, vollständig um den Kern 12 herumgelegt zu werden, wie in 21 gezeigt ist, wodurch Abdichtungen entlang beider seitlichen Seiten 18, 20 und entlang der oberen Seite 14 und der unteren Seite 16 erhalten werden. Das Abdichtteil 150 enthält drei Paare von Kerben 154, um Eckenbereiche 152 an drei der vier Ecken des Kerns 12 zu erhalten. Die Enden des kontinuierlichen Abdichtteils 150 treffen sich an der vierten Ecke des Kerns 12 und können durch Klebstoff zusammengehalten werden. Zu diesem Zweck können die Enden des kontinuierlichen Abdichtteils mit einer Gehrung verbunden sein, wie bei 156 in 21 gezeigt ist.
Das Vorsehen der Abdichtungen in der Form eines kontinuierlichen Abdichtteils 150 vereinfacht die Installierung und kann auch das Halten der Abdichtungen verbessern sowie eine verbesserte Abdichtung an den Ecken des Kerns 12 ergeben.
Der vorstehend beschriebene Wärmetauscher 200 enthält zwei getrennte Sätze von Abdichtungen, wobei jeder Satz von Abdichtungen ein Paar von Seitenabdichtungen 120, 122 und eine obere Abdichtung 142 aufweist und wobei die beiden Sätze von Abdichtungen sich an entgegengesetzten Enden 22, 24 des Kerns 12 befinden. Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass Wärmetauscher gemäß der Erfindung einen oder mehrere Sätze von Abdichtungen enthalten können, die sich an verschiedenen Positionen entlang der Länge des Kerns 12 befinden, und dass jeder Satz von Abdichtungen eine Seitenabdichtung 120, eine Seitenabdichtung 122, eine obere Abdichtung 142 und/oder eine untere Abdichtung enthalten kann, und dass derartige Sätze getrennt gebildet oder in ein kontinuierliches Abdichtteil 150 integriert sind oder nicht. Wenn ein einziger Satz von Abdichtungen vorgesehen ist, kann er an jeder Position entlang der Länge L des Kerns 12 angeordnet sein, enthaltend Positionen, die nahe den Enden 22, 24 oder der Mitte des Kerns 12 sind. Die Kernplatten 100 sind wie gemäß der Anzahl und den Orten der benötigten Abdichtungen erforderlich konfiguriert.
Ein Wärmetauscher 300 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. Der Wärmetauscher 300 enthält eine Anzahl von Elementen gemeinsam mit den vorbeschriebenen Wärmetauschern 10 und 200.
Diese gleichen Elemente werden in den Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung mit gleichen Bezugszahlen identifiziert, und die Beschreibung dieser Elemente in Verbindung mit den Wärmetauschern 10 und/oder 200 gilt in gleicher Weise für den Wärmetauscher 300.
Der Wärmetauscher 300 ist in seiner Gesamtform dem vorbeschriebenen Wärmetauscher 200 ähnlich, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass der Einlass- und der Auslassverteiler 54, 56 des Wärmetauschers 300 sich in der Mitte innerhalb des Kerns 12 befindet und entlang der Länge L von diesem ausgerichtet ist, wobei jeder Gasströmungs-Durchgang 52 in zwei Segmente 52a, 52b geteilt ist und auch jede gewellte Rippe 62 in zwei Segmente 62a, 62b geteilt ist.
Wie der vorbeschriebene Wärmetauscher 200 enthält der Wärmetauscher 300 ein Gehäuse 34 mit einer oberen Abdeckung 64, die mit dem Kern 12 integriert ist. Die obere Abdeckung 64 weist eine relativ dicke, flache Flanschplatte 160 auf, die aus Aluminium bestehen kann und deren untere Fläche mit der oberen Platte 60 des Kerns 12 hartverlötet ist. Die Flanschplatte 160 ist mit einem Paar von Kühlmittelöffnungen 72, 74 versehen, die mit den Kühlmittelverteilern 54, 56 verbunden sind, und die obere Fläche der Flanschplatte 160 ist mit einem Paar von Kühlmittelanschlüssen 78, 80 versehen. Die Kanten der Flanschplatte 160 sind abdichtend mit dem Rest des Gehäuses 34 durch jedes geeignete Mittel verbunden, wie eine mechanische Verbindung, Hartlöten oder Schweißen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kühlmittelanschlüsse 78, 80 gegenüber der Mitte des Kerns 12 versetzt, und daher sind sie durch eine Zwischenplatte 302 mit Versetzungskanälen 304, 306, die eine Verbindung zwischen den Kühlmittelverteilern 54, 56 und den jeweiligen Kühlmittelanschlüssen 78, 80 herstellen, an der Flanschplatte 160 angebracht. Wie am besten aus 24 ersichtlich ist, weisen die Seiten 18, 20 des Kerns 12 einen Abstand zu den seitlichen Abdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34 auf. Dieser Abstand ergibt sich teilweise aufgrund des Abstands zwischen den Umfangsseitenkanten 26, 28 der Rohre 48 und den seitlichen Abdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34, und teilweise aufgrund des Abstands zwischen den Seitenkanten 63, 65 der gewellten Rippen 62 und den seitlichen Abdeckungen 68, 70 des Gehäuses 34. Dies führt zu einer unregelmäßigen kammartigen Form entlang beiden Seiten 18, 20 des Kerns 12.
Der Kern 12 des Wärmetauschers 300 unterscheidet sich von Wärmetauschern 10 und 200 dadurch, dass er ein Paar von ersten Bereichen 106a, 106b enthält, die durch einen zweiten Bereich 108 getrennt sind, wobei der erste und der zweite Bereich 106, 108 wie in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, die vorstehend beschrieben sind, definiert sind. Dies führt zu der Bildung eines Seitenkanals 116, 118 auf jeder Seite 18, 20 des Kerns 12, wobei sich die Kanäle 116, 118 über im Wesentlichen die gesamte Höhe H des Kerns 12 erstrecken.
Der Wärmetauscher 300 weist weiterhin eine Seitenabdichtung 120, eine Seitenabdichtung 122 und eine untere Abdichtung 142 auf, die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Abdichtungen 120, 122 und 142 des Wärmetauschers 10 haben.
Jede Seitenabdichtung 120, 122 ist zumindest teilweise in dem zweiten Spalt 112 zwischen einem zweiten Bereich 108a oder 108b des Kerns 12 und der seitlichen Abdeckung 68 oder 70 des Gehäuses 34 aufgenommen, d. h., zumindest teilweise in dem Seitenkanal 116 oder 118 aufgenommen. Die seitlichen Abdichtungen 120, 122 erstrecken sich über die Höhe H des Kerns 12 und die Höhen der seitlichen Kanäle 116, 118.
Die untere Abdichtung 142 hat ein rechteckiges Profil und ist in im Wesentlichen abgedichteten Eingriff gegenüber der unteren Abdeckung 66 des Gehäuses 34 und gegenüber der Bodenplatte 58 des Kerns 12 aufgenommen.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht hierauf beschränkt. Vielmehr enthält die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen können.

Claims

Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher, welcher aufweist: (a) einen Kern mit einer Länge, einer Höhe und einem Paar von gegenüberliegenden Seiten, die sich über die Länge und die Höhe des Kerns erstrecken, wobei der Kern mehrere flache Rohre aufweist, die in einem Stapel mit einem zwischen jedem benachbarten Paar der flachen Rohre vorgesehenen Raum angeordnet sind, wobei jedes der flachen Rohre ein hohles Inneres hat, das einen Flüssigkeits-Strömungsdurchgang definiert, und jeder Räume einen Gasströmungs-Durchgang definiert; wobei jedes der flachen Rohre ein Paar von Umfangskanten hat, die sich entlang der Länge des Kerns erstrecken, wobei die Umfangskanten der flachen Rohre teilweise die Seiten des Kerns definieren; wobei jeder der Gasströmungs-Durchgänge ein Paar von offenen Enden und ein Paar von gegenüberliegenden Seiten hat, wobei eine Breite jedes der Gasströmungs-Durchgänge zwischen den gegenüberliegenden Seiten definiert ist und die gegenüberliegenden Seiten der Gasströmungs-Durchgänge teilweise die Seiten des Kerns definieren; wobei der Kern einen ersten Bereich aufweist, in welchem die flachen Rohre eine erste Breite haben, die größer als die Breite von jedem der Gasströmungs-Durchgänge ist, wobei die erste Breite zwischen den Umfangskanten der flachen Rohre in dem ersten Bereich definiert ist; wobei der Kern einen zweiten Bereich hat, in welchem die flachen Rohre eine zweite Breite haben, die im Wesentlichen die gleiche wie die Breite jedes der Gasströmungs-Durchgänge ist, wobei die zweite Breite zwischen den Umfangskanten der flachen Rohre in dem zweiten Bereich definiert ist; (b) ein den Kern umgebendes Gehäuse, welches Gehäuse einen Einlassendbereich mit einer Gaseinlassöffnung und einen Auslassendbereich mit einer Gasauslassöffnung aufweist, wobei die Gaseinlass- und -auslassöffnung mit den offenen Enden der Gasströmungs-Durchgänge des Kerns kommunizieren; wobei das Gehäuse zumindest eine seitliche Abdeckung enthält, die sich entlang und im Abstand von der zumindest einen Seite des Kerns erstreckt, wobei ein erster Spalt zwischen der seitlichen Abdeckung und der Seite des Kerns in dem ersten Bereich des Kerns kleiner als ein zweiter Spalt zwischen der seitlichen Abdeckung und der Seite des Kerns in dem zweiten Bereich des Kerns ist; und (c) eine seitliche Abdichtung, die zumindest teilweise in dem Spalt zwischen der seitlichen Abdeckung des Gehäuses und dem zweiten Bereich des Kerns aufgenommen ist; wobei die seitliche Abdichtung sich über die Höhe des Kerns erstreckt und eine Dicke hat, die größer als der erste Spalt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem jeder der Gasströmungs-Durchgänge mit einem turbulenzvergrößernden Einsatz versehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, bei dem jeder der turbulenzvergrößernden Einsätze eine gewellte Rippe aufweist, die durch mehrere parallele Seitenwände, die sich entlang der Länge des Kerns erstrecken, definiert ist, wobei die Seitenwände an ihrem oberen und unteren Ende Kämme haben, an denen sie miteinander und mit benachbarten der flachen Rohre verbunden sind; wobei jede der gewellten Rippen ein Paar von Seitenkanten hat, zwischen denen eine Breite der gewellten Rippe definiert ist, wobei zumindest eine der Seitenkanten der gewellten Rippe durch eine äußerste Seitenwand der gewellten Rippe definiert ist, und wobei die äußerste Seitenwand im Wesentlichen frei von Perforationen ist und eine der gegenüberliegenden Seiten von einem der Gasströmungs-Durchgänge definiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, bei dem jede der Seitenkanten der gewellten Rippe durch eine der äußersten Seitenwände der gewellten Rippe definiert ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, bei dem jede der gewellten Rippen eine Breite hat, die die Breite des Gasströmungs-Durchgangs, in welchem sie angeordnet ist, definiert, derart, dass jede der gegenüberliegenden Seiten jedes der Gasströmungs-Durchgänge durch eine der äußersten Seitenwände der gewellten Rippe definiert ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jedes der flachen Rohre ein Paar von Kernplatten mit einem ebenen Umfangsflansch, der eine erhabene mittlere Fläche umgibt, aufweist, wobei die Umfangskanten der Rohre durch Bereiche des ebenen Umfangsflanschs, die sich entlang der Länge des Kerns erstrecken, definiert sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, bei dem jede der erhabenen mittleren Flächen der Kernplatten und jeder der Flüssigkeits-Strömungsdurchgänge der flachen Rohre in dem zweiten Bereich des Kerns eine Breite haben, die kleiner als eine Breite in dem ersten Bereich des Kerns ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die ebenen Umfangsflansche sich einwärts erstreckende Bereiche in dem zweiten Bereich des Kerns enthalten.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, bei dem sich die einwärts erstreckenden Bereiche über eine maximale Länge einwärts erstrecken, die im Wesentlichen gleich einer Breite des ebenen Umfangsflanschs entlang des ersten Bereichs des Kerns ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, bei dem jeder der sich einwärts erstreckenden Bereiche ein Verriegelungselement enthält, das ausgestaltet ist, mit einer inneren Kante der Seitenabdichtung in Eingriff zu treten und diese zu halten.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der zweite Bereich des Kerns eine Länge hat, die kleiner als eine Länge des ersten Bereichs des Kerns ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zweite Bereich einen vertieften Kanal bildet, der sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe des Kerns erstreckt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Kern weiterhin eine obere Seite und eine untere Seite aufweist, wobei das Gehäuse eine obere Abdeckung, die über der oberen Seite des Kerns angeordnet ist, eine untere Abdeckung, die über der unteren Seite des Kerns angeordnet ist, und ein Paar der seitlichen Abdeckungen über den Seiten des Kerns enthält.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, bei dem die untere Seite des Kerns einen Abstand von der unteren Abdeckung des Gehäuses aufweist und eine untere Abdichtung zwischen der unteren Seite des Kerns und der unteren Abdeckung des Gehäuses angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die obere Seite des Kerns einen Abstand von der oberen Abdeckung des Gehäuses aufweist und eine obere Abdichtung zwischen der oberen Seite des Kerns und der oberen Abdeckung des Gehäuses angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die obere Abdichtung oder die untere Abdichtung teilweise in eine Nut in der oberen Abdeckung oder der unteren Abdeckung des Gehäuses eingebettet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Abdichtung elastisch ist und eine unverdichtete Dicke hat, die größer als der zweite Spalt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 17, bei dem die Abdichtung mehrere Beine enthält, die Enden haben, die in Eingriff mit dem Kern in dessen zweitem Abschnitt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 18, bei dem die Abdichtung eine U-Form mit zweien der Beine hat.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, bei dem der zweite Bereich des Kerns Verriegelungselemente enthält, die in Eingriff mit den Enden der Beine sind und diese halten.
Wärmetauscher nach Anspruch 20, bei dem die Enden der Beine Bereiche vergrößerter Dicke haben, die ausgestaltet sind, mit den Verriegelungselementen in Eingriff zu sein und von diesen gehalten zu werden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei dem die seitlichen Abdichtungen, die obere Abdichtung und die untere Abdichtung ein kontinuierliches Abdichtteil aufweisen, das sich entlang der oberen, der unteren und den seitlichen Seiten des Kerns erstreckt.
Wärmetauscher nach Anspruch 22, bei dem alle Bereiche der kontinuierlichen Abdichtung in einer einzigen quer liegenden Ebene verlaufen.
Wärmetauscher nach Anspruch 23, bei dem die kontinuierliche Dichtung ein längliches elastisches Teil aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 24, bei dem die kontinuierliche Abdichtung umlegbare Eckenbereiche enthält, die ausgestaltet sind, um die Ecken zwischen den Seiten und der jeweils angrenzenden oberen und unteren Seite des Kerns herumgelegt zu werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 25, bei dem die herumlegbaren Eckenbereiche Kerben aufweisen, die sich teilweise durch die Dicke der kontinuierlichen Abdichtung erstrecken.
Wärmetauscher nach Anspruch 26, bei dem die Kerben V-förmig und zu dem Kern hin geöffnet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bei dem der Wärmetauscher zwei oder mehr der seitlichen Abdichtungen enthält, die entlang der Länge des Kerns einen gegenseitigen Abstand aufweisen, wobei der Kern zwei der zweiten Bereiche aufweist, in denen die flachen Rohre eine zweite Breite haben, die im Wesentlichen die gleiche wie die Breite jedes der Gasströmungs-Durchgänge ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 28, in welchem eine der gegenüberliegenden Seiten jedes der Gasströmungs-Durchgänge durch Kühlmittel-Einlass- und -Auslassverteiler des Kerns definiert ist.