DE1501511A1

DE1501511A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1501511A1
Application number: DE19661501511
Authority: DE
Inventors: Pringle William Leon
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1965-08-19
Filing date: 1966-08-16
Publication date: 1969-11-06
Also published as: US3361198A; ES330713A1; GB1108505A; NL6611095A

Description

PATENTANWÄLTE β⁹⁰² augsburg-göggingen, den 16.8.1966

v. Eidiendorff-Straße 10

DR. ING. E. LIEBAU UnserZeichen Dr.Lb/S Az B 6377

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DlPUNG.G. UEBAU

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Eaton YaIe & Towne Inc., 100 Erieview Plaza, Cleveland, Ohio, Ver. St. v. A.

Wärmeaustauscher

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher zur Verwendung z.B. bei Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen und dgl.

Die Wärmeaustauscher haben in einem Kraftfahrzeug zahlreiche Funktionen. So wird z.B. das im Motorblock umlaufende heiße Wasser zum Kühlen gegen eine Wand gerichtet, die einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten hat. Ein Kühlmittel — wie z.B. kaltes Wasser —

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wird gegen die andere Seite dieser Wand gerichtet. Das heiße bzw. kalte Wasser wird bei der durch die Wand erfolgenden Kälte- bzw. Wärmeübertragung gekühlt bzw. erhitzt. Diese gemeinsame Wand, durch welche die Wärme bzw. die Kälte übertragen wird, stellt eine der einfachsten Formen eines Wärmeaustauschers dar.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß mehr Wärme bzw. Kälte übertragen wird, wenn der Flächenbereich der wärmeübertragenden Wand vergrößert, d.h. eine größere Fläche dem heißen bzw. kalten Wasser ausgesetzt wird. Eines der bei der Konstruktion eines Wärmeaustauschers auftretenden Probleme besteht darin, den Flächenbereich der wärmeübertragenden Wandoberflächen zu vergrößern, ohne den Wärmeaustauscher zu umfangreich bzw. sperrig zu machen und ohne von komplizierten Vorrichtungen bei der Vergrößerung des dem Strömungsmittel ausgesetzten Oberflächenbereichs abhängig zu sein. Solche unzulängliche Konstruktion/eines Wärmeaustauschers sind nicht nur mit hohen Herstellungskosten, sondern auch infolge ihrer Anfälligkeit für Beschädigungen mit hohen Instandhaltungskosten verbunden.

Dieses Problem ist durch die Schaffung des erfindungsgetnäßen wesentlich verbesserten Wärmeaustauschers gelöst, der aufgrund seiner einzigartigen Konstruktion vergrößerte Wandoberflächen zur besseren Wärmeübertragung aufweist und dessen Herstellung- und Instandhaltungskosten darüber

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hinaus niedrig sind.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmeaustauscher mit einem Gehäuse, das einen gleichmäßigen Querschnitt und eine Anzahl sich in Längsrichtung erstreckender Durchlaßöffnungen sowie Verschlußkappen an den Gehäuseenden aufweist, um ein Strömungsmittel mit verschiedenen Temperaturen durch die voneinander isolierten Durchlaßöffnungen zu leiten. Das Gehäuse besteht aus einem länglichen hohlen Rohr mit einer Anzahl isolierter, in Längsrichtung verlaufender Durchlaßöffnungen, durch welche das Strömungsmittel umläuft und welche durch die Außenwände des Rohres und eine Anzahl Trennwände gebildet sind, die sich in der Längsrichtung des Rohres von seinen Außenwänden nach innen und zusammen mit ihm entlang seiner ganzen Länge erstrecken. Die Oberflächen der Trennwände weisen eine Anzahl sich in die Durchlaßöffnungen erstreckender Vorsprünge zur Vergrößerung der dem Strömungsmittel ausgesetzten Wandoberfläche auf. Diese Vorsprünge bestehen aus einer Anzahl aus den Wandoberflächen herausragender Rippen, die sich von den Wänden und mit den Wänden zusammen in Längsrichtung entlang ihrer Gesamtlänge erstrecken.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben; darin zeigen:

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Flg. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Gehäuses des

Wärmeaustauschers in der Ebene entlang der Linie 2-2 der Fig. 1$

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer der Verschlußkappen zum Abschliessen eines Gehäuseendes in der Ebene entlang der Linie 3-3 der Fig. 1}

Fig. h eine Querschnittsansicht der anderen Verschlußkappe für das andere Gehäuseende, in der Ebene entlang der Linie k-k der Fig. 1; und

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht einer typischen Trennwand in den Verschlußkappen, in der Ebene entlang der Linie 5-5 der Fig. 3·

Der im allgemeinen mit 10 bezeichnete Wärmeaustauscher weist im wesentlichen ein Gehäuse 11 mit den Verschlußkappen 12 bzw. 13 auf, die auf beliebige, geeignete Weise — wie z.B. durch Schraubbolzen 16 bzw. 17 — am Gehäuse 11 befestigt sind und seine offenen Enden ik bzw. 15 verschliessen.

Das Gehäuse 11 (Fig. 2) besteht aus einem länglichen,

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hohlen Rohr, das vorzugsweise aus einer geeigneten Aluminiumlegierung durch Strangpressen hergestellt ist.

Eine Anzahl Trennwände 18-25 ist im hohlen röhrenförmigen Gehäuse 11 vorgesehen, die als die oben erwähnten, wärmeübertragenden bzw. gemeinsamen Wände dienen. Sie erstrecken sich in Längsrichtung zusammen mit den äußeren Rohrwänden 26-29 und andererseits vorzugsweise strahlenförmig von der Nabe 30 aus, deren Längsachse mit der Längsachse des röhrenförmigen Gehäuses 11 zusammenfällt.

Eine Anzahl sich in Längsrichtung erstreckender Durchlaßöffnungen 31-38 ist durch die Gehäusewände 26-29 und die Trennwände 18-25 gebildet.

Die Durchlaßöffnungen 31-38 sind durch die Trennwände 18-25 voneinander isoliert, die als gemeinsame Wände dienen, gegen welche z.B. heißes und kaltes Strömungsmittel während seines Umlaufs durch benachbarte Durchlaßöffnungen — wie z.B. 31 und 32 — strömt.

Das Gehäuse 11 des Wärmeaustauschers weist vorzugsweise einen gleichmäßigen Querschnitt entlang seiner Längsausdehnung auf. Auch die Durchlafloffnungen 31-38 weisen vorzugsweise gleiche Querschnittsbereiche in zur Längsachse des Gehäuses 11 des Wärmeaustauschers 10 senkrechten Ebenen auf.

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Eine Anzahl Vorsprünge — wie z.B. 39 und 40 der Trennwand 18 — befindet sich auf den Oberflächen der Trenn- und Gehäusewände und erstrecken sich in die Durchlaßöffnungen 31-38 zwecks Vergrößerung des Flächenbereiches der dem umlaufenden Strömungsmittel ausgesetzten Wandoberflächen. Diese Vorsprünge springen in Form von Rippen aus den Vandoberflachen der betreffenden Wände vor und erstrecken sich in Längsrichtung von den Trenn- und Gehäusewänden entlang ihrer Gesamtlänge. Die aus den Wandoberflächen vorspringenden Rippen bilden eine Verzahnung bzw. eine geriffelte Oberfläche und somit wesentlich verbesserte und viel größere wärmeübertragende Wandoberflächen für den Wärmeaustauscher 10, der nun einen größeren Oberflächenbereich hat, der dem heißen bzw. kalten Strömungsmittel ausgesetzt ist, das in den Durchlaßöffnungen 31-38 des röhrenförmigen Gehäuses 11 umläuft.

Die Verschlußkappen 12 und I3 (Fig. 3 und 4) bestehen vorzugsweise aus einem Gußstück aus einer geeigneten Aluminiumlegierung und führen das Strömungsmittel durch die Durchlaßöffnungen 31-38 des Gehäuses 11 des Wärmeaustauschers .

Eine Anzahl Trennwände 42-45 ist in der Verschlußkappe 12 zum Verbinden der Durchlaßöffnung 31 mit der Durchlaßöffnung 33 und der Durchlaßöffnung 35 mit der Durchlaßöffnung 37 vorgesehen. Die Durchlaßöffnungen 32 und 34 sind

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vermittels einea überströmbehälters 46 verbunden, der mit der Verschlußkappe 12 aus einem Stück besteht und zur Verminderung des überschüssigen Strömungsart, tteldruckes in den Durchlaßöffnungen 32, 3k, 36 und 38 dient.

Zvei Schlauchverbindungen U 7 und kB sind in der Verschlußkappe 12 vorgesehen, wobei sie unmittelbar mit den Durchlaßöffnungen 38 bzw, 36 und mittelbar mit den Durchlaß-Öffnungen 32 bzw. Jh in Verbindung stehen und wechselweise als Einlaß- bzw. Auslaßleitungen für das Strömungsmittel —■ wie z.B. Heißwasser — dienen, das im Wärmeaustauscher 10 umläuft.

Eine Anzahl in der Verschlußkappe 13 vorgesehener Trennwände 50-53 verbindet die übrigen Durchlaßöffnungen, Die Trennwände 50 - 53 verbinden die Durchlaßöffnung 32 mit der Durchlaßöffnung 38 und die Durchlaßöffnung "}k mit der Durchlaßöffnung 36. Die Durchlaßöffnung 33 ist mit Hilfe eines dem oben erwähnten ähnlichen überströmbehälters 5^ mit der Durchlaßöffnung 35 verbunden, der mit der Verschlußkappe 13 aus einem Stück besteht und zur Verminderung des überschüssigen StrÖmungsmitteldruckes in den Durchlaßöffnungen 31, 33, 35 und 37 dient.

Auch die Verschlußkappe 13 ist mit zwei Verbindungsschläuchen 55 bzw. 56 versehen, die unmittelbar mit den Durchlaßöffnungen 37 bzw. 31 und mittelbar mit den Durch-

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laßöffnungen 33 bzw. 35 in Verbindung stehen. Auch die Schlauchverbindungen 53 und 56 werden wechselweise als Einlaß- bzw. Auslaßleitungen für das Strömungsmittel — wie z.B. Kaltwasser —- verwendet, das im Wärmeaustauscher umläuft.

Die Überströmbehälter k6 bzw. $k weisen öffnungen 57 bzw. 58 auf, durch welche das Strömungsmittel — wie z.B. Kaltwasser — in den Wärmeaustauscher 10 strömt. Ähnliche Verschlußkappen — wie z.B. 59 — verschliessen die öffnungen 57 bzw. 58 in den Überströmbehältern k6 bzw. 5k. Die Verschlußkappe 59 weist eine eingeschnürte öffnung 6O auf, durch welche das überschiißige Druck- bzw. Strömungsmittel strömt.

Die Randkanten der Verschlußkappen 12 bzw. 13 an den Enden "\h bzw. Ik des Wärmeaustauschers weisen je eine Ausnehmung zur Aufnahme einer biegsamen oder geschmeidigen Dichtung zum Abdichten des Gehäuses 11 des Wärmeaustauschers auf, um zu vermeiden, daß zwischen dem Gehäuse und den Verschlußkappen 12 und 13 Strömungsmittel durchsickert. Eine geschmeidige Dichtung 61 (Fig. 1) ist z.B. in der Ausnehmung 62 der Wand 63 der Verschlußkappe 13 vorgesehen.

Ähnliche Dichtungen sind in Ausnehmungen der Trennwände 42-^5 und 50-53 der Verschlußkappen 12 bzw. 13 vorgesehen.

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Eine geschmeidige Dichtung 64 (Fig. 5) ist z.B. in der Ausnehmung 65 der Trennwand k3 der Verschlußkappe 12 zum Abdichten der benachbarten Trennwand 18 des Gehäuses 11 des Wärmeaustauschers 10 vorgesehen. Die geschmeidigen Dichtungen verhindern, daß das Strömungsmittel während seines Umlaufs im Wärmeaustauscher 10 in benachbarte Durchlaßöffnungen sickert.

Der Wärmeaustauscher 10 ist in einem Kraftfahrzeug oder Flugzeug mit Hilfe einer beliebigen Befestitungseinrichtung wie z.B. der Halterungen 66 und 67 der Verschlußkappen 12 bzw. 13 befestigt.

Die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschers hängt größtenteils von der Länge seines Gehäuses, der Anzahl der darin vorgesehenen Trennwände und den von den Trennwänden vorspringenden Rippen ab. Dank diesen Merkmalen ist die Größe des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers im Vergleich zu seiner Leistungsfähigkeit verhältnismäßig gering und zusammengedrängt. Die mit den Durchlaßöffnungen der beiden Verschlußkappen in Verbindung stehenden Durchlaßöffnungen des Gehäuses des Wärmeaustauschers bilden zwei durchgehende, lange Durchlaßöffnungen, in welchen Strömungsmittel mit verschiedenen Temperaturen umläuft. So läuft z.B. Heißwasser aus dem Motorblock abwechselnd in den Durchlaßöffnungen 31, 33, 35 und 37 um und wird durch vergleichsweise kaltes Wasser gekühlt, das abwechselnd in

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den benachbarten Durchlaßöffnungen 32, 3k, 36 und 38 umläuft.

Das Gehäuse 11 des Wärmeaustauschers 10 ist aus einer geeigneten Aluminiumlegierung durch Strangpressen in Form eines fortlaufenden Rohres hergestellt, das zum Erhalt von Rohrstücken der gewünschten Länge je nach der erforderlichen Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschers geschnitten wird. Auf diese Weise werden die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers wesentlich herabgesetzt .

Somit wird erfindungsgemäß ein wesentlich verbesserter Wärmeaustauscher zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und dgl. geschaffen. Die wärmeübertragenden Oberflächen des Wärmeaustauschers würden vergrößert, indem eine Anzahl von den Wänden des Wärmeaustauschers vorspringender Rippen vorgesehen wurde. Die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschers wurde dank diesen Rippen wesentlich erhöht, die während des Strangpreßvorgangs zur Herstellung des Gehäuses des Wärmeaustauschers ohne weiteres gebildet werden.

Der Erfindungsgedanke gestattet etliche Abwandlungen des Erfindungsgegenstandes innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche.

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Claims

Patentansprüche

1y Wärmeaustauscher mit einem länglichen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Anzahl Trennwände (18-25) strahlenförmig von der Längsachse dee Gehäuses (ii) des Wärmeauetaueehere erstreckt, die das Gehäuse (11) in Durchlaßöffnungen (31-38) trennen, durch welche ein Strömungsmittel umlaufen kann, wobei ein Längsschnitt durch einen beliebigen Abschnitt des Gehäuses (11) des Wärmeaustauschers (io) durch zueinander parallel τerlaufendβ Linien begrenzt ist*

2, Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (18-25) Vorsprtlnge (391 **0) aufweisen, die von Ihren Vandpberflachen vorspringen und somit den Flächenbereich der dem durch die Durchlaßöffnungen umlaufenden Strömungsmittel ausgesetzten Oberflächen vergrößern.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daü die VorSprunge (39, ko) aus in die Durchlaßöffnungen (31-38) vorspringenden und dem Strömungsmittel ausgesetzten und parallel zur Längsachse des Gehäuses (11) verlaufenden Rippen bestehen.

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4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (391 4θ) nebeneinander angeordnet sind und sich zusammen mit den Durchlaßöffnungen in Längsrichtung entlang der letzteren erstrecken.

5« Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwände (18-25) entlang des Gehäuses (11) des Wärmeaustauschers (1O) und zwar im wesentlichen entlang der ganzen Länge des Gehäuses (11) erstrecken und daß Verschlußkappen (12,13) vorgesehen sind, die mit den offenen Enden des Gehäuses (11) des Wärmeaustauschers (1O) zusammenarbeiten, um das Strömungsmittel durch die Durchlaßöffnungen (31-38) zu leiten.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappen (12, 13) hohl sind und die betreffenden offenen Enden des röhrenförmigen Gehäuses (11) abdichten und daß Trennwände (42-45 bzw. 50-53) in der jeweiligen Verschlußkappe vorgesehen sind, um das Strömungsmittel durch vorbestimmte Durchlaßöffnungen im röhrenförmigen Gehäuse (11) zu leiten.

7. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Überstrom- bzw. Überlaufbehälter (46, 54) zur Verminderung des überschüssigen Strömungsmitteldruckes in den Durchlaßöffnungen mit diesen zusammenwirken.

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8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7 ι dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmbehälter (k6, 5*0 an den jeweiligen Verschlußkappen angeordnet sind und mit vorbestimmten Durchlaßöffnungen im Gehäuse (11) des Wärmeaustauschers (1O) in Verbindung stehen.

9« Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaßleitungen und Auslaßleitungen (^7, k8 bzw. 55» 56) in den jeweiligen Verschlußkappen vorgesehen sind und mit vorbestimmten Durchlaßöffnungen im Gehäuse (11) des Wärmeaustauschers (1O) in Verbindung stehen, damit das Strömungsmittel in den Wärmeaustauscher strömen und aus ihm ausströmen kann.

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