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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Wärmeaustauscher ist beispielsweise aus der
DE 202 08 748 U1 bekannt. Der dort beschriebene Wärmeaustauscher wird insbesondere für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, beispielsweise bei Ladeluftkühlern oder Ölkühlern von Kraftfahrzeugen, welche aufgrund hoher zyklischer Temperaturunterschiede sowie sich zyklisch ändernder Durchflußmengen erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen unterliegen. Diese zyklischen thermischen Belastungen und die zyklischen Druckbelastungen, insbesondere Innendruckbelastungen, wirken sich insbesondere auf die Bauteile im Bereich der Zufuhr des heißen Mediums aus, beispielsweise in Form von unerwünschten Materialdehnungen oder -stauchungen der durch Löten zu einem starren Block miteinander verbundenen Komponenten des Wärmeaustauschers.
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Um die Lebensdauer eines solchen Wärmeaustauschers zu erhöhen, wird in der oben genannten Schutzschrift vorgeschlagen, die Blockprofile der Wärmeaustauscher, die parallel zueinander angeordnete Trennbleche auf Abstand halten, welche zusammen mit zwischen den Trennblechen angeordneten Lamellen die Strömungskanäle des Kühlmediums und die Strömungskanäle des zu kühlenden Prozeßmediums bilden, auf einer den Lamellen abgewandten Seite mit einer zentralen Ausnehmung mit quer zu den Strömungsrichtungen des heißen und kalten Mediums flexiblen, die Lötflächen aufweisenden Schenkeln zu versehen, wodurch erreicht wird, dass eine Seite des Blockprofils flexibel ausgeführt ist und so Kräfte bzw. Spannungen senkrecht zu den Flussrichtungen aufnehmen kann.
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Allerdings hat sich gezeigt, dass sich trotz des teilweise flexibel gestalteten Blockprofils insbesondere durch zyklisch auftretende Belastungen die Lebensdauer des Wärmeaustauscherblocks verringernde Beschädigungen nicht hinreichend vermeiden lassen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher mit nochmals erhöhter Lebensdauer und nochmals geringerer Gefahr von Rissen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß sind die die ersten Strömungskanäle begrenzenden ersten Blockprofile sowohl mit C-förmig angeordneten, sich von einer Basis der Blockprofile sich in Richtung der Lamellen erstreckenden Schenkeln ausgebildet als auch mit einer flexibel ausgebildeten Basis versehen.
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Durch die flexible Ausbildung der Basis der Blockprofile ist ermöglicht, sowohl die Auswirkungen pulsierender bzw. zyklischer Innendruckbelastungen am Wärmeaustauscher als auch die Auswirkungen zyklischer thermischer Belastungen deutlich zu reduzieren.
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So reduzieren sich bei zyklischen Innendruckbelastungen die auf die zwischen je zwei der ersten Blockprofile angeordneten Lamellen, insbesondere die Flanken der vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten Lamellen im Randbereich der vorderen Prozeßpassagen wirkenden Spannungen um bis zu 40% durch die flexible Ausbildung der ersten Blockprofilen gegenüber der herkömmlichen Ausgestaltung der Blockprofile. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des Wärmeaustauscherblocks um den Faktor 4 bis 5.
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Auch die durch zyklische thermische Belastung verursachten Spannungen auf die zwischen je zwei der ersten Blockprofile angeordneten Lamellen reduzieren sich durch die flexible Ausbildung der ersten Blockprofile um etwa 30% gegenüber der herkömmlichen Ausgestaltung der Blockprofile.
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In gleichem Maße reduzieren sich die durch zyklische thermische Belastung verursachten Spannungen auf die Trennbleche am Rand der ersten Blockprofile aufgrund der Wärmeausdehnung in Blockbreitenrichtung durch die Vergrößerung des Verhältnisses von Biegelänge zur Durchbiegung des Trennbleches bei einer Verformung des Trennbleches sowie durch eine Verringerung der zyklischen Temperaturdifferenz zwischen dem flexiblen ersten Blockprofil und den vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten Lamellen. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten Lamellen in den Prozesspasssagen des Wärmeaustauscherblocks um den Faktor 3 bis 4. Die Lebensdauer der Trennbleche erhöht sich dadurch in Abhängigkeit von den durch die Wärmeausdehnung in Blocklängenrichtung verursachten thermischen Spannungen um einen Faktor 1,5 bis 3.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Basis der Blockprofile parallel zur Laufrichtung der Strömungskanäle des Kühlmediums verlaufende Ausnehmungen auf, welche insbesondere schlitzförmig ausgebildet sind. Dadurch erhöht sich zum einen die Flexibilität des Blockprofils, zum zweiten reduziert sich durch das Einbringen der Ausnehmungen auch die Masse des Blockprofils, so dass dadurch auch die Aufnahmekapazität des Blockprofils reduziert wird. Schließlich wird durch die Einbringung der Ausnehmungen auch eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche am Blockprofil und damit einer Verringerung der thermischen Spannungen erreicht.
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Die Enden der Ausnehmungen im Innern der Basis sind gemäß einer weiteren Ausführungsvariante aufgeweitet ausgebildet, was zum einen zu einer weiteren Erhöhung der Flexibilität des Blockprofils und auch zu einer weiteren Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche des Blockprofils führt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die Ausnehmungen alternierend auf der den Lamellen abgewandten Seite und der den Lamellen zugewandten Seite angeordnet.
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Besonders bevorzugt ist dabei die Summe der Länge der alternierend angeordneten Ausnehmungen größer als die Länge der Basis des ersten Blockprofils, so dass in Längserstreckung der Basis betrachtet, sich die im Innern der Basis befindenden Enden der Ausnehmungen teilweise überlappen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers mit einem Wärmeaustauscherblock und seitlich angeordneten Sammelkästen,
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2 eine perspektivische Ansicht des Wärmeaustauscherblocks mit darin angeordneten Blockprofilen,
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3 eine Explosionsdarstellung eines Teils des Wärmeaustauscherblocks aus 2,
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4 eine Ausführungsvariante eines in den Prozesspassagen im Block des Wärmeaustauschers eingesetzten Turbulators,
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5 eine Schnittansicht quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums des Wärmeaustauschers mit darin angeordneten Blockprofilen,
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6 eine Schnittansicht des Wärmeaustauschers aus 5 quer zur Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums,
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7 eine Schnittansicht des Wärmeaustauschers in einer Ebene parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmediums und des Prozessmediums,
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8 eine Schnittansicht einer Ausführungsvariante eines Blockprofils quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums mit einseitig federnd ausgebildeter Basis,
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9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsvariante eines Blockprofils quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums mit beidseitig federnd ausgebildeter Basis,
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10 bis 21 Schnittansichten weiterer Ausführungsvarianten eines Blockprofils quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums,
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22 und 23 perspektivische Ansichten weiterer Ausführungsvarianten von Blockprofilen mit Ausnehmungen quer zu den Strömungsrichtungen.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, des Blockprofils, des Sammelkastens und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Wärmeaustauscherblock bezeichnet, der mehrere übereinander angeordnete Trennbleche 2 aufweist, mit dazwischen übereinander angeordneten ersten Strömungskanälen 4 eines Kühlmediums sowie zwischen den ersten Strömungskanälen 4 angeordneten und an ihrem Ende mit Sammelkästen 7, 8 versehenen zweiten Strömungskanäle 5 eines zu kühlenden Prozessmediums sowie jeweils ein parallel zu den Trennblechen 2 angeordnetes oberes und unteres Endblech 14 zur Einfassung des Wärmeaustauscherblock 1 von oben und unten. Die Sammelkästen 7, 8 sind dabei in an sich bekannter Weise hauben- oder kastenförmig ausgebildet und an seiner dem Endblech 14 zugewandten Seite mit einer vorzugsweise halbkreisförmigen Aussparung versehen, die durch eine entsprechend geformte Stirnwand 13 verschließbar ist, wobei die Stirnwand 13 durch Schweißnähte 12 mit dem Endblech 14 und dem Gehäuse des jweiligen Sammelkastens 7, 8 verbunden ist. Die Seitenwände 73 (gezeigt in den 1 und 6) der Sammelkästen 7, 8 sind über Schweißnähte 15 mit den Stirnseiten des Wärmeaustauscherblocks 1, durch die das zu kühlende Medium eintritt und austritt, verbunden.
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Durch die Abmaße der rechteckig ausgebildeten Trennblechen 2 wird die Länge L sowie die Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks 1 bestimmt.
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Wie in den 1 bis 3 zu erkennen ist, sind die Strömungskanäle 4 des Kühlmittels in einer Strömungsrichtung Y durch zwischen den Trennblechen 2 angeordnete Lamellen 9 gebildet, wobei die Strömungskanäle 4 parallel zu den Stirnseiten des Wärmeaustauscherblocks 1 verlaufen, an denen die Sammelkästen 7, 8 angeordnet sind.
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Zwischen den Sammelkästen 7, 8 und den Lamellen 9 sind erste Blockprofile 3 zwischen den Trennblechen 2 an deren stirnseitigen Enden angeordnet, um den Wärmeaustauscherblock 1 im Einlassbereich des heißen, zu kühlenden Prozessmediums und die damit einhergehenden thermischen und mechanischen Belastungen geeignet auszurüsten.
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Die Strömungskanäle 5 des zu kühlenden Mediums sind ebenfalls durch zwischen je zwei Trennblechen 2 angeordnete Lamellen 10 mit an den Seitenrändern die Strömungskanäle 5 abschließenden zweiten Blockprofilen 6 ausgebildet, wobei die zweiten Blockprofile 6, wie beispielsweise in 3 zu erkennen ist, im Bereich der Anlageflächen mit den Trennblechen 2 und der nach außen weisenden Fläche im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sind, während die den Lamellen 10 zugewandte Seite vorzugsweise als sich zu den Lamellen 10 hin sich zuspitzendes Dreieck geformt ist.
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Die Strömungskanäle 5 des zu kühlenden Mediums bildenden Lamellen 10 sind, wie in 4 gezeigt ist, bevorzugt als Turbulatoren mit Nocken 101 und einer Nockenteilung t(T) und Flanken 102 mit einer Materialstärke s(T) ausgebildet, um eine bei großen thermischen und mechanischen Wechselbelastungen ausreichende Festigkeit zu gewährleisten, wobei die Turbulatoren im Wesentlichen dazu dienen, das heiße Medium in den Strömungskanälen 5 zu verwirbeln. Entsprechend können die zweiten Blockprofile 6 auch als Turbulatorprofile bezeichnet werden.
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Sowohl die Bestandteile des Wärmeaustauscherblocks 1, als auch die Trennblechen 2, die Lamellen 9 und 10 sowie die ersten und zweiten Blockprofile 3 und 6 bestehen vorzugsweise aus Aluminium und sind durch Löten zu einem starren Block fest miteinander verbunden. Andere Wärmeaustauscher-Wirkstoffe wie Kupfer, Kupferlegierungen, Stahl sind ebenfalls denkbar.
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Um die Auswirkungen zyklischer Innendruckbelastungen am Wärmeaustauscher als auch die Auswirkungen zyklischer thermischer Belastungen herabzusetzen, sind die ersten Blockprofile 3 federnd ausgebildet. Dazu ist ein solches Blockprofil 3 zum einen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an einem den Lamellen 9 zugewandten Ende C-förmig ausgebildet, wie beispielsweise in 8 gezeigt ist, um zyklisch auftretende Belastungen durch Einfedern von die c-förmige Gestalt bildenden Schenkel 32 ausgleichen zu können.
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Erfindungsgemäß ist eine den Lamellen 9 abgewandte, dem Einströmbereich des zu kühlenden Medium zugewandte Seite, welche im Folgenden als Basis 31 der ersten Blockprofile 3 bezeichnet ist, ebenfalls federnd ausgebildet.
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Wie in den 5, 7 und 8 gezeigt, weist das gesamte Blockprofil 3 dabei in Richtung der Längsachse L des Blockprofils eine Länge a auf, welche unterteilt wird in eine Länge b der Basis und eine Länge c der von der Basis 31 federnd ausgebildeten Schenkel 32, welche sich in Richtung der Lamelle 9 erstrecken und zwischen sich eine in Richtung der Lamellen offene Ausnehmung 33 begrenzen. Durch die zwischen dem Schenkel 32 vorhandene Ausnehmung 33 mit einem Durchgang 34 zwischen den Schenkeln 32 einer Breite e kann eine senkrecht zu den Trennblechen 2 wirkende Kraft infolge des Eintritts des heißen Mediums von dem ersten Blockprofil 3 ausgeglichen werden, ohne dass sich die Verbindung zwischen der dem Trennblechen 2 zugewandten Ober- bzw. Unterseite der Blockprofile 3 und den Trennblechen 2 löst.
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Um die von der Basis 31 des ersten Blockprofils 3 auf die vorzugsweise als Turbulatoren ausgebildeten zweiten Lamellen 10 und die Trennbleche 2 ausgeübte Kraft infolge der zyklischen Erwärmung und Abkühlung durch Eintritt des zu kühlenden Mediums in den vorderen Sammelkasten 7 und in die zweiten Strömungskanäle 5 bzw. infolge der zyklischen Innendruckbelastung möglichst gering zu halten, ist auch die Basis 31 der Blockprofile auf einer den die Strömungskanäle 4 des Kühlmediums bildenden Lamellen 9 abgewandten Seite federnd ausgebildet.
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Die federnde Ausbildung erfolgt dabei insbesondere durch parallel zur Strömungsrichtung X der Strömungskanäle 4 des Kühlmediums verlaufende Ausnehmungen 38, durch die die Basis 31 des ersten Blockprofils auf der den Lamellen 9 abgewandten Seite in äußere Stege 36 und mindestens einen inneren Steg 37 unterteilt wird. Diese Ausnehmungen 38 sind dabei vorzugsweise als Schlitze mit einer Schlitztiefe m ausgebildet, wobei die Schlitztiefe m im Verhältnis zur Breite b der Basis 31 in ein Verhältnis von 0,4 ≤ m/b ≤ 0,9 steht.
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Bevorzugt ist die Schlitztiefe m außerdem um mindestens 1mm kleiner als die als a-Maß (Höhe des in eine beliebige Nahtform einsetzbaren Dreieckes) bezeichnete Nahtdicke der Schweißnaht 15, über die die Sammelkästen 7, 8 an der Ein- bzw. Austrittseite des Prozeßmediums mit den Stirnseiten des Wärmeaustauscherblocks 1 verbunden sind.
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Die Breite h1 dieser schlitzförmigen Ausnehmungen 38 steht dabei bevorzugt zur Gesamtbreite h des ersten Blockprofils 3 in einem Verhältnis von: 0,1 ≤ h1/h ≤ 0,3.
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Die Ausnehmungen 33 zwischen den Schenkeln 32 des ersten Blockprofils 3 ist bevorzugt kreisförmig mit einem Durchmesser d ausgebildet. Zu den Lamellen 9 hin öffnet sich die kreisförmige Ausnehmung 33 zu einem Öffnungsspalt 34 mit einer Breite e.
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Eine gegenüber der in 8 gezeigten Ausführungsvariante des ersten Blockprofils 3 alternative Ausführungsvariante mit nochmals erhöhter Flexibilität ist in 9 gezeigt (ca.90% Flexibilität in Längserstreckung des Blockprofils gemäß 8 gegenüber 100% Flexibilität in Längserstreckung des Blockprofils gemäß 9). Das hier gezeigte Blockprofil 3 zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zu den Ausnehmungen 38 von der den Lamellen 9 abgewandten Seite her auch Ausnehmungen 38 von der den Lamellen 9 zugewandten Seite der Basis 31 her vorgesehen sind. Die von der den Lamellen 9 zugewandten Seite her in die Basis 31 vordringende Ausnehmung 38 startet dabei vorzugsweise zentral in der Ausnehmung 33 zwischen den Schenkeln 32 und ist im wesentlichen entsprechend der von der den Lamellen 9 abgewandten Seite her startenden Ausnehmungen 38 geformt.
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Bei der in 9 gezeigten Ausführungsvariante weist die von der den Lamellen 9 zugewandten Seite her in die Basis 31 vordringende Ausnehmung 38 eine Länge n auf, welche vorzugsweise der Gleichung n = m·(0,1 – 0,9) + (b – m) entspricht. Die Breite h2 dieser Ausnehmung 38 entspricht dabei vorzugsweise einem Verhältnis von 0,1 ≤ h2/h ≤ 0,3.
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Im Folgenden werden weitere Ausgestaltungen des ersten Blockprofils 3 anhand der 10 bis 23 beschrieben, wobei die Ausgestaltung der Schenkel 32 und der zwischen den Schenkeln vorgesehenen Ausnehmungen 33 und dem Öffnungsspalt 34 im Wesentlichen beibehalten wird.
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Bei den Ausgestaltungsvarianten des ersten Blockprofils gemäß den 10, 11, 13, 18 bis 20 und 22 sind unterschiedlich gestaltete Ausnehmungen 38 von der den Lamellen 10 abgewandten Seite in der Basis 31 des Blockprofils eingelassen. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsvariante, bei der drei in Richtung der Tiefe B des Wärmeaustauscherblocks 1 untereinander angeordnete Ausnehmungen 38, die von der den Lamellen 9 abgewandten Seite sich in die Basis 31 in Richtung der Längserstreckung L des Wärmeaustauscherblocks 1 in die Basis 31 des ersten Blockprofils 3 parallel und geradlinig hineinragen, sind bei der Ausführungsvariante gemäß 10 die Enden der Ausnehmungen 38 im Inneren der Basis 31 aufgeweitet und insbesondere als kreisförmige Ausweitungen 381 ausgebildet. Der Durchmesser d1 dieser kreisförmigen Ausweitungen 381 beträgt dabei vorzugsweise das 1,5- bis 3-fache der Breite h1 der schlitzförmigen Ausnehmungen 38. Die Ausgestaltung des in 11 gezeigten Blockprofils 3 unterscheidet sich dabei von dem des in 10 gezeigten Blockprofils dadurch, dass im Blockprofil 3 der 11 nur zwei anstelle von drei Ausnehmungen 38 vorgesehen sind und das das Zentrum der kreisförmigen Aufweitungen 381 bei der in 10 gezeigten Variante sich auf einer gedachten Mittellinie der Ausnehmung 38 befindet, während die kreisförmige Aufweitung 381 der 11 so positioniert ist, dass eine der durch einen Außensteg 36 gebildeten Innenseite der Ausnehmungen 38 tangential in die kreisförmige Aufweitung 381 übergeht.
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Bei der in 13 gezeigten Ausführungsvariante mit wiederum drei untereinander positionierten Ausnehmungen 38 sind kreisförmige Ausweitungen 381 mit einem Durchmesser d1 sind die Ausnehmungen 38 zu dem Sammelkasten 7, 8 konisch aufgeweitet, wobei die geringste Breite der Ausnehmungen 38 mit h1 bemessen ist. Die Breite h3 am Außenrand der Basis 31 des Blockprofils ist dabei bevorzugt so bemessen, dass 1 ≤ h3/h1 ≤ 3 beträgt.
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Die Länge aller sich von der den Lamellen 9 abgewandten Seite in die Basis 31 der Blockprofile 3 hinein erstreckenden Ausnehmungen 38 entspricht dabei vorzugsweise stets der oben genannten Länge m.
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Bei der in 18 gezeigten Ausführungsvariante des ersten Blockprofils 3 und die Ausnehmungen 38 entsprechend der in 8 gezeigten Ausführungsvariante ausgebildet. Zusätzlich sind an den oberen und unteren, den Trennblechen 2 zugewandten Seiten des Blockprofils 3 Vertiefungen 361 mit einer Länge t in Richtung der Längserstreckung L des Wärmeaustauscherblocks 1 versehen.
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Die Länge t der Vertiefungen 361 in Richtung der Längserstreckung L des Wärmeaustauscherblocks 1 entspricht dabei vorzugsweise der Differenz aus der Länge b der Basis 31 des ersten Blockprofils 3 und der Länge m der Ausnehmungen 38 multipliziert mit einem Faktor von 1,1 bis 3.
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Die Vertiefung 361 ist vorzugsweise als kreisausschnittsförmige Mulde ausgebildet, deren Krümmungsradius R vorzugsweise der Gleichung R = 0,5 + (0,15 – 1,15)·(b – m)2 entspricht.
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Bei der in 19 gezeigten Ausführungsvariante sind zusätzlich in Verlängerung der Ausnehmungen 38 in der Basis 31 zusätzliche Ausnehmungen 39, hier in Gestalt von Bohrungen mit einem Durchmesser d3 vorgesehen, um auch in den Bereich der Basis 31 des ersten Blockprofils 3 nahe dem Ansatz der Schenkel 32 ein Eindrücken des Blockprofils 3 in Richtung der Breite B des Wärmeaustauscherblocks 1 zu erleichtern. Der Durchmesser d3 entspricht dabei vorzugsweise dem 1,5- bis 5-fachen der inneren Höhe h1 der im Wesentlichen schlitzförmigen Ausnehmungen 38.
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Bei der in 20 gezeigten Ausführungsvariante des ersten Blockprofils 3 sind von der den Lamellen abgewandten Seite her zwei Ausnehmungen 38 vorgesehen, welche durch zwei Außenstege 36 und eine Innensteg 37 begrenzt sind, wobei die Ausnehmungen 38 sich in die Basis 31 hinein verjüngen, mit einer engsten Stelle h1 und einer Breitesten Stelle h3 am Eingang der Ausnehmung 38. Zusätzlich ist zwischen den beiden Ausnehmungen 38 eine weitere Ausnehmung 39, die als sich durch die gesamte Tiefe T des Blockprofils 3 hin erstreckendes Langloch ausgebildet ist. Die Länge des Langlochs k entspricht dabei vorzugsweise dem 0,4- bis 0,6-fachen der Länge b der Basis 31 des ersten Blockprofils 3.
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Bei der in 22 gezeigten Ausführungsvariante des ersten Blockprofils 3 sind zusätzliche Ausnehmungen 38a in die Basis 31 des Blockprofils 3 eingebracht, welche wiederum schlitzförmig mit einer Länge s1 ausgebildet sind, wobei die Länge s1 dieser schlitzförmigen Ausnehmungen 38 vorzugsweise etwa 0,6- bis 0,8-fache der Länge b der Basis 31 des Blockprofils 3 entspricht. Die Breite r1 dieser Ausnehmungen 38 entspricht dabei vorzugsweise einem Verhältnis von 0,01 ≤ r1/T ≤ 0,03. Diese Ausnehmungen 38a sind in Richtung der Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks 1 betrachtet etwa alle 20tel bis drei Zehntel der Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks vorgesehen.
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Wie 22 des Weiteren zu entnehmen ist, sind mehrere solcher schlitzförmigen Ausnehmungen 38a vorgesehen, wobei der Abstand p1 zwischen den einzelnen Ausnehmungen 38a in Richtung der Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks 1 bevorzugt dem 0,05- bis 0,3-fachen der Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks entspricht.
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Die 12, 14 bis 17, 21 und 23 zeigen weitere Ausführungsvarianten des grundsätzlich in 9 gezeigten ersten Blockprofils 3, wobei diesen Ausführungsvarianten gemeinsam ist, dass zusätzlich zu den Ausnehmungen 38 von der den Lamellen 9 abgewandten Seite her auch Ausnehmungen 38 von der den Lamellen 9 zugewandten Seite der Basis 31 her vorgesehen sind.
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Bei den Ausführungsvarianten gemäß 12 und 14, bei der die von der den Lamellen 9 zugewandten Seite in die Basis 31 eingelassene Ausnehmung 38 mit einer kreisförmigen Aufweitung 381 versehen ist, entspricht der Durchmesser d2 dieser kreisförmigen Aufweitung 381 vorzugsweise etwa dem 1,5- bis 5-fachen der Breite h2 der schlitzförmig ausgebildeten Ausnehmungen 38.
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Bei der in 15 gezeigten Ausführungsvariante des ersten Blockprofils 3 sind die Ausnehmungen 38 von außen nach innen sich verbreiternd konisch ausgebildet, wobei das Ende der Ausnehmungen 38 halbkreisförmig ausgebildet ist. Die engste Stelle der von den Lamellen 9 abgewandten Seite in die Basis 31 eingelassenen Ausnehmungen beträgt dabei vorzugsweise h1, bei den von der gegenüber liegenden Seite in die Basis 31 eingelassene Ausnehmung 38 beträgt die engste Stelle vorzugsweise h2. Der Durchmesser der erstgenannten Ausnehmungen beträgt vorzugsweise d1, der derzeit genannten Ausnehmungen vorzugsweise d2.
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In einer nochmals alternativen Ausgestaltung des ersten Blockprofils 3 sind die Ausnehmungen 38 in Richtung ihrer Längserstreckung m doppelt konisch ausgebildet, wobei die engste Stelle eine Breite h1 aufweist und etwa mittig in Richtung der Längserstreckung m der Ausnehmungen 38 vorgesehen ist. Entsprechend ist die Ausnehmung 38 von der Ausnehmung 33 zwischen den Schenkeln 32 ausgehend ausgebildet, wobei die geringste Breite dieser Ausnehmung 38 in Richtung der Längserstreckung n vorzugsweise h2 beträgt und die breiteste Stelle am Eintritt h4 beträgt, wobei die Breite h4 vorzugsweise der Gleichung 1 ≤ h4/h2 ≤ 3 entspricht mit einer kleinsten Breite h2, welche der Gleichung 0,1 ≤ h2/h ≤ 0,3 entspricht.
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Schließlich sind bei der Ausführungsvariante gemäß 23 zusätzlich schlitzförmige Ausnehmungen 38b in das Blockprofil 3 von der den Lamellen 9 zugewandten Seite her eingebracht, welche in der Ausrichtung den Ausnehmungen 38a gemäß 22 entsprechen. Die schlitzförmigen Ausnehmungen 38b erstrecken sich hier auch durch die Schenkel 32. Die Länge s2 dieser schlitzförmigen Ausnehmungen 38b entspricht dabei vorzugsweise dem 1,2- bis 1,8- fachen der Länge b der Basis 31 des ersten Blockprofils 3. Die Breite r2 dieser schlitzförmigen Ausnehmungen 38b entspricht dabei vorzugsweise der Gleichung 0,01 ≤ r2/T ≤ 0,03.
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Wie 23 des Weiteren zu entnehmen ist, sind mehrere solcher schlitzförmigen Ausnehmungen 38b vorgesehen, wobei der Abstand p2 zwischen den einzelnen Ausnehmungen 38b in Richtung der Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks 1 bevorzugt dem 0,05- bis 0,3-fachen der Tiefe T des Wärmeaustauscherblocks entspricht.
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Zur weiteren Entlastung der Trennbleche und der Turbulatoren ist es ebenfalls denkbar, die ersten und/oder zweiten Blockprofile 3, 6 aus einem federelastischen Material herzustellen.
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Sämtliche der oben genannten Abmaße der Längen, Tiefen, Breiten oder Durchmesser der Ausnehmungen, Vertiefungen usw. der ersten Blockprofile sind dabei vorzugsweise entsprechend der oben genannten Gleichungen gewählt, um durch die oben beispielhaft beschriebenen Möglichkeiten zur Erhöhung der Flexibilität bzw. Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche der ersten Blockprofile auf die Trennbleche und die zweiten Lamellen 10 eine deutliche Belastungsreduzierung insbesondere auf die zyklisch belasteten Bauteile innerhalb des Wärmeaustauschers zu erzielen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeaustauscherblock
- 2
- Platte
- 3
- erstes Blockprofil
- 31
- Basis
- 32
- Schenkel
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Öffnungsspalt
- 35
- Innenfläche
- 36
- Steg
- 361
- Vertiefung
- 37
- Steg
- 38
- Ausnehmung
- 38a
- Ausnehmung
- 38b
- Ausnehmung
- 381
- Ausweitung
- 39
- Ausnehmung
- 4
- Strömungskanäle Kühlmedium
- 5
- Strömungskanäle Prozeßmedium
- 6
- zweites Blockprofil
- 7
- Sammelkasten
- 71
- Sammelraum
- 72
- Kopfwand des Kastenprofils
- 73
- Seitenwand
- 8
- Sammelkasten
- 9
- Lamellen
- 10
- Lamellen/Turbulator
- 101
- Nocken
- 102
- Flanke
- 11
- Eingangsstutzen
- 12
- Schweißnaht
- 13
- Stirnwand
- 14
- Endblech
- 15
- Schweißnaht
- L
- Länge des Wärmeaustauscherblocks
- B
- Breite des Wärmeaustauscherblocks
- T
- Tiefe des Wärmeaustauscherblocks
- X
- Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums
- Y
- Strömungsrichtung des Kühlmediums
- a
- Länge des Blockprofils
- b
- Länge der Basis des Blockprofils
- c
- Länge der Schenkel des Blockprofils
- d
- Durchmesser der Ausnehmung
- d1
- Durchmesser der Ausweitung
- d2
- Durchmesser der Ausweitung
- d3
- Durchmesser der Ausnehmung
- d4
- Breite der Ausnehmung
- e
- Breite des Öffnungsspaltes
- h1
- Breite der Ausnehmung
- h2
- Breite der Ausnehmung
- h3
- maximale Breite der Ausnehmung
- h4
- maximale Breite der Ausnehmung
- k
- Länge der Ausnehmung
- m
- Länge der Ausnehmung
- n
- Länge der Ausnehmung
- p1
- Abstand zwischen zwei Ausnehmungen
- p2
- Abstand zwischen zwei Ausnehmungen
- r1
- Breite der Ausnehmung
- r2
- Breite der Ausnehmung
- s1
- Länge der Ausnehmung
- s2
- Länge der Ausnehmung
- t
- Länge der Vertiefung
- s(T)
- Materialstärke des Turbulators
- t(T)
- Nockenteilung des Turbulators
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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