DE4407080A1

DE4407080A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE4407080A1
Application number: DE4407080A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Iio; Mituo Kimura
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2014-03-04
Also published as: JPH06257982A; DE4407080C2; US5400854A; JP3359946B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserun gen in einem Wärmetauscher des hartgelöteten, feinen Plat tentyps und insbesondere auf einen Wärmetauscher des Gegen stromtyps.

Bislang wurde ein Wärmetauscher der in Fig. 16 der Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung gezeigten Art vorge schlagen und zum Beispiel in der vorläufigen japanischen Ge brauchsmusterveröffentlichung Nr. 63-49 189 veröffentlicht. Dieser herkömmliche Wärmetauscher ist mit einer Mehrzahl von Röhrenelementen 52, die einen ersten Durchlaß 61 für ein Fluid A mit niedriger Temperatur bilden, und einem Gehäuse 56 versehen, das einen zweiten Durchlaß 62 für ein Fluid B mit hoher Temperatur durch Umgeben der Röhrenelemente 52 bildet. Das Fluid A mit niedriger Temperatur A fließt durch die Röhrenelemente 52 von Einlaßöffnungen 54 zu Auslaßöff nungen 55 in der durch die Pfeile in Fig. 16 gezeigten Rich tung. Das Fluid B mit hoher Temperatur fließt so durch den zweiten Durchlaß 62, daß die Fließrichtung des Fluids B senkrecht zu der des Fluids A ist, um dazwischen eine Wärme übertragung zu bewirken. Das bedeutet, daß der Wärmetauscher vom sogenannten Kreuzflußtyp ist. Folglich besitzt ein sol cher Wärmetauscher vom hartgelöteten, feinen Plattentyp und Kreuzflußtyp eine Einschränkung hinsichtlich der Verbesse rung des wärmeübertragungskoeffizienten. Weiterhin fließt aufgrund eines Zwischenraumes 51 zwischen den Röhrenelemen ten 52 und einer Seitenplatte 58 in diesem herkömmlichen Wärmetauscher eine nicht unerhebliche Menge des Fluids B mit hoher Temperatur durch den Zwischenraum 51, und daher wird die Wärmeübertragung zwischen dem Fluid B mit hoher Tempera tur und dem Fluid A mit niedriger Temperatur nicht wirkungs voll durchgeführt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher des Gegenflußtyps zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Wärmeübertragungseffizienz erreicht.

Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Wärme tauscher gelöst.

Ein Wärmetauscher für erste und zweite Fluids nach der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Röhrenele menten, die jeweils erste Fluid-Durchflußräume bilden. Eine Mehrzahl von inneren Rippen ist jeweils in dem ersten Fluid- Durchflußraum des Röhrenelements gebildet. Eine erste Fluid- Einlaßöffnung ist mit den Röhrenelementen verbunden, um das erste Fluid in den ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten. Die erste Fluid-Einlaßöffnung ist so angeordnet, daß sie von ei ner lateralen Seite der inneren Rippen nach außen vorsteht. Eine erste Fluid-Auslaßöffnung ist mit den Röhrenelementen verbunden, um das erste Fluid aus dem ersten Fluid-Durch flußraum zu befördern. Die erste Fluid-Einlaßöffnung ist so angeordnet, daß sie von dem lateralen Seitenende der inneren Rippe nach außen vorsteht. Eine Mehrzahl von äußeren Rippen ist abwechselnd mit den Röhrenelementen laminiert. Ein Ge häuse umgibt die Röhrenelemente und bildet dazwischen einen zweiten Fluid-Durchflußraum. Das Gehäuse besitzt eine zweite Fluid-Einlaßöffnung und eine zweite Fluid-Auslaßöffnung. Das Gehäuse ist so geformt, daß es entlang einer peripheren Wand des Röhrenelements, das die ersten Fluid-Einlaß- und -Auslaß öffnungen bildet, gekrümmt ist.

Somit verbessert diese Anordnung die Wärmeübertragungs effizienz zwischen den ersten und zweiten Fluids und verrin gert die Größe des Wärmetauschers.

Fig. 1 ist ein horizontaler Querschnitt des ersten Aus führungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein weiterer horizontaler Querschnitt des Wärmetauschers der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die den Wärmetauscher der Fig. 1 zeigt.

Fig. 4 ist ein Querschnitt des Wärmetauschers in der Richtung der Pfeile im wesentlichen entlang der Linie IV-IV der Fig. 1.

Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt zum Erklären der Festigkeit des Wärmetauschers der Fig. 4.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die Einlaß- und Auslaßöffnungen laminierter Röhrenelemente des Wärmetau schers der Fig. 1 zeigt.

Fig. 7 ist ein horizontaler Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie genden Erfindung.

Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht ei nes dritten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht ei nes vierten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 ist ein teilweiser Querschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie genden Erfindung.

Fig. 11 ist ein Querschnitt der Fig. 10 entlang der Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der Linie XI-XI.

Fig. 12 ist ein teilweiser Querschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie genden Erfindung.

Fig. 13 ist ein Querschnitt der Fig. 12 entlang der Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der Linie XIII-XIII.

Fig. 14 ist ein teilweiser Querschnitt eines siebten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers nach der vorlie genden Erfindung.

Fig. 15 ist ein Querschnitt der Fig. 14 entlang der Pfeilrichtung im wesentlichen entlang der Linie XV-XV.

Fig. 16 ist ein horizontaler Querschnitt eines herkömm lichen Wärmetauschers.

In den Fig. 1 bis 6 ist ein erstes Ausführungsbei spiel eines Wärmetauschers H nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, umfaßt der Wärmetau scher H eine Mehrzahl von Röhrenelementen 2, die jeweils er ste Fluid-Durchlaßöffnungen 21 bilden, so daß ein Fluid A mit niedriger Temperatur durch die ersten Fluid-Durchlaßöff nungen 21 fließt. Eine Mehrzahl von inneren Rippen 3 ist je weils in den Röhrenelementen 2 angeordnet. Jedes der Röhren elemente 2 besitzt zwei Einlaßöffnungen 4, durch die das Fluid A mit niedriger Temperatur in die Röhrenelemente 2 fließt, und zwei Auslaßöffnungen 5, durch die das Fluid A mit niedriger Temperatur aus den Röhrenelementen heraus fließt. Alle Einlaßöffnungen 4 und Auslaßöffnungen 5 sind so angeordnet, daß sie von beiden lateralen Seitenbereichen 1a jeder äußeren Rippe 1 nach außen vorstehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt der Wärmetauscher H ein Gehäuse 6, durch das eine zweite Fluid-Durchlaßöffnung 22 für ein Fluid B mit hoher Temperatur gebildet wird. Die Röh renelemente 2 sind abwechselnd mit einer Mehrzahl von äuße ren Rippen 1 laminiert und in dem Gehäuse 6 angeordnet. Eine Einlaßzuführung 24 für das Fluid B mit hoher Temperatur ist an einem Ende des Gehäuses 6 geformt, und eine Auslaßabfüh rung 24 ist am anderen Ende des Gehäuses 6 geformt.

Der Wärmetauscher H ist so angeordnet, daß das Fluid A mit niedriger Temperatur von einem oberen Abschnitt der Ein laßöffnungen 4 in die Röhrenelemente 2 fließt und durch Ein laßöffnungen 4 auf die Durchlässe 21 verteilt wird, wie in Fig. 3 durch die Pfeile gezeigt. Dann fließt das Fluid A mit niedriger Temperatur durch die Auslaßöffnungen 5 heraus zu einer oberen Seite des Wärmetauschers H. Wenn das Fluid A mit niedriger Temperatur und das Fluid B mit hoher Tempera tur durch die ersten Fluid-Durchlaßöffnungen 21 beziehungs weise durch die zweiten Fluid-Durchlaßöffnungen fließen, wird ein Wärmeaustausch zwischen beiden durch den Wärmetau scher H durchgeführt.

Ein Paar von Einlaßzuführungen 4a ist mit dem Gehäuse 6 verbunden, um das Fluid A mit niedriger Temperatur den Ein laßöffnungen 4 zuzuführen. Auf ähnliche Weise ist ein Paar von Auslaßabführungen 5a mit dem Gehäuse 6 verbunden, um das Fluid mit niedriger Temperatur aus den Auslaßöffnungen 5 herauszuführen.

Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht jedes Röhrenelement 2 aus einer oberen Platte 26 und einer unteren Platte 27, die mit einander verbunden sind, wobei sie zwischen sich eine innere Rippe 3 einschließen. Ein peripherer Bereich 27b der unteren Platte 27 ist so gebogen, daß er einen peripheren Bereich 26b der oberen Platte 26 umgibt, und die peripheren Bereiche 26b und 27b sind dann auf selbst verriegelnde Weise mitein ander verbunden. Vier geflanschte Durchgangslöcher 26a sind in Bereichen geformt, die den Einlaß- und Auslaßöffnungen jeder oberen Platte 26 entsprechen. Auf ähnliche Weise sind vier geflanschte Durchgangslöcher 27a in Bereichen geformt, die den Einlaß- und Auslaßöffnungen 4 und 5 jeder unteren Platte entsprechen. Die geflanschten Durchgangslöcher 26a der oberen Platte sind jeweils mit den geflanschten Durch gangslöchern 27a der unteren Platte 27 verbunden, und daher sind die Röhrenelemente 2 fein befestigt und positioniert. Vier U-förmige Abstandselemente 14 sind in jedem Röhrenele ment 2 eingesetzt, um jeweils die Einlaß- und Auslaßöffnun gen 4 und 5 zu umgeben, wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt. Vier ringförmige Abstandselemente 15 sind so angeordnet, daß sie jeweils die verbundenen Durchgangslöcher 26a und 27b um geben, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt.

Jedes der Abstandselemente 15 ist durch Hartlöten mit den oberen und unteren Platten 26 und 27 verbunden. Dieses Hartlöten stellt die Dichtigkeit der Einlaß- und Auslaßöff nungen 4 und 5 sicher. Zusätzlich sind die oberen und unte ren Platten 26 und 27, die inneren und äußeren Rippen 3 und 1 und die Abstandselemente 14 und 15 durch Hartlöten mit Kontaktoberflächen verbunden. Weiterhin verhindern die Ab standselemente 14 und 15 das Erzeugen von Dimensionsschwan kungen zwischen den unteren und oberen Platten 26 und 27 und stellen die Belastungs- und Stoßfestigkeit sicher. Folglich ist, selbst wenn ein Gewicht 28 auf den Wärmetauscher gelegt wird, wie Fig. 5 gezeigt, der Wärmetauscher H einem solchen Gewicht gegenüber beständig, ohne daß sich die Leistung des Wärmetauschers H verschlechtert. Da die Abstandselemente 14 und 15 die Festigkeit des Wärmetauschers H verbessern, ist es möglich, die Anforderungen an die Stabilität der inneren und äußeren Rippen 3 und 1 zu verringern. Dies ermöglicht eine Verringerung der Dicke der inneren und äußeren Rippen 3 und 1, und daher wird der Druckabfall in dem Wärmetauscher H verringert.

Ein Paar von Seitenplatten 8, die Seitenbereiche des Ge häuses 6 bilden, sind entlang peripherer Wände 2a und 2b des Röhrenelements 2 geformt, um Ausstülpungen 8a, 8b und Ver tiefungen 8c zu bilden, während sie einen vorgegebenen Zwi schenraum 11 zwischen den Röhrenelementen 2 und dem Gehäuse halten.

Die inneren Rippen 3 und die äußeren Rippen 1 sind ge rippt geformt und so angeordnet, daß die Rippenrichtungen der Rippen 3 und 1 untereinander dieselben sind. Die Einlaß öffnungen 4 sind in der Nähe der Auslaßausführung 25 des zweiten Durchlasses 22 angeordnet, und die Auslaßöffnungen 5 sind in der Nähe der Einlaßzuführung 24 des zweiten Durch lasses 22 angeordnet. Das bedeutet, daß die Strömungsrichtung des Fluids A mit niedriger Temperatur, die von den inneren Rippen 3 geleitet wird, der Strömungsrichtung des Fluids B mit hoher Temperatur, die von den äußeren Rippen 1 geleitet wird, entgegengesetzt ist. Folglich arbeitet der Wärmetau scher H als Wärmetauscher des Gegenstromtyps.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche S₄ der Einlaßöffnungen 4, der Quer schnittsfläche t₄ eines Einlasses 30 für die Röhrenelemente 2 und die Anzahl N der Röhrenelemente 2, die in dem Wärme tauscher H laminiert sind, so bestimmt, daß sie die folgende Gleichung (1) erfüllt:

S₄ = t₄ × N (1)

Auf ähnliche Weise ist die Beziehung zwischen der Quer schnittsfläche S₅ der Auslaßöffnungen 5, der Querschnitts fläche t₅ eines Auslasses 31 für die Röhrenelemente 2 und die Anzahl N der Röhrenelemente 2, die in dem Wärmetauscher H laminiert sind, so bestimmt, daß sie die folgende Glei chung (2) erfüllt:

S₅ = t₅ × N (2)

Wenn weiterhin die Einlaßtemperatur des Fluids A mit niedriger Temperatur T₄ ist, die Einlaßfließgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur V₄ ist, die Auslaßtem peratur des Fluids A mit niedriger Temperatur T₅ ist und die Auslaßgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur V₅ ist, sind diese Werte so festgelegt, daß sie die folgende Gleichung (3) erfüllen:

Die Arbeitsweise des Wärmetauschers H nach der vorlie genden Erfindung wird hiernach diskutiert.

Wie in Fig. 1 durch die Pfeile gezeigt, fließt das Fluid A mit niedriger Temperatur durch die Einlaßöffnungen 4 in die Röhrenelemente 2, fließt dann entlang der inneren Rippen 3 und fließt dann aus den Auslaßöffnungen 5 heraus. Auf der anderen Seite fließt, wie in Fig. 2 gezeigt, das Fluid B mit hoher Temperatur durch die Einlaßzuführung 24 in das Gehäuse 6, fließt dann entlang der äußeren Rippen 1 und fließt dann aus der Auslaßabführung 25 heraus.

Da die Strömungsrichtung des Fluids A mit niedriger Tem peratur der Strömungsrichtung des Fluids B mit hoher Tempe ratur entgegengesetzt ist, wird die thermische Verteilung in den Röhrenelementen 2 ausgeglichen, und daher wird die Wär meübertragungseffizienz verbessert verglichen mit einem her kömmlichen Wärmetauscher des Kreuzflußtyps. Dies erlaubt, daß der Wärmetauscher kleiner wird.

Da die Außenwände 2a und 2b der Röhrenelemente 2 und die Ausstülpungen 8a und 8b der Seitenplatten gekrümmt geformt sind, wird der Rücktrieb des von dem Gehäuse 6 und den Röh renelementen 2 geformten Durchlasses aufgrund der stark ge krümmten Bereiche 13 erhöht. Demzufolge fließt das Fluid B mit hoher Temperatur hauptsächlich durch die äußeren Rippen 1, während die Menge des durch den Zwischenraum 11 zwischen dem Gehäuse 6 und den Röhrenelementen 2 fließenden Flusses verringert wird. Daher wird der Wärmeübertragungskoeffizient dieses Wärmetauschers H verbessert.

Insbesondere wenn das Fluid B mit hoher Temperatur durch den gekrümmten Bereich 13 des Zwischenraums 11 fließt, be trägt sein Druckabfall 0,2- bis 0,6mal den dynamischen Druck. Wenn zum Beispiel der Druck des Fluids B mit hoher Temperatur der atmosphärische Druck ist, die Temperatur 500°C, die Flußrate 100 g/s und die Querschnittsfläche des Zwischenraums 11 ein Zehntel der gesamten Querschnittsfläche des Durchlasses für das Fluid B beträgt, ist festzustellen, daß die durch den Zwischenraum 11 gehende Flußrate größer als 10 g/s ist. Wenn außerdem die Breite eines peripheren Befestigungsbereichs 10 des Röhrenelements 2 3 mm, der Ab stand zwischen dem Spitzenbereich des peripheren Befesti gungsbereichs 20 und der Seitenplatte 8 1 mm und der Abstand zwischen den oberen und unteren Wänden des Gehäuses 6 100 mm beträgt, ist die Querschnittsfläche des Zwischenraums 11 kleiner als 400 × 2 mm². Demzufolge wird die Geschwindigkeit des Fluids B mit hoher Temperatur größer als der durch fol gende Gleichung ausgedrückte Wert V:

V = (100 × 0,1) / }(400 × 2 × 10^-6) × ρ} = 27,2 m/s

Daher ist der Druckabfall an den vier stark gekrümmten Bereichen 13 des Zwischenraums 11 größer als 408 Pa = 4 × 0,46 × (1/2) × 27,22 × 0,6. Da der atmosphärische Druck 1,01325 x 10⁵ Pa beträgt, ist der Druckabfall an den Berei chen 11 etwa 4% des atmosphärischen Drucks (Druck des Fluids B). Daher wird die Durchflußrate, die in den Zwischenraum 11 fließt, um etwa 4% (1/1,04 = 0,96) reduziert.

Da auf der anderen Seite die Querschnittsfläche 54 der Einlaßöffnungen 4 so festgelegt ist, daß sie die Gleichung (1) erfüllt, und die Querschnittsfläche S₅ der Auslaßöffnun gen 5 so festgelegt ist, daß sie die Gleichung (2) erfüllt, wird die Änderung der Geschwindigkeit des Fluids A mit nied riger Temperatur unterdrückt, und daher nimmt der Druckab fall an den Einlaß- und Auslaßöffnungen 4 und 5 ab.

Da die Querschnittsfläche S₄ und die Querschnittsfläche S₅ so bestimmt sind, daß sie die durch die Gleichung (3) ge gebene Beziehung erfüllen, wird die Änderung des Impulses des Fluids B an den Einlaß- und Auslaßöffnungen 4 und 5 un terdrückt, um den Druckabfall zu reduzieren.

In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Wärme tauschers H nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. In die sem Ausführungsbeispiel sind Teile, die dem ersten Ausfüh rungsbeispiel entsprechen, durch entsprechende Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher H mit einer Einlaßöffnung 34 und einer Auslaßöffnung 35 für das Fluid A mit niedriger Temperatur versehen. Wenn die Querschnittsfläche der Einlaßöffnung 34 S₃₄, die Quer schnittsfläche jedes Einlasses jedes Röhrenelements 2 t₃₄ und die Anzahl der Röhrenelemente 2 N sind, sind die Quer schnittsflächen S₃₄ und t₃₄ und die Anzahl N so bestimmt, daß sie die folgende Gleichung (4) erfüllen:

S₃₄ = t₃₄ × N (4)

Auf ähnliche Weise sind, wenn die Querschnittsfläche der Auslaßöffnung 35 S₃₅, die Querschnittsfläche jedes Auslasses jedes Röhrenelements 2 t₃₅ und die Anzahl der Röhrenele mente 2 N sind, sind die Querschnittsflächen S₃₅ und t₃₅ und die Anzahl N so bestimmt, daß sie die folgende Gleichung (5) erfüllen:

S₃₅ = t₃₅ × N (5)

Wenn weiterhin die Einlaßtemperatur des Fluids A mit niedriger Temperatur T₄ ist, die Einlaßfließgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur V₄ ist, die Auslaßtem peratur des Fluids A mit niedriger Temperatur T₅ ist und die Auslaßgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur V₅ ist, sind diese Werte so festgelegt, daß sie die folgende Gleichung (6) erfüllen:

In Fig. 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Wärme tauschers H nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels ist im all gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels, außer daß das Fluid A mit niedriger Temperatur durch vier Einlaß öffnungen 44, die an zwei oberen Bereichen und zwei unteren Bereichen geformt sind, wie in Fig. 8 gezeigt, in die Röh renelemente 2 fließt.

Mit dieser Anordnung beträgt, wenn die Querschnittsflä che S₄₄ jeder Einlaßöffnung 44 gleich der Querschnittsfläche 54 jeder Einlaßöffnung 4 des ersten Ausführungsbeispiels ist, die Geschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Tempera tur in den Einlaßöffnungen 44 die Hälfte derjenigen in dem ersten Ausführungsbeispiel. Folglich beträgt der Druckabfall an den Einlaßöffnungen 44 ein Viertel desjenigen an den Ein laßöffnungen 4 des ersten Ausführungsbeispiels. Es ist mit anderen Worten möglich, indem man die Geschwindigkeit an den Einlaßöffnungen 44 auf dieselbe Weise festlegt wie an den Einlaßöffnungen 4 des ersten Ausführungsbeispiels, die Quer schnittsfläche S₄₄ auf die Hälfte derjenigen des ersten Aus führungsbeispiels zu reduzieren. Dies erlaubt es, den Wärme tauscher H klein zu bilden.

In Fig. 9 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Wärme tauschers nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Der Aufbau des vierten Ausführungsbeispiels ist im all gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels, außer daß das Fluid A mit niedriger Temperatur durch vier Einlaß öffnungen 44, die in zwei oberen Bereichen und zwei unteren Bereichen geformt sind, in die Röhrenelemente 2 fließt und aus vier Auslaßöffnungen 45, die in zwei oberen Bereichen und zwei unteren Bereichen geformt sind, herausfließt.

Mit dieser Anordnung wird zusätzlich zur Verringerung des Druckabfalls an den Einlaßöffnungen 44 der Druckabfall an den Auslaßöffnungen 45 ähnlich zur Reduktion an den Ein laßöffnungen 44, wie er im dritten Ausführungsbeispiel er wähnt ist, verringert wird. Daher ist es möglich, den Wärme tauscher noch kleiner zu bauen. Wenn weiterhin die Einlaß temperatur des Fluids A mit niedriger Temperatur T₄ ist, die Einlaßfließgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Tempe ratur V₄ ist, die Auslaßtemperatur des Fluids A mit niedri ger Temperatur T₅ ist und die Auslaßgeschwindigkeit des Fluids A mit niedriger Temperatur V₅ ist, sind diese Werte so festgelegt, daß sie die folgende Gleichung (7) erfüllen:

Der Aufbau des fünften Ausführungsbeispiels ist im all gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels. Im fünften Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Säulen 18 in einem Zwischenraum 16 angeordnet, der die Einlaßöffnung 4 und die innere Rippe 3 in dem Röhrenelement 2 verbindet. Die Säulen 18 sind entlang einer Strömungslinie des Fluids A mit niedriger Temperatur, wie in Fig. 10 gezeigt, angeordnet, um das Fluid A mit niedriger Temperatur gleichmäßig zur inneren Rippe 3 zu leiten, ohne eine Stagnation in dem Zwischenraum 16 zu verursachen. Die oberen und unteren Platten 26 und 27 sind mit Ausstülpungen 26c und 27c, die durch Preßbearbei tung hergestellt werden, versehen. Die Ausstülpungen 26c und 27c sind integral durch Hartlöten verbunden und bilden die Säule 18. Folglich dienen die Säulen 18 zum Verbessern der Steifigkeit der Röhrenelemente 2 und insbesondere der Stei figkeit der oberen und unteren Platten 26 und 27, die dem Zwischenraum 16 entsprechen. Weiterhin dienen die Säulen zum Unterdrücken einer Verformung der Röhrenelemente 2 während des Hartlötens.

Da die Säulen 18 entlang der Strömungslinie des Fluids A mit niedriger Temperatur angeordnet sind, wird der Druck in dem Zwischenraum 16 verringert. Wenn die Dichte des Fluids A mit niedriger Temperatur p ist und die mittlere Geschwindig keit in der Nähe der Einlaßöffnung 4 im Einlaßraum 16 v ist, der kinetische Druck 1/2 ρv² beträgt und der Druckabfallko effizient ∫ ist, beträgt der Druckabfall im Einlaßraum 16 ∫ρv²/2. Da die Säulen 18 als Führungselemente für das Fluid A mit niedriger Temperatur dienen, nimmt der Druckabfallko effizient in diesem Ausführungsbeispiel höchsten um 1 ab.

In den Fig. 12 und 13 ist ein sechstes Ausführungs beispiel des Wärmetauschers H nach der vorliegenden Erfin dung gezeigt.

Der Aufbau des sechsten Ausführungsbeispiels ist im all gemeinen ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels. In dem sechsten Ausführungsbeispiel ist ein flügelförmiges Füh rungselement 19 in dem Zwischenraum 16 angeordnet, der die Einlaßöffnung 4 mit der inneren Rippe 3 des Röhrenelements 2 verbindet. Das Führungselement 19 ist so angeordnet, daß das Fluid A mit niedriger Temperatur gleichmäßig durch den Zwi schenraum 16 zur inneren Rippe 3 fließt, ohne eine Stagna tion in dem Zwischenraum 16 zu verursachen. Weiterhin dient das Führungselement 19 zum Verbessern der Steifigkeit der Röhrenelemente 2. Weiterhin dient das Führungselement 19 zum Unterdrücken einer Verformung der Röhrenelemente 2 während des Hartlötens.

In den Fig. 14 und 15 ist ein siebtes Ausführungsbei spiel des Wärmetauschers H nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Der Aufbau des siebten Ausführungsbeispiels ist im all gemeinen ähnlich dem des sechsten Ausführungsbeispiels. In dem siebten Ausführungsbeispiel ist ein Zusatzführungsele ment 20 zusätzlich zu einem flügelförmigen Führungselement 19 in dem Zwischenraum 16 angeordnet, der die Einlaßöffnung 4 mit der inneren Rippe 3 des Röhrenelements 2 verbindet. Das Zusatzführungselement 20 ist mit dem flügelförmigen Füh rungselement 19 so angeordnet, daß das Fluid A mit niedriger Temperatur noch gleichmäßiger durch den Zwischenraum 16 zur inneren Rippe 3 fließt, ohne eine Stagnation in dem Zwi schenraum 16 zu verursachen. Weiterhin dient das flügelför mige Führungselement 19 und das Zusatzführungselement 20 zum Verbessern der Steifigkeit der Röhrenelemente 2.

Auch wenn in den bevorzugten Ausführungsbeispielen ge zeigt wurde, daß Führungselemente in dem Zwischenraum 16 zwischen der Einlaßöffnung und der inneren Rippe 3 angeord net sind, ist klar, daß solche Führungselement auch in einem Zwischenraum zwischen der inneren Rippe 3 und der Auslaßöff nung 5 des Röhrenelements 2 angeordnet werden können.

Während in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, daß die Abstandselemente 14 und 15 in den Röhrenelementen und an Umgebungsbereichen der Flanschbereiche angeordnet sind, ist klar, daß der Wärmetauscher ohne die Verwendung der Abstandselemente 14 und 15 geformt werden kann.

Es es für den Fachmann weiterhin klar, daß die vorste hende Beschreibung die Beschreibung der bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele des Wärmetauschers ist und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Wärmetauscher für erste und zweite Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt:
eine Mehrzahl von Röhrenelementen (2), die jeweils erste Fluid-Durchflußräume (21) bilden;
eine Mehrzahl von inneren Rippen (3), die jeweils in den ersten Fluid-Durchflußräumen der Röhrenelemente geformt sind;
eine erste Fluid-Einlaßöffnung (4), die mit den Röhren elementen verbunden ist, um das erste Fluid in den ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten, wobei die erste Fluid-Einlaß öffnung so angeordnet ist, daß sie von der lateralen Seite der Rippen nach außen vorsteht;
eine erste Fluid-Auslaßöffnung (5), die mit den Röhren elementen verbunden ist, um das erste Fluid aus dem ersten Fluid-Durchflußraum zu leiten, wobei die erste Fluid-Auslaß öffnung so angeordnet ist, daß sie von der lateralen Seite der Rippen nach außen vorsteht;
eine Mehrzahl von äußeren Rippen (1), die abwechselnd mit den Röhrenelementen laminiert sind;
ein Gehäuse (6), das die Röhrenelemente umgibt und einen zweiten Fluid-Durchflußraum (22) dazwischen bildet, wobei das Gehäuse eine zweite Fluideinlaßöffnung (24) und eine zweite Fluidauslaßöffnung (25) besitzt, wobei das Gehäuse so geformt ist, daß es entlang einer peripheren Wand des Röh renelements, das die ersten Fluid-Einlaß- und Auslaßöffnun gen bildet, gekrümmt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die erste Fluid-Einlaßöffnung zwei Einlaßöffnungen umfaßt, die bezüglich der äußeren Rippe einander gegenüber angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die erste Fluid-Auslaßöffnung zwei Auslaßöffnungen umfaßt, die bezüglich der äußeren Rippe einander gegenüber angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Röhrenelement mit einem Einlaßzwischenraum zwi schen der Einlaßöffnung und der inneren Rippe und mit einer Auslaßzwischenraum zwischen der inneren Rippe und der Aus laßöffnung versehen ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß ein Fluidführungselement (18, 19, 20) in wenigsten einem von dem Einlaßzwischenraum und dem Auslaßzwischenraum angeordnet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das Fluidführungselement (18) eine Mehrzahl von Säulen für den Fall umfaßt, daß der Wärmetauscher zwei Ein laß- oder zwei Auslaßöffnungen aufweist, wobei die Säulen in dem Zwischenraum der beiden Öffnungen angeordnet sind und im allgemeinen in der Mitte der Breite relativ zur ersten Fluidströmungsrichtung angeordnet sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das Fluidführungselement eine Mehrzahl von Säulen (18) für den Fall umfaßt, daß der Wärmetauscher zwei Einlaß- oder zwei Auslaßöffnungen aufweist, wobei die Säulen in dem Zwischenraum der beiden Öffnungen angeordnet sind und im allgemeinen in der Mitte der Breite relativ zur ersten Fluidströmungsrichtung angeordnet sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche S₄ der ersten Fluid-Einlaßöffnung, der Querschnittsfläche t₄ eines Einlasses für jedes Röhrenelement und der Anzahl N der Röhrenelemente so bestimmt ist, daß sie folgender Gleichung genügt: S₄ = t₄ × N.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche S₅ der ersten Fluid-Auslaßöffnung, der Querschnittsfläche t₅ eines Auslasses für jedes Röhrenelement und der Anzahl N der Röhrenelemente so bestimmt ist, daß sie folgender Gleichung genügt: S₅ = t₅ × N.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Querschnittsflächen S₄, S₅ der ersten Fluid- Einlaß- und Auslaßöffnung, die Einlaß- und Auslaßgeschwin digkeiten V₄₁ V₅ des Fluids in dem Röhrenelement und die Einlaß- und Auslaßtemperaturen T₄, T₅ in dem Röhrenelement so bestimmt sind, daß sie folgender Beziehung genügen:

11. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der erste Fluid-Durchflußraum im allgemeinen von rechtwinkliger Form ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die inneren und äußeren Rippen in einem Rechteck geformt sind.