DE60014890T2

DE60014890T2 - Wärmetauscher mit aufgesteckten verteilern

Info

Publication number: DE60014890T2
Application number: DE60014890T
Authority: DE
Inventors: Donald S. JAMISON; C. Carl DECAIRE; D. Jeffrey PEELER; A. Chad KREUTZWEISER
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: CN1353807A; WO2000075591A1; HK1047310B; ATE279705T1; KR100698670B1; DE60014890D1; AU5380300A; HK1047310A1; CN1188651C; JP4097061B2; EP1181494B1; AU763765B2; CA2273456A1; ES2228538T3; KR20020024597A; BR0011113A; EP1181494A1; CA2273456C; JP2003501613A; US6311768B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Wärmetauscher, und insbesondere Wärmetauscher mit Platten und Kühlrippen wie beispielsweise der bei Verbrennungsmotoren zum Kühlen eines Motorkühlmittels benutzten Art.
STAND DER TECHNIK
In der Vergangenheit wurden Motorkühlmittel-Wärmetauscher, wie beispielsweise Kühler, durch Vorsehen mehrerer paralleler, beabstandeter flacher Rohre mit dazwischen angeordneten Kühlrippen zum Bilden eines Kerns gemacht. Abgewandte Enden der Rohre laufen durch Öffnungen, die in Verteilern oder Verteilerköpfen gebildet sind, die auf jeder Seite des Kerns an den jeweiligen Enden der Rohre positioniert sind. Eine Schwierigkeit bei dieser Bauart ist, dass die Rohr-Verteiler-Verbindungen schwierig herzustellen sind und zu Undichtheit neigen.
Ein Verfahren zum Überwinden dieser Schwierigkeiten ist in dem US-Patent Nr. 3,265,126 gezeigt. In diesem Patent sind Verteilerköpfe mit einer fortlaufenden länglichen Öffnung versehen, und die Rohre sind mit speziell geformten Enden ausgebildet, um in diese fortlaufende Öffnung zu passen, wodurch der Zusammenbau vereinfacht und das Undichtheitsproblem reduziert wird. Eine Schwierigkeit bei dieser Konstruktion liegt jedoch darin, dass die Form der verschiedenen Komponenten ziemlich komplex ist, was in hohen Werkzeugkosten resultiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Wärmetauscher universeller Anwendung, bei dem ein relativ einfaches und kostengünstiges Werkzeug erforderlich ist, um Wärmetauscher unterschiedlicher Typen und selbst mit verschiedenen Größen und Konstruktionen zu machen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäß Anspruch 16 vorgesehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
1 eine Perspektivansicht von links oben eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Perspektivansicht von links unten der unteren Ecke des in 1 dargestellten Wärmetauschers aus der Richtung von Pfeil 2;
3 eine vergrößerte Perspektivansicht in der Richtung von Pfeil 3 von 1 eines Teils des Wärmetauschers von 1 beim Zusammenbau;
4 eine Draufsicht entlang Linie 4-4 von 3;
5 eine vergrößerte Darstellung des durch einen Kreis 5 angedeuteten Bereichs von 4;
6 eine Draufsicht ähnlich 4, die das Hinzufügen eines Ablenkblechs in einen der Verteiler zeigt;
7 eine Draufsicht ähnlich 4 und 6, die aber ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine vertikale Schnittansicht entlang Linie 8-8 von 6, die verschiedene Arten von Ablenkblechen zeigt, die in den Verteilern der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
9 eine Draufsicht ähnlich 4, die aber ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
10 eine Draufsicht ähnlich 4 und 9, die aber eine Modifikation des Ausführungsbeispiels von 9 zeigt;
11 eine Draufsicht ähnlich 4, die aber eine Modifikation der Flanschverlängerungen zeigt;
12 eine vertikale Schnittansicht entlang Linien 12-12 von 11;
13 eine vertikale Schnittansicht ähnlich 12, die aber eine modifizierte Form der Flanschverlängerung zeigt;
14 eine Perspektivansicht von links unten ähnlich 2, die aber eine Modifikation zum Verriegeln der Plattenpaare zeigt;
15 eine Perspektivansicht von links oben eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung;
16 eine vergrößerte vertikale Schnittansicht entlang Linien 16-16 von
15, die die untere linke Ecke des Wärmetauschers von 15 zeigt; und
17 eine Perspektivansicht von links unten ähnlich 2, die aber ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Endträgers zeigt.
BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
Bezug nehmend zuerst auf 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen durch die Bezugsziffer 10 angegeben. Der Wärmetauscher 10 ist in der Form eines Kühlers zum Kühlen des Kühlmittels eines Verbrennungsmotors, wie man ihn beispielsweise in einem Kraftfahrzeug findet. Der Wärmetauscher 10 enthält einen in einer geeigneten Passung 14 montierten Verschlussdeckel mit einem Überlauf- oder Überdruckauslass 16. Der Wärmetauscher 10 hat einen Kern 18, der aus mehreren beabstandeten Plattenpaaren 20 mit dazwischen angeordneten Kühlrippen 22 gebildet ist. Die Kühlrippen 22 sind die übliche Art von gewellten Kühlrippen, die in Wärmetauschern benutzt werden, und haben darin ausgebildete, quer verlaufende Wellen oder Luftklappen 24, um die Wärmeübertragung zu verbessern (siehe 3 und 8). In der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Art von Kühlrippe verwendet werden, oder sogar überhaupt keine Kühlrippe, falls erwünscht.
Der Wärmetauscher 10 hat ein Paar Verteiler 26, 28, die an den jeweiligen Enden der Plattenpaare 20 angeordnet sind. Einlass- und Auslassnippel oder Anschlüsse 30, 32 sind in den Verteilern 26, 28 für die Strömung des Kühlmittels in den und aus dem Wärmetauscher 10 montiert, wie weiter unten beschrieben. Ein optionaler Temperatursensor 34 kann ebenfalls in einem der Verteiler 26, 28 montiert sein, um die Temperatur des Kühlmittels in dem Wärmetauscher 10 zu fühlen.
Eine obere Endplatte 36 schließt die oberen Enden der Verteiler 26, 28 und stellt eine Position zum Befestigen des Verschlussdeckelanschlusses 14 und auch einen Träger 38 zum Befestigen des Wärmetauschers 10 an einem gewünschten Ort bereit. Eine untere Endplatte 40 ist ebenfalls vorgesehen, um die unteren Enden der Verteiler 26, 28 zu verschließen und eine Stelle für das Anbringen eines weiteren Befestigungsträgers 42 zum Befestigen des Wärmetauschers 10 an einem gewünschten Ort vorzusehen. Falls erwünscht, kann der Verschlussdeckel 12 auch in oder an den Wänden eines Verteilers 26 oder 28 anstelle der Endplatte 36 angebracht sein, wie in 15 angedeutet.
Bezug nehmend als nächstes auf 3 und 8 sind Plattenpaare 20 aus oberen und unteren zusammen passenden Platten 44, 46 gebildet. Jede Platte 44, 46 weist einen zentralen ebenen Abschnitt 48 und erhabene Umfangskantenabschnitte 50, 52 auf, sodass, wenn die Platten 44, 46 zusammengesetzt werden, die Umfangskantenabschnitte 50, 52 miteinander verbunden und die zentralen ebenen Abschnitte 48 beabstandet sind, um einen Strömungskanal 54 (siehe 8) zwischen den Platten zu definieren.
Wie am besten in 3 und 8 zu sehen, haben die Platten 44, 46 versetzte Endflansche 56, 58. Die jeweiligen Endflansche 56, 58 an jedem Ende jedes Plattenpaares 20 laufen von einem Fußbereich 60, wo die erhabenen Umfangskantenabschnitte 50, 52 noch miteinander verbunden sind, zu quer verlaufenden, distalen Kantenabschnitten oder Flanschverlängerungen 20 auseinander. Die versetzten Endflansche 58 haben ebenfalls seitliche Kantenabschnitte 64, die sich von Fußbereichen 60 zu quer verlaufenden, distalen Kantenabschnitten 72 erstrecken. Man beachte, dass die quer verlaufenden, distalen Kantenabschnitte oder Flanschverlängerungen 62 in Rücken-an-Rücken gestapelte Plattenpaare 20 miteinander verbunden sind. Dies beabstandet die Plattenpaare 20, um quer verlaufende Strömungskanäle 60 zwischen den Plattenpaaren vorzusehen, wo die Kühlrippen 22 positioniert sind.
Die Verteiler 26, 28 sind aus gegenüber liegenden, U-förmigen Kanälen mit Rückwänden 68, die von den versetzten Endflanschen 56, 58 der Platten beabstandet sind, und Seitenwänden 70, 72, die mit den seitlichen Kantenabschnitten 64 der Flansche verbunden sind, ausgebildet. Die Seitenwände 70, 72 der Kanäle überdecken tatsächlich die Fußbereiche 60, wo die Umfangsflansche 50, 52 noch miteinander verbunden sind, und da die seitlichen Kantenabschnitte 64 der versetzten Endflansche 56, 58 mit den Innenwänden der Kanalseitenwände 70, 72 verbunden sind, ist eine fluiddichte Abdichtung vorgesehen, sodass ein Fluid in den Verteilern 26, 28 nur durch die Strömungskanäle 54 in den Plattenpaaren 20 strömen kann.
Die U-förmigen Kanäle oder Verteiler 26, 28 sind aus einer umgekanteten oder geformten Aluminiumplatte oder einem auf eine gewünschte Länge geschnittenen Aluminiumrohling gebildet und haben somit offene Enden 74. Die obere Endplatte 36 verschließt die offenen Enden 74 am oberen Ende der Verteiler 26, 28, und die untere Endplatte 40 verschließt die unteren offenen Enden 74 der Verteiler 26, 28. Wie am besten in 2 und 8 zu sehen, hat die untere Endplatte 40 ebenfalls versetzte Endflansche 76, die satt in die U-förmigen Kanäle oder Verteiler 26 und 28 passen und in die an der angrenzenden unteren Platte 46 gebildete Flanschverlängerung 62 eingreifen. Die untere Endplatte 40 ist tatsächlich ein Element in der Form eines umgekehrten U mit Seitenrändern 78 mit distalen Verlängerungen 80, die um die Verteilern 26, 28 greifen, um das Zusammenhalten des Wärmetauschers 10 während der Montage zu unterstützen. Falls erwünscht, kann die obere Endplatte 36 die gleiche Konstruktion wie die untere Endplatte 40 haben.
Es ist selbstverständlich, dass die U-förmigen Verteiler 26, 28 auch andere Querschnittsformen haben können, wie beispielsweise trapezförmig oder halbkreisförmig. Für die Zwecke dieser Offenbarung soll der Begriff „U-förmig" eine beliebige Querschnittsform einschließen, die in der Lage ist, die versetzten Endflansche 56, 58 zu umfassen.
Bezug nehmend als nächstes auf 3 bis 5 erkennt man, dass die erhabenen Umfangskantenabschnitte 50, 52 mit Fingern 82 ausgebildet sind, die von den seitlichen Kantenabschnitten 64 der Flansche beabstandet sind, um Schlitze 84 zu definieren, um die Seitenwände 70, 72 der U-förmigen Kanäle aufzunehmen. Wie am besten in 5 zu sehen, laufen die Schlitze 84 nach innen leicht konisch zu, um die Seitenwände 70, 72 der U-förmigen Kanäle in einen engen Eingriff mit den seitlichen Kantenabschnitten 64 zu bringen. Dies sieht eine satte Passung vor, sodass die Verteiler 26, 28 tatsächlich einrasten und während des Zusammenbaus des Wärmetauschers 10 in der Position gehalten werden. Falls erwünscht, können die Finger 62 während der Montage um 90° verdreht werden, um das Verriegeln der Verteilerwände 70, 72 gegen die seitlichen Kantenabschnitte 64 zu unterstützen. Die Schlitze 84 sind etwas tiefer oder länger als die Länge der Seitenwände 70, 72, die sich aus einem Grund, der weiter unten beschrieben wird, in die Schlitze erstrecken.
6 zeigt die Benutzung eines Ablenkblechs 86, das an einer der Flanschverlängerungen 62 angebracht ist und sich zwischen der Rückwand 68 des U-förmigen Kanals und den Seitenwänden 70, 72 erstreckt, um den Verteiler 26 in separate Räume oberhalb und unterhalb des Ablenkblechs 86 zu teilen. Das Ablenkblech 86 wird zum Beispiel an einer Position benutzt, wie sie beispielsweise durch strichpunktierte Linien 88 in 1 gezeigt ist, um den Verteiler 26 in einen unteren Raum 90, der mit dem Einlassanschluss oder der Einlassöffnung 30 in Verbindung steht, und einen oberen Raum 92, der mit dem Auslassanschluss oder der Auslassöffnung 32 in Verbindung steht, zu teilen. Auf diese Weise wird das in den Einlass 30 eintretende Fluid durch die unterhalb des Ablenkblechs 86 angeordneten Plattenpaare 20 strömen, in den Verteiler 28 gelangen und nach oben strömen, um durch die oberhalb des Ablenkblechs 86 angeordneten Plattenpaare zurück zu strömen, um durch den Auslass 32 auszutreten. Das Ablenkblech 86 kann an irgendeinem Plattenpaar zwischen dem Einlass 30 und dem Auslass 32 positioniert sein, um das Kühlen in dem Wärmetauscher 10 auszubalancieren.
8 zeigt verschiedene Arten von Ablenkblechen, die in dem Wärmetauscher 10 verwendet werden können. Dies dient nur der Veranschaulichung, weil normalerweise nur ein Ablenkblech in dem Wärmetauscher 10 verwendet wird. Falls es jedoch erwünscht ist, den Wärmetauscher 10 in mehrere einzelne Wärmetauscher oder Zonen zu teilen, die jeweils ihren eigenen Einlass und Auslass haben, dann kann auch irgendeine Anzahl von Ablenkblechen verwendet werden, um den Wärmetauscher 10 in separate Wärmetauscher aufzuteilen. Ebenso können die Ablenkbleche wahlweise in beiden Verteilern 26, 28 verwendet werden, um das Kühlmittel in einer Schlangenlinie durch den Wärmetauscher strömen zu lassen, falls erwünscht.
In 8 sind Ablenkbleche 86, 93, 94 und 95 mit gegabelten inneren Enden gezeigt, um mit den zusammen passenden Flanschverlängerungen 62 in Eingriff zu kommen. Diese gegabelten Enden 96 unterstützen auch das Zusammenhalten der Flanschverlängerungen 62 während des Zusammenbaus des Wärmetauschers 10. Die Ablenkbleche 86, 94 und 97 haben auch elastische Wandabschnitte 98, um als Federn zu dienen, um eine gute Abdichtung gegen die Rückwand 68 des U-förmigen Kanals zu gewährleisten und um eine Bewegung der Wärmetauscherkomponenten aufzunehmen, wobei sie beispielsweise durch Hartlöten miteinander verbunden werden.
7 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem die erhabenen Kantenabschnitte 50, 52 der Platten anstelle der Schlitze 84 wie in dem Ausführungsbeispiel von 6 mit quer verlaufenden Kerben 100 ausgebildet sind. Die Kerben 100 sind innerhalb, aber angrenzend an die seitlichen Kantenabschnitte 64 und Fußbereiche 60 positioniert, wo die versetzten Endflansche 58 beginnen, auseinander zu laufen. Die Seitenwände 70, 72 der Kanäle sind mit nach innen angeordneten Umfangsflanschen 102 ausgebildet, die in den Kerben 100 positioniert sind. Die Kerben 100 sind tiefer als die Flansche 102, und die Seitenwände 70, 72 sind etwas elastisch, sodass die Umfangsflansche 102 in die Kerben 100 schnappen, um die U-förmigen Kanäle auf den Kern rasten und die Anordnung zusammen verriegeln zu lassen.
Die Platten 44, 46 in 7 sind auch mit länglichen, nach innen angeordneten passenden Rippen 104 ausgebildet, die die Plattenpaare verstärken und die zentralen ebenen Abschnitte 48 während des Hartlötprozesses zum Vervollständigen des Wärmetauschers 10 von einem Durchbiegen abhalten. Falls erwünscht, können die länglichen Rippen 104 auch in dem in 2 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden. Mehrere Rippen 104 können ebenso vorgesehen sein. Auch können die zentralen Abschnitte 48 anstelle der Rippen 104 mit Vertiefungen (nicht dargestellt) ausgebildet sein, die sich in passendem Eingriff in den Plattenpaaren nach innen erstrecken. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Strömung verbessernde Turbulenz- oder Wirbelbilder (ebenfalls nicht dargestellt) zwischen den Platten der Plattenpaare 20 vorzusehen.
Bezug nehmend als nächstes auf 9 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Umfangskantenabschnitte 50, 52 anstelle der Schlitze 84 wie in dem Ausführungsbeispiel von 6 mit eingezogenen Abschnitten 106 ausgebildet sind. Die eingezogenen Abschnitte 106 erstrecken sich über die seitlichen Kantenabschnitte 64 und die Fußbereiche 60, wo die versetzten Endflansche 58 beginnen, auseinander zu laufen, hinaus nach innen, sodass die Seitenwände 70, 72 der Kanäle einen abgedichteten Einschluss vorsehen, der mit den Strömungskanälen zwischen den Platten der Plattenpaare 20 in Verbindung steht.
10 ist ähnlich 9, aber zeigt Seitenwände 70, 72 mit nach außen angeordneten Umfangsflanschen 108. Die Flansche 108 sehen eine Oberfläche vor, auf die eine Spannvorrichtung drücken kann, um die Verteiler nach innen zu drücken, um die Bauteile des Wärmetauschers 10 während des Zusammenbaus und des Hartlötprozesses zusammen zu halten.
In den in 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Verteiler 26, 28 nach wie vor als „aufsteckbar" im Sinne der vorliegenden Erfindung betrachtet, da die Seitenwände 70, 72 der Verteiler etwas elastisch sein werden und mit den seitlichen Kantenabschnitten 64 in Reibeingriff stehen werden, um die Verteiler zumindest während des anfänglichen Zusammenbaus der Komponenten des Wärmetauschers der Erfindung festzuhalten.
11 und 12 zeigen eine weitere Modifikation, die auf irgendeines der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele anwendbar ist. In dem Ausführungsbeispiel von 11 und 12 sind die quer verlaufenden, distalen Kantenabschnitte oder Flanschverlängerungen 62 mit Ausschnitten oder Kerben 110 ausgebildet. Die Flanschverlängerungen 62 können mit unterschiedlichen Breiten gemacht sein, um die Strömung durch die Verteiler 26, 28 einzustellen, und die Kerben 110 können benutzt werden, um die Strömungsmuster in den Verteilern weiter zu verfeinern oder einzustellen. Wie am besten in 12 zu sehen, sind die Flanschverlängerungen 62 gekrümmt, um eine gute Dichtung dazwischen zu gewährleisten, falls die Kerben 110 beim Zusammenbau des Wärmetauschers 10 nicht exakt ausgerichtet sind.
13 ist eine Ansicht ähnlich 12, zeigt aber eine weitere Modifikation von Flanschverlängerungen 62 dahingehend, dass sie sich anstelle nach außen wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen nach innen erstrecken. Wieder kann diese Konstruktion bei irgendeinem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden. Die nach innen gerichteten Flansche 62 ergeben die maximal ungestörte Strömung durch die Verteiler 26, 28.
14 ist eine Ansicht ähnlich 2, zeigt aber eine Modifikation der Endplatte 40, bei welcher die distalen Verlängerungen 80 von 2 weggelassen worden sind. Anstelle der distalen Verlängerungen 80 zur Unterstützung des Zusammenhaltens des Wärmetauschers während des Montagevorgangs sind die Rückwände 68 der Verteiler mit Lappen 112 ausgebildet, die umgebogen sind, um mit den versetzten Endflanschen 76 der Endplatte 40 in Eingriff zu gelangen. Die Lappen 112 unterstützen das Zusammenhalten des Stapels der Plattenpaare 20, während der Wärmetauscher zum Löten vorbereitet wird. Die Lappen 112 können verlängert werden, falls erwünscht, um sich entlang der vollen Breite der Rückwand 68 des Verteilers zu erstrecken. Falls erwünscht, können sowohl die Lappen 112 als auch die distalen Verlängerungen 80 des Ausführungsbeispiels von 2 zusammen in dem gleichen Wärmetauscher benutzt werden.
Bezug nehmend als nächstes auf 15 und 16 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 112 dargestellt, der einen oberen und einen unteren Verteiler 28 und 26 anstelle der seitlich montierten Verteiler wie in 1 aufweist. In dem Wärmetauscher 112 sind die U-förmigen Kanäle oder Verteiler 26, 28 mit parallelen, U-förmigen, nach innen angeordneten Rippen 114, 116 angrenzend an ihre Enden ausgebildet, um die versetzten Endflansche 76 der Endplatten 40 aufzunehmen und für sie als Positionsführungen zu dienen. Man beachte, dass die Rippe 116 kürzer als die Rippe 114 ist, um die angrenzende Flanschverlängerung 62 der Platte aufzunehmen. Die Rippen greifen in die Endplatten ein und positionieren sie, um sicherzustellen, dass gute Lötverbindungen zwischen den versetzten Endflanschen 76 der Endplatten und den Verteilern 26, 28 erzielt werden.
15 und 16 zeigen auch zusätzliche optionale Führungs- und Lötunterstützungseinrichtungen für die Flanschverlängerungen 62 der Platten. Eine Option besteht darin, parallele, nach innen angeordnete, eng beabstandete, kurze Rippen 118 zu verwenden, um die Umfangskanten der Flanschverlängerungen 62 zwischen sich zu nehmen. Eine weitere Option ist, nach innen angeordnete Vorsprünge 120 zu verwenden, die von außerhalb der Verteiler 26, 28 als Vertiefungen erscheinen. Die Vorsprünge können U-förmig sein, wie durch U-förmige Vertiefungen 122 in 15 (nicht dargestellt in 16) angedeutet. Diese U-förmigen Vorsprünge oder Vertiefungen 122 werden insbesondere nützlich sein, wenn ein Ablenkblech in den Verteilern 26, 28 eingesetzt wird.
16 zeigt auch ein Paar weitere Modifikationen der bevorzugten Ausführungsbeispiele, wie beispielsweise eine verlängerte distale Flanschverlängerung 124 an einer der Platten eines Plattenpaares 20. Die verlängerte Flanschverlängerung 124 erstreckt sich vollständig zwischen der Rück- und den Seitenwänden des U-förmigen Kanals oder Verteilers, um in den Verteilern 26, 28 ein Ablenkblech zu bilden.
16 zeigt auch, dass seitliche Flansche 126 an den versetzten Endflanschen 56, 58 der Platten vorgesehen sein können, um dabei zu helfen, gute Lötverbindungen zwischen den Endflanschen 56, 58 und den angrenzenden Wänden der Verteiler 26, 28 zu gewährleisten. Ebenso sind quer verlaufende, distale, versetzte Flansche 128 dargestellt, die den Flanschverlängerungen 62 hinzugefügt werden können, um die Flanschverlängerungen 62 während des Lötprozesses gerade zu halten und das Vorsehen einer guten Verbindung dazwischen zu unterstützen.
Bezug nehmend als nächstes auf 17, ist eine Modifikation der Endplatten gezeigt, bei welcher die Seitenränder 78 der Endplatte 130 sich integral um den versetzten Endflansch 76 erstrecken, um einen pfannenartigen Endabschnitt zu bilden, der mit den Bodenwänden der Verteiler 26, 28 in Eingriff steht.
In einer typischen Anwendung sind die Komponenten des Wärmetauschers 10 aus Lötplattieraluminium gemacht (außer vielleicht die Peripheriekomponenten, wie beispielsweise die Anschlüsse 30, 32, der Verschlussdeckel und der Anschluss 12, 14 und die Befestigungsträger 38, 42). Das Lötplattieraluminium für die Kernplatten 44, 46 hat typischerweise eine Metalldicke zwischen 0,3 und 1 mm (0,012 und 0,040 Inch). Die Endplatten 36 und 40 haben eine Dicke zwischen 0,6 und 3 mm (0,024 und 0,120 Inch), und die Abdeckbleche 86, 93, 94, 95 und 97 haben eine Dicke zwischen 0,25 und 3 mm (0,010 und 0,120 Inch). Es ist jedoch selbstverständlich, dass andere Materialien als Aluminium für die Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, für einige der Komponenten sogar Kunststoff, falls erwünscht.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers 10 ist das Profilwalzen eines langen Streifens eines Plattenmaterials mit einem zentralen ebenen Abschnitt 48 und erhabenen Umfangskantenabschnitten 50, 52. Vorzugsweise werden die Platten aus Lötplattieraluminium geformt. Das Plattenmaterial wird dann in vorbestimmte Längen geschnitten, um die gewünschte Breite des Wärmetauschers 10 zu bestimmen. Die Enden der Platten werden dann beispielsweise durch Stanzen geformt, um versetzte Endflansche 58 und entweder Schlitze 84, Kerben 100 oder eingezogene Abschnitte 106 zu erzeugen. Die Platten werden dann in Plattenpaaren angeordnet, wobei die versetzten Endflansche 58 in einer Richtung weg von den Umfangskantenabschnitten 50, 52 auseinanderlaufen oder verlaufen. Die Umfangskantenabschnitte 50, 52 werden so in Eingriff oder in Kontakt gebracht. Die Plattenpaare werden dann in irgendeiner gewünschten Anzahl zusammen gestapelt. Kühlrippen 22 werden zwischen den Plattenpaaren während des Stapelvorgangs angeordnet. U-förmige Kanäle 26, 28 werden dann in Länge geschnitten, um zu der Höhe der gestapelten Plattenpaare zu passen. Gewünschte Ablenkbleche werden an den Plattenpaaren an den ausgewählten Stellen angebracht, und die U-förmigen Kanäle werden dann auf die Enden der gestapelten Plattenpaare unter Einschluss der versetzten Endflansche 58 gedrückt, geschoben oder gerastet. Die oberen und unteren Endplatten 36, 40, werden dann positioniert, um die offenen Enden der U-förmigen Kanäle zu verschließen. Weitere Anschlüsse oder Zusatzvorrichtungen, wie beispielsweise Einlass- und Auslassanschlüsse 30, 32, Verschlussdeckelanschluss 14 oder Träger 38, 42, können an der Anordnung positioniert werden, und die gesamte Anordnung wird dann in einen Lötofen platziert, um die Komponenten zusammenzulöten und den Wärmetauscher fertigzustellen.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, ist es selbstverständlich, dass zahlreiche Modifikationen an den oben beschriebenen Konstruktionen gemacht werden können. Zum Beispiel können zwischen den Plattenpaaren Turbulenzerzeuger verwendet werden, falls erwünscht. Die Platten können in dem Bereich des zentralen ebenen Abschnitts 48 mit Vertiefungen versehen werden, wie dies bei Wärmetauschern mit eingedrückten Platten üblich ist. Andere Arten von Kühlrippen können verwendet werden, oder überhaupt keine Kühlrippen. Die Wärmetauscher können aus einem anderen Material als Lötplattieraluminium gemacht werden, wie beispielsweise Kunststoff. Ebenso können die Verteiler andere Formen haben, falls erwünscht.

Claims

Wärmetauscher (10), mit mehreren gestapelten Plattenpaaren (20) aus zusammen passenden Platten (44, 46) mit zentralen ebenen Abschnitten (48), versetzten Endflanschen (56, 58) und sich zwischen den Endflanschen (56, 58) erstreckenden erhabenen Umfangskantenabschnitten (50, 52), wobei die Umfangskantenabschnitte (50, 52) in zusammen passenden Platten (44, 46) miteinander verbunden sind, um Strömungskanäle (54) in den Plattenpaaren (20) zu definieren, wobei die jeweiligen Flansche (56, 58) an jedem Ende jedes Plattenpaares (20) auseinander laufen, wobei die Flansche (56, 58) seitliche Kantenabschnitte (64) haben, die sich von Fußbereichen (60) erstrecken, die an den verbundenen Umfangskantenabschnitten (50, 52) angeordnet sind, wo die versetzten Endflansche (56, 58) beginnen auseinander zu laufen, wobei die Endflansche (56, 58) auch distale Querkantenabschnitte (62) haben, die miteinander in Rücken an Rücken gestapelten Plattenpaaren (20) verbunden sind, um die Plattenpaare (201 voneinander zu beabstanden und Querströmungskanäle (66) zwischen den Plattenpaaren (20) zu bilden; gegenüber liegenden U-förmigen Kanälen (68, 70, 72) um die jeweiligen Endflansche (56, 58) der Plattenpaare (20), wobei die Kanäle (68, 70, 72) von den Endflanschen (56, 58) der Platten beabstandete Rückwände (68) und mit den seitlichen Kantenabschnitten (64) der Flansche verbundene und diese kontaktierende sowie die Fußbereiche (60) überdeckende Seitenwände (70, 72) aufweisen, wobei die U-förmigen Kanäle (68, 70, 72) offene Enden (74) aufweisen; Endplatten (36, 40), die die offenen Enden (74) der U-förmigen Kanäle verschließen, um Verteiler (26, 28) zu bilden; und den Verteilern (26, 28), die Einlass- und Auslassöffnungen (30, 32) darin für die Strömung eines Fluids durch die Strömungskanäle (54) in den Plattenpaaren (20) definieren.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei welchem die distalen Querkantenabschnitte (62) der Endflansche der Platten in der Form von Flanschverlängerungen sind, die sich im Allgemeinen parallel zu den zentralen ebenen Abschnitten (48) der Platten erstrecken.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei welchem die erhabenen Umfangskantenabschnitte (50, 52) der Platten mit Fingern (82) ausgebildet sind, die von den seitlichen Kantenabschnitten (64) der Flansche beabstandet sind, um Schlitze (84) zu definieren, um die Seitenwände (70, 72) der U-förmigen Kanäle aufzunehmen.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 3, bei welchem die Schlitze (84) konisch verjüngt sind, um die Seitenwände (70, 72) der U-förmigen Kanäle gegen die seitlichen Kantenabschnitte (64) der Flansche zu drücken.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei welchem die erhabenen Umfangskantenabschnitte (50, 52) der Platten mit Quernuten (100) ausgebildet sind, die angrenzend an die Fußbereiche (60) angeordnet sind, und bei welchem die Seitenwände (70, 72) der U-förmigen Kanäle nach innen angeordnete Umfangsflansche (102) aufweisen, die zum Einschnappen in die Nuten (100) ausgebildet sind.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 5, bei welchem die Nuten (100) eine Tiefe größer als die Breite der Umfangsflansche (102) der Seitenwände der U-förmigen Kanäle besitzen.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, und ferner mit einem Ablenkblech (86), das an einer der Flanschverlängerungen (62) angebracht ist und zwischen der Rückwand (68) und den Seitenwänden (70, 72) der U-förmigen Kanäle verläuft, um den Verteiler (26) in mehrere Räume (90, 92) aufzuteilen.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 7, bei welchem das Ablenkblech (86) einen elastischen Wandabschnitt (98) aufweist.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, 3 oder 5, und ferner mit Wärmeübertragungsrippen (22), die zwischen den Plattenpaaren (20) und in Kontakt mit den zentralen ebenen Abschnitten (48) der Platten angeordnet sind.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, bei welchem die distalen Querkantenabschnitte (62) mit Nuten (110) darin ausgebildet sind, um die Strömungsverteilung durch die U-förmigen Kanäle (68, 70, 72) einzustellen.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem der Verteiler (26) zusätzliche Einlass- und Auslassöffnungen (30, 32) enthält, wobei wenigstens eine der Einlass- und Auslassöffnungen (30, 32) jedem der Räume (90, 92) zugeordnet ist.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei welchem die Seitenwände (70, 72) der U-förmigen Kanäle mit Rippen (114, 116) ausgebildet sind, um die Endplatten (36, 40) zu greifen und zu positionieren.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, bei welchem die Seitenwände (70, 72) der U-förmigen Kanäle mit Rippen (114, 116) ausgebildet sind, um die Verlängerungen (62) der Endflansche der Platten zu greifen und zu positionieren.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem die Rippen (114, 116) in eng beabstandeten Paaren angeordnet sind, um Positionierschlitze dazwischen zu definieren.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 2, bei welchem eine der Flanschverlängerungen (124) vollständig zwischen der Rückwand (68) und den Seitenwänden (70, 72) der U-förmigen Kanäle verläuft, um ein Ablenkblech zu bilden, das den Verteiler (26, 28) in mehrere Räume (90, 92) aufteilt.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) mit den Schritten: Bereitstellen eines langen Streifens eines Plattenmaterials mit einem zentralen ebenen Abschnitt (48) und erhabenen Umfangskantenabschnitten (50, 52); Schneiden des Plattenmaterials in vorbestimmte Längen; Formen der Plattenlängen mit versetzten Endflanschen (56, 58), sodass sich die erhabenen Umfangskantenabschnitte (50, 52) zwischen den versetzten Endflanschen (56, 58) erstrecken; Anordnen der Plattenlängen in Plattenpaare (20) mit den Umfangskantenabschnitten (50, 52) der Platten in Kontakt, um Strömungskanäle (54) in den Plattenpaaren (20) zu definieren, und mit den an jedem Ende jedes Plattenpaares (20) auseinander laufenden, versetzten Endflanschen (56, 58), um Fußbereiche (60) zu definieren, die an den verbundenen Umfangskantenabschnitten (50, 52) angeordnet sind, wo die versetzten Endflansche (56, 58) beginnen auseinander zu laufen; Stapeln der Plattenpaare (20) derart, dass die Endflansche (56, 58) in Eingriff stehen, um die Plattenpaare (20) voneinander zu beabstanden, um Querströmungskanäle (66) zwischen den Plattenpaaren (20) zu bilden; Bereitstellen von U-förmigen Kanälen (68, 70, 72) mit Rückwänden (68) und Seitenwänden (70, 721; Anordnen der Kanäle (68, 70, 72) mit den Rückwänden (68) beabstandet von den Endflanschen (56, 58) der Platten und mit den Seitenwänden (70, 72) verbunden mit seitlichen Kantenabschnitten (64) der versetzten Endflansche (56, 58) und diese kontaktierend und die Fußbereiche (60) überdeckend, um die versetzten Endflansche (56, 58) der Platten zu verschließen und offene Enden (74) zu definieren; Verschließen der offenen Enden (74) der Kanäle, um Verteiler (26, 28) zu bilden; Formen von Einlass- und Auslassöffnungen (30, 32) in den Verteilern (26, 28) für die Strömung eines Fluids durch die Strömungskanäle (54) in den Plattenpaaren (20); und Verbinden der Platten (20) und der Verteiler (26, 28) miteinander, um einen geschlossenen Wärmetauscher (10) zu bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) nach Anspruch 16, bei welchem die Platten (44, 46) in einer vorbestimmten Anzahl von Plattenpaaren (20) mit einer vorbestimmten Höhe angeordnet werden, bei welchem die U-förmigen Kanäle (68, 70, 72) in Längen wenigstens so lang wie die vorbestimmte Höhe bereitgestellt werden, und bei welchem die offenen Enden (74) der Kanäle durch Vorsehen von Endplatten (36, 40) an jedem Ende der gestapelten Plattenpaare (20), die sich zwischen den offenen Enden (74) der Kanäle erstrecken und diese schließen, verschlossen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) nach Anspruch 16 oder 17, und ferner mit den Schritten des Vorsehens mehrerer Kühlrippen (22) und des Einsetzens der Kühlrippen (22) jeweils zwischen die Plattenpaare (20).
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) nach Anspruch 16, 17 oder 18, und ferner mit dem Schritt des Aufteilens des Wärmetauschers (10) in Zonen durch Vorsehen von Ablenkblechen (86) in den U-förmigen Kanälen (68, 70, 72), die mit den versetzten Endflanschen (76) in Eingriff stehen.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) nach Anspruch 16, und ferner mit dem Schritt des Formens der U-förmigen Kanäle (68, 70, 72) mit Positionierrippen (114, 116) zum Greifen und Positionieren der versetzten Endflansche (56, 58) der Platten vor dem Verschließen der versetzten Endflansche (56, 58) der Platten.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10) nach Anspruch 16, ferner mit dem Schritt des Formens der Platten (44, 46) mit Seitenflanschen (126) an den versetzten Endflanschen (56, 58) der Platten, die bei Benutzung mit angrenzenden Wänden (70, 72) der Verteiler (26, 28) in Eingriff stehen.
Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, bei welchem Seitenflansche (126) an den versetzten Endflanschen (56, 58) vorgesehen sind, welche Seitenflansche (126) mit angrenzenden Wänden (70, 72) der Verteiler (26, 28) in Eingriff stehen.