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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher, einschließlich Ölkühler vom
sogenannten „Ringkammer„-Typ,
die separat von oder in Verbindung mit Ölfiltern in Kraftfahrzeugmotor- und anderen Motor-
und Transmissionskühlanwendungen
und in Wärmetauschern
oder Ölkühlern in
Rechteckform verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf Verteilerleitungen
für den
Transport und die Verteilung von zwei Fluiden, insbesondere von
Wärmetauschfluiden.
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Hintergrund der Erfindung
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Ölkühler sind
in der Vergangenheit aus einer Mehrzahl in einem Gehäuse oder
einem Kanister gestapelter Plattenpaare hergestellt worden. Der
Kanister weist normalerweise Einlass- und Auslassarmaturen für den Durchfluss
von um die Plattenpaare zirkulierendem Motorkühlmittel in den und aus dem
Kanister auf. Die Plattenpaare selbst weisen Einlass- und Auslassöffnungen
auf, und diese Öffnungen
sind normalerweise so ausgerichtet, dass sie Verteilerleitungen
bilden, so dass das Öl
durch alle Plattenpaare gleichzeitig fließt. Diese Verteilerleitungen
stehen mit den Ölzuführungs- und Ölrückführungsleitungen
in Verbindung, die außerhalb
des Kanisters angeordnet sind. Ein Beispiel eines solchen Ölkühlers ist
in der Offenlegungsschrift des
Japanischen
Gebrauchsmusters Nr. 63-23579 , veröffentlicht am 16. Februar 1988,
angeführt.
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Wenn
der Ölkühler in
Verbindung mit einem Ölfilter
verwendet wird, sind die Plattenpaare normalerweise ringförmig und
eine Leitung führt
durch die Mitte des Rings, um Öl
zu dem Filter, der oberhalb oder unterhalb des Ölkühlers angeordnet und mit der Leitung
verbunden ist, zu leiten oder von ihm abzuleiten. Das Öl kann durch
den Filter und dann durch den Ölkühler fließen oder
umgekehrt. Beispiele solcher Ölkühler sind
in den
US-Patenten Nr. 4,967,835 ausgegeben
an Thomas E. Lefeber und Nr.
5,406,910 , ausgegeben
an Charles M. Wallin dargestellt.
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US-Patent 4,162,703 beschreibt
einen Plattentyp-Wärmetauscher
mit reinem Gegenstrom für die
Rückgewinnung
von Abwärme
aus einem Heiz-, Lüftungs-
und Klimatisierungssystem (HVAC-System). In dieser Druckschrift
sind die Platten Stirnseite an Rückenseite
gestapelt, wobei jede Platte um 180° gegenüber den Platten an beiden Seiten
gedreht ist. Diese Druckschrift schlägt die Verwendung von Dichtungsringen
zur Abdichtung zwischen den Platten vor, zieht die Verwendung von
externen Klemmeinrichtungen zum Zusammenpressen des Stapels in Erwägung, um
die Abdichtung zu erreichen, und schlägt die Verwendung von Abstandshalterringen zum
Abstandhalten vor, um dadurch das Zusammenpressen des Stapels aus
Feinblechplatten, die den Wärmetauscheraufbau
bilden, ohne Deformation zu ermöglichen.
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US-Patent Nr. 4,742,866 ,
ausgegeben am 10. Mai 1988 an die Nippondenso Co. Ltd., beschreibt
einen Plattenstapelwärmetauscher
in Form eines Ölkühlers, der
zwischen einem Motorblock und einem Ölfilter angebracht werden kann.
Durch den Ölkühler erstreckt
sich ein hohler Bolzen, der durch Gewinde an seinem unteren Ende
mit dem Motorblock verbunden ist. Der Ölkühler ist aus einer Mehrzahl
von gestapelten Plattenpaaren aufgebaut, die aus Stirnseite an Stirnseite
zusammenpassenden Platten bestehen, von denen jede einen Umfangsflansch
und eine kreisförmige Öffnung hat.
Jede Platte weist eine Mehrzahl von allgemein C-förmigen Rippen
auf, die um die zentralen Öffnungen
angeordnet sind und sich in konzentrischer Anordnung in Bezug aufeinander
befinden. Auf diesen Rippen sind Auflagestellen ausgebildet und
in diesen Auflagestellen sind Öffnungen
für das
Durchfließen
des Wärmetauschfluids,
d.h. des Öls,
ausgebildet. Das Öl
fließt durch
diesen Wärmetauscher
allgemein in axialer Richtung und tritt von der Oberseite zu dem
Wärmetauscher
aus, um durch den Filter zu fließen. Das Kühlmittel, beispielsweise Wasser,
fließt
durch Durchgänge,
die zwischen den Platten in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind.
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Eine
Schwierigkeit bei diesen, dem Stand der Technik entsprechenden,
Wärmetauschern (HXs)
ist jedoch, dass sie eine begrenzte Leistungsfähigkeit aufweisen. Diese Einschränkung verstärkt sich
in Anwendungen, in denen kompakte Wärmetauscher-Konfigurationen
gefordert werden. Insbesondere muss bei den dem Stand der Technik
entsprechenden Wärmetauschern
wenigstens eines der Fluide durch die Durchgänge der gestapelten Platten in
eine Umfangsströmungsrichtung
oder in Umfangsströmungsrichtung
bei geteilter Strömung
fließen. Das
führt zu
einem hohen Strömungswiderstand oder
zu einem Druckabfall für
dieses Fluid. Auch die Notwendigkeit, relativ große Fluidanschlüsse in den Hauptbereichen
der Platte vorzusehen, die ansonsten für die Wärmeübertragung genutzt werden könnten, setzt
die Gesamtleistung oder die Kompaktheit herab. Drittens sind zugehörige Strömungsverteilungsprobleme
bei einem Fluid oder allen Fluiden, die um die Platten oder auf
die Wärmeübertragungsdurchgänge zwischen
den Platten verteilt werden, vorhanden, die bei dem Stand der Technik
entsprechenden Ausführungen
schwierig zu überwinden sind.
Schließlich
ist es, um den Wärmeübertragungswirkungsgrad
zu maximieren, erwünscht,
eine echte Gegenstromrichtung zwischen den beiden Fluiden zu erreichen,
was jedoch bei den herkömmlichen
Konstruktionen unpraktisch ist. In diesen Fällen fließen die Flüssigkeiten im Wesentlichen
in senkrechten Richtungen zueinander.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Wärmetauscher
gemäß der Erfindung
ist in Anspruch 1 definiert.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen kompakten Hochleistungs-Wärmetauscher zur Verfügung, in
dem die beiden Fluide eine echt parallele Strömungsrichtung haben, einschließlich der
Gegenstromrichtung, und dazu der Druckabfall gering ist. Weiterhin
können
die hierin beschriebenen Wärmetauscher
eine äußerst gleichmäßige Strömungsverteilung
gemäß den geforderten
Strömungsbedingungen
erreichen und es werden Graduierungsmittel dafür in Wärmetauschern mit veränderlichem
Querschnitt oder mit unregelmäßigen Formen
wirksam. Es wird weiterhin eine neuartige Verteilerleitung zur Verfügung gestellt,
die Flexibilität
bei der Anordnung externer Fluidanschlüsse bietet, wobei ein geringer Druckabfall
und eine ausgeglichene Strömungsverteilungsschnittstelle
mit den inneren Fluidverteilungs-Verteilerleitungen zur Verfügung gestellt
werden.
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Es
ist zu erwarten, dass die Erfindung insbesondere für kompakte
Kraftfahrzeugwärmetauscher, einschließlich Öl/Wasser-Transmissions-
und Motorölwärmetauscher
und andere Hochleistungs-Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-
oder Flüssigkeit-zu-Gas-Wärmetauschern,
anwendbar ist. Die vorliegende Erfindung bietet insofern spezielle
Vorteile für
Kältemittel-zu-Wasser-(oder
zu einer anderen Flüssigkeit) Wärmetauscher,
dass, da Zweiphasenfluide normalerweise besonders gegenüber Fehlverteilungswirkungen
sowohl in den Wärmetauschdurchgängen als auch
in den Anschlussverteilerleitungen empfindlich sind, die vorliegende
Erfindung dieses Problem überwindet.
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Spezifischer
ausgedrückt,
ist eine bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung ein kompakter Hochleistungs-Plattenwärmetauscher
basierend auf dem strukturellen Vorsehen von Über querungsdurchgängen, welche
die inneren Fluidverteilungs-Verteilerleitungen schneiden. Diese Überquerungsdurchgänge erlauben
es beiden Fluiden auf einem kurzen Weg in Gegenstrombeziehung geleitet zu
werden. Gleichzeitig wird für
beide Fluide, basierend auf den sich ergebenden kurzen Wegen und durch
wohlüberlegte
Auswahl geeigneter, die Wärmeübertragung
verstärkender
Mittel, ein geringer Druckabfall erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist eine überlegte
Anpassung der Größe und Form
der in Gruppen angeordneten Fluidübertragungsöffnungen zum Erreichen einer
parallelen Strömungsverteilung
vorgesehen, wobei die Anpassung verwendet wird, um eine gleichmäßige Strömungsverteilung
quer über
die Plattenoberflächen
und über einen
Bereich von Gestaltungsformen von Wärmetauschern zu erreichen.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher mit einer selbstumschließenden Konfiguration,
d.h. ohne dass ein äußeres Gehäuse erforderlich
ist, um eines der Fluide zu enthalten. Wenn es gewünscht wird,
kann die Erfindung aber auch noch in einer Form verwendet werden,
die einen äußeren „Kanister„ oder
ein Gehäuse
aufweist, welches den Wärmetauscher
enthält.
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Optionale
Gestaltungsmerkmale dieser Wärmetauscher
werden ebenfalls beschrieben. Sie schließen einen Fluiddurchgang ein,
um ein teilweises Umleiten eines Fluids in dem Fall zu erlauben, dass
eine übermäßige Strömungszuführung bewältigt werden
muss, sowie innere Kegel, um die Strömungsverteilung zu verbessern.
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Der
Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung ist bei relativ geringem Druckabfall
sehr effizient. In einer Version des Wärmetauschers der Erfindung,
der im Wesentlichen rechteckige Platten einsetzt, können die
beiden Wärmetauscherfluide
in inneren und äußeren Durchflussdurchgängen in
parallelen Richtungen fließen.
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Dieser
Wärmetauscher
umfasst vorzugsweise durchflussfördernde
Einrichtungen, die sowohl in den inneren Durchflussdurchgängen als
auch in den äußeren Durchflussdurchgängen angeordnet
sind.
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Es
werden nun bevorzugte Ausführungen der
Erfindung in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine vertikale Perspektiv-Querschnittsansicht einer rechteckigen
Version eines Wärmetauschers,
der gemäß der Erfindung
aufgebaut ist, wobei diese Ansicht eine Ansicht von oben und einen
Querschnitt davon zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht auf eine rechtwinklige Platte, die in dem Wärmetauscher
von 1 verwendet wird;
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3 ist
eine Perspektiv- und vertikale Querschnittsansicht, welche eine
Oberseite einer rechteckigen Platte zeigt, die auf zwei gleichartigen Platten
angebracht ist, um einen Teil eines rechteckigen Wärmetauschers
zu bilden, wobei diese Ansicht einen Teil einer auf der rechten
Seite angeordneten vergrößerten Rand-Verteilerleitung
darstellt;
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4 ist
eine Ansicht von oben mit einer gebrochenen Oberplatte, und sie
zeigt den rechteckigen Wärmetauscher
von 3 und die gesamte Länge der Rand-Verteilerleitung;
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5 ist
eine vertikale Perspektiv- und Querschnittsansicht einer anderen
Version des rechteckigen, gemäß der Erfindung
aufgebauten, Wärmetauschers,
wobei diese Version zwei Einlässe
für jedes
der Wärmeaustauschfluide
in der unteren Verteilerlei tungsplatte aufweist und die vorliegende
Ansicht die Oberseite und einen Querschnitt zeigt;
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6 ist
eine Ansicht einer oberen Verteilerleitungsplatte, die in dem Wärmetauscher
von 5 verwendet wird, von unten;
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7 ist
eine Ansicht einer unteren Verteilerleitungsplatte, die in dem Wärmetauscher
von 5 verwendet wird, von oben;
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8 ist
eine Perspektivansicht, mit gebrochenen Teilen, die die Oberseite
einer rechteckigen Platte zeigt, die in dem Typ des Wärmetauschers
verwendet werden kann, der in 5 dargestellt
ist; und
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9 ist
eine Ansicht der in 8 dargestellten Platte von oben
und zeigt die gesamte Platte.
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Ausführungsarten der Erfindung
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1 stellt
eine andere Ausführung
eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Wärmetauschers
dar. Diese Ausführung
ist allgemein mit 210 bezeichnet. Der Wärmetauscher 210 kann eine
rechteckige (oder quadratische) Form in der Draufsicht und insgesamt
eine kastenförmige
Ausgestaltung aufweisen. Zusätzlich
zu der oberen Verschlussplatte 212 und einer unteren Verschlussplatte 214 weist
die dargestellte Ausführung
eine Mehrzahl von gestapelten Plattenpaaren 216 auf, die
aus Stirnseite an Stirnseite zusammenpassenden Platten 218 bestehen,
von denen eine in der Draufsicht von 2 dargestellt
ist. Jede Platte 218 weist wenigstens einen Randflansch
und die dargestellte bevorzugte Platte zwei Randflansche 220 und 222 auf,
die sich entlang den gegenüberliegenden
Rändern
davon erstrecken. Jede Platte weist weiterhin erste und zweite primäre Rippen 224 und 226 auf,
von denen jeweils ein Teil in einer gemeinsamen ersten Ebene P1 liegt, die in 4 bezeichnet
ist. Die Randflansche 220, 222 liegen ebenfalls
in dieser gemeinsamen ersten Ebene. Weiterhin weist jede Ebene wenigstens eine
längliche
sekundäre
Rippe auf und in der dargestellten bevorzugten Ausführung sind
zwei längliche sekundäre Rippen 228 und 230 vorgesehen,
die in einer zweiten Ebene 23 liegen (die ebenfalls in 5 bezeichnet
ist), und die von der ersten Ebene P1 beabstandet
ist und im wesentlich parallel dazu verläuft. Jede der sekundären Rippen
ist zwischen einem der Randflansche 220, 222 und
einer jeweiligen der primären
Rippen 224, 226 vorgesehen. Jede Platte weist
weiterhin einen mit 232 bezeichneten Zwischenbereich auf,
der eine rechteckige Form haben kann. Der Zwischenbereich liegt
zwischen den ersten und zweiten primären Rippen 224 und 226.
Es ist so zu verstehen, dass die Zwischenbereiche jedes Plattenpaars
voneinander beabstandete Teile aufweisen, um einen inneren Durchflussdurchgang 236 zwischen
den Platten zu bilden. Wie deutlich aus 2 und 3 zu
erkennen ist, weisen sowohl die primären als auch die sekundären Rippen
darin für
den Durchfluss von ersten bzw. zweiten Austauschfluiden gebildete Öffnungen 238 bzw. 240 auf.
Die sekundären
Rippen sind so angeordnet, das in Rückseite an Rückseite
liegenden Plattenpaaren die sekundären Rippen 228, 230 verbunden
sind (zum Beispiel durch einen Hartlötprozess) und ihre jeweiligen Öffnungen 240 (die,
wie in 4 dargestellt ist, längliche Schlitze sein können) kommunizieren,
um zwei Verteilerleitungen (in der bevorzugten Ausführung) zu
definieren, die an gegenüberliegenden
Seiten des Wärmetauschers
für den
Durchfluss des zweiten Wärmetauschfluids,
zum Beispiel von Kühlmittel
oder von Wasser, wie in 1 dargestellt, angeordnet sind.
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Wie
dargestellt, kann das Kühlmittel
C durch eine Öffnung
oder durch mehrere Öffnungen
oder Schlitze 242 eintreten, die in der unteren Verschlussplatte 214 gebildet
sind. Nach dem horizontalen Durchfluss des Kühlmittels durch den Wärmetauscher
(wie es aus 2 zu erkennen ist) von einer Seite
davon zu der anderen, fließt
das Kühlmittel durch
die allgemein mit 244 bezeichnete Verteilerleitung auf
der rechten Seite aus dem Wärmetauscher heraus,
wobei es durch eine Reihe von Auslassöffnungen 246 (die,
wenn es gewünscht
wird, auch Schlitze sein können)
ausfließt,
die in der oberen Verschlussplatte 212 gebildet sind. Es
ist zu erkennen, dass es, wie in der ringförmigen Version, möglich ist, auf
eine linke oder rechte Verteilerleitung 244 für das zweite
Wärmetauschfluid
zu verzichten, indem der Wärmetauscher
in ein geeignet abgedichtetes Gehäuse eingeschlossen wird, das
eine Seite des Wärmetauschers 210 überdeckt
oder indem ein separates Verteilerleitungselement vorgesehen wird
(siehe 3 und 4). So kann zum Beispiel die
Verteilerleitung auf der rechten Seite 244 eliminiert werden, wenn
man die rechte Seite 250 des Wärmetauschers durch ein geeignetes
Gehäuse
oder eine Abdeckplatte umschließt
und einen allgemein gleichförmigen Spalt
für den
Durchfluss des Kühlmittels
zwischen der Seite 250 des Wärmetauschers und der Innenwand
des Gehäuses
lässt.
In einer solchen Version des Wärmetauschers
können
die einzelnen Platten entlang dem in Position 252 angeordneten
Randflansch enden.
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Die
Zwischenbereiche der Rückseite
an Rückseite
liegenden rechteckigen Plattenpaare definieren äußere Durchflussdurchgänge 256.
Die äußeren Durchflussdurchgänge 256 können die
gleiche Höhe
aufweisen, wie der innere Durchflussdurchgang 236, wobei
in diesem Fall der Abstand zwischen den Ebenen P2 und
P1 dem halben Abstand zwischen den Ebenen
P3 und P1 entspricht.
Die Durchgänge 256 können auch
so gestaltet sein, dass sie eine andere Höhe aufweisen als die Durchgänge 236 (um
zum Beispiel eine Anpassung an verschiedene Fluiddurchflussraten
vorzunehmen). Die primären
Rippen 224 und 226 schließen Rippen 260 ein, die
sich quer über
die Breite jeder primären
Rippe erstrecken und die entlang der Länge jeder primären Rippe
verteilt sind. Diese Rippen 260 sind zwischen und getrennt
von den Öffnungen 238 angeordnet,
die in den primären
Rippen gebildet sind und sie bilden Überquerungsdurchgänge, die
es dem zweiten Wärmetauschfluid
ermöglichen,
quer über
die primären Rippen
und durch die inneren Durchflussdurch gänge 236 zu fließen. Diese
Rippen können
wiederum eine gleichmäßige Höhe aufweisen
und sie können
Oberseiten haben, die von einem Ende zum gegenüberliegenden Ende geneigt sind.
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Der
Wärmetauscher 210 von 1 ist
vorzugsweise mit den Durchfluss fördernden Einrichtungen versehen,
die entweder in den inneren Durchflussdurchgängen 236 oder in den äußeren Durchflussdurchgängen 256 angeordnet
werden können und
die vorzugsweise sowohl in den inneren als auch in den äußeren Durchflussdurchgängen angeordnet sind.
In den in 1 und 2 dargestellten
Ausführungen
sind die den Durchfluss fördernden
Einrichtungen allgemein mit 262 bezeichnet und sie umfassen
eine Vielzahl von abwechselnden Rippen 264 und Kanälen 266,
die in dem Zwischenbereich 232 zwischen den jeweiligen
ersten und zweiten primären Rippen
gebildet sind. Die Rippen 264 und die Kanäle 266 sind
winkelmäßig so angeordnet,
dass sich die Rippen und Kanäle
in den zusammenpassenden Platten kreuzen und einen wellenförmigen inneren Durchflussdurchgang
zwischen den Plattenpaaren bilden und wobei die Rippen und Kanäle in benachbarten
Rückseite
an Rückseite
liegenden Plattenpaaren sich kreuzen und wellenförmige äußere Durchflussdurchgänge zwischen
den Plattenpaaren bilden.
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Die
bevorzugten Rippen und Kanäle
sind länglich
und gerade, wie es in 2 dargestellt ist. Es ist jedoch
zu erkennen, dass sie auch etwas in Form einer Spiral- oder Evolventenkurve
gekrümmt sein
können,
wenn es gewünscht
ist. Der Ausdruck „winkelmäßig angeordnet„ wird
hierin verwendet, um die Rippen und Kanäle in den rechteckigen oder
kastenartigen Wärmetauschern
der vorliegenden Erfindung zu beschreiben und bedeutet, dass die
Rippe oder der Kanal sich in einem Winkel zu der senkrechten Linie
befindet, die sich zwischen den primären Rippen erstreckt und senkrecht
dazu verläuft.
Eine solche senkrechte Linie ist gestrichelt in 2 dargestellt
und mit Z bezeichnet.
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Aus 2 ist
zu erkennen, dass die beiden Reihen von Löchern 238, 240 in
Querrichtung zueinander versetzt dargestellt sind. Es ist jedoch
auch gut möglich,
dass diese Löcher
in Querrichtung fluchtend ausgerichtet sind, wie es in 1 dargestellt
ist.
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Es
ist zu erkennen, dass außer
den dargestellten Rippen und Kanälen
andere Formen von den Durchfluss fördernden Einrichtungen in dem
Wärmetauscher
210 verwendet
werden können.
So kann man zum Beispiel in wenigstens einem der inneren und äußeren Durchflussdurchgänge und
vorzugsweise sowohl in den inneren als auch in den äußeren Durchflussdurchgängen allgemein
flache, rechteckige Verwirbler verwenden, die in ihrem Aufbau den
in
11 aus
EP 1 292 800 B1 dargestellten
gleichen (mit Ausnahme ihrer Form). Die Ausgestaltung solcher Verwirbler
ist im Fachgebiet der Wärmetauscher gut
bekannt und eine ausführliche
Beschreibung hierin wird als nicht erforderlich angesehen. Es ist auch
möglich,
Kunststoff- oder Metallrippen in einem oder in beiden der inneren
und äußeren Durchflussdurchgänge zu verwenden.
Als eine weitere Alternative können
die den Durchfluss fördernden
Einrichtungen eine Vielzahl voneinander beabstandeter Vertiefungen
umfassen, die sich in wenigstens eine der inneren Durchflussdurchgänge und
der äußeren Durchflussdurchgänge und
vorzugsweise in beide dieser Durchgänge erstrecken.
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Es
ist zu erkennen, dass 1 ein vertikaler Querschnitt
des Wärmetauschers
ist, wobei ein kurzer Endbereich des Wärmetauschers zwecks deutlicherer
Darstellung weggeschnitten ist. Es ist ferner zu erkennen, dass
die Ränder
der gestapelten Plattenpaare durch Verbindungen der Randflansche,
die sich vorzugsweise um den gesamten Umfang jeder Platte erstrecken,
abdichtend verschlossen sind, wie es in 2 dargestellt
ist. Daher sind, zusätzlich
zu dem vorher angeführten
Randflansch 220 und 222 an den gegenüberliegenden
langen Seiten der Platte, auch Seitenrandflansche 270 und 272 vorgesehen, die
sich zwischen den Flanschen 220 und 222 erstrecken.
Auf diese Weise werden, wie zu erkennen ist, sowohl die inneren
Durchflussdurchgänge
als auch die äußeren Durchflussdurchgänge entlang
ihren beiden kurzen Seiten umschlossen, wodurch verhindert wird,
dass Wärmetauschfluids
durch diese Ränder
austreten. Es ist zu erkennen, dass es außer der Verwendung von Flanschen
andere Wege des Verschließens
dieser Endränder
der Platten gibt, wenn es gewünscht
wird. So können
sich zum Beispiel flache Endplatten (nicht dargestellt) über die
entgegengesetzten Enden der Plattenpaare erstrecken, um diese Enden
zu umschließen
und abzudichten. Diese Endplatten können abdichtend durch bekannte
Hartlötprozesse
angebracht werden.
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In
der Ausführung
von 1 umschließt oder
bedeckt die dargestellte obere Verschlussplatte 212 die
beiden sekundären
Rippen 228 und 230 am oberen Ende des Stapels
der Plattenpaare. Es ist jedoch zu erkennen, dass bei Fehlen der
sekundären Rippen
auf einer Seite, so dass auf der entgegengesetzten Seite nur eine
Verteilerleitung für
das zweite Wärmetauschfluid
vorhanden ist, die obere Verschlussplatte nur eine der sekundären Rippen
am oberen Ende bedecken würde.
Weiterhin weist die dargestellte obere Verschlussplatte Durchflussanschlüsse für den Durchfluss
sowohl des ersten als auch des zweiten Wärmetauschfluids dadurch auf, wobei
jedoch wiederum, wenn die sekundären
Rippen auf einer Seite weggelassen sind, zum Beispiel auf der rechten
Seite von 1, die obere Verschlussplatte
nur Durchflussanschlüsse
für das
erste Wärmetauschfluid
oder Öl
haben kann. Die gleichen Bemerkungen gelten ebenfalls für die untere
Verschlussplatte 214. Es ist weiterhin zu bemerken, dass,
wenn die oberste Platte 218 von dem Wärmetauscher von 1 weggelassen
wird, so dass die obere Verschlussplatte 212 um die Dicke
einer Platte abgesenkt wird, die obere Verschlussplatte effektiv verwendet
werden könnte,
um die beiden primären Rippen 224 und 226 des
oberen Endes des Stapels von Plattenpaaren anstatt der sekundären Rippen
zu umschließen
oder zu bedecken.
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3 ist
eine teilweise Perspektivansicht eines rechteckigen Wärmetauschers,
für den
nur drei Platten im vertikalen Schnitt dargestellt sind. Diese, allgemein
mit der Bezugszahl 450 bezeichnete, Ausführung weist
viele mit der Ausführung
der 1 und 2 gemeinsame Merkmale auf, und
hierin werden nur die Unterschiede beschrieben. Der Wärmetauscher
weist keine sekundäre
Rippe 230 auf der rechten Seite auf, sondern die Platte
endet am rechten Seitenrand mit dem Randflansch 252. Die
rechte Seite des Wärmetauschers
ist durch eine Randverteilerleitung 452 umschlossen, an
die an einem Ende ein Rohr 454 angeschlossen ist. Das Rohr 454 kann
ein Einlass oder ein Auslass für
das Kühlmittel
(C) sein. Die dargestellte Verteilerleitung weist eine allgemein halbzylindrische
Wand 456 auf, die vorzugsweise von einem zum anderen Ende
konisch zuläuft,
wie es in den beiden 3 und 4 dargestellt
ist. Weiterhin sind obere und untere, flache Wandverlängerungen 457, 458 mit
Randflanschen 460, 462 vorgesehen, die abdichtend
mit den oberen und unteren Platten des Wärmetauschers verbunden sind,
wobei nur ein Teil der oberen Platte 463 dargestellt ist.
Es ist so zu verstehen, dass, wenn die Verteilerleitung 452 eine
Einlassverteilerleitung ist, das Kühlmittel in die inneren Durchflussdurchgänge 236 zwischen
jedem Paar von Platten 218' eintritt,
indem es durch die länglichen
Schlitze 464 fließt,
die zwischen den beiden Randflanschen 252 gebildet sind.
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Wenn
es gewünscht
wird, können
die obere Platte 463 und die untere Platte des Wärmetauschers mit
Positionierungsvorsprüngen 466 an
den Ecken davon, benachbart zu der Randverteilerleitung, gebildet
sein. Diese Vorsprünge
sind in die in den Ecken der Randverteilerleitung gebildeten Randaussparungen
eingesetzt, wobei diese Ausführung
dabei Unterstützung
gibt, zu sichern, dass die Verteilerleitung korrekt positioniert
ist, bevor sie dauerhaft durch Hartlöten befestigt wird.
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Sich
nun dem in 5 dargestellten Wärmetauscher
und seinen oberen und unteren Verteilerleitungen zuwendend, wie
sie in den 6 und 7 dargestellt
sind, weist dieser Wärmetauscher,
der allgemein mit der Bezugszahl 270 bezeichnet ist, eine Anzahl
von Merkmalen auf, die mit denen des vorher beschriebenen rechteckigen
oder kastenartigen Wärmetauschers 210 von 1 übereinstimmen.
Daher werden nur die Merkmale des Wärmetauschers 270 beschrieben,
die sich von denen des Wärmetauschers 210 unterscheiden.
Dieser Wärmetauscher weist
eine Vielzahl von gestapelten Plattenpaaren 272 auf, die
aus Stirnseite an Stirnseite zusammenpassenden Platten 274 bestehen.
Jede Platte weist Randflansche, welche die Randflansche 276 und 278 einschließen, die
sich entlang den Rändern
davon und vorzugsweise entlang allen vier Rändern davon, erstrecken, und
erste und zweite Paare von voneinander beabstandeten, länglichen,
primären
Rippen 280 und 282 auf. Jede dieser Rippen hat
wenigstens ein Teil davon, das in einer gemeinsamen ersten Ebene
(in 8 als P1 bezeichnet) mit
ihren Randflanschen, beispielsweise mit den dargestellten Randflanschen 276 und 278,
liegt. Jede Platte weist ferner drei voneinander beabstandete, längliche
sekundäre
Rippen 284, 286 und 288 auf. Jede dieser Rippen
hat einen Teil davon in einer zweiten Ebene zu liegen (in 8 als
P3 bezeichnet), die von der ersten Ebene
beabstandet ist und parallel zu dieser verläuft. Die sekundären Rippen
weisen eine mittlere Rippe 286 und zwei äußere Rippen 284, 288 auf,
die an gegenüberliegenden
Seiten der mittleren Rippe liegen und einen wesentlichen Abstand
davon aufweisen. Wie aus 5 zu erkennen ist, ist jede
der äußeren Rippen 284, 288 von
der mittleren Rippe durch eines der Paare 280, 282 der
primären
Rippen und eine Zwischenbereich 290, 292, der
zwischen dem jeweiligen Paar von primären Rippen liegt, getrennt.
Wie in den anderen Ausführungen
der Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung, weisen die Zwischenbereiche 290, 292 jedes
Plattenpaars voneinander beabstandete Teile auf, die innere Durchflussdurchgänge 294 zwischen
den Platten des Paars bilden.
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Sowohl
die primären
Rippen 280, 282, als auch die sekundären Rippen 284, 286 und 288 weisen Öffnungen 296 und 298 für den Durchfluss
der ersten bzw. zweiten Wärmetauschfluids
auf, wobei diese Fluide wiederum in 5 symbolisch
durch die Buchstaben O und C gekennzeichnet sind. Die sekundären Rippen 284, 286 und 288 sind
so angeordnet, dass in den Rückseite
an Rückseite
liegenden Plattenpaaren die sekundären Rippen verbunden sind und
ihre jeweiligen Öffnungen
miteinander kommunizieren, um getrennte Verteilerleitungen 300, 302 und 304 für den Durchfluss
des zweiten Wärmetauschfluids
zu definieren, das das Kühlmittel
oder Wasser C sein kann. Auch die Zwischenbereiche 290, 292 der
Rückseite
an Rückseite
liegenden Paare weisen voneinander beabstandete Teile auf, die äußere Durchflussdurchgänge 306 bilden,
durch die das zweite Wärmeaustauschfluid
fließen
kann. Wie in den in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungen,
weisen vorzugsweise alle primären
Rippen 280, 282 Rippen 260 auf, die sich
quer über
die Breite jeder primären
Rippe erstrecken und die entlang der Länge jeder primären Rippe
verteilt sind. Diese Rippen, die in ihrer Anordnung und in ihrem
Aufbau die gleichen sein können,
wie die in 2 dargestellten, sind zwischen
den und getrennt von den Öffnungen 296 in
den primären
Rippen angeordnet und bilden Überquerungsdurchgänge, die
es dem sekundären
Wärmetauschfluid
erlauben, quer über
ein jeweiliges der Paare von primären Rippen und durch die inneren
Durchflussdurchgänge 294 zu
fließen.
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In 5 sind
die Öffnungen 296 und 298 in Querrichtung
der Platten ausgerichtet dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass
die Sätze
von Öffnungen 296 gegenüber den
Sätzen
von Öffnungen 298 versetzt
sind, wie es in 8 und 9 dargestellt ist.
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Wie
bei den vorherigen Ausführungen
können
den Durchfluss fördernde
Einrichtungen entweder in den inneren Durchflussdurchgängen 294 oder in
den äußeren Durchflussdurchgängen 306 angeordnet
sein und vorzugsweise sind solche den Durchfluss fördernde
Einrichtungen in den meisten Durchgängen angeordnet. Wiederum können die
den Durchfluss fördernden
Einrichtungen die Form von sich abwechselnden Rippen und Kanälen aufweisen, die
in der Art und Weise angeordnet sind die in 2 dargestellt
ist, wobei diese Rippen und Kanäle
in den Zwischenbereichen 290, 292 gebildet sind,
die zwischen den Paaren von primären
Rippen 280, 282 liegen. Alternativ können die
den Durchfluss fördernden Einrichtungen
allgemein flache, rechteckige Verwirbler sein, deren Ausgestaltung
an sich bekannt ist und die entweder in den inneren Durchflussdurchgängen oder
in den äußeren Durchflussdurchgängen und vorzugsweise
in beiden dieser Sätze
von Durchgängen
angeordnet sind. Eine weitere Alternative ist die Verwendung einer
Vielzahl von Vertiefungen, die sich entweder in die inneren Durchflussdurchgänge, in
die äußeren Durchflussdurchgänge oder
vorzugsweise in beide Sätze
von Durchgängen
erstrecken.
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6 und 7 stellen
eine obere und eine untere Verteilerleitungsplatte dar, die in dem
Wärmetauscher 270 von 5 verwendet
werden kann. Die obere Verteilerleitungsplatte 310 kann
entweder die in 5 dargestellte obere Verschlussplatte 312 ersetzen
oder sie kann in enger, abdichtender Passung auf der Oberseite der
Platte 312 angebracht werden. Die dargestellte Platte 310 weist
einen länglichen, mittleren
Kanal oder eine mittlere Aussparung 314 auf, der sich entlang
ihrer unteren Fläche über alle zentralen
Löcher 316 der
Platte erstreckt, oder, im Fall einer direkten Anbringung, sich über alle
zentralen Öffnungen 298 erstreckt,
die in der oberen, mittleren sekundären Rippe 286 gebildet
sind, wobei die Lage dieser Löcher
durch die gestrichelt gezeichneten Löcher 316 in 6 angegeben
wird. Anstatt kleiner kreisförmiger
Löcher 298 können diese
mittleren Löcher
einige wenige längliche
Schlitze 298' sein, wie
es in der in 8 dargestellten Platte gezeigt
ist. Sich entlang den gegenüberliegenden
Seiten des Kanals 314 erstreckend, sind zweite längliche
Kanäle 318 und 320 vorgesehen,
die parallele Arme bilden, die durch einen Verbindungskanal 322 verbunden sind.
Jeder der Kanäle 318, 320 erstreckt
sich über die
ganze jeweilige äußere Reihe
von Löchern 322, die
in der oberen Verschlussplatte 312 oder über die jeweilige
Reihe von Löchern 296,
die in den äußeren primären Rippen
gebildet ist. Das erste Wärmetauschfluid
oder Öl
kann von unterhalb der Platte 310 durch einen kurzen Durchgang 324 fließen, dessen Ende
zum Beispiel an ein geeignetes Rohr oder an einen geeigneten Schlauch
(nicht dargestellt) angeschlossen werden kann. Das zweite Wärmetauschfluid
oder das Kühlmittel,
das in den mittleren Kanal 341 fließt, kann daraus durch eine
mittlere Öffnung 326,
die in der Mitte der Verteilerleitungsplatte gebildet ist, herausfließen. Das
obere Ende der Öffnung 326 kann
wiederum an ein geeignetes Rohr oder an einen geeigneten Schlauch
für das
Kühlmittel
angeschlossen werden.
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Die
untere Verteilerleitungsplatte 330 wirkt in gleicher Weise,
wie die Platte 310. Die untere Verteilerleitungsplatte
weist jedoch einen breiteren, länglichen,
mittleren Kanal 332 auf, der sich über den größten Teil der Länge der
Platte erstreckt. Der Kanal 332 erstreckt sich über das
untere Ende der beiden Reihen von Öffnungen 334, die
in der unteren Verschlussplatte 336 oder, in dem Fall,
in dem die Verteilerleitungsplatte 330 die untere Verschlussplatte 336 von 5 ersetzt,
erstreckt sich die Vertiefung 332 über die Öffnungen 296 der beiden
inneren primären Rippen 280, 282.
Die Lage dieser Öffnungen 334 ist durch
die gestrichelt dargestellten Kreise in 7 angegeben.
An den gegenüberliegenden
Seiten des mittleren Kanals sind zwei längliche, parallele Kanäle 340 und 342 vorhanden,
die an einem Ende durch einen Verbindungsdurchgang 344 verbunden
sind. Sich von der Mitte her von dem Durchgang 344 erstreckend,
ist ein kurzer Enddurchgang 346 vorhanden, der an seinem äußeren Ende
an ein geeignetes Rohr oder an einen geeigneten Schlauch für den Transport
des zweiten Wärmetauschfluids
oder Kühlmittels
angeschlossen ist. Wiederum erstrecken sich die beiden Kanäle 340, 342 entweder über die
Reihen von Öffnungen 350, 352,
die in der unteren Verschlussplatte gebildet sind, oder, in dem
Fall, in dem die Platte 330 die untere Verschlussplatte
von 5 ersetzt, erstrecken sich diese Kanäle über die
Unterseite der unteren Öffnungen 298.
Die Lage der Öffnungen 350, 352 in
Bezug auf die Verteilerlei tungsplatte ist durch die gestrichelt
dargestellten Kreise in 7 angegeben. Vorzugsweise sind
die Öffnungen 350, 352 und
die Öffnungen 298 in
den Platten kleiner als, zum Beispiel, die Hälfte der Größe der Öffnungen 316 und der Öffnungen 298 in
der mittleren sekundären
Rippe. Es ist so zu verstehen, dass das Öl durch eine große mittlere Öffnung oder
ein großes mittleres
Loch 360, das in der Mitte der Platte 330 gebildet
ist, in den länglichen,
mittleren Kanal 332 geleitet wird. Wiederum kann ein geeignetes
Rohr oder ein geeigneter Schlauch an die Außenseite der Platte 330 angeschlossen
werden, um das erste Wärmetauschfluid
oder Öl
zu dem mittleren Kanal 332 zu transportieren.
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8 und 9 stellen
eine Form von Wärmetauscherplatten 274' dar, die in
dem rechteckigen Typ des Wärmetauschers
des in 5 dargestellten Typs verwendet werden können. Die
den Durchfluss fördernden
Einrichtungen, die wie dargestellt, verschiedene Formen annehmen
können,
sind aus Gründen
einer deutlicheren Darstellung aus diesen Figuren weggelassen worden.
In diesen Platten ist die einzige mittlere sekundäre Rippe 286' wesentlich breiter
als die anderen Rippen, um den größeren Fluidfluss durch die
mittlere Verteilerleitung zu bewältigen.
Weiterhin weist die Rippe 286' relativ lange, längliche,
darin ausgebildete Schlitze 298' auf, die einen wesentlichen Durchfluss
von Kühlmittel
in vertikaler Richtung senkrecht zu den Platten 274' erlauben. Jede
Platte 274' weist
einen Randflansch 278' auf,
der sich um den Umfang der Platte erstreckt und der verwendet wird,
um diesen Umfang abzudichten, wenn er mit dem Randflansch 278' der anderen
Platte in dem Paar verbunden wird. Es ist zu bemerken, dass die
Zwischenbereiche 290' in
einer Ebene P2 liegen, die parallel zu und
zwischen den Ebenen P1 und P2 verläuft. Die
dargestellten Rippen 260 haben flache Oberseiten, die in
der Ebene P3 liegen.
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Es
ist so zu verstehen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen
für die
verschiedenen, vorher beschriebenen Wärmetauscher durchgeführt werden
können,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Daher fallen alle
solche Modifikationen und Änderungen
in den Schutzumfang der beigefügten
Ansprüche
und sind dazu bestimmt, Bestandteil der vorliegenden Erfindung zu
sein.