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Gebiet
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Diese Anmeldung bezieht sich auf Wärmetauscher und insbesondere auf Plattenwärmetauscher, wie sie insbesondere in der Fahrzeugindustrie verwendet werden.
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Hintergrund
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Plattenwärmetauscher umfassen typischerweise eine Mehrzahl von Plattenpaaren, die übereinander gestapelt sind, wobei jedes Plattenpaar entgegengesetzte Einlass-und Auslassöffnungen aufweist, der Art, dass wenn die Plattenpaare übereinander gestapelt werden, die Einlass-und Auslassöffnungen zueinander ausgerichtet sind, um Einlass-und Auslasssammelleitungen zu bilden und dabei eine Verbindung zwischen Fluidkanälen, die innerhalb jedes Plattenpaars gebildet sind, herzustellen. Die Plattenpaare werden üblicherweise durch Löten miteinander verbunden. Da jedoch die Plattenpaare dazu neigen, in dem Bereich der Sammelleitungen ungestützt zu sein, neigt der Wärmetauscher in dem Bereich der Einlass-und Auslassöffnung dazu, sich unter dem Druck des hindurchfließenden Fluids zu verwinden und wird sich häufig wie ein Akkordeon oder wie „Faltenbälge“ in dem Sammelleitungsbereich zu expandieren. Die Deformierung, die in den Sammelleitungsbereichen des Wärmetauschers auftritt, kann zurück zu einem vorzeitigen Ausfall oder Brechen oder Leckagen des Wärmetauschers führen.
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In ähnlicher Weise expandiert in In-Tank Ölkühlern (ITOC) (ein Querschnitt eines Teils eines ITOC ist in 1 gezeigt) das Kopfteil unter dem inneren Druck hauptsächlich aufgrund der Kraft, die auf den unabgestützten Bereich der Bodenplatte wirkt. Obwohl Turbulizer in dem Kanal vorhanden sind (obwohl nicht in 1 gezeigt), enden die Turbulizer an der Blase des Kopfteils und können dadurch nur eine begrenzte Abstützung für den Kopfteilbereich vorsehen. Diese Expansion, ähnlich wie ein Faltenbalg expandieren würde, führt zu einem möglichen Ausfall in der Kernplattenblase bei hohem Druck. Diese Ausfallstelle liegt typischerweise entweder in dem oberen oder unteren Kanal aufgrund der Änderung der lokalen Steifigkeit wegen des Vorhandenseins der Armatur- und Bodenverstärkungsplatte.
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Für Anwendungen, die eine höhere Haltbarkeit verlangen, sind die Kernplattenblasen durch Unterlegscheiben ersetzt (auch als Abstandsscheiben bezeichnet) wie in 2 gezeigt. Die höhere Lebensdauer wird nicht nur durch das Ersetzen der Blasen erreicht, sondern auch durch Vergrößern des Durchmessers der Unterlegscheibe in einer solchen Weise, dass sie den Bereich der Kernplatte, mit dem der Turbulizer verlötet ist, überlappen. Dies erhöht die vertikale Stabilität des Kopfteilbereiches, wodurch dieser weniger anfällig für vertikale Expansionen unter Druck gemacht wird. Der Nachteil eines solchen Designs liegt darin, dass der Zusammenbau komplizierter wird und die Endkosten des Teils erhöht werden.
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Ein anderer Ansatz, der für die Verstärkung des Einlass-und Auslassbereichs eines Wärmetauschers verwendet wird, liegt darin, äußere Klemmen oder Klammern zu verwenden, die mit dem Äußeren des Wärmetauschers verlötet werden, um zu verhindern, dass er unter Druck expandiert. Ein noch anderer Ansatz ist, perforierte oder geschlitzte Rohre durch alle ausgerichteten Einlass-und Auslassöffnungen jeder Platte einzuführen, wobei die Rohre mit den Umfängen der jeweiligen Einlass-und Auslassöffnungen verlötet werden. Allerdings können solche wie oben beschriebene Ansätze kostenaufwendig sein und können den gesamten Herstellungsprozess und die Kosten, die dem besonderen Wärmetauscher zugeordnet sind, erhöhen.
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US Patent Nummer 5 794 691 (Evans et al.) offenbart einen Wärmetauscher, der aus einer Mehrzahl von gestapelten Plattenpaaren hergestellt ist, wobei die Einlass-und Auslassöffnungen, die die Sammelleitungen bilden, gegenüberliegende Flanschsegmente einschließen, die an den inneren Umfangsrändern der Öffnungen gebildet sind. Die Flanschsegmente erstrecken sich nach innen und sind miteinander verbunden, wenn die Platten übereinander gestapelt werden, um eine Expansion der Sammelleitungen unter Druck zu vermeiden.
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US Patent Nummer 8 678 076 B2 (Shore et al.) offenbart einen Plattenwärmetauscher, der eine Mehrzahl von gestapelten Plattenpaaren aufweist. Jedes Plattenpaar hat gegenüberliegende Sammelleitungselemente mit entsprechenden Einlass-und Auslassöffnungen in Ausrichtung sind, um jeweilige Einlass-und Auslasssammelleitungen für die Strömung eines ersten Fluids durch einen ersten Satz von Fluidkanälen, die von den Plattenpaaren gebildet werden, zu bilden. Die Sammelleitungselemente beabstanden die Plattenpaare voneinander, um einen zweiten Satz von querliegenden Strömungskanälen für die Strömung eines zweiten Fluids zu bilden. Jede Platte weist einen Umfangsrandbereich auf, der die Platten zueinander abgedichtet, um dazwischen den ersten Satz von Fluidkanälen zu bilden. Ein Vorsprungselement ist nahe jedem der Sammelleitungselemente gebildet, wobei jedes Vorsprungselement eine Passfläche derart aufweist, dass die Vorsprungselemente an der zweiten Platte eines Plattenpaars mit den Vorsprungselementen an der ersten Platte eines benachbarten Plattenpaars ausgerichtet sind und an diese anstoßen, wodurch der Sammelleitungsbereich des Wärmetauschers verstärkt und gefestigt wird, um eine Verformung oder ein Auseinanderziehen des Sammelleitungen unter Druck zu vermeiden.
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Es besteht die Notwendigkeit im Stand der Technik für Wärmetauscherplatten, die dabei helfen, eine starre Struktur entlang der Höhe des Wärmetauschers zu bilden, die ermöglicht, dass die oberen Kernplatte und Bodenkernplatten besser der Drucklast eines durchströmenden Fluids widerstehen. Zusätzlich gibt es eine Notwendigkeit im Stand der Technik für eine Wärmetauscherplatte, die die Verwendung von Unterlegscheiben zwischen den Kernplatten in dem Kopfteilbereich eliminieren kann und die die Druckfestigkeit des Wärmetauschers erhöht. Außerdem besteht die Notwendigkeit im Stand der Technik für einen Wärmetauscher, der solche Wärmetauscherplatten aufweist.
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Figurenliste
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Es wird nun beispielhaft Bezug genommen auf die beigefügte Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung zeigt und in der:
- 1 eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines Ausführungsbeispiels eines In-Tank Ölkühlers (ITOC) zeigt;
- 2 eine Querschnittsseitenansicht eines Bereichs eines anderen Ausführungsbeispiels eines In-Tank Ölkühlers (ITOC) zeigt, der Unterlegscheiben (oder Abstandsscheiben) aufweist;
- 3 eine Aufsicht auf eine Wärmetauscherplatte in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigt;
- 4 eine perspektivische Querschnittsansicht eines Kopfteilbereiches eines Wärmetauscherplattenpaars in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigt;
- 5 eine Querschnittsseitenansicht eines Teilbereichs eines anderen Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigt;
- 6 eine perspektivische Querschnittsansicht eines Kopfteilbereiches eines Wärmetauschers in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigt;
- 7 eine perspektivische Querschnittsansicht von oben eines Kopfteilbereichs eines Wärmetauschers ohne die obere Platte in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigt;
- 8 eine Querschnittsseitenansicht eines Kopfteilbereiches eines Ausführungsbeispiels eines (a) Wärmetauschers in Übereinstimmung mit der Anmeldung und (b) eines Wärmetauschers, der Unterlegscheiben zwischen den Plattenpaaren aufweist, zeigt und
- 9 Aufsichten von oben auf einen Bereich einer Wärmetauscherplatte zeigt, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Rippen in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigen.
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Gleiche Bezugszeichen können in unterschiedlichen Figuren verwendet werden, um gleiche Komponenten zu bezeichnen.
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Abriss der Erfindung
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In einem Aspekt wird eine Verstärkungsrippe in dem Kopfteilbereich (Einlass-und Auslasssammelleitungen) der Wärmetauscherplatte gebildet. Insbesondere ist die Verstärkungsrippe zwischen einem Vorsprung, der den Einlass (oder Auslass) aufweist, und dem Umfangsrand der Wärmetauscherplatte positioniert. Vorzugsweise erstreckt sich die Verstärkungsrippe von dem mittleren planaren Bereich der Wärmetauscherplatte um den Vorsprung herum, der den Einlass (oder Auslass) aufweist, zu dem Umfangsrandbereich der Wärmetauscherplatte, wobei die Verstärkungsrippe in Kontakt mit dem Umfangsrandbereich ist.
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In einem anderen Aspekt wird ein Wärmetauscherplattenpaar offenbart, das die Verstärkungsrippe, wie oben beschrieben, aufweist.
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In einem noch anderen Aspekt wird das Wärmetauscherplattenpaar offenbart, das die Verstärkungsrippe, wie hier beschrieben, und einen Turbulizer aufweist, der in einem von dem Plattenpaar begrenzten Fluidkanal positioniert ist. Der Turbulizer erstreckt sich von einem Umfangsrandbereich der Wärmetauscherplatte, die den Einlass (vom schmalen Rand der langgestreckten Wärmetauscherplatte) aufweist, zu dem entgegengesetzten Umfangsrandbereich der Wärmetauscherplatte (zu dem anderen schmalen Rand der langgestreckten Platte), die den Auslass aufweist. In einem speziellen Ausführungsbeispiel weist der Turbulizer eine Öffnung auf, wobei der Rand der Öffnung im Allgemeinen mit dem Rand des Einlasses (oder Auslasses) ausgerichtet ist.
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In noch einem anderen Aspekt bezieht sich die Anmeldung auf einen Wärmetauscher, der ein Wärmetauscherplattenpaar mit der Platte aufweist, die die Verstärkungsrippe, wie oben beschrieben, aufweist. Der Wärmetauscher ist auch mit einer Armatur versehen, die mit dem Einlass und dem Auslass des Wärmetauschers im Eingriff ist. Weiterhin steht der Umfangsrandbereich der Armatur auch mit der Verstärkungsrippe der oberen Wärmetauscherplatte im Eingriff, um zu einer starreren Struktur über die Höhe des Wärmetauschers beizutragen.
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Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
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3 offenbart eine Aufsicht auf eine Wärmetauscherplatte 2 in Übereinstimmung mit einem hier offenbarten Ausführungsbeispiel. Die Wärmetauscherplatte 2 weist einen mittleren planaren Bereich 4 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wärmetauscherplatte 2 im Allgemeinen rechteckig; allerdings sind auch andere Formen abhängig von Design- und Anwendungsanforderungen möglich. Die Wärmetauscherplatte 2 weist einen langgestreckten mittleren planaren Bereich 4 auf, der einen ersten Rand 6, einen zweiten Rand 8, einen dritten Rand 10 und einen vierten Rand 12 aufweist, die sich auf die unterschiedlichen Seiten der Wärmetauscherplatte 2 beziehen. Somit sind der erste Rand 6 und der zweite Rand 8 zueinander gegenüberliegend und sind an dem schmalen Rand der Wärmetauscherplatte 2 ausgebildet. In ähnlicher Weise sind der dritte Rand 10 und der vierte Rand 12 auch zueinander gegenüberliegend und erstrecken sich von dem ersten Rand 6 zu dem zweiten Rand 8. Der dritte Rand 10 und der vierte Rand 12 definieren daher den Längsrand des mittleren planaren Bereichs 4.
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Die Wärmetauscherplatte 2 ist auch mit einem Umfangsrandbereich 14 versehen, der sich von dem langgestreckten mittleren Bereich 4 an allen Seiten der Wärmetauscherplatte 2 erstreckt. Somit erstreckt sich der Umfangsrandbereich 14 von dem ersten Rand 6, dem zweiten Rand 8, dem dritten Rand 10 und dem vierten Rand 12 des langgestreckten mittleren planaren Bereichs 4. Wie hier beschrieben, kommen die Umfangsrandbereiche 14 von zwei Platten in Kontakt, um ein Plattenpaar zu bilden, wenn die Platten 2 in einer zueinander gerichteten Beziehung positioniert sind, und helfen, einen Fluidkanal zu begrenzen. Um dies zu erreichen, ist der Umfangsrandbereiche 14 in einer unterschiedlichen Ebene zu dem mittleren planaren Bereich 4 der Wärmetauscherplatte 2 vorgesehen. Beispielsweise kann der Umfangsrandbereich 14 als unterhalb des mittleren planaren Bereichs 4 angesehen werden. Zum Zweck der Beschreibung ist der mittlere planare Bereich in einer ersten Ebene vorhanden, während der Umfangsrandbereiche 14 in einer zweiten Ebene vorhanden ist.
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Die Wärmetauscherplatte 2 weist einen ersten Vorsprung (oder eine Blase) 16 nahe dem ersten Rand 6 des mittleren planaren Bereichs 4 auf. Der erste Vorsprung 16 erstreckt sich in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Umfangsrandbereich 14. In einem Ausführungsbeispiel, wie in den Figuren gezeigt, hat der erste Vorsprung 16 eine im allgemeinen flache Fläche, die hier als eine Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs bezeichnet wird und die in einer unterschiedlichen Ebene (dritte Ebene) zu dem mittleren planaren Bereich 4 und dem Umfangsrandbereich 14 liegt. Wenn von der Seite in einer Ansicht der Wärmetauscherplatte 2 gesehen wird, liegt der mittlere planare Bereich 4 (der in der ersten Ebene liegt) zwischen dem Umfangsrandbereich 14 (der in der zweiten Ebene liegt) und der Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs, der in der dritten Ebene liegt. Die Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs weist eine Einlassöffnung 20 auf, durch die Fluid in den Wärmetauscher 22 eintreten kann. Wie hier beschrieben, kontaktiert die Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs die Kontaktfläche eines Vorsprungs auf einem benachbarten Plattenpaar, um die Einlasssammelleitung zu bilden.
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Zusätzlich zu dem Obigen weist die Wärmetauscherplatte 2 auch einen zweiten Vorsprung (oder Blase) 24 nahe dem zweiten Rand 8 des mittleren planaren Bereichs 4 auf. Wie die erste Vorsprung 16 erstreckt sich der zweite Vorsprung 24 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Umfangsrandbereich 14 (und in der gleichen Richtung wie der erste Vorsprung 16). Ähnlich zu dem ersten Vorsprung 16 weist der zweite Vorsprung 24 eine im allgemeinen flache Fläche auf, die hier als Kontaktfläche 26 des zweiten Vorsprungs bezeichnet wird, die ebenfalls in der dritten Ebene liegt (wie auch die Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs). Die Kontaktfläche 26 des zweiten Vorsprungs weist eine Auslassöffnung 28 auf, durch die Fluid den Wärmetauscher 22 verlassen kann. Wie hier beschrieben, kontaktiert die Kontaktfläche 26 des zweiten Vorsprungs die Kontaktfläche eines Vorsprungs an einem benachbarten Plattenpaar, um die Auslasssammelleitung zu bilden.
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In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel, das in 3 offenbart ist, ist die Wärmetauscherplatte 2 mit einer ersten Verstärkungsrippe 30 an dem ersten Rand des mittleren planaren Bereichs 4 (hier als erste Verstärkungsrippe des erstem Randes bezeichnet) versehen. Die erste Verstärkungsrippe 30 erstreckt sich vom mittleren planare Bereich 4 an dem ersten Rand 6 in der gleichen Richtung wie der erste Vorsprung 16 und ist nun mit dem Umfangsrandbereiche 14 gekoppelt. In anderen Worten gesagt, erstreckt sich die erste Verstärkungsrippen 30 des ersten Randes von dem Umfangsrandbereich 14 an dem zweiten Rand 6 zu dem mittleren planaren Bereich 4. In einem Ausführungsbeispiel, wie hier beschrieben, ist die gesamte Verstärkungsrippe 30 in Kontakt mit dem Umfangsrandbereich 14, während in anderen Ausführungsbeispielen nur ein Teil der Verstärkungsrippen 30 in Kontakt mit dem Umfangsrandbereich 14 ist.
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Die erste Verstärkungsrippe 30 des ersten Randes ist auch mit einer ersten Rippenpassfläche 32 des ersten Randes versehen. Die erste Rippenpassfläche 32 des ersten Randes liegt auch in der dritten Ebene, zusammen mit der Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs und der Kontaktfläche 26 des zweiten Vorsprungs. Wenn der Wärmetauscher 22 zusammengesetzt wird, tritt die Rippe 30 an einer Platte mit einer Rippe 30 an einer anderen Platte eines benachbarten Plattenpaars in Kontakt. Dies kann helfen, den Kopfteilabschnitt des Wärmetauschers 22 zu verstärken.
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Auch ist, wie in 3 gezeigt, eine erste Verstärkungsrippe 34 des zweiten Randes an dem zweiten Rand 8 des mittleren planaren Bereichs 4 vorgesehen (hier als erste Verstärkungsrippe des zweiten Randes bezeichnet). Die erste Verstärkungsrippe 34 des zweiten Randes erstreckt sich von dem mittleren planaren Bereich 4 an dem zweiten Rand 8 in der gleichen Richtung wie der zweite Vorsprung 24 und ist mit dem Umfangsrandbereich 14 gekoppelt. In anderen Worten gesagt, erstreckt sich die erste Verstärkungsrippe 34 des zweiten Randes von dem Umfangsrandbereich 14 an dem zweiten Rand 8 zu dem mittleren planaren Bereich 4. Die erste Verstärkungsrippe 34 des zweiten Randes ist auch mit einer ersten Rippenpassfläche 36 des zweiten Randes versehen. Die erste Rippenpassfläche 36 des zweiten Randes liegt auch in der dritten Ebene zusammen mit der Kontaktfläche 18 des ersten Vorsprungs und der Kontaktfläche 26 des zweiten Vorsprungs. Analog zu der ersten Verstärkungsrippe 30 des ersten Randes tritt die Rippe 34 des zweiten Randes an einer Platte mit einer Rippe 34 des zweiten Randes einer anderen Platte eines benachbarten Plattenpaars in Kontakt, wenn der Wärmetauscher 22 zusammengesetzt wird.
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4 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht eines Kopfteilbereichs eines Wärmetauscherplattenpaars in Übereinstimmung mit der Anmeldung. Wie gezeigt, wird das Plattenpaar von einer ersten Platte 38 und einer zweiten Platte 40 gebildet, die in einer einander zugewandten Beziehung angeordnet sind. Die Umfangsrandbereiche 14 der zwei Platten (erste Platte 38 und zweite Platte 40) kommen in Kontakt, um einen ersten Fluidströmungskanal 42 zu begrenzen, der das Einströmen eines Fluid in den Einlass 20 zum Durchströmen durch das Plattenpaar ermöglicht. Typischerweise, wie einer Fachperson bekannt sein sollte, ist die erste Platte 38 identisch zu der zweiten Platte 40, obwohl in manchen Ausführungsbeispielen beide unterschiedlich ausgebildet sein können.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel, wie in 4 gezeigt, ist die Wärmetauscherplatte 2 mit Nippeln 44 versehen, die dazu helfen können, eine weitere strukturelle Abstützung für die Wärmetauscherplatte 2 vorzusehen. Die Anzahl, Position und Abmessung des Nippels 44 ist nicht besonders eingeschränkt und kann abhängig von Design-und Anwendungsanforderungen variieren. In einem Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise in 4 gezeigt, ist der Nippel 44 nahe dem Vorsprung (erster Vorsprung 16 oder zweiter Vorsprung 24) positioniert. In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie hier beschrieben, sind mehrere Nippel 44 vorgesehen.
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Die 5 und 6 zeigen Querschnittsansichten eines Kopfteilbereichs weiterer Ausführungsbeispiele von Wärmetauschern 22 in Übereinstimmung mit der Anmeldung. Der Wärmetauscher 22 ist mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherplatten 2 versehen. Jede Platte 2 des Plattenpaars ist in einer einander zugewandten Beziehung vorhanden, wobei die Plattenpaare zusammen den ersten Fluid Strömungskanal 42 begrenzen. Benachbarte Plattenpaare sind voneinander beabstandet und begrenzen einen zweiten Fluidströmungskanal 46 für eine Strömung eines zweiten Fluid, mit dem ein Wärmeaustausch stattfindet.
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Wie hier beschrieben, insbesondere in Bezug auf die 3 und 4, ist der Wärmetauscher 22 mit Wärmetauscherplattenpaaren 2 versehen, die eine erste Platte aufweisen, wobei der Umfangsrandbereich 14 der ersten Platte mit dem Umfangsrandbereich der zweiten Platte des Plattenpaars in Kontakt tritt. Die Wärmetauscherplatten 2 sind auch mit Verstärkungsrippen 30 versehen, die dabei helfen können, Festigkeit und Steifigkeit in dem Kopfteilbereich des Wärmetauschers 22 vorzusehen. Die Verstärkungsrippen 30 haben eine Verstärkungsrippenpassfläche 32, wobei die Verstärkungsrippenpassfläche 32 einer ersten Platte mit der Verstärkungsrippenpassfläche 32 einer zweiten Platte eines benachbarten Plattenpaars in Kontakt tritt, wie in den 5 und 6 gezeigt.
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Wie klarer in 5 gezeigt, sind Nippel 44 auch an dem mittleren planaren Bereich 4 vorgesehen. Ähnlich zu der Verstärkungsrippenpassfläche 32 treten die Nippel 44 einer ersten Platte mit Nippeln 44 einer zweiten Platte eines benachbarten Plattenpaars in Kontakt.
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In einem Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt, sind die Wärmetauscherplattenpaare mit einem Turbulizer 48 versehen. Obwohl die 5 und 6 nur einen in dem oberen Plattenpaar vorhandenen Turbulizer 48 zeigen, kann, wie von einer Fachperson erkannt werden sollte, eine Mehrzahl von Plattenpaaren mit dem Turbulizer 48 versehen sein oder alle Plattenpaare können mit dem Turbulizer 48 versehen sein. In Übereinstimmung mit einem hier offenbarten Ausführungsbeispiel wird durch das Design der Wärmetauscherplatte 2 und das Vorhandensein der Verstärkungsrippen 30 ermöglicht, dass der Turbulizer 48 sich über den ganzen Weg zu dem ersten Rand 6 (oder zweiten Rand 8) des Wärmetauscherplattenpaars erstreckt. Dies ermöglicht, dass der Turbulizer 48 zwischen dem Raum, der durch die Verstärkungsrippen 30 eines Plattenpaars begrenzt ist, vorhanden ist und auch die Innenfläche des Wärmetauscherplattenpaars kontaktiert, die sich unter Bildung des Umfangsrandbereichs 14 erstreckt.
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Der Wärmetauscher 22 weist auch eine Armatur 50 auf, die mit einer oberen Wärmetauscherplatte 2 gekoppelt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die obere Platte und/oder die Bodenplatte des Wärmetauschers eine flache Platte. In anderen Worten gesagt, eine Platte, ohne die hier offenbarten Verstärkungsrippen. Alternativ kann in einem anderen Ausführungsbeispiel die obere Platte und/oder die Bodenplatte des Wärmetauschers Verstärkungsrippen aufweisen, wie hier offenbart. Die Armatur 50 weist eine Öffnung 54 auf, die in Fluidverbindung mit dem Einlass 20 (oder Auslass 28) der oberen Wärmetauscherplatte 2 ist. In einem Ausführungsbeispiel, wie in den 5 und 6 gezeigt, hat die Armatur 50 einen Umfangsrandbereich, der mit der Verstärkungsrippe 30 der oberen Wärmetauscherplatte 2 in Eingriff tritt. Alternativ ist die Armatur 50 des Wärmetauschers 22 so konstruiert, dass die Verstärkungsrippen 30 innerhalb des Perimeters der Armatur 50 vorhanden sein kann; dies kann zu einer weiteren Verstärkung des Wärmetauschers 22 beitragen. In einem Ausführungsbeispiel, wie in den 5 und 6 gezeigt, überlagert der Umfangsrandbereich 52 der Armatur 50 die Verstärkungsrippen 30 an dem ersten Rand der Wärmetauscherplatten (mit oder ohne die flache Wärmetauscherplatte dazwischen). In einem anderen Ausführungsbeispiel überlagert der Umfangsrandbereich 52 der Armatur 50 die Verstärkungsrippen 30 an dem ersten Rand, dem dritten Rand und dem vierten Rand der Wärmetauscherplatten (mit oder ohne die flache Wärmetauscherplatte dazwischen).
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7 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht von oben eines Kopfteilbereichs eines Wärmetauschers ohne die obere Platte in Übereinstimmung mit einem hier offenbarten Ausführungsbeispiel. Wie gesehen werden kann, erstreckt sich der Turbulizer 48 über den gesamten Weg zu dem ersten Rand 6 des mittleren planaren Bereichs 4 der Wärmetauscherplatte 2. Darüber hinaus erstreckt sich der Turbulizer 48 auch zu dem zweiten Rand 8, dem dritten Rand 10 und dem vierten Rand 12 des mittleren planaren Bereichs 4 und kann nahe oder in Kontakt mit der Innenwand der Wärmetauscherplattenpaares sein, die sich zur Bildung des Umfangsrandbereichs 14 erstrecken. In einem besonderen Ausführungsbeispiel, wie in 7 gezeigt, hat der Turbulizer 48 eine Öffnung 56, wobei der Rand der Öffnung 56 allgemein mit dem Rand des ersten Vorsprungs ausgerichtet sein kann, der den Einlass 20 (oder Auslass) der Wärmetauscherplatte 2 begrenzt; somit kann Fluid durch den Einlass 20 strömen.
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8 zeigt Querschnittsseitenansichten von Kopfteilbereichen eines Ausführungsbeispiels eines (A) Wärmetauschers in Übereinstimmung mit der Anmeldung und (B) eines Wärmetauschers, der Unterlegscheiben zwischen Plattenpaaren aufweist. Der Wärmetauscher 22 (8A) ist ähnlich dem Wärmetauscher 22, der in 5 gezeigt ist. Wie in den 8A und 8B gezeigt ist, ist ein Turbulizer 48 in allen den Wärmetauscher 22 bildenden Plattenpaaren vorhanden. Weiterhin ist in dem in 8B gezeigten Ausführungsbeispiel eine Unterlegscheibe 58 zwischen Plattenpaaren vorgesehen, um weiterhin die Festigkeit des Kopfteilabschnittes des Wärmetauschers 22 zu verbessern. Der Wärmetauscher 22, der in 8A gezeigt ist, kann dazu beitragen, eine Verformung des Kopfteilbereiches analog zu dem Wärmetauscher (8B) mit der Unterlegscheibe zu verhindern. Jedoch kann, wie in 8 gezeigt, das Vorhandensein der Verstärkungsrippen 16 signifikant dazu beitragen, den Druck, der an den Umfangsrändern der der Plattenpaare nach dem Einlass und Auslass wahrgenommen wird, zu reduzieren. Wenn Fluid durch den Einlass der Armatur einströmt, wird der höchste Druck durch das obere Plattenpaar wahrgenommen, wobei der Druck, der von den Plattenpaaren wahrgenommen wird, abnimmt, wenn das Fluid nach unten in der Fluideinlasssammelleitung strömt. Wenn das unterste Plattenpaar mit einem Druck null zum Zwecke einer Referenz, wie in 8 A gezeigt, bezeichnet wird, hat der von dem oberen Plattenpaar des Wärmetauschers mit Verstärkungsrippen 16 wahrzunehmende Druck eine Größe von 0,5752 haben. Dahingegen liegt der Druck, der von dem oberen Plattenpaar des Wärmetauschers mit Unterlegscheiben (8B) wahrgenommen wird, zwischen 0 und 1,06. Somit kann das Vorhandensein der Verstärkungsrippen signifikant den Druck auf die Plattenpaare verringern und dazu beitragen, eine Verformung der Plattenpaare nahe der Einlasssammelleitung zu vermeiden.
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9 zeigt Aufsichten auf einen Bereich einer Wärmetauscherplatte, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Verstärkungsrippen 30 in Übereinstimmung mit der Anmeldung zeigen. In einem Ausführungsbeispiel, wie in den 9A bis 9D gezeigt, haben die Verstärkungsrippen 30 eine allgemeine U-förmige Struktur. In solchen Ausführungsbeispielen ist die Verstärkungsrippe 30 auch in Kontakt mit dem dritten Rand 10 und dem vierten Rand 12 der Wärmetauscherplatte 2. Somit erstreckt sich in einem Ausführungsbeispiel die erste Verstärkungsrippe 30 des ersten Randes auch von dem Umfangsrandbereichs 14 an dem dritten Rand zu dem mittleren planaren Bereich 4.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 9D gezeigt, kann die Verstärkungsrippe 30 entlang der Länge des ersten Randes 6 des mittleren planaren Bereichs 4 von dem dritten Rand 10 zu dem vierten Rand 12 gebildet sein. Alternativ kann die Verstärkungsrippe 30 eine Bogenform aufweisen, wie in 9F gezeigt, wobei sich die Rippe 30 von dem Umfangsrandbereich 14 nach innen zu dem mittleren planaren Bereich 4 erstreckt. In dem in 9F gezeigten Ausführungsbeispiel ist die konkave Seite der Rippe 30 zu dem Umfangsrandbereich 14 gerichtet, allerdings, wie anerkannt werden sollte, kann dies umgekehrt werden mit der konkaven Seite zu dem ersten Vorsprung gerichtet.
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Die Verstärkungsrippe 30 kann als eine einzige Rippe gebildet sein, wie in den 9A bis 9C und 9E, wie gezeigt. Alternativ ist die Verstärkungsrippe durch eine Mehrzahl von Rippenteilen gebildet, wie in den 9D und 9F gezeigt, die zusammen zur Bildung der Verstärkung funktionieren. Außerdem kann eine Verstärkungsrippe 30 auch an dem zweiten Rand 8 des mittleren planaren Bereichs 4 vorgesehen sein. Die Verstärkungsrippen 30 an dem ersten Rand 6 können gleich den Verstärkungsrippen 30 an dem zweiten Rand 8 sein oder unterschiedlich dazu sein.
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Der hier offenbarte Wärmetauscher trägt dazu bei, die vertikale Steifigkeit des Kopfteilbereichs zu erhöhen, wodurch dieser weniger empfänglich für eine vertikale Ausdehnung unter Druck ist, wobei weiterhin vermieden wird, Unterlegscheiben zu verwenden.
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Zusätzlich kann der ausgedehnte Turbulizer dazu beitragen, die ölseitige Steifheit der Kanäle zu erhöhen. Die Rippe kann dazu beitragen, die kühlmittelseitige Steifigkeit mit dem zusätzlichen Lötkontakt um den Umfang der Kernplatte unter der Armatur zu erhöhen, wobei das Zwangsmoment, das auf die Kernplattenblase aufgebracht wird, wenn die Bodenplatte durch den Öldruck nach unten gedrückt wird, eliminiert wird. Die Reaktionskraft der nach unten gerichteten Kraft des Öls wird nun nach oben über das Kopfteil zu der Armatur übertragen und die gesamte Wirkung liegt darin, die Verformung in dem Wärmetauscher (wie in 8 gezeigt) zu reduzieren und die Beanspruchung abzusenken.
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Ein anderer Nutzen dieses Designs liegt darin, dass es dazu beitragen kann, den ölseitigen Druckabfall zu reduzieren. Mit der von der Rippe vorgesehenen zusätzlichen Abstützung kann der Innendurchmesser (ID) der Kopfteilblase ebenso reduziert werden. Durch Anpassen dieses Durchmessers an den Armaturdurchmesser wird der Druckverlust eliminiert, der mit plötzlichen Änderungen des Querschnittsbereichs des Strömungsweges einhergeht. Daher können solche Wärmetauscher 22 auch einen niedrigeren ölseitigen Druckabfall haben als bei üblichen Designs nach dem Stand der Technik für eine gleiche Turbulizer-Konstruktion.
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Bestimmte Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele können durchgeführt werden. Daher sind die oben diskutierten Ausführungsbeispiele als demonstrativ und nicht restriktiv anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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| Nr. |
Beschreibung |
| 2. |
Wärmetauscherplatte |
| 4 |
mittlerer planarer Bereich |
| 6 |
erster Rand des mittleren planaren Bereichs |
| 8. |
zweiter Rand von 4 |
| 10 |
dritter Rand von 4 |
| 12 |
vierter Rand von 4 |
| 14 |
Umfangsrandbereich |
| 16 |
erster Vorsprung |
| 18 |
Kontaktfläche des ersten Vorsprungs |
| 20 |
Einlassöffnung |
| 22 |
Wärmetauscher |
| 24 |
zweiter Vorsprung |
| 26 |
Kontaktfläche des zweiten Vorsprungs |
| 28 |
Auslassöffnung |
| 30 |
Rippe |
| 32 |
erste Rippenpassfläche des ersten Randes |
| 34 |
erste Verstärkungsrippe des zweiten Randes |
| 36 |
erste Rippenpassfläche des zweiten Randes |
| 38 |
erste Platte |
| 40 |
zweite Platte |
| 42 |
Strömungskanal des ersten Fluids |
| 44 |
Nippel |
| 46 |
Strömungskanal des zweiten Fluids |
| 48 |
Turbulizer |
| 50 |
Armatur |
| 52 |
Umfangsrandbereich der Armatur |
| 54 |
Öffnung |
| 56 |
Öffnung |
| 58 |
Unterlegscheibe |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5794691 [0006]
- US 8678076 B2 [0007]
