DE1776042A1

DE1776042A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1776042A1
Application number: DE19681776042
Authority: DE
Inventors: D C Brown
Original assignee: Associated Engineering Ltd
Current assignee: Associated Engineering Ltd
Priority date: 1967-09-13
Filing date: 1968-09-10
Publication date: 1971-06-09
Also published as: US3521707A; SE380584B

Description

Patentanwälte" I 7 7 R η Λ 9

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. TH. WILCKEN · ' / D U H Z

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

30. August 1968 Cz/l

Anmelder: Associated Engineering Limited

Wärmeaustauscher

Die Erfindung "bezieht sich auf Wärmeaustauscher, insbesondere auf Kernaufbauten bzw. Innenaufbauten für Kühler von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen

Wärmeaustauscher, z.B. die Kerne bzw. Innenaufbauten von Kühlern für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, enthalten im allgemeinen eine Vielzahl von Durchgängen für das flüssige Kühlmittel, wobei die Durchgänge durch eine Vielzahl einzelner röhrenförmiger Durchgangswege oder Rohre gebildet werden, die in Reihen angeordnet sind und sich zwischen Rohrblechen erstrecken, welche die Endbehälter oder Tanks bilden, in die die gegenüberliegenden Enden der Rohre auslaufen. Die Rohre sind versehen oder in Kontakt mit KühlOberflächen, z, B. Rippen, zum Verteilen von Wärme, die auf die Rohre von der Flüssigkeit übertragen wird, welche durch die Rohre von einem Endtank zum anderen fließt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Wärmeaustauscherkernaufbau vorzusehen, der aus Metallfolie hergestellt sein kann, worunter tafelartiges Material mit einer Dicke bis zu angenähert 0,305 mm verstanden wird.

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* Üb·* (0451) 7 58 86, Privat. Dr. H. Wildwi, Curau (04505) 210 . Dlpl.-Inf. Th. Wllck.n, Ub»ck (0451) 40 81 84 Bonki Commirzbgnk A. G., FiI. LObidt, Xto.-Nr. W 0117 Poitidudci Hgmburfl 1381 1?

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Wärmeaustauscher eine ANzahl aus Metallfolie hergestellter Glieder umfaßt, die mit Abstand voneinander angeordnet sind, um das Durchströmen einer ersten Flüssigkeit dazwischen zu erlauben, daß ^edes Glied aus einer oder mehreeen blechähnlichen Metallfolieelementen gebildet ist, die so zusammengesetzt und verbunden sind, um einen oder mehrere Durchgänge zu bilden, durch die eine zweite Flüssigkeit strömen kann, und in denen der Zwischenraum zwischen den angrenzenden Gliedern Kühlflächen in Form von Rippen enthält, die sich im allgemeinen quer zu den Gliedern erstrecken und durch Bereiche eines Streifens aus Metallfolie gebildet sind, die mit den angrenzenden Gledern an zwischen den Bereichen liegenden Zonen verbunden sind, daß die Zonenteile des Streifens mit umfassen, die einen Bereich aufweisen, der sich im allgemeinen parallel zu der angrenzenden Oberfläche des Gliedes erstreckt, mit der der Teil verbunden ist, und daß die Rippen in Bezug zueinander derart geneigt sind, daß die einander angrenzenden Rippen, die sich von beiden Seiten der Zonen erstrecken, zueinander konvergieren.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die _# Rippen so geneigt sind, daß sie miteinander zu einem Eontakt konvergieren, wodurch die mit einem Glied in Berührung befindlichen Zonen tatsächlich die gesamte Oberfläche dieses Gliedes bedecken, mit der die Zonen verbunden sind. Auf diese Weise wird ein hoher wirksamer Wärmedurchgang zwischen den Wandungen der Glieder, durch die die zweite Flüssigkeit

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strömt,und den Rippen, über die die erste Flüssigkeit strömt, erhalten.

Gemäß einem weiteren Aufbau umfaßt jede Zone eine Reihe gegenseitig versetzter Teile, wobei diese wechselnden Teile in Bezug auf die längliche Ausdehnung der Rippen in gegenüberliegenden Richtungen versetzt angeordnet sind. Vorteilhaft weist jedes Teil eine im allgemeinen rechteckige Form auf, die der Oberfläche der Zonen ein allgemein finnenartiges Aussehen gibt, wobei die Oberfläche mit den Oberflächen derjenigen Glieder verbunden sind, zwischen denen die zweite Flüssigkeit strömt. Jede Rippe enthält daher zwei Reihen wechselnder gegenseitig versetzt angeordneter Bereiche. Vorteilhaft sind auch in dieser Konstruktion die Rippen so geneigt, daß sie zu einem Kontakt miteinander konvergieren, wodurch die gegenseitig versetzten Teile der aufeinanderfolgenden Zonen ineinander eingreifen, um eine tatsächlich ununterbrochene Oberfläche zu bilden, die mit den Gliedern verbunden ist.

Die Teile des Wärmeaustauschers sind vorzugsweise aus Aluminiumfolie hergestellt. Es wird betont, daß unter dem Ausdruck Aluminium auch Aluminiumlegierungen verstanden werden sollen.

Die Elemente, aus denen der Wärmeaustauscher besteht, können miteinander in jeder gewünschten Art verbunden sein, vorteilhaft können sie durch Klebemittel miteinander verbunden sein. Wenn es gewünscht wird, können die Elemente auch aus einer Metallfolie hergestellt sein, die mit einem Grund-

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überzug aus Klebstoff versehen 1st. Alternativ können die Elemente oder einige der Elemente auch durch Schweißung miteinander verbunden sein, z.Bl durch Elektronenstrahlschweißung, Plasmalichtbogenschweißung, durch Schweißen mit LiH£tstrahlen oder auch durch Takuumlötung.

Die Oberflächen der Rippen können mit Vertiefungen, Jalousierippen oder anderen Mitteln versehen sein, um ihre wärmeaustauschende Beziehung mit der Flüssigkeit zu vergrößern, die über die Rippen fließt.

Die gegenüberliegenden Enden der rohrartigen Durchgangswege, die durch die Glieder gebildet sind,können durch gelochte Rohrbleche hindurchverlaufen, die sich über die Enden des Aufbaus und die Enden derjenigen Rippen erstrecken, die mit der Oberfläche der Rohrbleche verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrer, in den anliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen teilweisen Schnitijauf einen Teil einer Ausführungsform eines Ktihlerkerne* gemäß der Erfindung,

P_Ag. 2 einen Querschnitt entlang der HnIe II-II in

Fig. 3 eine teilweise perspektivische Ansicht auf einen Teil einer Form eines Rippenaufbaus,

Fig.4a

u. 4b teilweise perspektivische Ansichten zweier weiterer Formen von rohrartigen Durchgangswegen,

Fig. 5 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Fertigungzustandes einer weiteren Ausführungsform des Rippenaufbaus,

Fig. 6 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Teiles des vollständigen Rippenaufbaus,

Fig. 7 ein seitlicher Teilschnitt eines Teiles eines Kühlerkernes, der den Rippenaufbau nach FIg,β enthält.

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In den Figuren 1 und 2 ist in einem seitlichen Schnitt ein Teil eines Kühlerkernes bzw. eines Kühlerinnenaufbaus gezeigt, der aus einer Vielzahl von rohrartigen Durchgangswegen besteht, die mit Abstandfvonelnander .Seite an Seite angeordnet sind, und jeder Durchgangsweg ist aus einem Paar Streifenelementen 2 aus Aluminiumfolie gebildet, die eine Dicke bis angenähert 0,305 mm , z.B. ungefähr 0,127 mm, aufweist. Jedes Element ist z.B. durch Walzen des Streifens hergestellt, um einen zentralen Kanal zu bilden, der mit Planschen 3 entlang seiner Seitenkanten versehen ist. Paare von Elementen sind mit den Anschlagflanschen, die miteinander verbunden sind, zusammengesetzt, um einen Durchgangsweg für eine Flüssigkeit zu bilden.

Zwischen den angrenzenden rohrartigen Durchgangswegen sind gewellte oder geriffelte Streifen 4 aus Metallfolie angeordnet, wobei gewisse Bereiche der Streifen 4 Rippen 5 bilden, die sich im allgemeinen quer zu den Gliedern erstrecken. Jeder Streifen ist mit der Oberfläche der Elemente 2 in Zonen 6 zwischen den Rippen 5 verbunden, wobei die Zonen sich im allgemeinen parallel zu der angrenzenden Oberfläche des Elementes erstrecken, mit dem die Zonen verbunden sind. Die Rippen sind in Bezug zueinander derart geneigt, daß die angrenzenden Rippen, die sich von beiden Seiten der Zone 6 erstrecken, an ihren anderen Enden zu einem Kontakt konvergieren bzw. zusammenlaufen, so·daß die Zone 6 tatsächlich die gesamte Oberfläche des Elementes 2 bedeckt,an dem die Zonen 6 befestigt sind. Auf diese Weise

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Auf diese Weise wird ein hoher wirksamer Wärmedurchgang von den Wandungen des Durchgangswege 1 zu den Rippen 5 erhalten. Für einige Anwendungen kann es jedoch ausreichend sein, wenn die Rippen zwar zueinander konvergieren,: aber nicht in Kontakt gelangen, wodurch die angrenzenden Zonen 6, die in Berührung mit den Elementen 2 sind, voneinander einen gewissen Abstand haben. Die Enden der rohrartigen Durchgangswege 1 verlaufen durch öffnungen hindurch die in Rohrblechen 8 eingesenkt sind, welche aus einer dicker bemessenen Aluminiumplatte bestehen, und zwar mit den Wandungen der Durchgangswege, die mit dem Hals 7 der öffnungen verbunden sind, und mit den Enden der meisten Rippen, die mit den angrenzenden Oberflächen der Rohrbleche verbunden sind. Kernendplatten 9 erstrecken sich zwischen den Rohrblechen und den gegenüberliegenden seitlichen Kanten des Kernes, und diese Kernendplatten sind ebenfalls aus einer dicker bemessenen Aluminiumplatte hergestellt und dienen dazu, die Ecken des Kernaufbaues gegen Beschädigung zu schützen. Die Kernendplatten sind an den Rohrblechen mittels Flanschen 10 befestigt.

Die verschiedenen Teile des Kühlerkernes, wie sie beschrieben sind, sind vorteilhaft durch Klebemittel zusammengesetzt, die vorzugsweise hitzebeständige Kleber sind. Die Aluminiumfolie und -platte, aus der der Kern gebildet ist, kann mit einem Grundüberzug aus Klebstoffen versehen sein, oder alternativ oder zusätzlich können Klebstoffe an den in Eingriff stehenden Oberflächen der einzelnen Teile angewendet

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werden, wenn sie zusammengesetzt sind.

Figur 3 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines der geriffelten Rippenaufbauten mit den Riffelungen, die teilweise nach außen offen sind und jalousieartige öffnungen 11 zeigen, welche in der Oberfläche der Rippen vorgesehen sein können, um die Wärmeaustauschleistung bzw. die Wämeaustauschwirksamkeit zu vergrößern.

Figur 4a zeigt eine abgeänderte Bauweise für die rohrartigen Durchgangswege, die zwei Kanalwände 12 und 14 aus Aluminiumfolie, wobei jede Kanalwand mit einem längeren Seitenflansch 13 versehen ist, der umgebogen ist, um den kürzeren Seitenflansch 17 der anderen Wand des Durchgangsweges zu umfassen, und der dann mit dem letzteren verbunden wird.

Figur 4 b zeigt eine weitere Bauweise des rohrartigen Durchgangsweges, der zwei flache Folienstreifen 15 umfaßt, die auf gegenüberliegenden Seiten von Distancstükken 16 aus Metall oder Kunststoff befestigt sind, die zwischen den Kanten der Streifen angeordnet sind.

Die verschiedenen Komponenten bzw. Teile des Kernes können durch einfache, mechanische Formungs- und/oder Einpressvorgänge fertiggestellt werden, welche leicht an die ununterbrochene Fertigung von Teilen für Massenherstellungszwecke angepaßt werden können. Insbesondere kann der Kern so hergestellt werden, daß zuerst Ünter-Montagegruppen gebildet werden, die aus einem geriffelten Rippenaufbau 4 . mit einem Streifen 2 bestehen, wobei die Streifen 2 mit je-

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der Seite des Aufbaus verbunden sind, und daß dann die Montageuntergruppen in einem Schacht oder einer Säule mit den Flanschen 3 des angrenzenden Elements 2 in eine anstoßende Lage gebracht und die Flansche 3 dann miteinander verbunden werden, um den Durchgangsweg 1 zu bilden.

Endtanks bzw. Endbehälter können an den Rohüblechen befestigt sein, um den Kühleraufbau zu vervollständigen, und können aus Metall hergestellt sein, z.B. Aluminium, oder sie können auch aus einem Kunststoff geformt sein.

Gemäß der Ausführungsformen der Figuren 5 und 6 besteht der Rippenaufbau aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von z.B. o,1o2 mm. Wie Fig. 5 zeigt, ist ein Folienstreifen 21 mit einer Reihe von Schlitzen 22 versehen und so quer zum Streifen gefaltet, um eine Reihe von im allgemeinen rechteckigen Rippen oder Streben 23 zu bilden, die wechselseitig versetzt Teile 24 entlang der Löngsausdehnung der Streben umfassen, wobei aufeinanderfolgende Teile in entgegengesetzten Richtungen versetzt angeordnet sind. Die Bereiche 25 bilden die Kühlrippen, und die Zonen 26 zwischen diesen Bereichen und gebildet durch die wechselseitig versetzten Teile sind die Oberflächen, die mit den Gliedern verbunden sind, durch die die zweite Flüssigkeit strömt, wie z.B. der Durchgangsweg 1 der Fig. 1 und 2. Die wechselseitig versetzten Teile 24 sind im allgemeinen von rechteckiger Form, wodurch der Oberfläche der Zonen 26 ein zinnenartiges Aussehen gegeben ist, wie gezeigt.

Fig. 6 zeigt den fertigen Rippenaufbau, wenn der Streifen 21, der so wie in Fig. 5 ausgebildet ist, zusamaengedrückt wird,

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so daß die angrenzenden Rippen 25» die sich von beiden Seiten der Zone 26 erstrecken, an ihrem anderen Ende zu einem Kontakt konvergieren. Das Zusammendrücken des geformten Streifens wirkt auf die zinnenartigen Teile 24 der angrenzenden Zonen 26 so, daß sie ineinander eingreifen, wie bei 27 gezeigt ist, um eine tatsächlich durchlaufende und ununterbrochene Oberfläche zu bilden, die mit den anderen Gliedern dee Wärmeaustauschers verbunden wird, so daß ein hoher wirksamer Wärmedurchgang erreicht wird.

Wegen des Äufbaus dieser Ausführungsform, die das Schlitzen und Falten des Streifenmaterials einschließt, um wechselseitig versetzte Teile zu erzeugen, umfaßt jede Rippenoberfläche entlang ihrer länglichen Erstreckung zwei Reihen wechselnder gegenseitig versetzter Bereiche, die in Bereiche der nächsten angrenzenden Rippe eingreifen, um einen jalousieartigen Gesamtrippenaufbau zu erzeugen.

Es ist klar, daß, wenn: es gewünscht wird, der geformte Streifen nach Fig. 5 nur zu einem solchen Ausmaß zusammengedrückt zu werden braucht, daß die Rippen 25, die sich von beiden Seiten der Zone 26 erstrecken, nicht miteinander zu

einem Kontakt konvergieren, in welchem Fall die zinnenartigen Teile 24 der Zonen 26 nur teilweise ineinander eingreifen.

Fig. 7 zeigt einen Teil eines Kühlerkernes, ähnlich dem der Fig. 1, bei dem aber ein Rippenaufbau nach Fig. 6 verwendet ist. Die röhrenartigen Flüssigkeitsdurchgangswege sind ebenfalls mit 1 bezeichnet und können jede der beschriebenen Formen aufweisen. Der Rippenaufbau ist mit den Bereichen 25 gezeigt, die die Rippen bilden, und die Zonen 26 sind mit

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den Wandungen 2 des Durchgangsweges 1 verbunden. Die Rohrendplatten sind bei 8 und die Kernendplatten sind bei 9 gezeigt; diese zwei Teile sind miteinander an den Planschen 10 verbunden.

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Claims

PATENTANWÄLTE DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. TH. WILCKEN 1776042 D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54 /71 Anmelder: Associated Engineering Limited "Wärmeaustauscher" Patentansprüche

1.) Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Anzahl aus Metallfolie hergestellter Glieder umfaßt, die mit Abstand voneinander angeordnet sind, um das Durchströmen einer ersten Flüssigkeit dazwischen zu erlauben, daß jedes Glied aus einer oder mehreren blechähnlichen Metallfolienelementen gebildet ist, die so zusammengesetzt und verbunden sind, um einen oder mehrere Durchgänge zu bilden, durch die eine zweite Flüssigkeit strömen kann und in denen der Zwischenraum zwischen den angrenzenden Gliedern Kühlflächen in Form von Rippen enthält, die sich im allgemeinen quer zu den Gliedern erstrecken und durch Bereiche eines Streifens aus Metallfolie gebildet sind, die mit den angrenzenden Gliedern an zwischen den Bereichen liegenden Zonen verbunden sind,. daß die Zonenleile des Streifens mit umfassen, die einen Bereich aufweisender sich im allgemeinen parallel zu der angrenzenden Oberfläche des Gliedes erstreckt, mit der der Teil verbunden ist, und daß die Rippen in Bezug zueinander derart geneigt sind, daß die einander angrenzenden Rippen, die sich von beiden Seiten der Zonen erstrecken, zueinander konvergieren.

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S Übet* (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. WJkkan, Curau (04505) »0 ■ DipL-taf. Ik WNdtwi, UbKlt (0451) 40 81 «4 Bank ι ComiMTzbank A. C, FH. LOb«*, Ho.-Nr. WOIV PMtMkMki Hamburg ISI If

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2. Wärmeaustauscher, nach Anspruch 1, dadursli net, daß die Rippen so geneigt sind_f daß §ie der zu einem Kontakt konvergieren, wodurch die mit einem Glied in Berührung befin41iGh.e$. $o,ne.n tf die gesamte Oberfläche dieses Gliedes, ^sj|.§Gj£eBj mit de;? die Zonen verbunden sind?

3, Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch. net,daß jede Zone ßine Reihe ge.genj3ei.Mg ¥§P§ß$%ißf Ie umfaßt, wobei diese wechseln4e8 ¥§|-J.g |.n Bs die längliche Ausdehnung der Rippen in den Richtungen versetzt angeordnet;

4. Wärmeaustauscher nac*?. Ayisprußh 3, daß jedeß Teil ßine im ^l^ge^ßinß weist, 4iß 4^er Oberfiäplie ein allgemein, Aussehen gibt, wobei dißße Ofee^flacJig mil derjenigen Glieiler Terfeuji4en ißt, taschen f|§a§fi #i-§ te Flüssigkeit ßtrpmt.

5. Wärmeaustauscher nach den Anßprüphen 3 PflPF 4? kennzeichnet, daß die Rippen-,sp geneigt ß|.ftd_? 4§ß sie einem Kontakt miteinander kpnvergiß^n, wp4uj?p& 4Ι-Θ seitig versetzten Tei^e der aufeinan4gFfp|.p?3L4§n einander eingreifen um eirie tatsächliph Oberfläche zu bilden, die mit den Glipile^ ¥pr|^un4e?|

6. Wärmeaußtauscher j^ach einßp pder mehreren, den Ansprüche 1^5? dft4urch
tallfolie eine Alunjiiiiumfpliß ißt

7. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch Klebemittel miteinander verbunden sind.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus Metallfolie bestehen, wobei die Folie einen Grundüberzug aus Klebemitteln aufweist.

9. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Rippen mit Vertiefungen, Jalousierippen oder anderen Mitteln versehen sind, um ihre wärmeaustauschende Oberfläche zu vergrößern.

10. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Enden der rohrartigen Durchgangswege, die durch die Glieder gebildet sind durch gelochte Rohrbleche hindurch verlaufen, die sich über die Enden des Aufbaus und die Enden derjenigen Rippen erstrecken, die mit der Oberfläche der Rohrbleche verbunden sind.

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