DE2250233A1

DE2250233A1 - Primaer-oberflaechenhitzeaustauscher und seine herstellung

Info

Publication number: DE2250233A1
Application number: DE2250233A
Authority: DE
Inventors: Leslie Charles Kun
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-10-15
Filing date: 1972-10-13
Publication date: 1973-04-19
Also published as: AU4772972A; DE2250233B2; FR2161913A1; SE404304B; JPS4847644A; DE2265349B2; GB1412444A; GB1412442A; AU464105B2; SE387155B; FR2161913B1; DE2265349A1; US3757856A; JPS5146293B2; ES211434Y; BR7207156D0; CA976953A; ES436532A1; ES211434U; IT966340B

Description

9. Oktober 1972 Gzs/mü

UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York,

N.Y.. 10017, USA

Primär-Oberflächenhitzeaustauscher und seine Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Plattsn-Hitzeaustäuschkanalelement aus dünnem Metall oder Kunststoff, und dessen Herstellung, der auf einem Teil seiner Oberfläche Isostress-Konturen aufweist, mit im wesentlichen gleichförmig angeordneten in eine Richtung weisenden wandstützenden Ansätzen.

Seit langer Zeit besteht in der Industrie ein Bedarf an billigen Hitzeaustauscherelementen von leichtem Gewicht für verschiedene Hitzeübertragungsamvend.ungen. Die AutomoiD.il-industrie hat fortlaufend nach einem kompakteTr,~~rm Gewicht leichten Radiator gesucht, um ihn bei der Kühlung des Ver™ brennungskraftmotors zu verwenden» Verschiedene Typen und Stilarten von Radiatoren wurden konstruiert, wie z.B. die einzeln mit Rippen versehenen runden Röhren, die hexagonalgeforrr-ten Luftröhren mit Wasserd-urcbführung zwischen den Röhren, und die flachen gedellten Viasserdurchlässe mit dazwischen liegendern Luxtdurchfluss. Die Motoren für Automobile vor dem Jahre 19'f2 waren so ausgeführt» dass sie zwischen 50 und 125 PS abgabe» und Radiatoren benötigten, die nahe

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beim atmesphärischen Druck arbeiteten. Ein Radiator mit einfach mittels Lötung verbundenen gerippten Kupferrohren reichte daher für die Maschinen mit niedriger PS-Leistung dieser Autos aus, ohne eine grössere Gefahr der überhitzung. Verschiedene Kupferradiatoren mit becherartigen oder kegelstumpf konischen Oberflächenerstreckungen wurden während dieser Zeit vor 19^2 konstruiert, aber die gerippten Kupferradiatoren erwiesen sich als erfolgreicher und geeigneter für Automobilanwendungen.

Nach dem Jahre 19A2 ging die Automobillndustrie jedoch dazu über, Motoren mit höheren Leistungen zu bauen, wobei gleichseitig versucht wurde, die Kompaktheit soweit wie möglich zu vergrössern. Diese doppelte Aufgabe, verbunden mit der Anwendung von verbesserten Schmiermitteln führten zu Verbrennungskraftmaschinen, die in der Lage waren, bei hohen zulässigen Temperaturen zu arbeiten. Um den hohen tfärmeaustauschanforderungen derartig kompakter Hochleistungsmaschinen zu genügen, und um einen Verlust von Kühlmittel zu vermeiden, wurden die Röhren-und Rippenkupferradiatoren zu ausgelegt, dass sie unter Druck arbeiten, um so die Kochtemperatur des Kühlmittels zu erhöhen. Jedoch wurden innerhalb de?:· letzten Jahre zusätzliche durch Leistung angetriebene Ausrüstungen, wie z.B. Klimaanlagen und dergleichen dem Automobil hinzugefügt, wodurch die Anforderungen an die Verbrennungskraftmaschine und infolgedessen auch an die Leistungsfähigkeit des H.itzeabweisungssystems weiter anstiegen. Dies macht es notwendig, moderne Radiatoren zu konstruieren, die bis zu Drücken von 1 kg/cm*" Üb sr druck (15 P&ig) arbeiten können, vn\ einen Verlust von Kühlmittel und überhitzung zu vermeiden. Die Betriebstemperatur des Automobilmotors wird voraussieht-

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lieh in naher Zukunft weiter steigen, wodurch ein Hitzeübertragungssystem notwendig wird, das mit vorhandenen Kühlmitteln unter noch höheren Druckbedingungen-arbeiten kann. Der bekannte gerippte Kupferradiator wird nicht zufriedenstellend bei einer angestiegenen Temperatur arbeiten, da wegen der weichen Verlötung bei hohen Temperaturen er nur niorige Belastungseigenschaften besitzt, wobei die Verlötung das Befestigungsmedium zwischen den Röhren und den Rippen des Radiators darstellt. Zusätzlich verursacht der

es
stetige Anstieg des Preis/ für Kupfer, dass aus ökonomischen Gründen Kupfer bei Radiatoranv/endungen kein bevorzugtes Material mehr ist.

Eine andere Lösung statt der herkömmlichen gerippten Kupferradiatoren für Hitzeübertragungsanwendungen beim Automobil besteht darin, die weichgelöteten Kupferrippen durch Aluininiumrippen zu ersetzen.'Obwohl Aluminium weniger teurer als Kupfer ist, ist das Schnielxverbinden von Alurainiumrippen mit Röhren eines herkömmlichen Radiators mittels Lötverfahren teuer. Hinzu kommt, dass, wenn ein korrodierendes Flussmittel verwendet v-ird, die von dem Salzbad des Lötverfahrens zurückgelassenen Ablagerungen auf umständliche Weise entfernt werden müssen. Andere Lötverfahren, z.B. Vakuumlöten, befinden sich noch im Experimentierzustand, und v/enn sie anwendungsreif sind, v/erden ihre Kosten vermutlich die Einsparungen überschreiten, die ansonsten bei Verwendung von Aluminium statt Kupfer für die Herstellung von Automobilradiatoren fewonner. würden. Andere Vorschläge wurden ebenfalls gemacht, wie z.B. die Anwendung von Klebverbindungen zwischen den RIpοen und Rohren des Radiators, Jedoch verhindert die niedrige thermische Leit.·-

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fähigkeit heutiger Kleber, dass dieser Lösungsversuch bei Radiatoranwendungen wirtschaftlich ist.

Bei Hitzeaustauscheranwendungen, die drucktragende Wände als Primär-Hitzeaustauscheroberflache aufweisen, ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass derartige Wände aus einem dünneren thermisch leitenden Material hergestellt werden, als es gegenwärtig für herkömmliche primäre Hitzeaustauscher notwendig ist. Um verhältnjsmässig dünne Blattmaterialien zu verwenden, müssen die Wände von herkömmlichen primären Hitzeaustauschern mittels zahlreicher Stützteile verstärkt werden, umjso die Belastung der Wände zu vermindern. Jedoch sind verstärkte Wände normalerweise nicht praktisch aus den folgenden Gründen:

a) Hohe Zugbeanspruchung wird in der Wand an dem Punkt erzeugt, an dem die Verstärkung angebracht ist;

b) Es wird eine beachtliche Menge von Material für die Verstärkungen benötigt, und bei Hitzeaustauschern tragen solche Verstärkungen nur indirekt, wenn überhaupt, zum Hitzeaustausch bei; und

c) Die zahlreichen Verstärkungen sind schwierig und aufwendig zu installieren, insbesondere bei Hitzeaustauschern, wo die Abstände zwischen den Wänden sehr klein und oft unzugänglich sind.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die obigen Nachteile, indem eine Hitzeaustauscheroberfläche mit Konturen gleichförmiger Zugbelastung geliefert wird, die bei Anlegen eines Differentialdruckes über der Wand zu einer im wesentlichen gleichförmigen Faserzugverteilung in der V/and führt. Diese gleichförmige Zugverteilung beseitigt im wesentlichen die Zugkonzentrationspunkte in der Wand eines Hitzeaustauscher-

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elementes, wodurch das Element aus ziemlich dünnen Blättern eines thermisch leitenden Materials hergestellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein kanalartiges Element für einen Allzweck-Primär-Oberflächenhitzeaustauscher, wobei zumindest ein Teil seiner Oberfläche Isostress-Konturen aufweist, mit im wesentlichen gleichförmig angeordneten in eine Richtung liegenden wandstützenden Auslenkungen. Das Hitzeaustauscherelement ist wirtschaftlich herzustellen, und wenn es in gestaptelten Einheiten angewendet wird, sind diese besonders gut geeignet als Hitzeaustauscher zur Verwendung für Verbrennungskraftmaschinen. -

Der erfindungsgem-ässe Primär-Oberflächenhitzeaustauscher besteht grundsätzlich aus zumindest einem Kanalelement, das gebildet unterbunden wird durch mindestens einem dünnwandigen, thermisch leitenden Metall oder Kunststoffmaterial, wobei dieses Kanalelement eine Eingangsöffnung, eine Ausgangsöffnung und eine Vielzahl von Isostress-Konturen auf einem Teil seiner Wandoberfläche aufweist, mit im wesentlichen gleichförmig angeordneten, in eine Richtung weisenden, wandstützenden Projektionen, die von der Wand in einer räumlichen Beziehung gebildet werden, die im folgenden genauer geschildert wird. Die wandstützenden Projektionen sind so angeordnet, dass sie gegen entsprechende wandstützende Projektionen einer gleichartigen angrenzenden Isostress-Wand passen und anliegen. Zumindest zwei solcher Kanäle bilden, wenn sie in gegenüberliegender Beziehung ausgerichtet sind, einen Hitzeaustauscher mit einem ersten Satz von Durchgängen, die innerhalb der leitenden Wände eines jeden Kanals gebildet und zusammengehalten werden, und aus einem zweiten Satz von Durchgängen, die von gegenüberliegenden Kanälen definiert und dazwischen angeordnet sind, so dass ein

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erstes Medium durch den einen Satz von Durchgängen hindurchgeführt werden kann, während ein zweites kälteres Medium durch den anderen Satz von Durchgängen hindurchgeführt werden kann, wodurch ein Hitzeaustausch zwischen den Medien bewirkt wird, ohne dass die Medien sich miteinander vermischen.

Der Ausdruck "Primär-Oberflächenhitzeaustauscher" bezieht sich auf Hitzeaustauscher, bei denen im wesentlichen alles Material, das Hitze zwischen den zwei Medien leitet, die Wandtrennung zwischen den zwei Medien ausmacht. Im Gegensatz dazu enthalten Sekundär-Cberflächenhitzeaustauscher eine wesentliche Menge von Material in der Form von Rippen, die die Medien nicht voneinander trennen, aber auf praktisch ihrer gesaraten Oberfläche von einem einzigen Medium berührt werden. Zusätzlich wird bei Hitzeaustauscheranwendungen, wo eine Druckdifferenz zwischen den zwei Medien des Systems vorhanden ist, im wesentlichen alles Hitzeaustauschermaterial pneumatisch belastet. Auf andere Art ausgedrückt, primäre Oberflächenhitzeaustauscher beziehen sich auf Hitzeaustauscher, die hauptsächlich aus Platten oder Blättern bestehen, und die keine weiteren oder getrennten inneren Teile aufweisen, wie z.B. Rippen oder Finnen, so dass der Austauscher aus Platten oder Blättern hergestellt wird, von denen Jede Seite im Kontakt mit einem unterschiedlichen Fluidum steht, und der Hitzeaustausch erfolgt im wesentlichen direkt zwischen den Platten und dem Fluidum.

Eine Isostress-Oberfläche ist eine ununterbrochen gebogene Oberfläche, die eine Vielzahl von Isoctr«5ss-Konturen (Kon-

au.f weist türen gleicher Zug- oder Druckbelastung)/, wobei jede Kontur eine Vielzahl von Radien aufweist, mit theoretisch keinen

'an

flachen Segmenten, und sie erinnert/die Kurvenkontur einer

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scherungsfreien "Seifenblasen" Membran. Der Mangel von flachen oder spitzen Oberflächensegmenten beseitigt im wesentlichen Stresskonzentrationspunkte, die bei herkömmlich gewellten Oberflächen auftreten, wenn diese Oberflächen einem Unterschiedsdruck über ihren Oberflächengebieten ausgesetzt werden. Infolgedessen wird eine im wesentlichen reine Zug- oder Druckbelastung erhalten, indem das erfindungsgemässe dünnwandige Isostress-konturierte-kanalisierte Element verwendet wird. Eine reine Zug- oder Druckbelastung einer drucktragenden Wand von endlicher Dicke führt zu einer im wesentlichen gleichförmigen Verteilung des Faserstress über die Querschnittsfläche der Wand parallel zu ihrer Oberfläche. Zum Zusammenstapeln oder Aneinanderlegen von zwei oder mehr Isostress-konturierten Wänden werden wandstützende in eine Richtung weisende Projektionen in einer vorausgerichteten Abstandsbeziehung auf der Oberfläche eines jeden Elementes angeordnet, so dass, wenn die Wände gegeneinander gelegt sind, die äusseren Extremitäten der Wandstützprojektionen, die im folgenden als Kröpfe bezeichnet werden, sich gegenseitig berühren. Mit bezug zu irgendeinem angrenzenden Paar von äruckwiderstehenden Wänden, wobei die Kröpfe von beiden Wänden sich nach innen erstrecken in den Raum zwischen den Wänden, heben sich die Kräfte aufgrund des interen oder externen Druckes auf die beiden Wände im wesentlichen auf, d.h., der befestigte Kontakt zwischen den Kröpfen hält durch Zug·oder Druck die gesamte Kraft aufgrund, des Druckes aus, und kein anderes Strukturteil wird benötigt, um die Last aufzunehmen. Daher wird die Druckkraft durch die Zurückhaltekraft aufgewogen, die innerhalb der zwei Wände erzeugt werden, ohne dass eine irgendeine andere externe Struktur benötigt wird.

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Mit bezug zu irgendeinem angrenzenden Paar von druckwiderstehenden Wänden, bei dem die Kröpfe von beiden Wänden sich nach aussen von dem Raum zwischen den Wänden erstrecken, wird der externe oder interne Druck des Wandpaares nicht ausbalanciert, und das externe Teil eines Wandpaares wird notwendig auf jeder freiliegenden Fläche des Paares, um die Last durch stützenden Kontakt mit den Kröpfen bei Zug oder Druck aufzunehmen. Daher wird innerhalb des Wandpaares keine Belastungskraft erzeugt, um der Druckkraft entgegenzuwirken. Bei einer Serie von gestapelten oder in einer Reihe angeordneten Wänden kann das externe Teil eine noch andere Isostresskonturierte Wand sein, mit Kröpfen, die die der gegenüberliegenden Wand des Paares entsprechen.

Mit bezug zu irgendeiner Serie, Stapel oder Reihe von Isostress-Konturen ist zu sagen, dass die druckwiderstehenden Wände, bei denen die Kröpfe der zv/ei äussersten Wände des Stapels nach innen zu dem Stapel zeigen, die Kräfte aufgrund des Druckes im wesentlichen durch den gesamten Stapel aufgehoben werden, dass kein anderes Strukturteil benötigt wird, um die Druckbelastung aufzunehmen, und. um die Wände davon abzuhalten., sich nach aussen von dem Stapel auszulenken.

Mit bezug zu irgendeiner Serie, Stapel oder Reihe von Isostress-konturierten, druckwiderstehenden Wänden, bei denen die Kröpfe der zwei äussersten Wände von dem Stapel nach aussen zeigen, ist zu sagen, dass die Kräfte aufgrund des Druckes nicht innerhalb des Stapels aufgenommen werden, und dass ein Strukturteil benötigt wird, das gegenüberliegend den Stüts.kontakt mit den Kröpfen einer ^jeden äussersten Wand benötigt werden, um die Druckbelastung aufzunehmen und den Stapel festzuhalten.

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Da der Isostress-konturierte Kanal als ein Priraär-Oberflächenhitzeaustauscherkanal konstruiert, ist, braucht sein Wandmaterial nicht hochleitend zu sein, und kann daher aus Metall» Metallegierung, Metallblech, Kunststoff (wie z.B. Mylar), kunststoffbeschichteten Metallen und dergleichen bestehen. Das Auswahlkriterium für das Material für den Hitzeaustauscherisostresskanal ist, dass es nur ausreichend thermisch leitend ist, so dass, wenn ein heisses Medium durch den Kanal geleitet wird, die Hitze des Mediums durch die Kanalwand zu einem kühleren Medium ausserhalb und angrenzend zu dem Kanal geleitet wird, dass die Hitze absorbieren und dabei eine Hitzeübertragung zwischen den Medien wirksam vollziehen&ann, ohne'dass die Medien sich miteinander mischen. Materialien, wie Aluminium, Kupfer, Stahl, Bronze, Titan und Mylar sind für diese Anwendung geeignet.

"Wesentlich gleichförmig angeordnete wandstützende Projektionen" soll eine ausreichend breite Bedeutung haben, um ein Muster von wandstützenden Projektionen zu umfassen, die eine fortschreitende Veränderung im Abstand entlang mindestens einer Achse des Hitzeaustauscherelementes aufweisen. Zusätzlich, wie im folgenden dargestellt, können zusätzliche wandstützende Projektionen entlang dem gebogenen Teil des Kanals vorgesehen sein, die einen Abstand aufweisen können, der unterschiedlich ist zu dem Abstand der wandstützenden Projektionen, die den zentralen Teil des Hitzeaustauscherelementes einnehmen.

Die Ausmaße und die Abstandsbeziehung zwischen den wandstützenden und sich erstreckenden Kröpfe auf der Isostress-konturierten Oberfläche sind etwas, eingeschränkt, abhängig von der Endverbrauchumgebung des Hitzeaustauscherkanals. Das Muster der

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wandstützenden sich erstreckenden Kröpfe kann quadratisch, rautenförmig, dreieckförmig oder eine andere Design-Konfiguration aufweisen, etwas abhängig von der tatsächlichen Form des Kanals und dem vorgesehenen Differenzdruck, dem die Wand des Kanals in der vorgesehenen Umgebung ausgesetzt wird. Um den Durchfluss-Widerstand möglichst klein und die Hitzeübertragungswirksamkeit eines jeden definierten Durchflussgebietes eines Hitzeaustauscherkanals möglichst gross zu machen, sollten die wandstützenden herausragenden Kröpfe von ausgewählter Form nur in solcher Grosse, Anzahl und Muster konstruiert und angeordnet werden, dass der notwendige Rückhalt gegenüber dem maximalen Differenzdruck, für den die Kanalwand in der geplanten Umgebung ausgelegt ist, widerstehen kann. Nachdem die gewünschte Grosse und das Muster der wandstützenden herausstehenden Kröpfe bestimmt sind, können die für.maximale Hitzeübertragung in einer geplanten Druckumgebung notwendige Isostress-konturierte Oberfläche der Oberfläche des dünnwandigen thermisch leitenden Schichtmaterials zusammen mit den wandstützenden herausstehenden Kropfkonturen mittels irgendwelcher herkömmlicher Verfahren eingebracht werden, wie z.B. Pressen, Ziehen, Rollen und dergleichen.

Ein thermisch leitendes, Isostress-konturiertes, mit wandstützenden Kröpfen versehenes so hergestelltes Blatt kann longitudinal auf sich selbst gefaltet werden, wobei die herausstehenden Kröpfe entweder nach innen oder aussen weisen, wobei die gefalteten Blattsegraente ausreichend voneinander entfernt sind, um zwischen sich einen Durchgang zu bilden. Wenn die

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Kröpfe in den Durchgang hinein weisen, sollten sie zu den Kröpfen passen und diene berühren, die sich von der gegenüberliegenden Wand nach innen erstrecken* Die Breite des so geformten Durchganges wird dabei von den Höhen der herausstehenden

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wandstützenden Kröpfe bestimmt. Da' Stresskonzentrationen im Biegegebiet der Schicht bei seiner geplanten Betriebsumgebung auftreten können, können zusätzliche wandstützende Projektionen in der Nähe dieses Gebietes angebracht werden, umso die Stressbelastungen über die gesamte Kanalstruktur gleichförmig zu machen. Die longitudinal zusammenpassenden Kanten des Blattes können dann in geeigneter Weise mittels herkömmlicher Verfahren abgedichtet werden, z.B. mittels Weich- und Hartlöten, mittels Schweissen oder mittels einer durch Klebstoff gefüllten Schliessaumverbindung, um die Verbindung leckdicht zu machen. Dieser Isotress-konturierte, in eine Richtung mit wandstützenden Kröpfen versehene Kanal ist dann verwendungsfertig als ein Hitzeaustauscherelement. Wenn ein Isostress-Kanal mit Kröpfen versehen wird, die sich nach innen erstrecken, und wenn ein innerer Druck vorgesehen ist, sollten die Kropfkontaktflächen innerhalb des Durchganges mittels herkömmlicher Einrichtungen verbunden werden, wie z.B. mittels ' Hart- und Weichlötens oder mittels eines Klebstoffes. Eine Reihe von Kanälen, die so mit den wandstützenden herausstehenden Kröpfen in berührender Beziehung gebildet ist, kann dann in geeigneter Weise zusammengebaut werden, um einen kompakten, effektiven Primär-Oberflächenhitzeaustauscher zu bilden. Wenn die wandstützenden herausragenden Kröpfe nach aussen stehen, können die Kanäle in Kropfberührbeziehung voneinander gelegt werden, wobei die Höhen der herausstehenden Kröpfe die Grosse des Durchganges zwischen angrenzenden Kanälen bestimmt. Wenn die wandstützenden herausstehenden Kröpfe nach innen weisen, müssen die Kanäle durch irgendwelche zusätzlichen Einrichtunggen im Abstand zueinander angeordnet v/erden, um so einen Durchtritt zwischen angrenzenden Kanälen zu ermöglichen. Ein unter Druck stehendes Medium, wie z.B. heissef» Wasser, könnte dann durch die Kanüle laufen, während ein Kuhlmedium, wie z.B. kalte

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Luft, zwischen der äusseren Oberfläche der Kanäle und den Kontakt dazu geleitet werden könnte, wobei eine Hitzeübertragung zwischen den Medien bewirkt würde. Das Isostresskonturierte, mit wandstützenden herausragenden Kröpfen versehene Blatt könnte auch zu einem kreisförmigen oder spiraligen Kanal geformt werden, oder zu irgendeinem fehlseitigen Kanal, in dem geeignete Biege- und/oder Faltverfahren verwendet werden. Die kanalisierten Hitzeaustauschelemente, die so gebildet werden, könnten auch in irgendeiner gebogenen Konfiguration geformt werden und fann aufeinander gestapelt werden, wobei definierte Durchführungen zwischen ihnen freibleiben, um einen Hitzeaustauscher von einfacher oder komplizierter Geometrie zu bilden, der mehrere umgrenzte kanalisierte Durchgänge aufweist, wobei mehrere getrennte Durchgänge von und zwischen den äusseren Oberflächen von angrenzenden kanalisierten Hitzeaustauscherelementen gebildet werden. Indem ein Medium durch die kanalisierten Durchgänge hindurchgeführt wird, während ein zweites Kühlmedium durch die von und zwischen den äusseren Oberflächen von angrenzenden iledienelementen gebildeten Durchgänge hindurchgeführt wird, wird ein wirksa-mer, grosser, Primär-Oberflächenhitzeaustausch erhalten. Bei einem Betrieb mit Querflusshitzeaustausch liefert der erfindungsgemässe Hitzeaustauscher eine niedrige vordere Oberfläche und einen nierigen externen Flüssigkeitsdruckabfall. Die Vorderfläche ist das Gebiet der Projektion der gesamten Reihe von Hitzeaustauscherkanälen auf eine Ebene, die normal zu der Richtung des Fluidumflusses durch die kanalisierten Passagen liegt. Ein niedriger externer Fluidumdruckabfall ist der statische Druckabfall über der Länge des Flussweges des externen Kühlmediums.

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Das Medium kann durch entsprechende Durchbrüche in einer gegenseitig parallelen Beziehung zugeführt werden, in einer senkrechten Beziehung oder irgendeinem Winkel dazwischen.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sov/ie aus der folgenden Beschreibung.

Es	zeigt:
Fig	. 1
Fig	. 2
Fig	. 2A
Fig	. 2B
Fig	. 3

eine Isostress-konturierte Oberfläche,

ein Isostressformgussgerät,

eine Ansicht entlang der Linie 2A-2A der Fig. 2_t

das Gerät der Fig. 2 bei Betrieb, unter Vakuum,

eine Log-Log-Grafik des Stress über der Oberflächenhöhe einer Iso&ress-konturierten Oberfläche bei einem Aluminiumblech von 0,18 mm (0,007 inch),

Fig. 3A eine Isostress-konturierte Oberfläche,

Fig. 4 eine Grafik des angelegten Druckes über der Oberflächenauslenkung für verschiedene kontur!erte Aluminiumoberflächen,

Fig.. 4A eine Kegel stumpf ober fläche,

Fig. 5 eine isometrische Ansicht eines Automobilradiators, der die erfindungsgemässen Hitzea.ustauscherelemente verwendet,

Fig. |?A eine Ansicht entlang der longitudinalen Kante des Hitzeaustäuscherelementes der Fig. 5,

Fig, 5B eine Seitenansicht des Elementes 1 der Fig. 5,

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Fig. 5C eine andere Ausführungsform des Elementes 1 der Fig.5,

Fig. 5D eine andere Ausführungsform der longitudinalen Kante des Elementes 1 der Fig. 5»

Fig. 6 eine isometrische Ansicht einer Reihe von Isostresskanälen mit nach aussen stehenden Kröpfen_f

Fig. 6A eine Querschnittsansicht der Kanäle in Fig. 6 entlang der Linie 6A-6A,

Fig. 6b eine Schnittansicht der Kanäle in Fig. 6 entlang der Linie 6B-6B,

Fig. 7 eine isometrische Ansicht einer Reihe von Isostre.sskanälen mit nach innen weisenden Kröpfen,

Fig. 7A eine Schnittansicht der Kanäle in Fig. 7 entlang der Linie 7A-7A.

Ein Isostress-konturiertes Oberflächenelement A ist in Fig. 1 gezeigt und erinnert an die Kontur einer scherungsfreien Seifenblasenmeicran. Die Form der Seifenblasenmembran wurde eng angenähert, indem ein dünner, flexibler, elastischer Film von gummiartigem Material verwendet wurde. Die Teile B wurden verwendet, um die Kanten des Quadratsegmentes A an einer horizontalen Ebene zu befestigen, die als die X-Y-Ebene definiert ist, während das Gebiet C, definiert als das Gebiet, das innerhalb des von dem B-Stützen umgrenzten Quadrates enthalten ist, einem hydrostastischen Druck ausgesetzt wurde, um eine Isostress-Kontur zu erzeugen, die eine Höhenausdehnung H aufwies, gemessen entlang der Z-Achse von der X~Y-Ebene am Koordinatenschnittpunkt von X=O und Y=O. Wenn man eine dünne Struktur, die eine Isostreas-Kontur aufweist, v/ie sie in Fig. gezeigt ist, einem Differenzdruck an ihren Wandgebiet C aus-

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setzt, führt dies zu einem Zuführen von im wesentlichen reinem Zug oder reinem Druck auf die Wand, frei von jeder Scherung-, oder Biegungskraft auf die Viand, d.h. es ergibt sich eine reine Zug-oder reine Druckbelästung in gleichförmiger Verteilung der Stressfasern in dem Querschnittsgebiet 1 der Wand A, parallel zu ihrem Oberflächengebiet C, wie von den Pfeilen in Fig. 1 angedeutet. Damit kann eine dünne Membran, die eine Isostress-Kontur aufweist, einem grösseren Differenzdruck ohne Deformierung oder ohne Bruch standhalten,als eine Membran ohne Isostress von gleicher Grosse und Dicke. Eine Isostress-kontu·-

rierte Wand kann hergestellt werden, indem die folgende Gleichung angewendet wird, die für eine ideale, scherungsfreie Seifenblasenmembran entwickelt wurde. Die Gleichung bezieht sich auf die extern angewendete Kraft ΔP und den inneren Widerstandtfauf die Kontur der Seifenblase, ausgedrückt mittels der Terme dZ/dX und dZ/dY, wie folgt:

(A)

d²Z

2 dZ dZ cTZ + dX dY dXdY

\ dX J (. dY J

3/2

1 + /dZ

wobeiΔΡ = Differenzdruck über der Membranwand der Oberfläche (z.B. in kg/cm^), .

O - Oberflächenspannung der identischen scherungsfreien Seifenblasenmembran (z.B. in kg/cm),

dZ/dX und dZ/dY sind die Teilableitungen der Oberflächenfuhktion Z (XjY) mit bezug zu den Koordinaten X und Y.

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Die vorstehende Gleichung A kann verwendet werden, um eine Isostress-konturierte Wand zu konstruieren, indem man <f> = St annimmt, wobei S der Faserstress ist, der in einem dünnen Material von endlicher Dicke t auftritt , wenn es einer pneumatischen Druckdifferenz AP über der Wand ausgesetzt wird. Die Lösung der Gleichung hängt von dem Definieren bekannter Bedingungen ab, die entlang den Grenzen eines typischen symmetrischen Segmentes eines kurvenförmigen Gebietes existieen, das innerhalb des sich wiederholenden Musters von Stützen enthalten ist, wobei ein solches typisches symmetrisches Segment so ausgewählt wird, dass seine Grenzbedingungen bekannt sind. Das Segment sollte so klein sein, wie es die Symmetrie erlaubt, um die Berechnung zu erleichtern. Es sollte bemerkt werden, dass die Gleichung A für jedes Muster von Stützen anwendbar ist solange das typische Symmetriesegment so ausgewählt wird, dass es dem spezifischen angewendeten Muster angemessen ist, so dass die Bedingungen an den Grenzen eines derartigen symmetrischen Segmentes bekannt sind. Im allgemeinen ist die Teilableitung der Normalen zu jeder Kante eines symmetrischen Segmentes mit bezug zu einer Achse senkrecht zur !Ebene, die die Stützpunkte enthält, Null. Dami"blst die Steigung an den Grenzkanten eines symmetrischen Segmentes mit bezug zu der Ebene, die die Stützen enthält, Null, was anzeigt, dass keine vertikale Kraftkomponente vorhanden ist.

Für ein quadratisches Muster der Stütze B, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist das kleinste typische symmetrische Segment des Gebietes A das Dreieck J, definiert von den Kanten E, F und G. Das Dreieck J ist ein symmetrisches Segment, da das Gebiet A acht derartige identische Dreiecke enthält. Die Kenntnis der Grenzbedingungen für das kleinste wiederholbare Segment eines Gebietes vereinfacht somit die Lösung der Gleichung

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A. Die Spitze des Dreiecks J, abgedeckt von der Stütze B, wird von dem symmetrischen Segment der Fläche ausgeschlossen. Entlang den Kanten E, F und G ist die Teilableitung von Z (X,Y) mit bezug zur Normalen zu diesen Kanten Null; d.h., dZ/dN = O, wobei N irgendeine Linie ist, die parallel zur Bezugsebene X-Y liegt, und senkrecht zu den Kanten E, F und G des Dreiecks J.

Wenn man nun den Grossen D, H und d für eine besondere Anwendung Grossen zuschreibt, kann ein Wert für-^- erhalten werden, Wenn man sich die Annahme in Erinnerung ruft, dass 6- St ist, kann der Konstruktur für zwei der Ausdrücke AP» S und t auswählen und den anderen Wert berechnen. Z.B. wu-rde eine quadratische, Isostress-konturierte Aluminiumwand genommen, die eine Dicke von 0,23 mm (0,009 inch), sine Ausdehnung H von 0,76 mm (0,030 inch) im Mittelpunkt, eine Dimension D von 10,2 mm (0,4 inch) und einen Dimensionsradius B einer'Stütze von 1,52 mm (0,060 inch) aufwies, wobei die Berechnung ergab-,

ρ Ο

dass eine Faserbelastung S von 280 kg/cm (4000 lb/in ) sich

"> ρ

ergab, wenn eine Druckdifferenz von 1,76 kg/cm (25 lb/in ) angewendet wurde.

Alternativ können den Grossen ,/\P, S und t Werte zugewiesen werden, und eine Lösung für H als Ausdruck von D erhalten werden. Dies ermöglicht dem Konstrukteur, zwischen zahlreichen Wertesätzen von D und H zu wählen, um den Flüssigkeitsfluss und den Hitzetransportanforderungen zu genügen.

Eine noch andere Anwendung der Gleichung liegt darin, die Oberflächenkonturen aufzuzeichnen. Man nehme an, dass die Randbedingungen festgelegt wurden, und dass Vierte für AP, S, t, D

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und H festgelegt worden sind. Die Gleichung kann dann für eine Reihe von X, Y- Werten gelöst werden, um entsprechende Werte von Z zu erhalten. Dies liefert eine Liste von Koordinaten an zahlreichen Punkten auf der Oberfläche, die z.B. verwendet werden können, um eine Gussform zu erzeugen.

Kegelstumpfartig eingedrückte Oberflächen, wie sie in Fig. 4Λ gezeigt sind, könnten, wenn sie von dem gleichen Material mit der gleichen Dicke und Grosse wie das obige 10, 2 mm quadratische Isostress-konturierte Wandsegment hergestellt würde, nicht unter einem Differenzdruck von 1,76 kg/cm gleich gut wie die Isostrensoberfläche arbeiten und würde empfindlicher sein gegenüber vorsagen aufgrund von Ermüdungsbelastung, wobei die Ermüdungsbelastung die wechselnde Belastung und Entlastmg einer Struktur darstellt. Ein dünnwandiges thermisch leitendes Material, wie z.B. Aluminium mit einer Dicke von weniger als 0,51 mm (0,02 inch), das mit einer Isostress-konturierten Oberfläche mittels vandstützenden, in eine Richtung weisenden Projektionen versehen ist und dann in eine kanalisierte Struktur geformt wurde, wird ein Hitzeaustauschereleraent erzeugt, das besonders günstig für verschiedene HjLtzeubertragungonwendungen geeignet ist, wie z.B. Radiatoren für Verbrennungskraftmaschinen.

Elin Verfahren für die Herstellung von Formen, die eine Isostress-konturierte Oberfläche aufweisen, mit im Abstand angeordneten wandstützenden, in eine Richtung weisenden Projektionen zur Verwendung bei der Herstellung von Hitzeaustauscherelementen, würde grundsätzlich daraus bestehen, einen Block herzustellen der auf seiner Oberfläche vielfache vertikale Projektionsstützen aufweist, die ein Muster bilden und, dimenslonsmässig so gross gewählt sind, dass sie mit dem Muster und

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der Grosse der wandstützenden Projektionen koorelieren, die auf einer Isostress-konturierten Oberfläche gewünscht werden. Nach oben sich erstreckende Seiten sind um die Kanten des Blockes herum vorgesehen, um damit einen Einschnitt oder eine Höhlung zu bilden, die die vertikalen Stützen enthält. Die Höhlung könnte mit einer Druckerzeugungseinrichtung verbunden werden, so dass, wenn ein flexibles Material unter Zug auf der Oberseite der Höhlung befestigt wird und ebenfalls von den vertikalen herausstehenden Stützen berührt und gehalten wird, die Druckeinrichtung betätigt werden kann, um die nicht gestützten Teile des flexiblen Materials in die Höhlung"zu drücken, während die vertikalen herausstellenden Stützen eine Auslenkung des gestützten Teiles des flexiblen Materials verhindern, wodurch das flexible Material veranlasst wird , eine Isostress-Kontur anzunehmen, die wandstützende Projektionen aufweist. Danach kann ein Formsetzmaterial auf dem flexiblen Material aufgelagert werden, und wenn dieses Material in geeigneter Weise behandelt und gehärtet wird, kann die Druckeinrichtung abgeschaltet werden. Das gehärtete Material mit der Isostress-konturierten Oberfläche und mit im wesentlichen gleichförmig angeordneten, in eine Richtung weisenden wandstützenden Projektionen ist dann fertig, um als Form zur Herstellung von Isostress-konturierten Hitzeaustauscherelementen gemäss der Erfindung verwendet zu werden.

Im folgenden wird eine Illustration dieses Verfahrens zur Herstellung der Form in Verbindung mit Fig. 2, 2A und 2B beschrieben. Ein Druckblock 21 besitzt Öffnungen 22, die mit der Durchführung 23 verbunden sind, die wiederum mit der Vakuumpumpe 24 verbunden ist, ausserdem mit dem Entlüftungsventil 25 und dem Monötaeter 32. Die Projektionen 26, die im Abstand angeordnet sind, um das gewünschte Muster einer Iso-, stress-konturierten Oberfläche zu liefern, erstrecken sich

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über eine Entfernung von der Oberfläche 33, die die maximale Höhe H der gewünschten Isostress-konturierten Oberfläche überschreitet, wie in Fig. 1 illustriert, wobei diese Höhe H vertikal von einer horizontalen Ebene gemessen ist, die die Gebiete enthält, die unter den Stiitzteilen B befestigt sind, bis zu der Spitze der Kurvenoberfläche, die an den diagonalen Schnittpunkt der Oberfläche C entlang der Z-Achse angeordnet ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Rahmen 27 ist an der Peripherie des Druckblocks 21 befestigt, wobei Schrauberieinrichtungen 28 verwendet werden, und erstrecken sich über den Umfang des Druckblockes 21 um einen Betrag, der im wesentlichen gleich ist der Höhe der Projektionen 26. Eine flexible Membran 29, wie natürlicher oder synthetischer Gummi, wird unter Zug auf den Rahmen 27 gespannt und mittels Halteeinrichtungen od.dgl. (nicht gezeigt) befestigt. Vorzugsweise ruht die flexible Membran 29 auf der Oberseite der Projektionen 26. Ein zweiter Rahmen 30, der im wesentlichen gleich ist zum Rahmen 27, wird oberhalb des Rahmens 27 angeordnet und am Rahmen 27 an seinen Ecken und/ oder um den^esamten Rahmen an vorgewählten Abständen mittels Schraubeneinrichtungen 31 befestigt.

Wenn die flexible Membran 29 luftdicht am Druckblock 21 mittels der Rahmen 27 und 30 befestigt ist, wird die Vakuumpumpe 24 eingeschaltet, woraufhin die flexible Membran 29 in die Öffnungen 35 zwischen den Projektionen 26 eingesaugt wird, wie in B'ig. 2B gezeigt. Mittels Steuerung des von der Vakuumpumpe 24 und am Monometer 32 angezeigten Druckes über das Entlüftungsventil 25 kann eine Isostress-Kontur der flexiblen Membran 29 zwischen den Projektionen 26 aufgedrückt werden. Die Projektion 26 sollte von ausreichender Höhe sein, um zu verhindern, dass die flexible Membran 29 bei Berührung der Oberfläche 33

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der Öffnungen 35 sich deformieren. Beim Erhalten der gewünsch-r ten I sostress-Kontur in der Membran 29 für eine besondere geplante Endverbraucheranwendung wird ein Formsetzmaterial 34, wie z.B. Epoxydharze, Kunststoffe, Beton, Zement od.dgl. in den Rahmen 30 abgelagert, wo es von der flexiblen Membran 29 gehalten wird. Das Formsetzmaterial 34 kann dann aushärten. Die horizontale Oberfläche 36 der Projektionen 26 drücken dor flexiblen Membran 29 und damit dem Formsetzmaterial 34 nach innen reichende Projektionen 37 auf, die jeweils ein horizontales Kröpfsegrnent 38 aufweisen. Obwohl dieses horizontale Kröpfsegment 38 einer jeden einwärts springenden Projektion 37 flach gezeigt ist, kann es auch gebogen, wellig oder in geeigneter Weise gerillt sein, solange es so geformt ist, dass es mit den anderen KröpfSegmenten zusammenpasst, die sich auf ähnlichen Projektionen befinden, die im Abstand auf einer zusammenarbeitenden Isostress-konturierten Oberfläche angeordnet sind, so dass, wenn die Oberflächen zu Kanälen geformt werden, sie gestapelt werden können, um eine Vielkanalstruktur zu bilden. Danach wird die Vakuumpumpe 24 abgeschaltet, der Rahmen 30 auseinandergenommen und das ausgehärtete Formsetzmaterial 34 entfernt. Die Isostress-konturierte Oberfläche mit den Wand-. Stützprojektionen 37 kann dann als eine Mutterform für die Herstellung einer Form verwertet werden, oder sie kann in geeigneter Weise als eine Pressform verwendet werden, mit oder ohne geeignete Formgussbeschichtung. Die vielkurvigen Isostressformen, die dadurch hergestellt werden, können dann verwendet werden, unter Anwendung herkömmlicher Verfahren, um Isostress-konturierte Oberflächen mit wandstützenden, in eine Richtung weisenden Projektionen aus dünnem Blattmaterial herzustellen. Diese Blätter können dann wie oben beschrieben verarbeitet werden, um ein in gewünschter Weise geformtes Hitzeaustauscherelement zu erhalten, das, wenn es zu strukturell

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gleichen oder strukturell unterschiedlichen Hitzeaustauscherelementen zusammengebaut ist, einenPrimär-Oberflächenhitzeaustauscher erzeugt, der ausgezeichnete Hitzeübertragungseigenschaften besitzt.

Obwohl hier bezug genommen wird zu den erfindungsgemässen Hitzeaustauücherelementen, die eine Isostress-konturierte Oberfläche haben, ist es selbstverständlich, dass die Fabrikationsverfahren, es verhindern, dass eine genaue scherfreie Isostress-konturierte Oberfläche einem Material aufgedrückt wird, das eine begrenzte Dicke aufweist. Selbst das flexibelste und elastischste Material wirkt nicht genau wie eine ideale Seifenblasenmenbran. Die Dicke bewirkt notwendigerweise, dass einige minimale Scher- und Biegebelastungen vorhanden sind, die Abweichungen von der idealen Kontur ergeben. Derartige Abweichungen treten nicht nur bei dem elastischen Material auf, das zur Herstellung dar Form verwendet wird, wie in Fig. 2, sondern auch bei den Wandmaterialien, die nachfolgend von der Form gebildet werden. Weiterhin verursacht das Gewicht des Formsetzmaterials, das auf einen pneumatisch geformten Film gegossen v/ird, andere Abweichungen von einer idealen Kontur. Zusätzlich verhindert das "elastische Gedächtnis" oder die Rückfedereigenschaften von vielen thermisch leitenden Wandmaterialien, dass sie die wahren scherungsfreien .Isostress-Konturen annehmen, die ihren Oberflächen aufgepresst werden. Schliesslich erzeugt die Druckdifferenz ^P, die während des Betriebes über der Wand liegt, Abweichungen der Wand von der so gebildeten Kontur. Wenn auch einige Abweichungen andere aufheben, so ist doch das Nettoergebnis gewöhnlich eine,leichte Abweichung der Spitzenhöhe H von dem Wert, der filr die Auslegung der Oberfläche angenommen wurde. Bei Anwendungen mit gleichförmigem Druck führt die Nettoabweichung der Höhe ge-

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wohnlich zu einem geringeren Wert von H, als er bei der Konstruktion angenommen wurde. Um daher diese Abweichung zu kompensieren, könnte ein etwas höherer Wert von H für die Konstruktionszwecke angenommen werden.

Die oben angegebene Gleichung für die Isostress-Kontur berücksichtigt nicht die Ablenkung der Wand unter Betriebsdruck, das Zurückfedern des Materials, wenn es mit einer Form geformt wird, oder die Auslenkung der Gussform aufgrund des Gewichts des formsetzenden Materials. Nachdem eine Isostress-Wand geformt wurde, kann ihre Wirkungsweise mittels der vorangehenden Gleichung geprüft werden. Die tatsächliche Messung von H kann vorgenommen werden, wenn die Wand unter den Betriebsdruckunterschied AP steht, und dieser Wert kann in der Gleichung verwendet werden, um den tatsächlichen Faserstress S unter der Belastung /jiP zu berechnen. Es wird dann bekannt sein, ob der maximal zulässige Stress überschritten wird, und ob.die Abweichungen tolerierbar oder zu hoch sind.

Wenn der tatsächliche Stress mit den Abweichungen als zu hoch angesehen wird, kann die Konstruktion der Wand definiert und verbessert werden« Z.B. wird eine tatsächliche Messung der Oberfläche die Nettoabweichung von H von der idealen, angenommenen Dimension in der ursprünglichen Konstruktion zeigen« Eine Anpassung von H kann nun vorgenommen werden, so dass, wenn eine neue Wand gebildet wird, wobei die angepasste Dimension verwendet wird, bei Betriebsdruck die Oberflächenkontur die der idealen Seifenblasenmembran fast exakt wiedergibt. Auf diese Weise kann die Konstruktion und die Herstellung der Wand optimal gemacht werden. Daher soll in der Erfindung eine Isostress-konturierte Oberfläche eine im wesentlichen Isostress-

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konturierte Oberfläche bedeuten, die Herstellungsabweichungen erlaubt aufgrund der prinzipiell endlichen Materialdicke, der Materialeigenschaften und der Fabrikationsverfahren.

Für allgemeine Hitzeaustauscheranwendungen ist eine Isostresskonturierte Oberfläche, wie sie in Fig. 3A dargestellt ist, gut verwendbar, wenn sie einen wiederholbaren Wandstützprojektionsabstand D von etwa 5 bis 64 mm (0,2 bis 2,5 inch), ein D/, Verhältnis von ungefähr 3 bis 10-, ein H/^ Verhältnis von ungefähr 0,05 bis 0,2, und eine Blatt- oder Wanddicke von ungefähr 0,08 bis 6,4 mm (0,003 bis 0,25 inch) aufweist. Wie oben benutzt und in Fig. 1 und 3A gezeigt, gleicht H der maximalen Höhe, gemessen in senkrechter Richtung von einer Oberfläche, die die Extremitäten der Wandstützprojektionen enthält (X-Y-Ebene) bis zur innersten Stütze der Isostress-Oberfläche des Elementes (entlang der Z-Achse), D gleicht dem Abstand zv/isehen dem Zentrum der nächsten angrenzenden Wandstützprojektionen auf der Oberfläche des Elementes und d ist der äquivalente Durchmesser der Projektion, definiert von dem Verhältnis 4a/ , wobei a der Fläche des lasttragenden Elementes (Kröpfung) der wandstützenden Projektion und ρ dem Umfang des lastiragenden Segmentes gleicht. Wenn die Konfiguration des lasttragenden Segmentes ein Kreis ist, ist d gleich dem Durchmesser dieses Kreises, wie es in Fig. 1 und 3A gezeigt ist. Das lasttragende Segment ist so geformt, dass es bei Berührung mit gleichartigen laßttragenden Segmenten auf wandstützenden Projektionen einer zweiten Hitzeaustauscherwand zusammenpasst.

Die Begrenzimg des Abstandes D ist erforderlich, da ein Abstand von weniger als 5 mm (0,2 inch) zu sehr kleinen hydraulischen Radien auf der konkaven Seite der Isostresswand führt, wodurch es sehr empfindlich wird für Störungen, d.h., das Einfangen

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von fremdem Material zwischen angrenzenden Wänden, das, wenn es übermässig auftritt, die Durchlässe für eines der fluiden Medien verstopfen würde. Es würde sich auch ein hoher externer Fluidumdruckabfall pro Längeneinheit Fluidumflüssigkeitsweg ergeben. Ein Abstand D über 6,4 cm (2,5 inch) würde zu einer kleinen Hitzeaustauscherfläche pro Kubikeinheit-Hitzeaustauschervolumen führen» was zu übermässigen Herstellungskosten und verminderter Wirksamkeit führt. Ausserdem würde die Fähigkeit des Materials vermindert, einem Differenzdruck über der Wanddicke zu widerstehen.

Für ein D/-, Verhältnis von weniger als drei würde der. zulässige Differenzdf-ruck über der Wand eines kanalisierten Hitzeaustauscherelementes heraufgehen, aber ein sehr grosser Prozentsatz des Oberflächengebietes würde für Hitzeaustauscherzwecke verlorengehen. Wenn auf. der anderen Seite ein D/·, Verhältnis von grosser als zehn gewählt würde, würde dies enge Herstellungstoleranzen erfordern, um sicherzustellen, dass die Tragsegmente von aneinanderliegenden Isostresswänden zusammen passen, und es würde auch die Last lokalisieren und konzentrieren am Kontaktpunkt der Lastsegmente, wodurch Stresse erzeugt werden, die ausreichen, um einen Riss oder eine übermassige Defoliation der Isosisresswände zu erzeugen.

Ein H/p Verhältnis von kleiner als 0,5 würde zu einer Isostressoberfläche führen, die sehr kleine Ii3'draulische Radien auf der konkaven Seite aufweist, wobei eine fast flache Oberfläche langsam erreicht würde, woraufhin der Vorteil der Isostress-Kontur verschwinden würde. Ein Hitzeaustauscher, der aus Isostresskanälen zusammengesetzt ist, dia ein derartiges kleines Verhältnis aufweisen, würde ebenfalls empfindlich gegen

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Betriebsstörungen sein und einen hohen externen Fluidumdruckabfall pro Längeneinheit-Fluidumflussweg aufweisen, Bei einem H/_D Verhältnis von grosser als 0,2 würde sich ein kleines Hitzeaustauschergebiet pro Raumeinheit von Hitzeaustauschervolumen ergeben, was zu Ubermässigen Herstellungskosten und verminderter Wirksamkeit führt.

Eine Materialdicke von weniger als 0,08 mm (0,003 inch) würde unzweckmässig sein aufgrund von örtlichen Fehlern in dem Metall, die während des Rollens oder als ein Ergebnis von Pitting (Korrosion)oder Erosion entstehen. Eine Materialdicke von über 6,4 mm (0,25 inch) ist für diese Erfindung nicht geeignet, wenn die festgesetzten Grenzen von D, H und d verwendet werden, da die volle oder nahezu volle Verwendung der Materialfestigke.il: extrem hohe Druckdifferenzen bedeuten. AusfUhrungsformen, bei denen die Druckkräfte innerhalb des Kanals nicht ausbalanciert sind, erfordern massive externe Strukturen, um die Lasten zu absorbieren, während kraftausbalancierte Ausführungsformen, bei denen die wandstutzenden Projektionen zusammengebunden sind und auch zugbelastet werden, würden durch starke Stresskonzentrationen in diesem gebundenen Gebiet gekennzeichnet sein.

Um die besonderen Hitzeaustauscheranforderungen für Radiatoren von Verbrenrmngskraftmaschinen zu erfüllen, würden die zulässigen Grenzen, die oben angegeben wurden, auf die folgenden verengt 'werden: eine wMerholbare Entfernung D von ungefähr 5 bis 1i? ram (0,2 bis 0,6 inch), ein D/, Verhältnis von ungefähr 3 bis 7; ein H/_D Verhältnis von ungefähr 0,05 bis 0,12; und eine Blatt- oder Wanddicke von ungefähr 0,08 bis 0,5 Km (0,002 bis 0,02 inch). Die vorzugsv/eisen Ausmaße einer Isostre;;skontur!erten Oberfläche für Automobi'Lradiatoranwendungen sind die folgenden: Wiederbolbares D von ungefähr 10 mm (0,4 inch),

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BAD ORIGINAL

eine Höhe H von ungefähr 0,9 mm (0,035 inch), eine Kopfdimensionsbreite d von ungefähr 2,3 mm (0,09 inch), ein D/_d Verhältnis von ungefähr 4,8, ein H/^ Verhältnis von ungefähr 0,08 und eine Blatt- oder Wanddicke von ungefähr 0,2 ram (0,008 inch).

Zur Illustration dieser Erfindung ist ein folgendes Beispiel auf die Herstellung eines Automobilradiators gerichtet, wobei die oben beschriebenen Primär-Oberflächenhitzeaustauscherelemente verwendet werden. Eine Log-Log-Grafik von Stress gegen Höhe H (das gleiche wie H in Fig. 1) einer Iso-stress-konturierten Oberfläche, die gleichförmig im Abstand angordnete Wandstützpronektionen in einem quadratischen Muster,auf einem

weist, wurde Aluminiumblech von 0,18 mm (.0,007 inch) Stärke auf~/mit Hilfe eines Computers aufgezeichnet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Wiederholbare Wandstützprojektionsabstände D von 5» 10 und 20 mm (0,2, 0,4 und 0,8 inch), gemessen zwischen den nächstbenachbarten herausstehenden Stützen, wie in Fig. 3A illustriert, erzeugten drei parallele Linien, wie in Fig. 3 gezeigt. Unter der Annahme einer maximal zulässigen Querschnittsflächenbelastung für die Aluminiumschicht zwischen etwa 140 kg/cm und 316 kg/cm (2000 bis 4500 psi) als geplanter Betriebsdruck, und bei einer angenommenen Wandstützprojektionshöhe H von ungefähr 0,64 bis 1 mm (0,025 bis 0,4 inch), ergab sich eine Isostress-konturierte Oberfläche mit einem wiederholbaren Abstand von D zwischen angrenzenden herausstellenden Stützen von ungefähr 7,6 bis 5»2 ram (0,3 bis 0,6 inch) als am besten geeignet für Hitzeaustauscheranvendungen, wie beispielsweise für Automobilradiatoren. Diese Bereiche von dem Abstand D und der. Projektionshöhe H, in der Grafik von Fiß. 3 durch Querlinien, angedeutet, sind repräsentativ für Legierungen auf Aluminiumbasis, \vie z.B. Bauart 1100 und -3003* belastet mit einem ver~ hältnismässig niedrigen Pegel, d.h. mit einera hohen Sicher-

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heitsfaktor. Basierend auf derartigen Stresshöhen, kann die mit Querlinien versehene Fläche als eine Führung für die Herstellung von vielfach gebogenen Isostress-konturierten Oberfläche bei einem dünnwandigen Aluminiumblech dienen, das, bei einer Herstellung zu Kanalstrukturen, wie es oben beschrieben wurde, einen wirksamen und wirkungsvollen Hitzeübertragungsradiator für Verbrennungskraftmaschinen liefern würde. Wenn festeres Material und/oder niedrigere Sicherheitsfaktoren verwendet werden, würde der zulässige Stressbereich nach oben wandern. Daher würde der zulässige D-Dimensionenbereich ansteigen für die gleichen Grenzen der H-Dimension.

Die zulässige Abweichung von einer theoretischen Isostresskonturierten Oberfläche für Automobilradiatoranwendungen unter Verwendung von 0,2 mm (0,008 inch) dickem Aluminiumblechmaterial wurde untersucht, indem Kurven von angelegtem Druck (kg/cm ) über der Oberflächenabweichung (cm) aufgetragen wurde. Eine Isostress-konturierte Oberfläche mit sechzehn wandstützenden Projektionen, die in einem quadratischen Muster angeordnet waren, wurde auf ein Aluminiumblech geformt. Der Abstand D zwischsn den sich erstreckenden Stützen betrug 10 mm (0,4 inch) und die Höhe H betrug 0,9 mm (0,035 inch), wie es in Fig. 3A gezeigt ist. Druck wurde der Isostress-konturierten Oberfläche des Aluminiumbleches auf der konvexen Seite der Krümmung zugeführt, um so dass Material unter Druck anzuordnen, und die Auslenkung am Zentrum der Diagonalen des Quadratmusters wurde gemessen. Diese Daten sind in Fig. 4 aufgetragen. Die kegelstumpfartigen Projektionen oder Einsenkungen, wie sie in Fig. AA gezeigt sind, mit Kegelwinkeln θ von 30° oder 45°, und Höhen H' von 0,9 mm (0.035 inch) wurden in gleicher V/eise auf identisches Aluminiumblech aufgepresst, in dem gleichen Quadratmuster, und dann einem gleichartigen Test von Druck über

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Ablenkung ausgesetzt. Die Daten, die erhalten wurden, indem Bleche mit Kegelprojektionen von sowohl 30° wie 45° verwendet wurden, sind ebenfalls als Kurven in Fig. 4 aufgetragen. Der Kegelwinkel θ ist der spitze innere Winkel, gemessen zwischen der horizontalen nicht deformierten Oberfläche der Wand angrenzend zu der Projektionseinsenkung und dem im wesentlichen geraden Seg-ment entlang der abfallenden Seite der konischen Einsenkung.

Ablenkungen der Spitze der Oberfläche, die die Wand abzuflachen neigen, sind unerwünscht und sollten möglichst klein gehalten werden, obwohl solche Ablenkungen mit Sicterheit unterhalb des Ausbeulungspunktes des Materials liegen. Wie schon bemerkt, stellen Ablenkungen Abweichungen von der idealen Seifenblasen-membrankontur dar. Wenn die Abweichungen übermässig v/erden, kann die ideale Kontur nicht mehr eng angenähert werden bei Betriebsdruckunterschieden, obwohl bei der Herstellung entsprechende' Zugaben gemacht wurden. Weiterhin wir.d das Material gewöhnlich auf Biegung und Scherung beansprucht, während es sich auslenkt, und wenn die Auslenkungen übermässig werden, kann das Material Belastungen ausgesetzt werden, die den Nachgiebigkeitspunkt in bestimmten Bereichen annähern. Wenn derartige Auslenkungen im Betrieb wiederholt auftreten,kann das Mat?irial ermüden und nach verhältnismässig kurzer Betriebszeit brechen» Weiterhin vermindern Abweichungen den zwischen den Hitzeaustauscherwänden zur Verfügung stehenden Raum in den unteren Druckdurchgängen und führen entweder zu einem höheren Fluidumdruckabfall oder zu einer verminderten Fluidumdurchflussrate. Mit bezug auf Fig. 4 ist zu erkennen, dass die in den Testen verwendete Insostress-konturierte Wand praktisch keine Ablenkung an der Spitze aufweist bei Druckunterscüeden bis zu

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970	(13	,800	psi)
1290	(18	,400	psi)
2960	(42	,000	psi)

2|5 kg/era (35 psi). Im Gegensatz dazu lenkte sich die 45° Kegeloberfläche bei niedrigen Druckunterschieden stark aus.

In den vorangegangenen Testen der Isostress-konturierten Oberfläche und der 30° und 45° KegelstumpfOberflächen wurde der Materialstress auch direkt mittels Zugmessgeräten bei einem Druckunterschied von 2,2 kg/cm (30 psi) gemessen. Der Stress wurde auf/ Diagonalen an dem Punkt gemessen, wo die geneigte Oberfläche der konischen Einsenkungen das flache nicht deformierte Segment des Materials treffen, d.h. in dem Bogen des Radius R. Die folgenden Daten wurden erhalten:

Oberfläche Stress in kft/cm

Isostress-Kontur
30° Kegel
45° Kegel

Die Daten zeigen den Anstieg im Stress, der sich aufgrund der Benutzung von 30° und 45° Kegeloberflächen gegenüber der Isostress-Konturoberfläche ergibt. Es sollte bemerkt werden, dass, um die erfindungsgemässe Isostress-Wand zu erreichen, es wesentlich ist, dass alle Oberflächengebiete ausschliesslich der wandtragenden Stützen unbegrenzt sind, so dass sie frei sich auslenken können, und dass sie daher frei sein müssen von lokalen mechanischen Belastungen. Es wurde gefunden, dass, wenn die Spitze der Kontur von angrenzenden Paaren von Isostress-Kanälen xest miteinander verbunden sind, dass dann die verbundenen Kontakte, zwischen den Kanalpaaren einen Teil der Stütze für die Wände gegen die pneumatische Druckkraft liefern, und wenn die Oberfläche einer solchen spitzengebundenen Anordnung pneumatisch auf ihrer konvexen Krümmung unter Druck gesetzt wird, die lokale; mechanische Begrenzung an dem Zentrum der Spitze

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der gebogenen Oberfläche extrem hohe Scherungs- und Biegebelastungen erzeugt, die zu einer Zerstörung der Isostress-Wände bei niedrigen pneumatischen Belastungen führt.

Nachdem einmal die Ausdehnungen von den gewünschten Isostresskonturierten Segmenten und der wandstützenden Projektionen eines Hitzeaustauscherelementes und ihre gegenseitigen Abstände bestimmt wurden, kann eine Form in der oben beschriebenen V/eise hergestellt werden. Die Form kann dann verwendet werden, um in herkömmlicher Weise die gewünschte Isostress-Kontur in der oben beschriebenen Weise auf einem dünnwandigen, thermisch leitenden Blech, z.B. aus Alumnium, herzustellen. Für ■Radiatoranwendungen kann ein rechteckiges Aluminiumblech gepresst oder in ähnlicher Weise mit einer Isostress-konturierten Form hergestellt werden. Wenn das Blech gefaltet werden soll, sollte der zentrale Faltbereich frei von wandstützenden Projektionen gehalten werden. Das Blech, das jede gewünschte Dicke haben kann, wie oben angegeben, obwohl eine Blechdicke von 0,2 mm (0,0OG inch) vorzuziehen ist, kann dann in Längsrichtung am Zentrum gefaltet Werden, wodurch eine flache röhrenartige Konfiguration entsteht, wobei die wandstützenden Projektionen nach innen oder aussen weisen. Statt ein grosses Blech herzustellen und es zu falten, können zwei Bleche hergestellt und entsprechend an den Längskanten für eine Bindung geformt werden, und dann mittels geeigneter Einrichtungen Lm Abstand angeordnet werden, um eine flache röhrenartige Konfiguration zu bilden. Wenn gewünscht, können die Längskanten der Bleche um einen bestimmten Betrag ausgebaucht werden, so dass, wenn die Längskanten der zwei Bleche sich gegenüberliegend berührend angeordnet werden, den gewünschten Ateband innerhalb des Kanals liefern. Die Kanten der Bleche können verklebt werden, wie z.B. mit Epoxydharz, um die Bleche leckdicht miteinander zu verbinden, um eine röhren-

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artige Konfiguration zu bilden, es kann eine Reihe von diesen Röhren leckdicht zu einem Kopf vereinigt werden, um eine Radiatoranordnung zu bilden.

Wie in den Fig. 5, 5A und 5B gezeigt ist, können abgeflachte röhrenartige Hitzeaustauscherelemente 1 luftdicht entlang ihren Kanten 2-3 abgedichtet werden, wobei eine Randverschliessverbindung verwendet wird, die mit einem Klebstoff 14 gefüllt ist, wie z.B. ein geeigneter Epoxydkleber. Das Hitzeaustauscherelcment 1, das eine Isostress-konturierte Oberfläche h mit im Abstand angeordneten wandstützenden Projektionen 5 aufweist, kann mit den Oberflächenextremitäten 17 (Kröpfungen) in berührender Beziehung übereinandergelegt werden, um einen Vielfachschicht-Hitzeaustauscher zu bilden. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, liefern die sich berührenden projizierten Kröpfungen 17 Durchlässe 15 zwischen angrenzenden Hitzeaustauscherelementen 1, die von den Isostress-konturierten Oberflächen U des angrenzenden Elementes 1 gebildet werden, und zusätzlich wirken die berührenden Kröpfungen 17 als ein Rückhalt gegen den inneren Druck in dem Hitzeaustauscherelement 1. Die sich erstreckende Kröpfung 5' könnte versetzt oder nicht symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten eines jeden Elementes 1' angeordnet werden, wie es in Fig. 5C gezeigt 1st, wodurch das Durchflussgebiet von Element 1' geändert wird. Die Enden 6 des Elementes 1 sind leicht eingedrückt; wenn notwendig, um einen freien Raum für die Zähne 7 eines kammartigen Teils 8 zu bilden. Das Teil/hält das Element 1 in richtiger Beziehung und liefert ein äusseres Plattensegment 9, an dem der Kopf 10 befestigt werden kann. Weiterhin muss das Teil 8 auch eine leckdichte Abdichtung mit dem Kopf 10 und den Kanalelementen 1 liefern, so dass im Betrieb ein durch das Element 1 über den Kopf 10 zugeführtes Fluidum nicht in den Raum zwischen angrenzenden Elementen 1 leckt. Wie gezeigt, kann der Kopf 10 mit Teilen 8 verbunden werden, indem eine Klebstoffverbindungsan-

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Ordnung verwendet wird. Ein geeigneter Harz zur Verwendung als Klebstoffverbindung für Aluminium ist Harz Typ EA-914, das von der Hysol Division of Dexter Corporation, Kalifornien, USA hergestellt wird. Jedoch muss dieses Harz in Verbindung mit einem Alodinverfahren verwendet werden, um die zu verbindenden Oberflächen vorzubehandeln. Ein Alodinvorbehandlungsverfahren würde grundsätzlich aus den folgenden Schritten bestehen!

a) Tränken und Reiben der zu behandelnden Oberflächen mit Aceton, um das Fett zu beseitigen;

b) Eintauchen der Oberflächen in schwache H^PO^ Säure für 1Q bis 15 Sekunden bei Raumtemperatur;

c) Waschen der Oberflächen in Wasser;

d) Eintauchen der Oberflächen in Alodin 1200 bei Raumtemperatur für 5 bis 20 Minuten (Alodin 1200 wird von Amchem Products, Inc., Freemont, Kalifornien, USA hergestellt und enthält saure Chromsalze und Fluoride);

e) Waschen der Oberflächen mit Wasser; und

f) Trocknen der Oberflächen.

Die getrockneten Oberflächen können danach mit dem Harz verbunden werden, vorzugsweise in einer Zeit von ungefähr 4 Stunden. Die Elemente 1 können dann zusammengehalten werden durch Anwendung eines druckartigen Kanals 12, das entweder an jedes der Teile 8 und/oder an ein getrenntes Strukturteil 13 befestigt werden kann. Kanal 12 muss ebenfalls fest ausgeführt werden, mit einem ausreichenden Querschnittsträgheitsmoment, um eine Biegelast aufzunehmen und eine kleine Ausdehnung der Elemente 1 zu ermöglichen. Die Teile 8 und/oder 13 können weiter in einem Rahmen des Automobils für eine bessere Stützung befestigt werden. Um den" doppelten Satz von Durchgängen einer Reihe von Elementen dieser Erfindung besser zu illustrieren, zeigen die Fig. 6, 6A und 6B eine Reihe von Elementen 21 mit nach aussen sich erstreckenden Wandstützen 22. Durchgänge 23 in den Elementen 21 definieren einen Satz von umgrenzten Durchgängen, unabhängig von und getrennt von

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einem zweiten Satz von Durchgängen 24, die zwischen angrenzenden Elementen 21 gebildet sind. Ein Fluidum, das als durchgezogene Keile gezeichnet ist, kann durch Durchgänge 23 in den Elementen 21 zugeführt werden, während gleichzeitig ein zweites kühleres Fluidum, als gebrochene Pfeile gezeigt, durch Durchgänge 24 hindurchgeführt werden kann, um einen wirksamen Hitz*eübergang von dem heisseren Fluidum zu dem kälteren Fluidum zu bewirken, ohne dass sie sich mischen. Bei dieser Ausführungsform von Isokompression wird ein fester Rahmen oder eine Stütze benötigt, ähnlich zu Stütze 12 der Fig. 5» um so den Stapel von Elementen 21 entlang der Seiten festzuhalten. Fig. 7 und 7A illustrieren eine ähnliche Reihe von Elementen 30, mit der Ausnahme, dass die wandstützenden Projektionen 31 nach innen sich erstrecken. Die Durchgänge 32 innerhalb der Elemente 30 sind unabhängig von und getrennt von Durchgängen 33, die zwischen angrenzenden Elementen 30 gebildet sind. Ein Fluidum als ausgezogene Pfeile gezeigt, kann durch Durchgänge 32 geführt werden, während gleichzeitig eine zweites kühleres Fluidum , , gezeigt als die unterbrochenen Pfeile, durch Durchgänge 33 hindurchgeführt v/erden kann, um wirksam einen Hitzeübergang von dem heisseren Fluidum zu dem kühleren Fluidum zu ermöglichen, ohne dass sie sich mischen. Für diese Art von Elementanordnung werden Abstandshalter 34 benötigt, um die Elemente 30 ausreichend voneinander entfernt zu halten, um so die Durchgänge 33 zu bilden. Selbstverständlich können die Abstandshalter 34 ähnlich sein zu der kammartigen Struktur 8, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, die wiederum direkt mit einem Kopf verbunden werden könnte, ähnlich zu Kopf 10, der in Fig. 5 illustriert ist.

Im Betriebszustand bei einem Automobilradiator, wie er in Fig. gezeigt ist, wird heisses Wasser von der Verbrennungskraftma-

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schine durch die Elemente 1 geführt, während kalte Luft durch die Passage 15 geführt wird, die zwischen angrenzenden Elementen 1 gebildet werden. Um die Wirksamkeit der Hitzeaustauscherelemente 1 zu erhöhen, können eine oder beide Kanten 2 und 3 verlängert sein, um eine sekundäre Oberflächenhitzeabgaberippe 16 zu bilden, wie sie in Fig. 5D gezeigt ist. Die Rippe, die auch zu den Elementen mittels herkömmlicher Befestigungseinrichtungen hinzugefügt werden könnte, könnte mit Wellungen versehen werden, um die Turbulenz zu erhöhen, oder mit Schlitzen, oder sie kennten irgendeine andere wünschenswerte geometrische Konfiguration annehmen, die die Wirkungsweise der Hitzeaustauscherelemente erhöhen könnten. Es könnten auch Seitenstege verwendet werden, um die Elemente zu trennen, wie in der US-Patentschrift 3 291 206 gezeigt, oder Kantenrippen, wie in der US-Patentschrift 3 106 242 gezeigt ist.

Obwohl die obige Illustration auf Automobilradiatoren gerichtet war, kann das erfindungsgemässe Primär-Oberflächenhitzeaustauschereiement bei jed.er Art Hitzeaustauscher verwendet werden, bei der ein Hitzeübergang zwischen einem heissen Medium und einem Kühlmedium erreicht werden soll, ohne dass die auftretenden Medien miteinander sich vermischen. Die Konstruktionsflexibilität der erfindungsgemässen Primär-Oberflächenhitzeaustauscherelemente macht sie besonders geeignet für komplizierte Hitzeaustauscheranwendungen, einschliesslich Vor» erhitzer für Gasturbinen und niedrig-gradige Hitzerejektoren für Atomkraftwerke.

Der hierin verwendete Ausdruck "Mylar" ist ein Handelsname der E.I. DuPont Company, und Alodin ist ein Handelsname der Amchera Products,- Inc.

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Claims

Patentansprüche

Priraär-Oberflächenhitzeaustauscher, gekennzeichnet durch mindestens ein Kanalelement, das von mindestens einer thermisch leitenden Wand begrenzt wird, wobei das Kanaleleraent eine Eingangsöffnung, eine Ausgangsöffnung und eine Vielzahl von Isostress-Konturen auf einem Teil der Wandoberflächo aufweist, mit im wesentlichen gleichförmig angeordneten in eine Richtung weisenden wandstützenden Projektionen, die von der Wand gebildet werden, wobei die Projektionen lasttragende Segmente an ihren Extremitäten aufweisen, die so geformt sind, dass sie mit gleichartigen lasttragenden Segmenten von wandstutzenden Projektionen einer zweiten Isotress-Oberfläctie passen, wobei die Ιεο-stress-Konturen und die wandstützenden Projektionen, eine Dimensionsgrösse und eine Dimensionsbeziehung zwischen sich aufweisen, definiert von einem H/_D Verhältnis von ungefähr 0,05 bis 0,2; einem D/. Verhältnis von ungefähr 3 bis 10, einer D-Dimension von ungefähr 5 mm bis 63,5 mm (0,2 bis 2,5 inch) und einer Wanddicke von ungefähr 0,076 mm bis 6,35 mm (0,003 bis 0,25 inch), wobei H der maximalen Höhe gleicht, gemessen senkrecht von einer Oberfläche, die die Extremitäten der wandstutzenden Projektionen enthält, die eine Isostress-Kontur umfassen, bis zu der ersten Spitze der Isostress-Kontur; wobei D dem Abstand zwischen den Zentren der nächsten angrenzenden wandstutzenden Projektionen auf der Oberfläche des Elementes gleicht; und wobei d dem äquivalenten Durchmesser gleicht, definiert von dem Verhältnis Aa/ , wobei a das Gebiet des lasttragenden Segmentes der wandstützenden Projektion und ρ der Umfang dieses lasttragenden Segmentes ist.

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2. Hitzeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitende Hitzeaustauscherelement aus. mindestens einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus Metallen, Metallegierungen, Metallplatteerungen, Kunststoffen und kunststoffbeschichtete Metalle besteht.

3. Hitzeaustauscher nach Anspruch 2 zur Verwendung in Verbindung mit internen Verbrennungskraftmaschinen, wobei das Verhältnis H/_D zwischen etwa 0,05 und 0,12, das Verhältnis D/, zwischen ungefähr 3 und 7 liegt, wobei die Ausdehnung D zv/ischen ungefähr 5 und 15 mm (0,2 bis 0,6 inch) liegt, und wobei die Wanddicke zwischen 0,08 und 0,5 mm (0,003 und 0,02 inch) liegt, wobei die wandstützenden Projektionen von dem Element nach aussen liegen, und wobei mindestens zwei der Elemente mit den passenden lasttragenden Segmenten auf den wandstützenden Projektionen des Elementes in einer berührenden Beziehung gegenüberliegend angeordnet sind, um einen ersten Satz von Durchgängen zu bilden, die von den Kanalelementen gebildet werden, und einem zweiten Satz von Durchgängen, die von und zwischen angrenzenden Kanalelementen gebildet v/erden.

4ο Hitzeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeaustauscherelement aus Aluminium hergestellt ist, mit einer Wanddicke von ungefähr 0,2 mm (0,003 inch), wobei das Verhältnis H/_D ungefähr 0,08 betrug, das Verhältnis D/_d ungefähr 4,8 und die Ausdehnung D ungefähr 10 mm (,0,4 inch) beträgt.

5. Hitzeaustauscher nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass Sekundär-Oberflächenhitzeabgaberippen dem Kanal-

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element oder den Kanalelementen hinzugefügt werden.

Verfahren zur Herstellung von Formen zur Verwendung bei der Herstellung von Isostress-Hitzeaustauscherelementen, wobei die Formen eine Isostress-konturierte Oberfläche aufweisen, mit im Abstand in eine Richtung angeordneten Projektionen, gekennzeichnet durch

a) Herstellen eines Blockes, der auf seiner Oberfläche eine Vielzahl von vertikalen herausstehenden Stützen aufweist, und nach unten sich erstreckende Seiten um die Kanten des Blockes herum, um so eine Kavität zu bilden, die vertikale Stützen enthält; wobei diese Stützen ein Muster bilden und eine derartige Ausdehnung besitzen, dass sie mit dem Huster und der Grosse der wandstützenden Projektionen korrelieren, die auf der Isostress-konturierten Oberfläche gewünscht werden;

b) Befestigen eines flexiblen Materials unter Zug über der Oberseite der Kavität, so dass es die vertikal herausstehenden Stützen berührt und von diesen gestützt wird;

c) Aussetzen des flexiblen Materials einer Druckeinrichtung, um so die nicht gestützten Teile des flexiblen Materials in die Kavität zu pressen, während die vertikal sich er<streckenden Stützen eine Auslenkung des Stützteils des flexiblen Materials, das die Stützen berührt, verhindern, wodurch das flexible Material veranlasst wird, eine Isostress-Kontur anzunehmen, die im wesentlichen gleichförmig angeordnete und in eine Richtung weisende Projektionen aufweist;

d) Ablagern und Härten eines formsetzenden Materials auf dem flexiblen Material;

e) Abschalten der Druckeinrichtung; und

f) Entfernen des gehärteten Materials, das eine Isostresskonturierte Oberfläche mit im Abstand und in eine Richtung angeordneten Projektionen aufweist.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formsetzraaterial aus Epoxydharzen, Thermoplasten, Beton oder Zement besteht.

8. Form zur Verwendung bei der Herstellung von Isostress-konturierten Hitzeaustausclierelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Form zumindest einen Teil seiner Oberfläche isostress-konturiert ha,t, mit im wesentlichen gleichförmig angeordneten und in eine Richtung weisenden Projektionen, die eine Ausdehnung und eine gegenseitige Beziehung aufweisen, die von einem Verhältnis Ή/_β zwischen ungefähr 0,05 und ungefähr 0,2, einem Verhältnis D/. von zwischen ungefähr 3 und 10 und einer Ausdehnung D von ungefähr 5 bis 64 mm (0,2 bis 2,5 inch) gekennzeichnet ist; wobei H der maximalen Höhe gleicht, die senkrecht von der Oberfläche gemessen wurde, die die Extremitäten der Projektionen enthält, die eine Isostress-Kontur umfasst bis zu der innersten Spitze der Isostress-Kontur; D gleicht dem Abstand zwischen den Zentren der nächsten angrenzenden Projektionen auf der Oberfläche der Form; und 'd gleicht dem äquivalenten Durchmesser, definiert von dem Verhältnis Aa/, wobei a die Fläche des lasttragenden Segmentes der wandstützenden Projektionen ist und ρ der Umfang dieses lasttragenden Segmentes ist.

9. Form nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis H/_D zwischen ungefähr 0,05 und 0,12 liegt, wobei das Verhältnis D/_d ungefähr bei 3 bis 7 liegt, und wobei die Ausdehnung D bei ungefähr 5 bis 15 mm (0,2 bis 0,6 inch) liegt.

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