DE69029813T2 - Heat exchanger - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung gehört zu Wärmeaustauschern zum Durchlauf fließfähiger Materialien und mehr im einzelnen zu einem modularen Wärmeaustauscheraufbau, in dem die einzelnen Moduln einen einzigartigen, gewellten Aufbau mit inneren Verwirbelungsplatten oder einen herkömmlichen Aufbau aufweisen, wobei beide leicht ausbaubare Anschlüsse aufweisen, um das Ersetzen eines einzelnen Moduls zu erleichtern.The present invention relates to heat exchangers for passing through flowable materials and more particularly to a modular heat exchanger structure in which the individual modules comprise a unique corrugated structure with internal swirl plates or a conventional structure, both of which have easily removable connections to facilitate the replacement of an individual module.

Der Stand der Technik offenbart die Verwendung von Wärmeaustauschern, in dem die rohrförmige Außenwand der Leitung, die den Strömungsmittelstrom enthält, gewellt ist. In typischer Weise ist jede der Wellungen mit einer inneren Prallplatte versehen, die die unmittelbare Strömung des Strömungsmittels durch die Leitung sperrt und das Strömungsmittel veranlaßt, von einer rein axialen Strömung abgelenkt zu werden. Die Ablenkung des Strömungsmittelstromes durch die Prallplatte verlangsamt die Strömung durch die Leitung um ein gewisses Maß und fördert die wärmeaustauschende Berührung zwischen dem Strömungsmittel und den Wänden der Leitung, deren Oberflachengröße durch den gewellten Aufbau wesentlich vergrößert ist.The prior art discloses the use of heat exchangers in which the tubular outer wall of the conduit containing the fluid flow is corrugated. Typically, each of the corrugations is provided with an internal baffle plate which blocks the direct flow of the fluid through the conduit and causes the fluid to be diverted from a purely axial flow. The diversion of the fluid flow by the baffle plate slows the flow through the conduit to some extent and promotes heat-exchanging contact between the fluid and the walls of the conduit, the surface area of which is substantially increased by the corrugated structure.

Das US-Patent 3099315 zeigt einen Wärmeaustauscher, der eine gewellte, rohrförmige Hauptleitung umfaßt, in welcher jede Wellung ein Paar konkaver Scheiben aufweist, die an ihren äußeren Umfangskanten angebracht sind, um eine Wellung mit einer offenen inneren und gegenüberliegenden axialen Öffnungen für die Strömung eines Strömungsmittels hierdurch zu bilden. Eine innere Prallplatte ist in jeder Wellung eingeschlossen und ist mit radial versetzten Öffnungen versehen, um es dem Strömungsmittel zu gestatten, von der einen Seite der Prallplatte zur anderen zu strömen, nachdem sie von einer rein axialen Richtung abgelenkt ist. Jede Prallplatte umfaßt auch eine Reihe ortsfester Schaufeln, die dazu dienen, die axiale Strömung des Strömungsmittels in die Wellung radial nach außen zu den Löchern in der Prallplatte zu lenken. Abgesehen von den aufrechten Schaufeln sind die Innenoberflächen der Wellungen und der Prallplatte im wesentlichen glatt und ohne Unterbrechung.US Patent 3,099,315 shows a heat exchanger comprising a corrugated tubular main conduit in which each corrugation has a pair of concave disks mounted on its outer peripheral edges to form a corrugation with an open interior and opposed axial openings for the flow of fluid therethrough. An inner baffle is enclosed in each corrugation and is provided with radially offset openings to allow fluid to flow from one side of the baffle to the other after being deflected from a purely axial direction. Each baffle also includes a series of stationary vanes which serve to direct the axial flow of fluid in the corrugation radially outward to the holes in the baffle. Except for the upright vanes, the inner surfaces of the corrugations and the impact plate are essentially smooth and uninterrupted.

Das US-Patent 2030734 offenbart einen Wärmeaustauscher für einen Ofen, der eine Reihe von axial verbundenen Wärmeaustauschkammern mit ringförmigem Aufbau aufweist, von denen jede eine Prallplatte umschließt, die so angeordnet ist, daß sie die unmittelbare axiale Strömung sperrt, und eine Öffnung rund um ihre radiale Außenkante aufweist, um die axiale Strömung von der Mitte radial nach außen rund um die Außenkante in die Wellung zu lenken, und dann zurück zur Mitte der Wellung auf der entgegengesetzten Seite der Prallplatte, um von dieser axial abzuströmen. Eine Reihe ortsfester Schaufeln ist verwendet, um jede Seite der Prallplatte an den Innenwänden der ringförmigen Kammer anzubringen und um der Luft eine Wirbelbewegung mitzuteilen, die durch die Kammer strömt.US Patent 2030734 discloses a heat exchanger for a furnace comprising a series of axially connected heat exchange chambers of annular configuration, each of which encloses a baffle plate arranged to block the immediate axial flow and has an opening around its radial outer edge to allow the axial To direct flow from the center radially outward around the outer edge into the corrugation, and then back to the center of the corrugation on the opposite side of the baffle to flow axially off it. A series of stationary vanes are used to attach each side of the baffle to the inner walls of the annular chamber and to impart a swirling motion to the air flowing through the chamber.

Ein Wärmeaustauscher mit Ringkammern ist bekannt, die ähnlich denen sind, die im vorangehenden Patent beschrieben sind. Jede Kammer umfaßt eine Prallplatte, die zwischen den Außenwänden der Ringkammer angebracht ist und Löcher für den Strömungsmittelstrom hierdurch aufweist, die radial gegenüber der Achse des Wärmeaustauschers versetzt sind. Die inneren Wärmeaustauschflächen der Ringkammern sind insgesamt glatt und ohne Unterbrechung.A heat exchanger having annular chambers similar to those described in the preceding patent is known. Each chamber includes a baffle plate mounted between the outer walls of the annular chamber and having holes for fluid flow therethrough which are radially offset from the axis of the heat exchanger. The internal heat exchange surfaces of the annular chambers are generally smooth and uninterrupted.

Das US-Patent 4561494 zeigt einen Ölkühl-Wärmeaustauscher mit einer Reihe axial ausgerichteter Wärmeaustauscheinheiten, die ebenfalls einen Insgesamt gewellten Aufbau bilden. Jede Einheit weist ein Paar äußerer, schüsselförmiger Platten auf, die eine doppellagige, innere Prallplatte einschließen, wobei jede dieser Prallplatten mit gelochten bzw. geprägten Strängen versehen ist, die gegenüber der Oberfläche der Prallplatte versetzt sind, um diese in Abstand zu den Innenwänden der Einheit zu halten, in der sie angeordnet ist, um Berührungsflächen zum Hartanlöten der Prallplatten in ihrer Lage bereitzustellen, und um eine Turbulenz im Öl zu erzeugen, das hierdurch strömt. Der gesamte Aufbau ist dazu bestimmt, in einem Außengehäuse eingeschlossen zu werden, durch welches ein Kühlmittel, wie etwa von einem Motor-Kühlsystem, umläuft, um vom Öl Wärme abzuführen.US Patent 4561494 shows an oil cooling heat exchanger having a series of axially aligned heat exchange units also forming an overall corrugated structure. Each unit comprises a pair of outer bowl-shaped plates enclosing a double layered inner baffle plate, each of these baffles being provided with perforated or embossed strands offset from the surface of the baffle plate to space it from the inner walls of the unit in which it is located, to provide contact surfaces for brazing the baffles in place, and to create turbulence in the oil flowing therethrough. The entire structure is intended to be enclosed in an outer casing through which a coolant, such as from an engine cooling system, circulates to remove heat from the oil.

Um die wärmeaustauschenden Eigenschaften eines Wärmeaustauschers zu optimieren, der ortsfeste Verwirbelungs-/Prallplatten aufweist, ist es wesentlich, die wärmeaustauschende Oberflächengröße innerhalb des zulässigen Volumens zu maximieren, die für die Einheit vorgesehen ist, und eine angemessene Turbulenz in der Strömung zu erzeugen, um die wärmeaustauschende Berührung zwischen der Strömung und den wärmeaustauschenden Oberflächen weiter zu fördern. Zusätzlich ist es dort, wo ein Wärmeaustausch durch die Strömung eines zweiten Strömungsmittels über die äußere Oberfläche der Leitung hinweg gefördert wird, durch welche die Primärströmung des Strömungsmittels stattfindet, ebenfalls wünschenswert, die Größe der Wärmeaustauschfläche zu erhöhen und zusätzlich für Turbulenz in der Strömung des Sekundärströmungsmittels zu sorgen.In order to optimize the heat exchanging characteristics of a heat exchanger having fixed swirl/baffle plates, it is essential to maximize the heat exchanging surface area within the allowable volume provided for the unit and to create adequate turbulence in the flow to further promote heat exchanging contact between the flow and the heat exchanging surfaces. In addition, where heat exchange is promoted by the flow of a second fluid across the outer surface of the conduit through which the primary flow of the fluid takes place, it is also desirable to increase the size of the heat exchanging surface area and additionally provide turbulence in the flow of the secondary fluid.

Der herkömmlichere Aufbau von Wärmeaustauschern, insbesondere Wärmeaustauschern, die zum Gebrauch bei Kraftfahrzeugen eingerichtet sind, benützt einen sogenannten "Rohr- und Kopfleitungs"-Aufbau. Bei dieser Art eines Wärmeaustauschers erstreckt sich ein Kernelement, das eine Reihe insgesamt paralleler rohrförmiger Leitungen aufweist, zwischen Einlaß- und Auslaß-Kopfräumen und ist mit seinen entgegengesetzten Enden an diesen angebracht. Die rohrförmigen Leitungen sind ebenfalls insgesamt mit angebrachten Wärmeleit- und -abgaberippen versehen, die entweder aus einem flachen Blech oder aus einem geschlängelten Aufbau bestehen können. Die starren Verbindungen zwischen den Strömungsmittelleitungen und den Kopfräumen sind im allgemeinen weich- oder hartgelötet, und sind, wie in der Technik bekannt ist, verhältnismäßig schwach. Tatsächlich bilden die weichgelöteten Verbindungen die schwächsten Punkte in einem typischen Rohr- und Kopfraum-Wärmeaustauscher-Aufbau und versagen im allgemeinen als erste unter übermäßigen Belastungen, die beispielsweise durch Wärmedehnung oder Stoßlasten verursacht werden können. Somit kann keine wesentliche axiale Dehnung eines herkömmlichen Wärmeaustauschermoduls, die zu einer Relativbewegung zwischen den Strömungsmittelleitungen und den Kopfräumen oder Kopfraumplatten führt, hingenommen werden.The more conventional construction of heat exchangers, particularly heat exchangers adapted for use in automotive vehicles, employs a so-called "tube and header" construction. In this type of heat exchanger, a core member comprising a series of generally parallel tubular conduits extends between and is attached at its opposite ends to inlet and outlet headers. The tubular conduits are also generally provided with attached heat conducting and dissipating fins which may be either of flat sheet or of serpentine construction. The rigid connections between the fluid conduits and the headers are generally soldered or brazed and, as is known in the art, are relatively weak. In fact, the soldered joints are the weakest points in a typical tube and headspace heat exchanger assembly and are generally the first to fail under excessive stresses, such as those caused by thermal expansion or shock loads. Thus, no significant axial expansion of a conventional heat exchanger module, resulting in relative movement between the fluid lines and the headspaces or headspace plates, can be tolerated.

Herkömmliche Kraftfahrzeug-Wärmeaustauscher oder -kühler haben in typischer Weise einen oberen Einlaß-Kopfraum und einen unteren Auslaß- Kopfraum, zwischen welchen die Kerneinheit angebracht ist, und all dies ist in einem insgesamt rechteckigen Tragrahmen eingeschlossen. Diese starre Anbringung eines herkömmlichen Rohr- und Kopfraum-Kernes ist einem Ausfall als Ergebnis der gemeinsamen Wirkung von Wärmekräften sowie Stoßbelastungen ausgesetzt. Wärmeaustauscher, die einen gewellten Leitungsaufbau verwenden, könnten so hergestellt werden, daß sie eine gewisse axiale Spannung unter Last zulassen, die den Ausfall der Verbindungsstellen vermeidet. In jeder Art eines Aufbaus war es stets wünschenswert, einen modularen Aufbau vorzusehen, bei dem die gesamte Wärmeaustauschereinheit eine Reihe einzelner Moduln aufweisen kann, die getrennt ersetzt werden, wenn sie beschädigt oder zerstört sind. Ein solcher modularer Aufbau wäre bei herkömmlichen Rohr- und Kopfraum-Wärmeaustauscher-Aufbauten besonders attraktiv, wo eine ernsthafte Beschädigung am Kernelement üblicherweise das Ersetzen des gesamten Kernes erfordert.Conventional automotive heat exchangers or radiators typically have an upper inlet headspace and a lower outlet headspace between which the core assembly is mounted, all of which is enclosed in an overall rectangular support frame. This rigid mounting of a conventional tube and headspace core is subject to failure as a result of the combined action of thermal forces as well as shock loads. Heat exchangers using a corrugated tube construction could be manufactured to allow a certain axial tension under load which would avoid failure of the joints. In any type of construction it has always been desirable to provide a modular construction in which the entire heat exchanger assembly can comprise a series of individual modules which are separately replaced when damaged or destroyed. Such a modular design would be particularly attractive in traditional tube and headspace heat exchanger designs, where serious damage to the core element typically requires replacement of the entire core.

Das US-Patent 1816159 zeigt einen Wärmeaustauscher mit gewellter Leitung, der zwischen einem Paar gegenüberliegend angeordneter Kopfräume über axial verschraubte Endplatten angebracht werden kann. Das deutsche Patent 571143 und das britische Patent 114821 offenbaren modulare Rohr- und Kopfraum-Wärmeaustauscher-Aufbauten, in denen die einzelnen, rohrartigen Moduln zwischen den Kopfräumen mit Gewinde-Verbindern verbunden sind. Die Anbringung der Verbinder durch Gewinde bringt allerdings eine axiale Spannung auf den Moduln auf, die zum Bruch der weichgelöteten Verbindungsstellen führen könnte. Das französische Patent Nr. 673524 offenbart modulare Wärmeaustauscherelemente, aber diese sind abnehmbar an den Außenflächen der Kopfräume angebracht, statt zwischen den Kopfräumen wie bei einem herkömmlichen Aufbau.US Patent 1816159 shows a corrugated pipe heat exchanger that can be mounted between a pair of oppositely arranged head spaces via axially bolted end plates. The German Patent 571143 and British Patent 114821 disclose modular tube and headspace heat exchanger assemblies in which the individual tube-like modules are connected between the headspaces by threaded connectors. However, the attachment of the connectors by threads imposes an axial stress on the modules which could lead to breakage of the soldered joints. French Patent No. 673524 discloses modular heat exchanger elements, but these are removably attached to the external surfaces of the headspaces rather than between the headspaces as in a conventional assembly.

Die DE 430345 beschreibt ein Modul, das eine Endplatte umfaßt, die an einer Kopfraum-Platte mittels eines Paares halbkreisförmiger Federklammern befestigbar ist, die eine Dichtung zusammendrücken, die zwischen der Endplatte und der Kopfraumplatte vorgesehen ist, um das Modul dicht mit der Kopfraumplatte zu verbinden. Die IT 280885 offenbart auch einen Kopfraum, mit dem eine Vielzahl von Moduln verbunden sind.DE 430345 describes a module comprising an end plate which is secured to a header plate by means of a pair of semi-circular spring clips which compress a gasket provided between the end plate and the header plate to seal the module to the header plate. IT 280885 also discloses a header to which a plurality of modules are connected.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmeaustauschervorrichtung mit den folgenden Merkmalen vorgesehen:According to the present invention, a heat exchanger device is provided with the following features:

einem Wärmeaustauschermodul, das Strömungsmittelleitungs- und Wärmeaustauschleitungs-Mittel aufweist, die sich zwischen einem Paar Kopfraumplatten erstrecken und mit ihren gegenüberliegenden Enden an diesen angebracht sind, wobei jeweilige Endplatten mit ihren Außenkanten an der Außenkante jeder Kopfraumplatte angebracht sind, um hiermit jeweilige Modul-Endkammern zu bilden, wobei jede Endplatte einen mittig angebrachten Flansch aufweist, der eine Kammeröffnung bildet, und wobei eine der Endplatte in Richtung der Längsachse des Moduls flexibel ist, um die axiale Dehnung des Moduls zwischen den Flanschen aufzunehmen;a heat exchanger module having fluid conduit and heat exchange conduit means extending between and attached at their opposite ends to a pair of headspace plates, respective end plates having their outer edges attached to the outer edge of each headspace plate to form respective module end chambers therewith, each end plate having a centrally mounted flange defining a chamber opening, and one of the end plates being flexible in the direction of the longitudinal axis of the module to accommodate axial expansion of the module between the flanges;

einem Einlaß-Kopfraum und einem Auslaß-Kopfraum, die jeweils eine Oberfläche aufweisen, die eine Strömungsmittelöffnung festlegt, wobei die genannten Oberflächen in beabstandeter, parallel gegenüberliegender Zuordnung angeordnet sind; und Mitteln zum abnehmbaren Anbringen des Moduls am Einlaß- und Auslaß-Kopfraum, mit einer zusammendrückbaren Dichtung, die dazu eingerichtet ist, um im Gebrauch zwischen jedem Flansch und der entsprechenden Kopfraum-Oberfläche angeordnet zu sein und die Strömungsmittelöffnung zu umfangen und ist gekennzeichnet durch jeweilige Montagebügel, die an jedem der Kopfräume in Ausrichtung auf die Strömungsmittelöffnung angebracht sind, wobei jeder Bügel zusammen mit der Oberfläche des Kopfraums einen Montageschlitz zur Aufnahme der zusammendrückbaren Dichtung und zur verschieblichen Aufnahme des Flansches eines jeweiligen Endes des Moduls bildet, wobei eine Druckplatte verschieblich in jeden Schlitz zwischen den Montagebügel und den Flansch einsetzbar ist, um die Dichtung zusammenzudrücken und um das Modul am Kopfraum zu befestigen, und wobei die flexible der Endplatten die axiale Dehnung des Moduls zwischen den Flanschen in Abhängigkeit von der Zusammendrückung der Dichtungen gestattet.an inlet headspace and an outlet headspace each having a surface defining a fluid opening, said surfaces being arranged in spaced parallel opposed relationship; and means for removably attaching the module to the inlet and outlet headspaces, with a compressible seal adapted to be disposed in use between each flange and the corresponding headspace surface and to surround the fluid opening, and characterized by respective mounting brackets attached to each of the headspaces in alignment with the fluid opening, each bracket defining together with the surface of the headspace a mounting slot for receiving the compressible seal and for slidably receiving the flange of a respective end of the module, wherein a compression plate is slidably insertable into each slot between the mounting bracket and the flange to compress the seal and to secure the module to the headspace, and wherein the flexibility of the end plates allows axial expansion of the module between the flanges in response to compression of the seals.

Eine ortsfeste Verwirbelungseinrichtung ist bevorzugt vorgesehen, die für eine vergrößerte Wärmeaustauschoberflächengröße sorgt, der Strömungsmittelströmung zusätzlich Turbulenz verleiht und einen verhältnismäßig einfachen Aufbau aufweist. Der Wärmeaustauscher kann sowohl für flüssige als auch gasförmige Strömungsmittel benutzt werden und kann besonders für den Kraftfahrzeuggebrauch eingerichtet werden. Der Wärmeaustauscher kann mit irgendeinem mehrerer Strömungsmittel benutzt werden, für das das Kühlen bei der Anwendung in einem Kraftfahrzeug erforderlich oder erwünscht sein kann, und das Motorkühlmittel, Öl und Luft umfaßt.A stationary turbulence device is preferably provided which provides an increased heat exchange surface area, imparts additional turbulence to the fluid flow and is of relatively simple construction. The heat exchanger may be used for both liquid and gaseous fluids and may be particularly adapted for automotive use. The heat exchanger may be used with any of a number of fluids for which cooling may be required or desired in automotive application and which include engine coolant, oil and air.

In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Wärmeaustauscher eine rohrförmige Leitung, die eine gewellte Wand aufweist, die sich zwischen einem Strömungsmitteleinlaß und einem Strömungsmittelauslaß erstreckt. Die gewellte Wand umfaßt eine Reihe insgesamt paralleler, axial beabstandeter Wellungen, von denen jede ein Paar gegenüberliegender schüssel- bzw. tellerförmiger Wandabschnitte aufweist, die an ihren Außenenden zusammengefügt sind. Jeder der tellerförmigen Abschnitte umfaßt auch eine mittige Öffnung, die von Innenkantenabschnitten festgelegt ist und auf der Achse der rohrförmigen Leitung liegt. Jeder der Innenkantenabschnitte ist an einen gleichartigen Kantenabschnitt des Wandabschnitts einer benachbarten Wellung angefügt, um für eine durchgehende, gewellte, rohrförmige Leitung zu sorgen. Die Oberflächen der Wandabschnitte einer jeden Wellung divergieren radial nach innen von ihrer zusammengefügten Außenkante aus bis zu getrennten, mittigen Öffnungen hierin. Eine Verwirbelungsplatte ist innerhalb jeder Wellung angebracht und ist zwischen den mittigen Öffnungen an den entgegengesetzten Enden der Wellung angeordnet, um die unmittelbare Strömungsmittelströmung hierdurch zu blockieren. Jede Verwirbelungsplatte umfaßt eine Außenumfangskante, die radial nach innen von der Außenkante der Wellung beabstandet ist, um für einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungsmlttel- Strömungskanal zu sorgen, durch welchen das Strömungsmittel in einen kreisförmigen Weg rund um die Verwirbelungsplatte umgelenkt wird. Jede Verwirbelungsplatte umfaßt Rippenmittel, die hierin insgesamt normal zur Richtung der Strömungsmittelströmung über die Platte hinweg ausgebildet sind. Jede Wellung ist auch mit Positionierungsmitteln versehen, um die Beabstandung zwischen jeder Verwirbelungsplatte und den benachbarten Oberflächen der Wandabschnitte beizubehalten, die die Wellung aufweisen, innerhalb welcher die Platte angeordnet ist. Die Positioniermittel halten auch die Platte in ihrer Lage im Inneren der Wellung.In accordance with the preferred embodiment of the invention, the heat exchanger comprises a tubular conduit having a corrugated wall extending between a fluid inlet and a fluid outlet. The corrugated wall comprises a series of generally parallel, axially spaced corrugations, each of which has a pair of opposed dish-shaped wall sections joined together at their outer ends. Each of the dish-shaped sections also includes a central opening defined by inner edge sections and lying on the axis of the tubular conduit. Each of the inner edge sections is joined to a like edge section of the wall section of an adjacent corrugation to provide a continuous corrugated tubular conduit. The surfaces of the wall sections of each corrugation diverge radially inwardly from their joined outer edge to separate central openings therein. A swirl plate is mounted within each corrugation and is positioned between the central openings at the opposite ends of the corrugation to block direct fluid flow therethrough. Each swirl plate includes an outer peripheral edge spaced radially inwardly from the outer edge of the corrugation to provide a circumferential fluid flow channel through which fluid is diverted into a circular path around the swirl plate. Each Swirl plate includes rib means formed therein generally normal to the direction of fluid flow across the plate. Each corrugation is also provided with positioning means for maintaining the spacing between each swirl plate and the adjacent surfaces of the wall portions comprising the corrugation within which the plate is disposed. The positioning means also maintains the plate in position within the interior of the corrugation.

Die Wände, die die Wellungen bilden, können mit einer Vielzahl sich nach außen erstreckender Vorsprünge bzw. Ausstülpungen versehen sein, um die Wärmeaustauschflächengröße sowohl an der Innenseite als auch der Außenseite einer jeden Wellung zu vergrößern und um die Turbulenzen der Strömung des Primärströmungsmittels auf der Innenseite des Wärmeaustauschers sowie die Turbulenz in der Strömung irgendeines Sekundärströmungsmittels zu erhöhen, das veranlaßt wird, über die Außenseite des Wärmeaustauschers hinwegzuströmen, um die Wärmeaustauschfähigkeit zu erhöhen. Die Vorsprünge bzw. Ausstülpungen sind bevorzugt insgesamt parallel zueinander und senkrecht zur Richtung des Sekundär-Strömungsmittelstromes über die Außenseite der Wärmeaustauschereinheit hinweg angeordnet.The walls forming the corrugations may be provided with a plurality of outwardly extending projections to increase the heat exchange surface area on both the inside and outside of each corrugation and to increase the turbulence of the flow of the primary fluid on the inside of the heat exchanger as well as the turbulence in the flow of any secondary fluid caused to flow over the outside of the heat exchanger to increase the heat exchange capability. The projections are preferably arranged generally parallel to each other and perpendicular to the direction of the secondary fluid flow over the outside of the heat exchanger unit.

Die Oberflächen der Wandabschnitte einer jeden Wellung können auch mit einer Vielzahl von sich nach innen erstreckenden Vorsprüngen bzw. Ausstülpungen versehen sein, die so bemessen sein können, daß sie sich in Berührung mit der inneren Verwirbelungsplatte erstrecken, um ihren Abstand innerhalb der Wellung aufrechtzuerhalten und um die Platte in ihrer Lage zu halten. Bevorzugt erstrecken sich die nach innen erstreckenden Vorsprünge in unmittelbare Berührung mit den Rippen der Verwirbelungsplatte. Die Berührungsflächen der sich nach innen erstreckenden Vorsprünge und die Verwirbelungsrippen können unmittelbar angebracht sein, etwa durch Schweißen, Hartlöten, Kleber oder dergleichen.The surfaces of the wall portions of each corrugation may also be provided with a plurality of inwardly extending projections or protuberances which may be sized to extend into contact with the inner swirl plate to maintain its spacing within the corrugation and to hold the plate in place. Preferably, the inwardly extending projections extend into direct contact with the ribs of the swirl plate. The contact surfaces of the inwardly extending projections and the swirl ribs may be directly attached, such as by welding, brazing, adhesive or the like.

In einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Rippen in der Verwirbelungsplatte axial in beiden Richtungen von der Ebene der Platte weg. Abschnitte der Verwirbelungsrippen, die den gegenüberliegenden Oberflächen der Wandabschnitte einer jeden Wellung benachbart sind, können gestaucht sein und so bemessen sein, daß sie sich in Berührung mit den Wandabschnitten erstrecken, um für die Positionierung und Befestigung der Verwirbelungsplatte innerhalb der Wellung zu sorgen.In one embodiment of the invention, the ribs in the swirl plate extend axially in both directions away from the plane of the plate. Portions of the swirl ribs adjacent the opposing surfaces of the wall portions of each corrugation may be swaged and dimensioned to extend into contact with the wall portions to provide for positioning and securing the swirl plate within the corrugation.

Ein anderer Aufbau der vorliegenden Erfindung umfaßt Rippen in der Verwirbelungsplatte, die sich kontinuierlich längs der Oberfläche hiervon erstrecken und eine Anordnung von Rippen aufweisen, die in einem konzentrischen Muster angeordnet sind, das sich radial von der äußeren Umfangskante der Platte bis zum Bereich der Platte nahe der mittigen Öffnung der Wandabschnitte erstreckt, die jede Wellung bilden. Bevorzugt ist die Anordnung konzentrischer Rippen insgesamt im Querschnitt wellenförmig, um eine Welle mit zunehmender Amplitude in der Richtung radial nach innen zu bilden, die der radial nach innen vorliegenden Divergenz der Wandabschnitte einer jeden Wellung entspricht. Die Wandabschnitte sind bevorzugt identisch und jeder weist einen zylindrischen Außenflansch auf, der dazu eingerichtet ist, an seiner Kante an die Kante des Außenflansches des benachbarten, gegenüberliegenden Wandabschnltts angefügt zu werden. Dementsprechend weist die Innenkante eines jeden Wandabschnitts bevorzugt einen zylindrischen Innenflansch auf, der an den gleichen Innenflansch des Wandabschnitts der benachbarten Wellung angefügt ist. Die zusammengefügten Innenflansche jeweils benachbarter Paare von Wandabschnitten bilden auch die gemeinsame mittige Öffnung aneinandergefügter Wellungen.Another construction of the present invention includes ribs in the swirl plate extending continuously along the surface thereof and comprising an array of ribs arranged in a concentric pattern extending radially from the outer peripheral edge of the plate to the region of the plate near the central opening of the wall sections forming each corrugation. Preferably, the array of concentric ribs is generally undulating in cross-section to form a wave of increasing amplitude in the radially inward direction corresponding to the radially inward divergence of the wall sections of each corrugation. The wall sections are preferably identical and each has a cylindrical outer flange adapted to be joined at its edge to the edge of the outer flange of the adjacent, opposite wall section. Accordingly, the inner edge of each wall section preferably has a cylindrical inner flange which is joined to the same inner flange of the wall section of the adjacent corrugation. The joined inner flanges of adjacent pairs of wall sections also form the common central opening of joined corrugations.

In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, die besonders an den Gebrauch in Kraftfahrzeug-Anwendungen anpaßbar ist, sind die Wellungen und die inneren Verwirbelungsplatten insgesamt in der Form rechteckig, um das Maß der Wärmeaustauschflächengröße für ein vorgegebenes Raumvolumen zu optimieren. Die sich nach außen erstreckenden Vorsprünge der Wände der Wellungen sind bevorzugt insgesamt senkrecht zu den längeren Kanten der rechteckigen Wellungen angeordnet und auch senkrecht zur Richtung der Strömung des Sekundärströmungsmittels (beispielsweise Kühlluft), das veranlaßt wird, über die Außenseite des Wärmeaustauschers zu strömen. Gemeinsam mit der insgesamt rechteckigen Ausbildung sind auch die mittigen Öffnungen zwischen benachbarten Wellungen in Richtung der längeren Kanten der rechteckigen Wellungen länglich.In the presently preferred embodiment, which is particularly adaptable for use in automotive applications, the corrugations and the internal swirl plates are generally rectangular in shape to optimize the amount of heat exchange surface area for a given volume of space. The outwardly extending projections of the walls of the corrugations are preferably generally perpendicular to the longer edges of the rectangular corrugations and also perpendicular to the direction of flow of the secondary fluid (e.g. cooling air) caused to flow over the outside of the heat exchanger. Along with the generally rectangular configuration, the central openings between adjacent corrugations are also elongated toward the longer edges of the rectangular corrugations.

Eine einzigartige Montageanordnung kann verwendet werden, um entweder Rohr und Kopfraum oder gewellte Wärmaustauschermoduln in einer echtmodularen Ausbildung ausbaubar anzubringen. Wenn sie besonders bei den Wärmeaustauschermoduln angewandt wird, die den Aufbau aus Rohr und Kopfraum anwenden, dann sorgt die Montagevorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Bequemlichkeit des modularen Aufbaus, während sie gleichzeitig die Nachteile ausräumt, die einheitlichen Rohr- und Kopfraum-Kernaufbauten im Stand der Technik innewohnen.A unique mounting arrangement can be used to removably mount either tube and headspace or corrugated heat exchanger modules in a truly modular configuration. When applied particularly to heat exchanger modules employing the tube and headspace construction, the mounting apparatus of the present invention provides the convenience of modular construction while at the same time providing the Eliminates disadvantages inherent in state-of-the-art uniform tube and headspace core structures.

Jedes Wärmeaustauschermodul in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem Einlaß-Kopfraum und einem Auslaß-Kopfraum angebracht und umfaßt eine Reihe insgesamt paralleler, rohrförmiger Leitungen, die sich zwischen einem Paar von Kopfraumplatten erstrecken und mit ihren gegenüberliegenden Enden, etwa durch weichgelötete Verbindungsstellen, an diesen angebracht sind. Jeder der Kopfräume hat eine Oberfläche, die eine Strömungsmittelöffnung zum Wärmeaustauschermodul hin oder von diesem her festlegt, und die Kopfraum-Oberflächen sind in einer beabstandeten, parallelen, einander zugewandten Zuordnung angeordnet. Eine Endplatte ist mit ihrer Außenkante an der Außenkante einer jeden Kopfraumplatte angebracht, um hiermit eine Endkammer an jedem Ende des Wärmeaustauschermoduls zu binden. Jede Endplatte hat einen mittig angebrachten Flansch, der eine Kammeröffnung festlegt. Eine zusammendrückbare Dichtung ist zwischen jedem Flansch und der benachbarten Kopfraum-Oberfläche angeordnet, die die Strömungsmittelöffnung hierin umgibt. Ein Montagebügel ist an jedem der Kopfräume in Ausrichtung auf die Strömungsmittelöffnung angeordnet, wobei jeder Kopfraumbügel zusammen mit der Kopfraumoberfläche einen Montageschlitz zur Aufnahme des Flansches und der zusammendrückbaren Dichtung am Ende des Moduls festlegt. Eine Druckplatte ist verschieblich in jeden Schlitz zwischen dem Montagebügel und dem Flansch einschiebbar und drückt durch Keilwirkung die Dichtung zusammen und befestigt das Modul am Kopfraum. Eine der Endplatten ist so aufgebaut, daß sie in Richtung der Längsachse des Moduls flexibel ist, um die axiale Dehnung des Moduls zwischen den Flanschen in Abhängigkeit von der Zusammendrückung der Dichtung während der Montage aufzunehmen.Each heat exchange module in an embodiment of the present invention is mounted between an inlet headspace and an outlet headspace and includes a series of generally parallel tubular conduits extending between and attached to a pair of headspace plates at their opposite ends, such as by soldered joints. Each of the headspaces has a surface defining a fluid opening to or from the heat exchange module, and the headspace surfaces are arranged in a spaced, parallel, facing relationship. An end plate is mounted at its outer edge to the outer edge of each headspace plate to bond thereto an end chamber at each end of the heat exchange module. Each end plate has a centrally mounted flange defining a chamber opening. A compressible seal is disposed between each flange and the adjacent headspace surface surrounding the fluid opening therein. A mounting bracket is positioned on each of the headwells in alignment with the fluid opening, each headwell bracket together with the headwell surface defining a mounting slot for receiving the flange and compressible seal at the end of the module. A compression plate is slidably insertable into each slot between the mounting bracket and the flange and compresses the seal by wedging action and secures the module to the headwell. One of the end plates is designed to be flexible in the direction of the longitudinal axis of the module to accommodate axial expansion of the module between the flanges in response to compression of the seal during assembly.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Endplatten flexibel und sind aus dünnem Blech aufgebaut. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Kopfräume mit einer Reihe von Strömungsmittelöffnungen in ihren gegenüberliegenden, beabstandeten, parallelen Oberflächen versehen, und diese Öffnungen bilden gegenüberliegende Paare von Strömungsmittelöffnungen, zwischen denen ein Wärmeaustauschermodul abnehmbar angebracht werden kann.In a preferred embodiment, both end plates are flexible and are constructed of thin sheet metal. In the preferred embodiment, the head spaces are provided with a series of fluid openings in their opposing, spaced, parallel surfaces, and these openings form opposed pairs of fluid openings between which a heat exchange module can be removably mounted.

Innerhalb der Grenzen eines herkömmlichen Wärmeaustauscher-Tragerahmens können zwei oder mehrere Reihen paralleler Anordnungen von Wärmeaustauschmoduln unter Benutzung eines Zwischen-Kopfraums oder von Zwischen-Kopfräumen angebracht sein, von denen jeder eine Reihe von Strömungsmittelöffnungen an parallelen, gegenüberliegenden Kopfraumoberflächen aufweist. Unter Benutzung der demontierbaren Anbringungsanordnung der vorliegenden Erfindung nimmt jeder Zwischenkopfraum gleichzeitig Anschlüsse aus den Auslaßenden der Moduln in der einen Reihe und den Einlaßenden aus den Moduln in der anderen Reihe auf. Jedes Modul in der Anordnung kann ohne weiteres zur Reparatur oder zum Austausch entfernt werden, und in einem weiteren, einzigartigen Aspekt der Erfindung können die Strömungsmittelöffnungen im Kopfraum zu einem beschädigten Modul hin und von diesem her zeitweise verstopft werden, wobei man eine massive Beilage benutzt, die zwischen der zusammendrückbaren Dichtung und der Oberfläche des Kopfraums eingeführt wird.Within the confines of a conventional heat exchanger support frame, two or more rows of parallel arrays of heat exchange modules may be mounted using an intermediate headspace or headspaces, each of which may have a row of fluid openings on parallel, opposing headspace surfaces. Using the removable mounting arrangement of the present invention, each intermediate headspace simultaneously receives ports from the outlet ends of the modules in one row and the inlet ends of the modules in the other row. Each module in the array can be readily removed for repair or replacement, and in another unique aspect of the invention, the fluid ports in the headspace to and from a damaged module can be temporarily plugged using a solid shim inserted between the compressible seal and the surface of the headspace.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist ein axialer Teil-Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher und zeigt seinen Anschluß an einer Pumpe zum Umpumpen des Strömungsmittelstromes hierdurch.Fig. 1 is a partial axial cross-section through a heat exchanger and shows its connection to a pump for pumping the fluid flow through it.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Axial-Telischnitt durch den Wärmeaustauscher, der in Fig. 1 gezeigt ist.Fig. 2 is an enlarged partial axial section through the heat exchanger shown in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Wärmeaustauscher, vorgenommen auf der Linie 3-3 der Fig. 2.Fig. 3 is a section through the heat exchanger taken on the line 3-3 of Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Wärmeaustauscher, vorgenommen auf der Linie 4-4 der Fig. 2.Fig. 4 is a section through the heat exchanger taken on line 4-4 of Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Ansicht eines gemeinsamen Einlaßtanks von unten her, die Einzelheiten der Verbindungsanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt.Figure 5 is a bottom view of a common inlet tank showing details of the connection arrangement of the present invention.

Fig. 6 ist ein Schnitt des Wärmeaustauschers, vorgenommen auf der Linie 6-6 der Fig. 5.Fig. 6 is a section of the heat exchanger taken on the line 6-6 of Fig. 5.

Fig. 7 ist eine Frontansicht eines Teils eines modularen Wärmeaustauschers, der einen Rohr- und Kopfraum-Aufbau sowie die Montageanordnung der vorliegenden Erfindung benutzt.Figure 7 is a front view of a portion of a modular heat exchanger utilizing a tube and headspace construction and the mounting arrangement of the present invention.

Fig. 8 ist ein Schnitt des Wärmeaustauschers, der in Fig. 7 gezeigt ist, insgesamt gleichartig zur Fig. 6.Fig. 8 is a section of the heat exchanger shown in Fig. 7, overall similar to Fig. 6.

Fig. 9 ist ein Teilschnitt, der auf der Linie 9-9 der Fig. 8 vorgenommen wurde.Fig. 9 is a partial section taken on line 9-9 of Fig. 8.

Fig. 10 ist eine Frontansicht eines modularen Wärmeaustauschers, der die Moduln und die Montageanordnung der vorliegenden Erfindung benutzt.Figure 10 is a front view of a modular heat exchanger utilizing the modules and mounting arrangement of the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; ein Wärmeaustauscher 10 ist gezeigt, der betrieblich an einer Pumpe 11 angebracht ist, welche ein Strömungsmittel veranlaßt, in den Einlaß 12 des Wärmeaustauschers zu strömen und aus diesem durch einen Auslaß 13 zur Rückkehr zur Pumpe auszutreten. Die Pumpe kann beispielsweise die Wasserpumpe an einem Verbrennungsmotor umfassen. Der Wärmeaustauscher, der nachfolgend detaillierter zu beschreiben ist, ist jedoch auch zum Kühlen anderer Strömungsmittel geeignet, wie etwa des Motoröls oder der Motor- Verbrennungsluft, sowie zum Kühlen oder Erwärmen einer Vielzahl anderer Strömungsmittel für gänzlich unterschiedliche Anwendungsfälle.Referring to Fig. 1, a heat exchanger 10 is shown operatively attached to a pump 11 which causes a fluid to flow into the inlet 12 of the heat exchanger and exit therefrom through an outlet 13 for return to the pump. The pump may comprise, for example, the water pump on an internal combustion engine. However, the heat exchanger, to be described in more detail below, is also suitable for cooling other fluids, such as engine oil or engine combustion air, as well as for cooling or heating a variety of other fluids for entirely different applications.

Der Wärmeaustauscher umfaßt eine rohrförmige Leitung 18, die einen Einlaßflansch 14 am einen Ende zur Anbringung an einem Einlaß-Kopfraum 15 und einen Auslaßflansch 16 am entgegengesetzten Ende zur Anbringung an einem Auslaß-Kopfraum 17 aufweist. Die rohrförmige Leitung 18 weist eine Reihe insgesamt paralleler und axial beabstandeter Wellungen 20 auf, von denen jede identisch ist. Es wird auch auf die Fig. 2, 3 und 4 Bezug genommen; jede Wellung 20 ist aus einem Paar identisch geformter teller- bzw shüsselförmiger Wandabschnitte 21 gebildet, wobei jeder Wandabschnitt einen Außenflansch 22 und einen Innenflansch 23 aufweist. Der Außen- und Innenflansch eines jeden Wandabschnitts erstrecken sich in entgegengesetzten axialen Richtungen, und zum Bilden einer Wellung 20 wird ein Paar gegenüberliegender Wandabschnitte 21 an den Kanten ihrer Außenflansche 22 mit einer durchgehenden äußeren Naht 24 zusammengefügt. In gleichartiger Weise werden benachbarte Wellungen 20, die die rohrförmige Leitung 18 aufweist, durch Zusammenfügen der Kanten benachbarter Innenflansche 23 mit einer durchgehenden inneren Naht 25 miteinander verbunden. Die Nähte 24 und 25 können durch Schweißen, Hartlöten, Weichlöten oder sogar Verkleben auf irgendeine Weise vorgesehen werden, die eine leckagefeste Abdichtung mit der erforderlichen Festigkeit vorsieht.The heat exchanger comprises a tubular conduit 18 having an inlet flange 14 at one end for attachment to an inlet headspace 15 and an outlet flange 16 at the opposite end for attachment to an outlet headspace 17. The tubular conduit 18 has a series of generally parallel and axially spaced corrugations 20, each of which is identical. Referring also to Figures 2, 3 and 4, each corrugation 20 is formed from a pair of identically shaped dish-shaped wall sections 21, each wall section having an outer flange 22 and an inner flange 23. The outer and inner flanges of each wall section extend in opposite axial directions and to form a corrugation 20, a pair of opposing wall sections 21 are joined together at the edges of their outer flanges 22 with a continuous outer seam 24. In a similar manner, adjacent corrugations 20 comprising the tubular conduit 18 are joined together by joining the edges of adjacent inner flanges 23 with a continuous inner seam 25. The seams 24 and 25 may be provided by welding, brazing, soldering or even gluing in any manner that provides a leak-tight seal with the required strength.

Die Innenflansche 23 fügen benachbarte Wellungen 20 aneinander und sorgen auch für mittige Öffnungen 26 für den Strömungsmittelstrom aus einer Wellung in die nächste, und somit durch den Wärmeaustauscher. In dem gegenwärtig bevorzugten Aufbau, wobei insbesondere auf Fig. 3 Bezug genommen wird, weisen die Wellungen 20 eine insgesamt rechteckige Form auf, gesehen in einer Ebene senkrecht zur Achse des Wärmeaustauschers. Die Oberflächen der Wandabschnitte 21 einer jeden Wellung divergieren radial nach innen, so daß jede Wellung an ihrer Umfangs-Außenkante am schmalsten ist, die von den Außenflanschen 22 gebildet ist, und an Ihrer Innenkante, die von den Innenflanschen 23 gebildet ist, am breitesten.The inner flanges 23 join adjacent corrugations 20 together and also provide central openings 26 for the flow of fluid from one corrugation into the next, and thus through the heat exchanger. In the presently preferred construction, referring particularly to Figure 3, the corrugations 20 are generally rectangular in shape when viewed in a plane perpendicular to the axis of the heat exchanger. The surfaces of the wall portions 21 of each corrugation diverge radially inwardly so that each corrugation is narrowest at its peripheral outer edge. which is formed by the outer flanges 22, and at its inner edge, which is formed by the inner flanges 23.

Innerhalb jeder hohlen Wellung 20 ist eine Prall- oder Verwirbelungsplatte 21 angebracht. Jede Verwirbelungsplatte weist ein massives Blech mit einer Form auf, die im wesentlichen dieselbe ist wie die Wellung, nämlich in der bevorzugten, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform rechteckig. Wegen des massiven Aufbaus der Verwirbelungsplatte 27 bildet sie eine Sperre gegenüber der unmittelbaren Strömung des Strömungsmittels durch eine Wellung von einer mittigen Öffnung 26 zur anderen. Die Verwirbelungsplatte ist jedoch etwas kleiner als die Wellung, so daß ihre äußere Umfangskante 28 radial nach innen zu den aneinander angebrachten Außenflanschen 22 der Wellung beabstandet ist, um zwischeneinander einen Umfangs-Strömungsmittelstrom-Kanal 30 zu bilden. Somit wird das Strömungsmittel, das von einer benachbarten, stromaufwärts gelegenen Wellung (oder vom Einlaß-Kopfraum 15) her in eine Wellung einströmt, radial nach außen durch die massive Verwirbelungsplatte 27 abgelenkt, fließt rund um die äußere Umfangskante 28 und durch den Strömungsmittelstrom-Kanal 30 und radial nach innen zur stromabwärts gelegenen, mittigen Öffnung 26. Dies sorgt für die allgemeine Funktion einer typischen Prallplatte, um die Strömungsmittelströmung etwas zu verlangsamen und ihre verbesserte Berührung mit einem größeren Wärmeaustauschoberflächenbereich sicherzustellen.Mounted within each hollow corrugation 20 is an impingement or swirl plate 21. Each swirl plate comprises a solid sheet having a shape substantially the same as the corrugation, namely, rectangular in the preferred embodiment shown in Figure 3. Because of the solid construction of the swirl plate 27, it forms a barrier to the direct flow of fluid through a corrugation from one central opening 26 to the other. However, the swirl plate is slightly smaller than the corrugation so that its outer peripheral edge 28 is spaced radially inwardly of the attached outer flanges 22 of the corrugation to form a circumferential fluid flow channel 30 therebetween. Thus, fluid entering a corrugation from an adjacent upstream corrugation (or from the inlet headspace 15) is deflected radially outward by the solid swirl plate 27, flows around the outer peripheral edge 28 and through the fluid flow channel 30 and radially inward to the downstream central opening 26. This provides the general function of a typical baffle plate to slightly slow down the fluid flow and ensure its improved contact with a larger heat exchange surface area.

Um die Wärmeaustauschfähigkeit noch weiter zu verbessern, ist jede der Verwirbelungsplatten 27 mit einer Reihe von Verwirbelungsrippen 31 versehen, die sich insgesamt senkrecht zur Richtung der radialen Strömungsmittelströmung über die Platte hinweg, wie sie gerade beschrieben wurde, erstrecken. Die Rippen 31 sorgen somit für mindestens eine teilweise Sperre gegenüber der Strömungsmittelströmung, sowie für Oberflächen- Unregelmäßigkeiten, die Turbulenz verursachen und das Strömungsmittel vermischen, um die wärmeaustauschende Berührung mit den Wänden der Wellungen noch weiter zu fördern. Die Verwirbelungsrippen sind in beiden Seiten der Verwirbelungsplatte 27 gebildet und erstrecken sich von diesen aus, um gleichartig gerippte Oberflächen an beiden Seiten darzubieten. Bevorzugt erstrecken sich die Rippen kontinuierlich längs der gesamten Oberfläche der Platte sowie rund um diese, und sie weisen in der bevorzugten rechteckigen Ausbildung eine konzentrische Anordnung rechteckiger Rippen auf, die sich radial von der äußeren Umfangskante 28 zu dem Abschnitt der Platte erstrecken, der der mittigen Öffnung 26 in der Wellung benachbart ist. Die Mitte 32 der Verwirbelungsplatte ist glatt und, wie schon vorher erwähnt, massiv, um gegenüber der Strömungsmittelströmung eine unmittelbare Sperre zu bilden. Die Größe der Rippen 31 ändert sich radial, um mit der divergierenden Ausrichtung der Wandabschnitte 21 übereinzustimmen, zwischen denen jede Verwirbelungsplatte angebracht ist. Somit ist, wobei besonders auf Fig. 2 Bezug genommen wird, die Anordnung von Rippen in jeder Platte insgesamt wellenförmig im Querschnitt und bildet eine Welle mit zunehmender Amplitude in einer Richtung radial nach innen.To further enhance heat exchange capability, each of the swirl plates 27 is provided with a series of swirl ribs 31 extending generally perpendicular to the direction of radial fluid flow across the plate as just described. The ribs 31 thus provide at least a partial barrier to the fluid flow, as well as surface irregularities which cause turbulence and mix the fluid to further promote heat exchange contact with the walls of the corrugations. The swirl ribs are formed in and extend from both sides of the swirl plate 27 to present similarly corrugated surfaces on both sides. Preferably, the ribs extend continuously along and around the entire surface of the plate, and in the preferred rectangular configuration comprise a concentric array of rectangular ribs extending radially from the outer peripheral edge 28 to the portion of the plate adjacent the central opening 26 in the corrugation. The center 32 of the turbulence plate is smooth and, as previously mentioned, solid to form an immediate barrier to the fluid flow. The size of the ribs 31 varies radially to match the diverging orientation of the wall sections 21 between which each swirl plate is mounted. Thus, with particular reference to Figure 2, the arrangement of ribs in each plate is generally undulating in cross-section and forms a wave of increasing amplitude in a radially inward direction.

Die äußeren Oberflächen der Wandabschnitte 21 einer jeden Wellung 20 sind mit einer Vielzahl von sich nach außen erstreckenden, konvexen Ausstülpungen 33 versehen. Die Ausstülpungen sind verhältnismäßig schmal und lang und sind in der bevorzugten rechteckigen Form, die in Fig. 3 gezeigt ist, insgesamt zueinander parallel und senkrecht zu den längeren Kanten der rechteckigen Wellung angeordnet. Wenn somit beispielsweise der Wärmeaustauscher 10 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um Wärme dem Motor-Strömungsmittel bei einem Verbrennungsmotor zu entziehen, dann wird die Kühlungsluft, die über die Außenseite des Wärmeaustauschers hinwegströmt, veranlaßt, in der langen Richtung der rechteckigen Form zu strömen, sowie senkrecht zu den konvexen Ausstülpungen 33. Dies sichert eine optimale Strömung der Luft über die größte wärmeaustauschende Oberfläche, und die konvexen Ausstülpungen 33 sind dazu angeordnet, die Luftturbulenz zu maximieren.The outer surfaces of the wall sections 21 of each corrugation 20 are provided with a plurality of outwardly extending, convex protuberances 33. The protuberances are relatively narrow and long and are arranged in the preferred rectangular shape shown in Fig. 3 generally parallel to one another and perpendicular to the longer edges of the rectangular corrugation. Thus, for example, if the heat exchanger 10 of the present invention is used to remove heat from the engine fluid in an internal combustion engine, then the cooling air flowing over the outside of the heat exchanger is caused to flow in the long direction of the rectangular shape, as well as perpendicular to the convex protuberances 33. This ensures optimal flow of air over the largest heat exchanging surface, and the convex protuberances 33 are arranged to maximize air turbulence.

Die Wände 21 einer jeden Wellung 20 können auch mit einer Vielzahl konkaver Ausstülpungen 34 versehen sein, die sich in das Innere der Wellung hinein erstrecken. Die konkaven Ausstülpungen können dazu eingerichtet sein, zwei getrennten und unterschiedlichen Zwecken zu dienen. Zunächst vergrößern die konkaven Ausstülpungen 34 den wärmeaustauschenden Oberflächenbereich und sorgen für Unterbrechungen, die dazu beitragen, um Turbulenz in der Strömung des Strömungsmittels innerhalb des Wärmeaustauschers zu erzeugen. Zusätzlich können konkave Ausstülpungen, die sich von gegenüberliegenden Wandabschnitten 21 aus nach innen erstrecken, dazu benutzt werden, die Verwirbelungsplatte 27 zu ergreifen und in ihrer Lage zu halten. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die konkaven Ausstülpungen 34 so angeordnet sein, daß sie auf den Scheiteln der Rippen 31 aufliegen, wenn ein Paar von Wandabschnitten 21 zusammengebracht und längs der durchgehenden, äußeren Naht 24 dichtend verbunden ist. Eine gewisse Abtrennung muß zwischen den Scheiteln der Rippen und den Innenoberflächen der Wandabschnitte 21 aufrechterhalten bleiben, weil sonst die Strömung des Strömungsmittels hierzwischen beschränkt würde. Die konkaven Ausstülpungen 34 sorgen somit auch für die erforderliche Beabstandung. Diese sich nach innen erstreckenden Ausstülpungen können sich zwischen den sich nach außen erstreckenden, konvexen Ausstülpungen 23 verteilt befinden und eine im wesentlichen kürzere Länge aufweisen, wie gezeigt ist. Die konkaven Ausstülpungen 34 können aber auch mit der insgesamt selben Länge und mit den konvexen Ausstülpungen alternierend ausgebildet sein. Falls notwendig, können die Berührungsflächen der konkaven Ausstülpungen 34 und die Scheitel der Rippen 31 benutzt werden, um die Teile durch Punktschweißung, Hartlötung oder sonstwie aneinander zu befestigen. Wegen der nach innen divergierenden Form der Wandabschnitte 21 und der entsprechenden Zunahme in der Tiefe oder Amplitude der wellenartigen Rippen 31 werden jedoch die Verwirbelungsplatten 27 inhärenterweise zwischen den Wandabschnitten ergriffen und in ihrer Lage gehalten, wenn diese zusammengeschweißt oder sonstwie aneinander befestigt werden.The walls 21 of each corrugation 20 may also be provided with a plurality of concave protuberances 34 extending into the interior of the corrugation. The concave protuberances may be arranged to serve two separate and distinct purposes. First, the concave protuberances 34 increase the heat exchanging surface area and provide disruptions which help to create turbulence in the flow of fluid within the heat exchanger. In addition, concave protuberances extending inwardly from opposing wall sections 21 may be used to grip and hold the swirl plate 27 in place. As shown in Fig. 2, the concave protuberances 34 may be arranged to rest on the crests of the ribs 31 when a pair of wall sections 21 are brought together and sealed along the continuous outer seam 24. A certain separation must be maintained between the crests of the ribs and the inner surfaces of the wall sections 21, otherwise the flow of the fluid between them would be restricted. The concave protuberances 34 thus also provide the required spacing. These inwardly extending protuberances may be interspersed between the outwardly extending convex protuberances 23 and may be of substantially shorter length as shown. Alternatively, the concave protuberances 34 may be of the same overall length and alternate with the convex protuberances. If necessary, the mating surfaces of the concave protuberances 34 and the apices of the ribs 31 may be used to spot weld, braze or otherwise secure the parts together. However, because of the inwardly diverging shape of the wall sections 21 and the corresponding increase in depth or amplitude of the undulating ribs 31, the swirl plates 27 are inherently caught between the wall sections and held in place when they are welded or otherwise secured together.

Anstelle der Benutzung konkaver Ausstülpungen 34 als Mittel zum Positionieren und Beibehalten des Abstandes zwischen der Verwirbelungsplatte und den benachbarten Oberflächen der Wandabschnitte können auch die Scheitel bestimmter Verwirbelungsrippen 31 mit gestauchten Abschnitten 35 (siehe Fig. 2) versehen sein, die sich bis in Berührung mit den Innenflächen der Wandabschnitte 21 erstrecken. Die kleinen, gestauchten Abschnitte 35 können auf irgendeine zweckmäßige Weise gebildet werden und bevorzugt beim selben Prägevorgang, bei dem die Rippen ihrerseits in den Platten 27 ausgebildet werden. Falls erforderlich oder erwünscht, können die geprägten Abschnitte 35 auch als Hartlötflächen benutzt werden, um die Platten an den Wellungswänden zwangsweise anzubringen.Instead of using concave protuberances 34 as a means of positioning and maintaining the distance between the swirl plate and the adjacent surfaces of the wall sections, the crests of certain swirl ribs 31 may be provided with swaged portions 35 (see Fig. 2) extending into contact with the inner surfaces of the wall sections 21. The small swaged portions 35 may be formed in any convenient manner and preferably in the same stamping operation in which the ribs are formed in the plates 27. If necessary or desired, the stamped portions 35 may also be used as brazing surfaces to positively attach the plates to the corrugation walls.

Der Wärmeaustauscher 10 der vorliegenden Erfindung kann gänzlich aüs einem geprägten Metallblechaufbau hergestellt sein. Sowohl die Wellungen 20 als auch die Prall- oder Verwirbelungsplatten 27 können aus dünnen Stahl- oder Messingblechen hergestellt sein, beispielsweise mit einer typischen Materialdicke von 0,018-0,020 Zoll (0,46-0,51 mm). Mit dem geeigneten Werkzeug können die tellerförmigen Wandabschnitte 21 mit dem Außen- und Innenflansch 22 und 23 und den konvexen und/oder konkaven Ausstülpungen 33 und 34 in einem einzigen Schritt geprägt werden. Die äußere und innere Naht 24 und 25 werden bevorzugt durch Schweißen hergestellt, aber es können auch Hartlöten und andere Verfahren benutzt werden. Verglichen mit herkömmlichen Kraftfahrzeug-Wärmeaustauscheraufbauten unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise dadurch, daß weichgelötete Nähte und Verbindungen entfallen sind, die als störanfällig bekannt sind.The heat exchanger 10 of the present invention may be made entirely of stamped sheet metal construction. Both the corrugations 20 and the baffle or swirl plates 27 may be made of thin steel or brass sheets, for example with a typical material thickness of 0.018-0.020 inches (0.46-0.51 mm). With the appropriate tooling, the dished wall sections 21 with the outer and inner flanges 22 and 23 and the convex and/or concave protuberances 33 and 34 can be stamped in a single step. The outer and inner seams 24 and 25 are preferably made by welding, but brazing and other methods may also be used. Compared to conventional automotive heat exchanger assemblies, the present invention advantageously differs by eliminating soft-soldered seams and connections, which are known to be susceptible to failure.

Es wird nun auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen; dort ist eine Anordnung zum Montieren einer Anzahl von Wärmeaustauschern 10 der vorliegenden Erfindung in einem System zur Handhabung einer Strömung an Motorströmungsmittel gezeigt. Ein gleichartiges System kann jedoch auch zum Kühlen (oder Erwärmen) anderer Flüssigkeiten und/oder Gase benutzt werden. Anstelle eines Einlaß-Kopfraums 15, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Einlaßtank 36 über einer parallelen Anordnung von Wärmeaustauschern 10 angeordnet. Der Einlaßtank 36 umfaßt eine herkömmliche Einlaßöffnung 37 zur Anbringung eines Kühlmittel-Zufuhrschlauches oder dergleichen, etwa von der Wasserpumpe 11 her (Fig. 1). Die untere Oberfläche 39 des Tanks 36 umfaßt eine Reihe beabstandeter Auslaßöffnungen 38, die verlängert sind und dieselbe allgemeine Form wie die Mittelöffnung 26 durch die Wärmeaustauscherleitung 18 hindurch aufweisen. Ein Montagebügel 40 ist an der unteren Oberfläche des Tanks 36 angebracht und umrundet jede Auslaßöffnung 38. Der Montagebügel 40 ist im Aufbau U-förmig und entspricht in seiner Form dem Innenflansch 23 der ersten Wellung 20, die am Einlaßflansch 14 der Wärmeaustauscherleitung angebracht ist, ist aber ein wenig größer. Der Montagebügel ist mit Abstand zur Oberfläche des Tanks angebracht, und das offene Ende des U bildet einen Schlitz 41 zwischen dem Bügel und der unteren Oberfläche 39 des Tanks, in welchen der Einlaßflansch und ein geeigneter Dichtungsring 42 so hineingeschoben werden können, daß die mittige Öffnung 26 im Einlaßflansch 14 sich in Ausrichtung auf die Auslaßöffnung 38 in der unteren Tankoberfläche 39 befindet.Referring now to Figures 5 and 6, there is shown an arrangement for mounting a number of heat exchangers 10 of the present invention in a system for handling a flow of engine fluid. However, a similar system may be used for cooling (or heating) other liquids and/or gases. Instead of an inlet headspace 15 as shown in Figure 2, an inlet tank 36 is disposed above a parallel array of heat exchangers 10. The inlet tank 36 includes a conventional inlet opening 37 for attachment of a coolant supply hose or the like, such as from the water pump 11 (Figure 1). The lower surface 39 of the tank 36 includes a series of spaced outlet openings 38 which are elongated and have the same general shape as the central opening 26 through the heat exchanger conduit 18. A mounting bracket 40 is attached to the lower surface of the tank 36 and surrounds each outlet opening 38. The mounting bracket 40 is U-shaped in construction and corresponds in shape to the inner flange 23 of the first corrugation 20 attached to the inlet flange 14 of the heat exchanger line, but is slightly larger. The mounting bracket is spaced from the surface of the tank and the open end of the U forms a slot 41 between the bracket and the lower surface 39 of the tank into which the inlet flange and a suitable sealing ring 42 can be inserted so that the central opening 26 in the inlet flange 14 is in alignment with the outlet opening 38 in the lower tank surface 39.

Um die Wärmeaustauscherleitung in ihrer Lage zu befestigen und den Einlaßflansch 14 und den Dichtungsring 42 in Dichtungseingriff mit der Oberfläche des Tanks zu drücken, die die Auslaßöffnung 38 umgibt, wird eine keilförmige Druckplatte 43 in das offene Ende des Schlitzes 41 zwischen die innenseitige Oberfläche des Montagebügels 40 und die gegenüberliegende Fläche des Einlaßflansches 14 eingeführt. Die Druckplatte 43 hat einen Aufbau wie eine zweizinkige Gabel, der von einem Paar beabstandeter Schenkel 44 gebildet ist, die über den Schenkeln des U-förmigen Schlitzes 41 legen und in einer gleichartigen Weise den Innenflansch 23 umgeben, der die mittlere Öffnung 26 unmittelbar neben dem Einlaßflansch 14 bildet. Die Keilwirkung der Druckplatte drückt den Dichtungsring 42 zusammen und fügt die Anordnung zuverlässig zusammen. Das gegenüberliegende Ende der Druckplatte 43 umfaßt einen Montageflansch 45, in dem eine Gewindebohrung zur Aufnahme einer Spannschraube 46 angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, gegen die Seitenwand des Einlaßtanks 36 anzuliegen. Die Schraube 46 kann von Hand mit der integrierten Flügelmutter 47 gedreht werden, um die endgültige Lage der Druckplatte 43 herzustellen, und die Lage kann durch Festziehen einer Verriegelungsmutter 48 gegen den Montageflansch 45 aufrechterhalten werden.To secure the heat exchanger pipe in place and to urge the inlet flange 14 and sealing ring 42 into sealing engagement with the surface of the tank surrounding the outlet opening 38, a wedge-shaped pressure plate 43 is inserted into the open end of the slot 41 between the inside surface of the mounting bracket 40 and the opposite surface of the inlet flange 14. The pressure plate 43 has a two-pronged fork configuration formed by a pair of spaced legs 44 which overlie the legs of the U-shaped slot 41 and similarly surround the inner flange 23 which forms the central opening 26 immediately adjacent the inlet flange 14. The wedging action of the pressure plate compresses the sealing ring 42 and securely joins the assembly together. The opposite end of the pressure plate 43 includes a mounting flange 45 in which a threaded bore is formed for Receiving a tightening screw 46 which is adapted to bear against the side wall of the inlet tank 36. The screw 46 can be turned by hand with the integral wing nut 47 to establish the final position of the pressure plate 43 and the position can be maintained by tightening a locking nut 48 against the mounting flange 45.

Die Anordnung zur Anbringung der Wärmeaustauschleitungen am Speisetank ist einfach und wirksam, ermöglicht es jedoch einzelnen Wärmeaustauschereinhelten, notwendigenfalls ersetzt zu werden, ohne das Erfordernis, eine weichgelötete Verbindung zu öffnen und wiederherzustellen, wie es bei herkömmlichen Kraftfahrzeug-Kühlerkonstruktionen notwendig ist. Der Auslaßflansch 16 der Wärmeaustauschereinheit kann in gleicher Weise an einem gemeinsamen Auslaß-Kopfraum (nicht gezeigt) für mehrere rohrförmige Leitungen auf eine Weise angebracht werden, die identisch ist zum Einlaßende. Wie schon vorher erwähnt, weist jede der rohrförmigen Leitungen 18 bevorzugt eine rechteckige Form auf, die in der Richtung der Strömung der Kühlluft über die Einheit hinweg ausgerichtet ist, wie durch die großen Pfeile in Fig. 5 angezeigt. Diese Ausrichtung sorgt für optimale Luftturbulenz und optimalen Wärmeübergang.The arrangement for attaching the heat exchanger pipes to the feed tank is simple and effective, yet allows individual heat exchanger units to be replaced if necessary without the need to open and re-establish a soldered joint as is necessary in conventional automotive radiator designs. The outlet flange 16 of the heat exchanger unit can similarly be attached to a common outlet header (not shown) for several tubular pipes in a manner identical to the inlet end. As previously mentioned, each of the tubular pipes 18 preferably has a rectangular shape oriented in the direction of flow of cooling air across the unit as indicated by the large arrows in Figure 5. This orientation provides optimum air turbulence and heat transfer.

Es wird auf die Fig. 7 bis 10 Bezug genommen; eine Montageanordnung kann zum Gebrauch mit Wärmaustauschermoduln 50 unter Benutzung eines herkömmlichen Rohr- und Kopfraum-Aufbaus angepaßt werden. Jedes Modul 50 umfaßt eine Reihe rohrförmiger Leitungen 51, die sich in einer insgesamt parallelen Ausrichtung zwischen einem Paar Kopfraumplatten 52 erstrecken. Jede Kopfraumplatte ist mit einem Muster von Bohrungen 53 versehen, und jede dieser Bohrungen ist dazu eingerichtet, ein Ende einer rohrförmigen Leitung 51 aufzunehmen, das starr hierin mit einer weich- oder hartgelöteten Verbindung befestigt ist, alles in durchaus bekannter Weise. Eine Vielzahl recht dicht gepackter Wärmeaustauschbleche 54 sind an den rohrförmigen Leitungen zwischen den Kopfraumplatten 52 ebenfalls in bekannter Weise angebracht. Die Rohr- und Blechanordnung kann an den gegenüberliegenden Stirnseiten von einem Paar Seitenplatten 55 abgestützt werden, aber das Modul 50 ist in einer Richtung parallel zu den Seitenplatten hin offen, um es Kühlluft zu gestatten, ohne weiteres über die Rohre und Bleche zu strömen.Referring to Figures 7 to 10, a mounting arrangement can be adapted for use with heat exchanger modules 50 using a conventional tube and header assembly. Each module 50 comprises a series of tubular conduits 51 extending in a generally parallel alignment between a pair of header plates 52. Each header plate is provided with a pattern of holes 53, and each of these holes is adapted to receive one end of a tubular conduit 51 rigidly secured therein by a soldered or brazed joint, all in a manner well known in the art. A plurality of fairly closely packed heat exchanger plates 54 are attached to the tubular conduits between the header plates 52, also in a manner well known in the art. The tube and sheet assembly may be supported at the opposite ends by a pair of side plates 55, but the module 50 is open in a direction parallel to the side plates to allow cooling air to flow readily over the tubes and sheets.

Jede Kopfraumplatte 52 ist mit ihrer Umfangskante in einer Richtung vom Modul weg nach oben umgeschlagen, um eine Umfangslippe 56 zu bilden. Die Kopfraumplatten sind verhältnismäßig steif, und eine solche Steifigkeit wird durch die starren, weichgelöteten Verbindungen der vielfachen rohrförmigen Leitungen 51 wesentlich erhöht. Eine dünne, flexible Endplatte 57 ist mit ihrer Außenumfangskante an der Umfangslippe 56 der Kopfraumplatte 52 angebracht. Jede Endplatte 57 kann im Aufbau im wesentlichen identisch sein mit dem tellerförmigen Wandabschnitt 21, der in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform benutzt wird. Somit kann die Endplatte einen Umfangs-Außenflansch 58 zur unmittelbaren Anbringung an der Lippe 56 der Kopfraumplatte umfassen, etwa mit einer weichgelöteten, hartgelöteten oder geschweißten Naht 60. Die Kopfraumplatte 52 und die Endplatte 57, die verbunden sind, bilden Kammern 61 an jedem Ende des Moduls 50.Each headspace plate 52 has its peripheral edge folded upward in a direction away from the module to form a peripheral lip 56. The headspace plates are relatively rigid, and such rigidity is substantially increased by the rigid, soldered connections of the multiple tubular conduits 51. A thin, flexible end plate 57 is attached at its outer peripheral edge to the peripheral lip 56 of the head plate 52. Each end plate 57 may be substantially identical in construction to the dish-shaped wall section 21 used in the previously described embodiment. Thus, the end plate may include a peripheral outer flange 58 for direct attachment to the lip 56 of the head plate, such as with a soldered, brazed or welded seam 60. The head plate 52 and end plate 57 being connected form chambers 61 at each end of the module 50.

Die Endplatte 57 ist mit einer Mittelöffnung 62 (wie die Öffnung 26 der vorher beschriebenen Ausführungsform) versehen, und diese Öffnung 62 ist von einer sich axial erstreckenden Manschette 63 gebildet. Am entgegengesetzten Ende der Manschette 63 ist ein Montageflansch 64 angebracht, der ebenfalls im Aufbau gleichartig dem schon vorher beschriebenen ist. Der Montageflansch 64 ist dazu eingerichtet, über der Bodenfläche 65 des Einlaß-Kopfraums 66 so zu liegen, daß die Mittelöffnung 62 zur Kammer 61 auf die Auslaßöffnung 67 aus dem Kopfraum ausgerichtet ist. Ein durchgehendes, zusammendrückbares Dichtteil 68 liegt über der Außenfläche des Montageflansches 64.The end plate 57 is provided with a central opening 62 (like the opening 26 of the previously described embodiment) and this opening 62 is defined by an axially extending sleeve 63. At the opposite end of the sleeve 63 is mounted a mounting flange 64 which is also similar in construction to that previously described. The mounting flange 64 is adapted to lie over the bottom surface 65 of the inlet head space 66 so that the central opening 62 to the chamber 61 is aligned with the outlet opening 67 from the head space. A continuous, compressible sealing member 68 lies over the outer surface of the mounting flange 64.

Der Einlaßkopfraum 66 ist mit einer Reihe von Auslaßöffnungen 67 versehen, und ein Montagebügel 70 ist an der Bodenfläche 65 des Kopfraums an jeder Strömungsmittelöffnung angebracht. Jeder der Montagebügel 70 hat eine insgesamt kanalartige Form, wenn er gesehen ist wie in Fig. 7, und umfaßt ein Paar paralleler Seitenflansche 71, die an der Kopfraumoberfläche befestigt sind, und eine integrale Mittelplatte 72, die sich zwischen den Seitenflanschen 71 erstreckt. Die Mittelplatte 72 ist mit einer U-förmigen Ausnehmung 73 versehen, die groß genug ist, um es zu ermöglichen, daß die Manschette 63 an der Endplatte 57 sich hier hinein erstreckt. Das Innere des Montagebügels 70 und die untere Oberfläche 65 des Kopfraums bilden einen Montageschlitz 74, in den der Montageflansch 64 und das Dichtungsteil 68 hineingeschoben werden können, wenn die Manschette 63 in der U-förmigen Ausnehmung 73 aufgenommen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß das gegenüberliegende Ende eines jeden Moduls 50 (das entweder an einem Zwischen-Kopfraum 77 oder an einem Auslaß-Kopfraum 78 angebracht ist, wie noch detaillierter beschrieben wird) mit einer identischen Montageanordnung versehen ist, so daß die Montageflansch-/Dichtungsteil-Unterbaugruppen an jedem Ende des Moduls gleichzeitig in die Montageschlitze 74 in den Montagebügeln eingeführt werden.The inlet headspace 66 is provided with a series of outlet openings 67 and a mounting bracket 70 is attached to the bottom surface 65 of the headspace at each fluid opening. Each of the mounting brackets 70 has a generally channel-like shape when viewed as in Fig. 7 and includes a pair of parallel side flanges 71 attached to the headspace surface and an integral center plate 72 extending between the side flanges 71. The center plate 72 is provided with a U-shaped recess 73 large enough to allow the collar 63 on the end plate 57 to extend thereinto. The interior of the mounting bracket 70 and the bottom surface 65 of the headspace form a mounting slot 74 into which the mounting flange 64 and sealing member 68 can be slid when the collar 63 is received in the U-shaped recess 73. It should be noted that the opposite end of each module 50 (which is attached to either an intermediate headspace 77 or an outlet headspace 78, as will be described in more detail) is provided with an identical mounting arrangement so that the mounting flange/seal member subassemblies are each end of the module simultaneously into the mounting slots 74 in the mounting brackets.

Eine Druckplatte 75 wird dann verschieblich in den Montageschlitz zwischen der innenseitigen Oberfläche der Mittelplatte 72 und der Oberfläche des Montageflansches 64 gegenüber dem Dichtungsteil eingeführt, um das Dichtungsteil gegen die Kopfraumplatte anzudrücken und das Modul hieran zu befestigen. Die Druckplatte ist zweigegabelt, um ein Paar Schenkel 76 zu bilden, die die Manschette 63 umspreizen, wenn die Druckplatte in den Montageschlitz eingeführt ist. Die abgelegenen Kanten der Schenkel 76 sind mit verhältnismäßig scharfen Kanten 80 versehen, um das anfängliche Einführen der Schenkel zwischen den Montagebügel 70 und den Montageflansch 64 zu erleichtern. Die Druckplatte kann auch mit einem mit Flansch versehenen Handgriff 81 versehen sein, um das Einführen und Entfernen der Druckplatte von Hand zu erleichtern.A pressure plate 75 is then slidably inserted into the mounting slot between the inside surface of the center plate 72 and the surface of the mounting flange 64 opposite the sealing member to press the sealing member against the head plate and secure the module thereto. The pressure plate is bifurcated to form a pair of legs 76 which straddle the collar 63 when the pressure plate is inserted into the mounting slot. The distal edges of the legs 76 are provided with relatively sharp edges 80 to facilitate initial insertion of the legs between the mounting bracket 70 and the mounting flange 64. The pressure plate may also be provided with a flanged handle 81 to facilitate manual insertion and removal of the pressure plate.

In einem typischen Einbaubeispiel werden die Montageflansche 64 und die Dichtungsteile 68 an den gegenüberliegenden Enden des Moduls in ihre jeweiligen Montagebügel 70 eingeschoben. Es wird dann eine der Druckplatten 75 eingeführt, wie erwähnt, um dieses Ende des Moduls am Kopfraum zu befestigen, während gleichzeitig das Dichtungsteil 68 zusammengedrückt wird, um eine strömungsmitteldichte Abdichtung vorzusehen. Wenn die Druckplatte 75 am anderen Ende des Moduls zwischen dem Montagebügel und dem Montageflansch eingeführt wird, wird das Dichtungsteil 68 anfangen, zusammengedrückt zu werden, aber die Keilwirkung der Druckplatte wird auch eine axiale Dehnung des Moduls verursachen. Eine solche axiale Dehnung wird ohne weiteres von den flexiblen Endplatten 57 aufgenommen, so daß keine unzulässige Zuglast auf die Verbindungsstellen mit verhältnismäßig niedriger Festigkeit aufgebracht wird, die zwischen den rohrförmigen Leitungen 51 und den Kopfplatten 52 vorliegen.In a typical installation example, the mounting flanges 64 and the sealing members 68 at the opposite ends of the module are inserted into their respective mounting brackets 70. One of the pressure plates 75 is then inserted, as mentioned, to secure that end of the module to the headspace while simultaneously compressing the sealing member 68 to provide a fluid-tight seal. When the pressure plate 75 is inserted at the other end of the module between the mounting bracket and the mounting flange, the sealing member 68 will begin to compress, but the wedging action of the pressure plate will also cause axial expansion of the module. Such axial expansion is readily accommodated by the flexible end plates 57 so that no undue tensile load is applied to the relatively low strength joints existing between the tubular conduits 51 and the head plates 52.

Die inhärente Flexibilität der Endplatten 57, die eine Wand der Kammern 61 an jedem Ende des Moduls bilden, wird auch eine wesentliche Axialbewegung des Moduls als Ergebnis von Wärmespannungen, Stößen gegen den Wärmeaustauscherrahmen oder dessen Verwindung aufnehmen, die aus einer Bewegung des Fahrzeugrahmens herrührt, an dem der Wärmeaustauscher angebracht sein kann.The inherent flexibility of the end plates 57 forming a wall of the chambers 61 at each end of the module will also accommodate substantial axial movement of the module as a result of thermal stresses, impacts against the heat exchanger frame or distortion thereof resulting from movement of the vehicle frame to which the heat exchanger may be mounted.

Es wird auf Fig. 10 Bezug genommen; ein modularer Wärmeaustauscher 82 umfaßt den oberen Einlaß-Kopfraum 66, einen mittleren Kopfraum 77 und einen unteren Auslaß-Kopfraum 78, die alle durch ein Paar Seitenrahmenteile 83 verbunden sind, um einen insgesamt rechteckigen Tragerahmen 84 zu bilden. Bei dem gezeigten Wärmeaustauscheraufbau sind obere und untere, parallele Anordnungen 85 und 86 aus Moduln 50 in zwei Reihen angeordnet, die vom Zwischen-Kopfraum 77 getrennt sind. Jedes Modul 50 in der oberen Anordnung 85 und der unteren Anordnung 86 umfaßt eine Kammer 61 mit flexibler Wand sowie eine Montagebügelanordnung an jedem Ende. Jeder der Kopfräume 66, 77 und 78 hat einen im wesentlichen offenen Innenraum für das Strömungsmittel, das in die Moduln 50 einströmt oder aus diesen ausströmt. Wenn ein einzelnes Modul 50 so beschädigt ist, daß Strömungsmittel aus dem System freikommt, wird dieses Modul einfach dadurch ersetzt, daß man den oben beschriebenen Montagevorgang umkehrt und ein Austauschmodul an seiner Stelle anbringt. Sollte jedoch kein Austauschmodul zur Verfügung stehen, können die Öffnungen in den beiden Kopfräumen zum beschädigten Modul hin und von diesem weg zeitweise verstopft werden und der Betrieb des Wärmeaustauschers kann ohne beträchtlichen Verlust der Wärmeaustauschfähigkeit fortgesetzt werden. Um zeitweise eine Kopfraumöffnung zu verstopfen, wird die Druckplatte 75 entfernt, eine dünne, massive Beilage in der geeigneten Form eines Montageflansches 64 wird in den Montageschlitz 74 zwischen der Dichtung 68 und der Kopfraumfläche eingeführt und die Druckplatte 75 wird erneut eingesetzt, um das Dichtungsteil zusammenzudrücken, die Beilage gegen die Oberfläche des Kopfrahmens anzupressen und die Kopfraumöffnung zu verschließen. Die offenen Innenräume der verschiedenartigen Kopfräume ermöglichen einen Strömungsmittelstrom durch alle verbleibenden Moduln, die beibehalten werden sollen. Dadurch, daß man das beschädigte Modul an der Stelle beläßt, kann eine gleichförmige Strömung an Kühlungsluft durch den gesamten Wärmeaustauscher aufrechterhalten werden. Die Beilage kann aus irgendeinem Material aufgebaut sein, das kräftig und starr genug ist, um eine Sperre gegenüber dem Strömungsmittelstrom vorzusehen, und doch eine geeignete, zwischenzeitliche Dichtung zu liefern. Verschiedene Kunststoffarten werden für geeignet gehalten, und die Beilage kann eine Dicke z.B. im Bereich von 0,005-0,010 Zoll aufweisen.Referring to Fig. 10, a modular heat exchanger 82 includes the upper inlet headspace 66, a middle headspace 77 and a lower outlet headspace 78, all of which are connected by a pair of side frame members 83 to form a generally rectangular support frame 84. In the heat exchanger structure shown, upper and lower parallel arrays 85 and 86 of modules 50 are arranged in two rows separated by the intermediate headspace 77. Each module 50 in the upper array 85 and lower array 86 includes a flexible wall chamber 61 and a mounting bracket assembly at each end. Each of the headspaces 66, 77 and 78 has a substantially open interior for fluid to flow into or out of the modules 50. If an individual module 50 is damaged to the extent that fluid is released from the system, that module is simply replaced by reversing the assembly procedure described above and installing a replacement module in its place. However, if a replacement module is not available, the openings in the two headspaces to and from the damaged module can be temporarily plugged and operation of the heat exchanger can continue without significant loss of heat exchange capability. To temporarily plug a headspace opening, the pressure plate 75 is removed, a thin, solid shim in the appropriate form of mounting flange 64 is inserted into the mounting slot 74 between the gasket 68 and the headspace surface, and the pressure plate 75 is reinserted to compress the gasket member, press the shim against the surface of the headframe, and close the headspace opening. The open interiors of the various headspaces allow fluid flow through any remaining modules that are to be retained. By leaving the damaged module in place, a uniform flow of cooling air can be maintained throughout the heat exchanger. The shim may be constructed of any material strong and rigid enough to provide a barrier to fluid flow and yet provide a suitable intermediate seal. Various types of plastics are considered suitable and the shim may have a thickness in the range of 0.005-0.010 inches, for example.

Claims (8)

1. Wärmeaustauschervorrichtung, mit:1. Heat exchanger device, with: einem Wärmeaustauschermodul (10, 50), das Strömungsmittelleitungs- und Wärmeaustauschleitungs-Mittel (51) aufweist, die sich zwischen einem Paar Kopfraumplatten (21, 52) erstrecken und mit ihren gegenüberliegenden Enden an diesen angebracht sind, wobei jeweilige Endplatten (21, 57) mit ihren Außenkanten (22, 58) an der Außenkante (22, 56) jeder Kopfraumplatte (21, 52) angebracht sind, um hiermit jeweilige Modul-Endkammern (61) zu bilden, wobei jede Endplatte (21, 57) einen mittig angebrachten Flansch (14, 16, 64) aufweist, der eine Kammeröffnung (26, 62) bildet, und wobei eine der Endplatte (21, 57) in Richtung der Längsachse des Moduls flexibel ist, um die axiale Dehnung des Moduls zwischen den Flanschen (14, 16, 64) aufzunehmen;a heat exchanger module (10, 50) having fluid conduit and heat exchange conduit means (51) extending between and attached at their opposite ends to a pair of headspace plates (21, 52), respective end plates (21, 57) having their outer edges (22, 58) attached to the outer edge (22, 56) of each headspace plate (21, 52) to form respective module end chambers (61) therewith, each end plate (21, 57) having a centrally mounted flange (14, 16, 64) defining a chamber opening (26, 62), and one of the end plates (21, 57) being flexible in the direction of the longitudinal axis of the module to accommodate axial expansion of the module between the flanges (14, 16, 64); einem Einlaß-Kopfraum (15, 36, 66) und einem Auslaß-Kopfraum (17, 36, 78), die jeweils eine Oberfläche (39, 65) aufweisen, die eine Strömungsmittelöffnung (38, 67) festlegt, wobei die Oberflächen (39, 65) in beabstandeter, parallel gegenüberliegender Zuordnung angeordnet sind; undan inlet headspace (15, 36, 66) and an outlet headspace (17, 36, 78), each having a surface (39, 65) defining a fluid opening (38, 67), the surfaces (39, 65) being arranged in spaced, parallel, opposed relationship; and Mitteln zum abnehmbaren Anbringen des Moduls am Einlaß- und Auslaß- Kopfraum, mit einer zusammendrückbaren Dichtung (42, 68), die dazu eingerichtet ist, um im Gebrauch zwischen jedem Flansch (14, 16, 64) und der entsprechenden Kopfraum-Oberfläche (39, 65) angeordnet zu sein und die Strömungsmittelöffnung (38, 67) zu umfangen, gekennzeichnet durch jeweilige Montagebügel (40, 70), die an jedem der Kopfräume in Ausrichtung auf die Strömungsmittelöffnung angebracht sind, wobei jeder Bügel zusammen mit der Oberfläche des Kopfraums einen Montageschlitz (41, 74) zur Aufnahme der zusammendrückbaren Dichtung (42, 68) und zur verschieblichen Aufnahme des Flansches (14, 16, 64) eines jeweiligen Endes des Moduls (10, 50) bildet, wobei eine Druckplatte (43, 75) verschieblich in jeden Schlitz (41, 74) zwischen dem Montagebügel (40, 70) und dem Flansch (14, 16, 64) einsetzbar ist, um die Dichtung (42, 68) zusammenzudrücken und um das Modul am Kopfraum zu befestigen, und wobei die flexible der Endplatten (21, 57) die axiale Dehnung des Moduls zwischen den Flanschen (14, 16, 64) in Abhängigkeit von der Zusammendrückung der Dichtungen (42, 68) gestattet.means for removably attaching the module to the inlet and outlet head spaces, with a compressible seal (42, 68) adapted to be located in use between each flange (14, 16, 64) and the corresponding head space surface (39, 65) and to surround the fluid opening (38, 67), characterized by respective mounting brackets (40, 70) attached to each of the head spaces in alignment with the fluid opening, each bracket together with the surface of the head space forming a mounting slot (41, 74) for receiving the compressible seal (42, 68) and for slidably receiving the flange (14, 16, 64) of a respective end of the module (10, 50), a pressure plate (43, 75) slidably disposed in each slot (41, 74) can be inserted between the mounting bracket (40, 70) and the flange (14, 16, 64) to compress the seal (42, 68) and to fix the module to the head space, and wherein the flexibility of the end plates (21, 57) allows the axial expansion of the module between the flanges (14, 16, 64) depending on the compression of the seals (42, 68). 2. Vorrichtung, wie ausgeführt in Anspruch 1, mit Mitteln zum zwischenzeitigen Verschließen eines der Paare von Strömungsmittelöffnungen (38, 61) zur Vorbereitung des Ersetzen des Wärmetauschermoduls (10, 50), mit den folgenden Merkmalen:2. Device as set forth in claim 1, comprising means for temporarily closing one of the pairs of fluid openings (38, 61) for preparing the replacement of the heat exchanger module (10, 50), with the following features: massiven Beilagemitteln, die eine außenseitige Form aufweisen, die insgesamt dem Flansch (14, 16, 64) an der Endplatte (21, 57) entspricht;solid shim means having an external shape that corresponds overall to the flange (14, 16, 64) on the end plate (21, 57); wobei die Beilagemittel ausreichend dick zum Einsetzen in den Montageschlitz (41, 74) zwischen der Dichtung (42, 68) und der Kopfraumoberfläche (39, 65) und über die Strömungsmittelöffnung (38, 67) nach dem Entfernen der Druckplatte (43, 75) sind, und um das erneute Einsetzen der Druckplatte zu ermöglichen, um die Beilagemittel hierin zu befestigen.wherein the shim means is sufficiently thick for insertion into the mounting slot (41, 74) between the seal (42, 68) and the headspace surface (39, 65) and over the fluid opening (38, 67) after removal of the pressure plate (43, 75), and to enable reinsertion of the pressure plate to secure the shim means therein. 3. Vorrichtung wie ausgeführt in Anspruch 1, worin das Wärmeaustauschermodul (10) die folgenden Merkmale aufweist:3. Device as set forth in claim 1, wherein the heat exchanger module (10) has the following features: eine rohrförmige Leitung (18) mit einer gewellten Wand, die eine Reihe insgesamt paralleler, axial beabstandeter, flexibler Wellungen (20) umfaßt, wobei jede der Wellungen ein Paar gegenüberliegender, teller- bzw. schüsselförmiger Wandabschnitte (21) aufweist, die an ihren Außenkanten (22) zusammengefügt sind und Mittelöffnungen (26) aufweisen, die von Innenkantenabschnitten (23) festgelegt sind;a tubular conduit (18) having a corrugated wall comprising a series of generally parallel, axially spaced, flexible corrugations (20), each of the corrugations having a pair of opposed, dish-shaped wall sections (21) joined together at their outer edges (22) and having central openings (26) defined by inner edge sections (23); jede der Innenkantenabschnitte (23) ist am Innenkantenabschnitt (23) des Wandabschnitts (21) der benachbarten Wellung (20) angefügt;each of the inner edge portions (23) is attached to the inner edge portion (23) of the wall portion (21) of the adjacent corrugation (20); die Oberflächen der Wandabschnitte (21) einer jeden Wellung divergteren radial nach innen;the surfaces of the wall sections (21) of each corrugation diverge radially inward; eine Verwirbelungsplatte (27) ist im Inneren einer jeden Wellung (20) angebracht, wobei jede Platte (27) zwischen den mittigen Öffnungen (26) der Wellung angeordnet ist und eine äußere Umfangskante (28) aufweist, die radial nach innen von den Außenkanten (22) der Wandabschnitte (21) aus beabstandet ist, um einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungsmittel- Strömungskanal (30) durch die Wellung hindurch zu bilden;a swirl plate (27) is mounted inside each corrugation (20), each plate (27) being located between the central openings (26) of the corrugation and having an outer peripheral edge (28) spaced radially inwardly from the outer edges (22) of the wall sections (21) to form a circumferentially extending fluid flow channel (30) through the corrugation; Verwirbelungs-Rippenmittel (31), die in jeder Verwirbelungsplatte (27) ausgebildet sind und sich insgesamt senkrecht zur Richtung der Strömungsmittelströmung über die Platte hinweg erstrecken; undswirl rib means (31) formed in each swirl plate (27) and extending generally perpendicular to the direction of fluid flow across the plate; and Positionierungsmittel (34, 35) um den Abstand zwischen der Verwirbelungsplatte (27) und der benachbarten Oberflächen der Wandabschnitte (21) aufrechtzuerhalten und um die Platte in ihrer Lage zu halten.Positioning means (34, 35) for maintaining the distance between the turbulence plate (27) and the adjacent surfaces of the wall sections (21) and for holding the plate in position. 4. Vorrichtung, wie ausgeführt in Anspruch 3, wobei die Rippenmittel (31) eine Vielzahl länglicher, konvexer Vorsprünge bzw. Ausstülpungen aufweisen, die in den Außenoberflächen der Wandabschnitte ausgebildet sind.4. A device as set forth in claim 3, wherein the rib means (31) comprises a plurality of elongated, convex projections formed in the outer surfaces of the wall portions. 5. Vorrichtung, wie ausgeführt in Anspruch 3, worin die Positionierungsmittel eine Vielzahl konkaver Vorsprünge bzw. Ausstülpungen (34) aufweisen, die in den Außenoberflächen der Wandabschnitte ausgebildet sind und sich in die Wellungen hinein erstrecken.5. Apparatus as set forth in claim 3, wherein the positioning means comprises a plurality of concave projections (34) formed in the outer surfaces of the wall portions and extending into the corrugations. 6. Vorrichtung, wie ausgeführt in Anspruch 1, worin die beiden Endplatten (57) flexibel sind.6. Device as set forth in claim 1, wherein the two end plates (57) are flexible. 7. Vorrichtung, wie ausgeführt in Anspruch 1, worin das Wärmeaustauschermodul (50) die folgenden Merkmale aufweist:7. Device as set forth in claim 1, wherein the heat exchanger module (50) has the following features: eine Reihe rohrförmiger Leitungen (51), die an den Kopfraumplatten (52) angebracht sind und sich zwischen diesen erstrecken;a series of tubular conduits (51) attached to and extending between the headspace plates (52); eine dünne, flexible Blech-Endplatte (57) für jede Kopfraumplatte (52); unda thin, flexible sheet metal end plate (57) for each head space plate (52); and jede Endplatte (57) weist Außenkantenmittel (56) auf, die an einer der Kopfraumplatten (52) angebracht sind, um hiermit eine Einlaß-Endkammer (61) und eine Auslaß-Endkammer (61) zu bilden.each end plate (57) has outer edge means (56) attached to one of the headspace plates (52) to form therewith an inlet end chamber (61) and an outlet end chamber (61). 8. Vorrichtung wie ausgeführt in Anspruch 7, mit den folgenden Merkmalen:8. Device as set forth in claim 7, having the following features: eine Reihe von Strömungsmittel-Auslaßöffnungen (67) in der Auslaßoberfläche (65) des Einlaß-Kopfraums (66);a series of fluid outlet openings (67) in the outlet surface (65) of the inlet headspace (66); eine Reihe von Strömungsmlttel-Einlaßöffnungen (67) in der Einlaßoberfläche (65) des Auslaß-Kopfraums (78);a series of fluid inlet openings (67) in the inlet surface (65) of the outlet headspace (78); die Einlaß- und Auslaßöffnungen (67) legen Paare gegenüberliegender Öffnungen fest; undthe inlet and outlet openings (67) define pairs of opposed openings; and eine parallele Anordnung der Wärmeaustauschermoduln (50), wobei jedes Modul ausbaubar eines der Paare gegenüberliegender Öffnungen miteinander verbindet.a parallel arrangement of the heat exchanger modules (50), each module removably connecting one of the pairs of opposite openings.