DE102006056807A1

DE102006056807A1 - Kompakter Hochtemperatur-Wärmetauscher wie etwa ein Rekuperator

Info

Publication number: DE102006056807A1
Application number: DE102006056807A
Authority: DE
Inventors: Jeroen Muskego Valensa; Mark G. Franksville Voss
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2007-09-27
Also published as: US20070261837A1; FR2896866A1; JP2007155321A

Abstract

Wärmetauscher zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid. Der Wärmetauscher kann umfassen: ein erstes Blech, das konturiert ist, um eine Vielzahl von ersten Rippen zu definieren, und ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist; ein zweites Blech, das konturiert ist, um eine Vielzahl von zweiten Rippen zu definieren, und zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des ersten Blechs angeordnet ist; und ein Gehäuse, das aus einem dritten Blech ausgebildet ist und das erste Blech und das zweite Blech wenigstens teilweise umgibt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gemäß 35 U.S.C. §119 gegenüber der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 60/741,537 vom 1. Dezember 2005, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher und insbesondere Wärmetauscher (z.B. Rekuperatoren, Abgaswärme-Wiedergewinnungssysteme und ähnliches), die kompakt sind und/oder mit hohen Temperaturen betrieben werden können.

Zusammenfassung

Kompakte Rekuperatoren können in verschiedenen Anwendungen wie zum Beispiel in Mikroturbinen und Hochtemperatur-Brennstoffzellen verwendet werden. Bei diesen und anderen Anwendungen kann die Systemeffizienz optimiert werden, indem ein eingehender Luftstrom mit niedriger Temperatur durch die Übertragung von Wärmeenergie aus einem Abgas-/Abluftstrom mit hoher Temperatur auf eine Temperatur erwärmt wird, die einer gewünschten Prozessbetriebstemperatur näher ist. Der Rekuperator kann ein Wärmetauscher sein, der die effiziente Übertragung von Wärmeenergie aus dem warmen Strom auf den kalten Strom gestattet und dabei eine Isolation der zwei Ströme aufrechterhält.

Während des Betriebs können kompakte Rekuperatoren Betriebstemperaturen über 750°C am heißen Ende und beinaheUmgebungstemperaturen (d.h. weniger als 100°C) am kalten Ende ausgesetzt sein. Die Kombination aus hohen Temperaturen und großen Temperaturgefällen in den dünnwandigen Materialien bedingt die Verwendung von Materialien wie zum Beispiel nickelhaltige Legierungen, die eine hohe Temperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei höheren Temperaturen aufweisen. Derartige Materialien sind relativ kostspielig, weshalb ein Bedarf für Entwürfe für Rekuperatoren vorhanden ist, bei denen die zum Erzielen der gewünschten Wärmeübertragung erforderliche Materialmenge minimiert werden kann. Gleichzeitig müssen die Entwürfe für Rekuperatoren die durch Temperaturgefälle verursachten thermischen Spannungen im Gerät minimieren.

In einigen Ausführungsformen gibt die Erfindung einen Wärmetauscher zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid an. Der Wärmetauscher kann ein Paar von ersten Rippen, die aus einem einzelnen Blech ausgebildet sind und wenigstens teilweise einen Flusspfad für das erste Arbeitsfluid bilden, und eine zweite Rippe umfassen, die zwischen dem Paar von ersten Rippen angeordnet ist und wenigstens teilweise einen Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid bildet. Der Flusspfad des ersten Arbeitsfluids kann von dem Flusspfad des zweiten Arbeitsfluids getrennt sein.

In anderen Ausführungsformen gibt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher an, der umfasst: ein erstes gewelltes Blech, das ein Paar von Spitzen aufweist und einen Flusspfad für das erste Arbeitsfluid von einem Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid trennt, und ein zweites gewelltes Blech, das zwischen dem Paar von Spitzen des ersten Wellblechs angeordnet ist.

In weiteren Ausführungsformen gibt die Erfindung einen Wärmetauscher an, der umfasst: ein erstes Blech, das konturiert ist, um eine Vielzahl von ersten Rippen zu definieren, und ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist; ein zweites Blech, das konturiert ist, um eine Vielzahl von zweiten Rippen zu definieren, und zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des ersten Blechs angeordnet ist; und ein Gehäuse, das aus einem dritten Blech ausgebildet ist, und wenigstens teilweise das erste Blech und das zweite Blech umgibt.

Die vorliegende Erfindung gibt weiterhin ein Verfahren zum Montieren eines Wärmetauschers an, das folgende Schritte umfasst: Wellen eines ersten Blechs, um ein Paar von Spitzen zu definieren und um wenigstens teilweise einen Flusspfad für ein erstes Arbeitsfluid und einen Flusspfad für ein zweites Arbeitsfluid zu definieren; Wellen eines zweiten Blechs; und Einfügen des zweiten Blechs in das erste Blech zwischen dem Paar von Spitzen und entlang des Flusspfads für das zweite Arbeitsfluid.

Andere Aspekte der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht eines Teils eines Wärmetauschers gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Wärmetauschers von 1.
3 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht des Wärmetauschers von 2 und 2 einschließlich eines Gehäuses.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers von 1–3.
5 ist eine Endansicht des Wärmetauschers von 1-4.
Ausführliche Beschreibung
Bevor im Folgenden Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, soll darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung beschrieben werden und in den Zeichnungen gezeigt sind. Die Erfindung kann durch andere Ausführungsformen realisiert und auf verschiedene Weise umgesetzt werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die hier verwendete Wortwahl beschreibend und nicht einschränkend aufzufassen ist. Unter „enthalten", „umfassen" und „aufweisen" ist jeweils zu verstehen, dass die in Zusammenhang damit genannten Einheiten oder äquivalente Einheiten zusätzlich zu anderen Einheiten vorgesehen sein können.
Soweit nicht anders spezifiziert, sind unter „montiert", „verbunden", „gehalten" und „gekoppelt" jeweils direkte oder indirekte Montagen, Verbindungen, Halterungen und Kopplungen zu verstehen. Weiterhin sind die Bezeichnungen „verbunden" und „gekoppelt" nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Die zum Beispiel durch Bezeichnungen wie „zentral", „oben", „unten", „vorne", „hinten" und ähnliches gemachten Angaben sollten die Beschreibung der vorliegenden Erfindung verdeutlichen, bedeuten jedoch nicht, dass die in Zusammenhang damit genannten Einheiten eine bestimmte Ausrichtung aufweisen müssen. Weiterhin sind Bezeichnungen wie „erste", „zweite" und „dritte" hier lediglich beschreibend und nicht als Angaben zu der relativen Wichtigkeit oder Bedeutung aufzufassen.
1–5 zeigen einen Wärmetauscher 10 (z.B. einen Rekuperator) für die Verwendung in einer Mikroturbine und/oder einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle. In anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor installiert sein und als Abgaswärme-Wiedergewinnungssystem oder alternativ als Teil eines Abgaswärme-Wiedergewinnungssystems betrieben werden. In weiteren Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 in Oxidbrennstoffzellen-basierten Hilfsleistungseinheiten in Fahrzeugen (z.B. Sportfahrzeugen, Arbeits- oder Industriefahrzeugen und ähnlichem) enthalten und/oder verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 in anderen Anwendungen (z.B. in nicht-Fahrzeuganwendungen) wie zum Beispiel in elektronischen Kühlgeräten, Industrieeinrichtungen, Gebäudeheizungen, Klimaanlagen und ähnlichem verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 eine hohe Wärmeübertragungseffektivität bei einer minimalen Größe und einem minimalen Gewicht vorsehen, wobei ein kostengünstiger Aufbau durch eine Minimierung von Abfallmaterialien, einfach zugängliche Gelenke und Verbindungspunkte für eine einfachere Reparatur und Lokalisierung von Lecks oder anderen Fehlern während oder nach der Herstellung und/oder einen Entwurf ohne thermische Einschränkungen ermöglicht wird. In anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 ein oder mehrere zusätzliche Merkmale oder Vorteile umfassen, die hier nicht beschrieben werden.
In der gezeigten Ausführungsform von 1-5 überträgt der Wärmetauscher 10 Wärmeenergie von einem ersten Arbeitsfluid mit hoher Temperatur (z.B. Abgas, Wasser, CO₂, ein organisches Kühlmittel, R12, R245fa, Luft oder ähnlichem) auf ein zweites Arbeitsfluid mit niedriger Temperatur (z.B. Abgas, Wasser, CO₂, ein organisches Kühlmittel, R12, R245fa, Luft oder ähnliches).
Wie in 1–5 gezeigt, kann der Wärmetauscher 10 einen Kern 60 mit einem ersten Blech oder Trennblech 12 und einer Anzahl von zweiten Blechen 16 umfassen. In der Ausführungsform von 2 umfasst der Kern 60 einundzwanzig zweite Bleche 16 und ein einzelnes erstes Blech 12. In anderen Ausführungsformen kann der Kern 60 zwei oder mehr erste Bleche 12 und ein, zwei, drei oder mehr zweite Bleche 16 umfassen.
In der gezeigten Ausführungsform von 1–5 ist das erste Blech 12 konturiert und umfasst eine Anzahl von Rippen, Spitzen oder Wellen 22 und eine Anzahl von Kanälen 14, die zwischen den Spitzen 22 angeordnet sind. Außerdem ist jedes der zweiten Bleche 16 konturiert und umfasst eine Anzahl von Rippen, Spitzen oder Wellen 26 und eine Anzahl von Kanälen 28.
In der gezeigten Ausführungsform weist jede der Spitzen 22 des ersten Blechs 12 und jede der Spitzen 26 der zweiten Bleche 16 ein im wesentlichen gerundetes Ende auf, während jeder der Kanäle 14 des ersten Blechs 12 und jeder der Kanäle 28 der zweiten Bleche 16 einen entsprechend gerundeten Querschnitt aufweist. In anderen Ausführungsformen können die Spitzen 22 und/oder Kanäle 14 des ersten Blechs 12 und/oder die Spitzen 26 und die Kanäle 28 der zweiten Bleche 16 spitz zulaufend, quadratisch oder unregelmäßig geformt sein. In weiteren Ausführungsformen können das erste Blech 12 und/oder die zweiten Bleche 16 im wesentlichen eine Sägezahnform aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können benachbarte Spitzen 22 und/oder Kanäle 14 des ersten Blechs 12 und/oder benachbarte Spitzen 26 und/oder Kanäle 28 der zweiten Bleche 16 unterschiedliche Formen aufweisen.
In einigen Ausführungsformen können die Spitzen 22 und die Kanäle 14 geformt werden, indem das erste Blech 12 gefaltet oder gewellt wird, und können die Spitzen 26 und die Kanäle 28 geformt werden, indem die zweiten Bleche 16 gefaltet oder gewellt werden. In weiteren Ausführungsformen können das erste Blech 12 und/oder die zweiten Bleche 16 zu einer gewünschten Form gegossen oder geformt werden.
Das erste Blech 12 und/oder die zweiten Bleche 16 können aus einem oder mehreren Materialien hergestellt werden, die für den Betrieb in einem Hochtemperatur-Wärmetauscher geeignet sind. In einigen Ausführungsformen können das erste Blech 12 und die zweiten Bleche 16 aus einer Legierung mit einem hohen Nickelanteil hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen können das erste Blech 12 und die zweiten Bleche 16 aus Materialien mit im wesentlichen gleichen oder im wesentlichen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet werden. In anderen Ausführungsformen können das erste Blech 12 und/oder die zweiten Bleche 16 aus anderen Materialien (z.B. aus Aluminium, Eisen und anderen Metallen, Verbundmaterialien und ähnlichem) hergestellt werden.
Wie in 1–5 gezeigt, können die zweiten Bleche 16 in den Kanälen 14 des ersten Blechs 12 zwischen den oberen und unteren Enden der Spitzen 22 des ersten Blechs 12 positioniert werden. In einigen Ausführungsformen können die zweiten Bleche 16 in den Kanälen 14 zwischen alternierenden Paaren von Spitzen 22 des ersten Blechs 12 positioniert werden. In anderen Ausführungsformen können die zweiten Bleche 16 mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen zwischen den Paaren von Spitzen 22 des ersten Blechs 12 positioniert werden.
In der Ausführungsform von 1–5 sind die zweiten Bleche 16 dünner als das erste Blech 12. In anderen Ausführungsformen kann jedes der zweiten Bleche 16 eine andere Dicke aufweisen. Alternativ oder zusätzlich hierzu können eines oder mehrere der zweiten Bleche 16 eine Dicke aufweisen, die größer als oder im wesentlichen gleich der Dicke des ersten Blechs 12 ist, je nach den Flusseigenschaften (z.B. der Flussrate, der Temperatur, dem Druck usw.) des ersten Arbeitsfluids und/oder des zweiten Arbeitsfluids, dem gewählten ersten Arbeitsfluid, der Massenflussrate des ersten Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher 10, dem gewählten zweiten Arbeitsfluid, der Massenflussrate des zweiten Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher 10 und ähnlichem.
In einigen Ausführungsformen können Oberflächenfaltungen entlang der Innen- oder Außenfläche von einem oder mehreren der zweiten Bleche 16 ausgebildet werden. In einigen derartigen Ausführungsformen können die Oberflächenfaltungen Schlitze, Lanzen, Buckel, Kanäle, Vertiefungen, Rippen usw. enthalten. In anderen Ausführungsformen können Oberflächenfaltungen entlang der Innen- oder Außenflächen des ersten Blatts 12 ausgebildet werden. In diesen Ausführungsformen können die Oberflächenfaltungen die Steifigkeit oder Stärke des Kerns 60 erhöhen, die Wärmeübertragungsrate zwischen dem ersten Arbeitsfluid und dem zweiten Arbeitsfluid verbessern und/oder die Effizienz des Wärmetauschers 10 verbessern. Indem die Effizienz des Wärmetauschers 10 verbessert wird, kann das Einschließen von derartigen Oberflächenfaltungen zusätzlich oder alternativ den effektiven Betrieb des Wärmetauschers 10 sicherstellen und gleichzeitig die für die Herstellung des Wärmetauschers 10 erforderliche Materialmenge minimieren.
Wie in 1 und 2 gezeigt, können das erste Blech 12 und die zweiten Bleche 16 derart dimensioniert werden, dass die Wellungshöhe h der zweiten Bleche 16 im wesentlichen dem Abstand d zwischen benachbarten Spitzen 22 des ersten Blechs 12 entspricht (d.h. der Breite der Kanäle 14 des ersten Blechs 12). Auf diese Weise können die zweiten Bleche 16 zuverlässig zwischen benachbarten Spitzen 22 des ersten Blechs 12 eingefügt werden.
In einigen Ausführungsformen wie etwa in der Ausführungsform von 1-5 kann die Breite W des ersten Blechs 12 größer sein als die Breite w der zweiten Bleche 16, sodass ein nicht gerippter Abschnitt 20, 21 auf beiden Seiten des zweiten Blechs 16 innerhalb des Kanals 14 des ersten Blechs 12 vorgesehen ist. In anderen Ausführungsformen kann die Breite W des ersten Blechs 12 kleiner oder im wesentlichen gleich der Breite w von einem oder mehreren der zweiten Bleche 16 sein, sodass keine nicht gerippten Abschnitte entlang von einem oder mehreren der Kanäle 14 des ersten Blechs 12 vorgesehen sind. In diesen Ausführungsformen können die zweiten Bleche 16 einen strukturellen Halt und eine Steifigkeit für den Kern 60 vorsehen. In Ausführungsformen, in denen der Druck des ersten oder des zweiten Arbeitsfluids wesentlich größer als der Druck des jeweils anderen Arbeitsfluids ist, können der zusätzliche strukturelle Halt und die Steifigkeit, die durch die zweiten Bleche 16 vorgesehen werden, einen Verschleiß oder eine Beschädigung des Kerns 60 verhindern oder reduzieren. In anderen Ausführungsformen sind die nicht gerippten Abschnitte 20, 21 an nur einem Ende von einem oder mehreren der Kanäle 14 des ersten Blechs 12 angeordnet.
In einigen Ausführungsformen können eines oder mehrere der zweiten Bleche 16 an dem ersten Blech 12 zwischen benachbarten Spitzen 22 des ersten Blechs 12 befestigt sein In einigen derartigen Ausführungsformen sind die Spitzen 26 der zweiten Bleche 16 mit dem ersten Blech 12 verbunden (z.B. geschweißt, gelötet, hartgelötet, usw.). In anderen Ausführungsformen können die zweiten Bleche 16 in den Kanälen 14 für eine Bewegung relativ zu dem ersten Blech 12 gehalten werden oder können alternativ hierzu die zweiten Bleche 16 auf andere Weise mit dem ersten Blech 12 verbunden werden, zum Beispiel durch eine Presspassung, durch Kleben, unter Verwendung von Befestigungselementen usw.
Wie in 1–5 gezeigt, kann der Wärmetauscher 10 zusätzlich oder alternativ hierzu ein Gehäuse bzw, eine Hülle 50 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 50 aus einem dritten Blech 30 ausgebildet sein, das um zwei oder drei Seiten des Kerns 60 gebogen ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das dritte Blech 30 Laschen 32 umfassen, die gebogen oder geformt sein können, um sich über einen oder mehrere der Kanäle 14 (d.h. die sich nach oben öffnenden Kanäle 14 von 5) des ersten Blechs 12 erstrecken können. Wie in 1–5 gezeigt, können sich die Laschen 32 über gegenüberliegende Enden von alternierenden Kanälen 14 des ersten Blechs 12 erstrecken. In anderen Ausführungsformen können sich die Laschen 32 über eines oder beide Enden von benachbarten Kanälen 14 erstrecken. In einigen Ausführungsformen mit Laschen 32 können die Laschen 32 an dem ersten Blech 12 befestigt (d.h. geschweißt, gelötet, hartgelötet usw.) sein, um die Enden der Kanäle 14 zu dichten oder im wesentlichen zu dichten. In anderen Ausführungsformen können die Laschen 32 auf andere Weise mit dem ersten Blech 12 verbunden sein, zum Beispiel durch eine Presspassung, durch Kleben, unter Verwendung von Befestigungselementen usw.
In einigen Ausführungsformen wie etwa der Ausführungsform von 1–5 kann eine Fläche 36 des dritten Blechs 30 an den Spitzen 22 des ersten Blechs 12 befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich können Enden des dritten Blechs 30 Flansche 40 definieren, die sich nach außen über Seitenwände 42 des Kerns 60 erstrecken können. In der Ausführungsform von 1–5 erstrecken sich die Flansche 40 über vordere und hintere Spitzen 22 des ersten Blechs 12, sodass das dritte Blech 30 wenigstens teilweise den Kern 60 einschließt.
In einigen Ausführungsformen wie etwa der Ausführungsform von 1–5 kann der Wärmetauscher 10 einen ersten Flusspfad (durch die Pfeile 62 in 4 wiedergegeben) für das erste Arbeitsfluid und einen zweiten Flusspfad (durch die Pfeile 64 in 3 wiedergegeben) für das zweite Arbeitsfluid umfassen. In der Ausführungsform von 1–5 ist der Wärmetauscher 10 als ein Wärmetauscher mit einem einfachen Durchlauf konfiguriert, wobei das erste Arbeitsfluid entlang des ersten Flusspfads 62 durch wenigstens einen aus einer Vielzahl von Kanälen 14 (d.h. durch die sich nach unten öffnenden Kanäle 14 von 1–5) in dem ersten Blech 12 hindurchgeht und wobei das zweite Arbeitsfluid entlang des zweiten Flusspfads 64 durch wenigstens einen aus einer Vielzahl von Kanälen 14 (d.h. durch die sich nach oben öffnenden Kanäle 14 von 1–5) in dem ersten Blech 12 hindurchgeht. In diesen Ausführungsformen kann das erste Blech 12 den ersten und den zweiten Flusspfad 62, 64 voneinander trennen und eine Mischung des ersten und des zweiten Arbeitsfluids verhindern.
In anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 als ein Wärmetauscher mit mehrfachen Durchgängen konfiguriert sein, wobei das erste Arbeitsfluid in einem ersten Durchgang durch einen oder mehrere der Kanäle 14 hindurchgeht und dann in einem zweiten Durchgang durch einen oder mehrere andere Kanäle 14 in einer zu der Flussrichtung des ersten Arbeitsfluids in dem ersten Durchgang entgegen gesetzten Richtung hindurchgeht. Bei diesen Ausführungsformen kann das zweite Arbeitsfluid entlang des zweiten Flusspfads 64 durch wenigstens einen aus einer Vielzahl von anderen Kanälen 14 hindurchgehen.
In weiteren Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 als ein Wärmetauscher mit mehrfachen Durchgängen konfiguriert sein wobei das zweite Arbeitsfluid in einem ersten Durchgang durch einen oder mehrere der Kanäle 14 hindurchgeht und dann in einem zweiten Durchgang durch einen oder mehrere andere Kanäle 14 in einer zu der Flussrichtung des zweiten Arbeitsfluids in dem ersten Durchgang entgegen gesetzten Richtung hindurchgeht. In diesen Ausführungsformen kann das erste Arbeitsfluid entlang des ersten Flusspfads 62 durch wenigstens einen aus einer Vielzahl von anderen Kanälen 14 hindurchgehen.
In weiteren Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 als ein Wärmetauscher mit mehrfachen Durchgängen konfiguriert sein, wobei das erste Arbeitsfluid mehr als zwei aufeinander folgende Durchgänge durch den Wärmetauscher 10 macht. In anderen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 10 als ein Wärmetauscher mit mehrfachen Durchgängen konfiguriert sein, wobei das zweite Arbeitsfluid mehr als zwei aufeinander folgende Durchgänge durch den Wärmetauscher 10 macht.
Wie in 1–5 gezeigt, können der erste und der zweite Flusspfad 62, 64 gegenläufig sein. In anderen Ausführungsformen können der erste und der zweite Flusspfad 62, 64 im wesentlichen parallel sein.
In Ausführungsformen wie derjenigen von 1–5 mit einem ersten Flusspfad 62 und einem zweiten Flusspfad 64 kann das Gehäuse 50 einen ersten Einlass 41 und einen ersten Auslass 43 für den ersten Flusspfad 62 definieren. Wie in 1–5 gezeigt, kann das Gehäuse 50 alternativ hierzu auch einen zweiten Einlass 44 für den zweiten Flusspfad 64 und einen zweiten Auslass 45 für den zweiten Flusspfad 64 definieren.
In der gezeigten Ausführungsform von 1–5 sind Verbindungsteile 56, 58 an dem Gehäuse 50 um den zweiten Einlass 44 und den zweiten Auslass 45 herum befestigt. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 50 Verbindungsteile umfassen, die neben dem ersten Einlass 41 und/oder dem ersten Auslass 43 angeordnet sind, um zu verhindern, dass das erste oder das zweite Arbeitsfluid den Kern 60 oder einen Teil des Kerns 60 umgehen. In einigen Ausführungsformen sehen die Verbindungsteile 56, 58 die einzigen Kontaktpunkte zwischen dem Kern 60 und dem Gehäuse 50 vor, um eine unerwünschte Wärmeübertragung zu minimieren bzw. zu verhindern und um sicherzustellen, dass der Kern 60 thermisch entspannt bleibt. Außerdem können in einigen Ausführungsformen das Gehäuse 50 und/oder der Kern 60 ein isolierendes und/oder refraktives Material umfassen, um eine unerwünschte Wärmeübertragung weiter zu minimieren und/oder zu verhindern.
Wie in 1–5 gezeigt, kann während des Betriebs des Wärmetauschers 10 das erste Arbeitsfluid entlang des ersten Flusspfads 62 durch den ersten Einlass 41 in einen Einlass von einem oder mehreren Kanälen 14 (d.h. von einem oder mehreren der sich nach unten öffnenden Kanäle 14 von 1–5) in Nachbarschaft zu der ersten Seite 52 des ersten Blechs 12, durch das zweite Blech 16 in dem Kanal/den Kanälen 14 und durch den ersten Auslass 43 in Nachbarschaft zu der zweiten Seite 54 des ersten Blechs 12 heraus gehen.
Wie weiterhin in 1–5 gezeigt, kann das Arbeitsfluid entlang des zweiten Flusspfads 64 durch den zweiten Einlass 44 und in einen oder mehrere der Kanäle 14 (d.h. in einen oder mehrere der sich nach oben öffnenden Kanäle 14 von 1–5), durch einen ersten nicht gerippten Abschnitt 20 des Kanals/der Kanäle 14, entlang des zweiten Blechs 16 in dem Kanal/den Kanälen 14, durch den zweiten nicht gerippten Abschnitt 21 des Kanals/der Kanäle 14 und aus dem zweiten Auslass 45 heraus gehen.
In der Ausführungsform von 1–5 ist die Temperatur des ersten Arbeitsfluids an dem ersten Einlass 41 größer als die Temperatur des zweiten Arbeitsfluids an dem zweiten Einlass 44, wobei Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid zu dem zweiten Arbeitsfluid übertragen wird. Weil der erste Flusspfad 62 im wesentlichen linear ist, kann der Prall des Flusses des ersten Arbeitsfluids durch den Kern 60 minimiert werden.
Während der Montage werden das erste Blech 12 und eines oder mehrere der zweiten Bleche 16 konturiert. Die zweiten Bleche 16 werden dann in die Kanäle 14 zwischen den durch das erste Blech 12 gebildeten Spitzen 22 eingeführt. Das dritte Blech 30 wird dann um das erste Blech 12 gepasst, um das erste Blech 12 und die zweiten Bleche 16 wenigstens teilweise zu umschließen. In einigen Ausführungsformen können die zweiten Bleche 16 und das dritte Blech 30 in einem einzigen Arbeitsvorgang an dem ersten Blech 12 befestigt (z.B. geschweißt, gelötet, hartgelötet usw.) werden. In einigen derartigen Ausführungsformen können die Laschen 32 im gleichen Arbeitsvorgang zusätzlich oder alternativ auch an den Enden 52, 54 des ersten Blechs 12 befestigt werden.
In einigen Ausführungsformen wie der gezeigten Ausführungsform, in welcher der Kern 60 aus einem einzelnen ersten Blech 12 und einem oder mehreren zweiten Bleche 16 ausgebildet ist und in welcher das Gehäuse 50 aus einem dritten Blech 30 ausgebildet ist, kann der Materialaufwand minimiert werden. Bei derartigen Ausführungsformen werden wenige oder keine Materialabfälle während der Herstellung des Wärmetauschers 10 erzeugt.
In der gezeigten Ausführungsform von 1–5 sind die einzigen Verbindungspunkte, die zum Verhindern eines Querleckens zwischen dem ersten Flusspfad 62 und dem zweiten Flusspfad 64 erforderlich sind, zwischen den Kanten der Laschen 32 und der konturierten Fläche des ersten Blechs 12 vorgesehen. In einigen derartigen Ausführungsformen kann während der Herstellung des Wärmetauschers 10 einfach auf diese Verbindungspunkte zugegriffen werden, wodurch die Identifikation und Wartung von Lecks in dem Wärmetauscher 10 vereinfacht wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgenden Ansprüche verdeutlicht.

Claims

Wärmetauscher zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid, wobei der Wärmetauscher umfasst: ein Paar von ersten Rippen, die aus einem einzelnen Blech ausgebildet sind und wenigstens teilweise einen Flusspfad für das erste Arbeitsfluid definieren, und eine zweite Rippe, die zwischen dem Paar von ersten Rippen angeordnet ist und wenigstens teilweise einen Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid definiert, wobei der Flusspfad des ersten Arbeitsfluids von dem Flusspfad des zweiten Arbeitsfluids getrennt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Flussrichtung des ersten Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher im wesentlichen der Flussrichtung des zweiten Arbeitsfluids entgegen gesetzt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die zweite Rippe aus einem gewellten Blech ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei das Paar von ersten Rippen durch entlang des Blechs ausgebildete Wellen vorgesehen wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei ein Ende der zweiten Rippe an einer aus dem Paar von ersten Rippen befestigt ist und das andere Ende der zweiten Rippe an einer anderen aus dem Paar von ersten Rippen befestigt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei ein Paar von zweiten Rippen entlang des Flusspfads des zweiten Arbeitsfluids positioniert ist, wobei die zweite Rippe eine aus dem Paar von zweiten Rippen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei das Paar von zweiten Rippen aus einem einzelnen Blech ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei das Paar von zweiten Rippen durch entlang des Blechs ausgebildete Wellen vorgesehen wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei das Paar von ersten Rippen ein oberes und ein unteres Ende aufweist und wobei das zweite Blech zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des Paares von ersten Rippen angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Paar von ersten Rippen aus einem ersten gewellten Blech ausgebildet ist, wobei die zweite Rippe aus einem zweiten gewellten Blech ausgebildet ist und wobei ein Gehäuse aus einem dritten Blech ausgebildet ist, wobei das Gehäuse wenigstens teilweise das erste Blech und das zweite Blech umgibt.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, wobei das erste Blech und das dritte Blech den Flusspfad für das erste Arbeitsfluid im wesentlichen umschließen und wobei das erste Blech, das zweite Blech und das dritte Blech gemeinsam wenigstens teilweise den Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid umschließen.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, wobei das zweite Blech in dem ersten Blech zwischen dem Paar von ersten Rippen eingefügt ist.
Wärmetauscher zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid, wobei der Wärmetauscher umfasst: ein erstes gewelltes Blech, das ein Paar von Spitzen aufweist und einen Flusspfad für das erste Arbeitsfluid von einem Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid trennt, und ein zweites gewelltes Blech, das zwischen dem Paar von Spitzen des ersten gewellten Blechs angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei die Flussrichtung des ersten Arbeitsfluids entlang des Flusspfads im wesentlichen der Flussrichtung des zweiten Arbeitsfluids entlang des Flusspfads entgegen gesetzt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei das zweite Blech ein Paar von Spitzen aufweist und wobei das Paar von Spitzen des zweiten Blechs an einer aus dem Paar von Spitzen des ersten Blechs befestigt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei eine Seite des zweiten Blechs an einer aus dem Paar von Spitzen des ersten Blechs befestigt ist und eine andere Seite des zweiten Blechs an der anderen aus dem Paar von Spitzen des ersten Blechs befestigt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei die erste Schicht ein unteres Ende aufweist, wobei das Paar von Spitzen der ersten Schicht ein oberes Ende vorsieht und wobei das zweite Blech zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des ersten Blechs angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei ein Gehäuse aus einem dritten Blech ausgebildet ist, wobei das Gehäuse wenigstens teilweise das erste Blech und das zweite Blech umgibt.
Wärmetauscher nach Anspruch 18, wobei das erste Blech und das dritte Blech im wesentlichen den Flusspfad für das erste Arbeitsfluid umschließen und wobei das erste Blech, das zweite Blech und das dritte Blech gemeinsam wenigstens teilweise den Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid umschließen.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei das zweite Blech in das erste Blech zwischen dem Paar von Spitzen des ersten Blechs eingefügt ist.
Verfahren zum Montieren eines Wärmetauschers, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Wellen eines ersten Blechs, um ein Paar von Spitzen zu definieren und wenigstens teilweise einen Flusspfad für ein erstes Arbeitsfluid und einen Flusspfad für ein zweites Arbeitsfluid zu definieren, Wellen eines zweiten Blechs, und Einfügen des zweiten Blechs in das erste Blech zwischen dem Paar von Spitzen und entlang des Flusspfads für das zweite Arbeitsfluid.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Einfügen des zweiten Blechs zwischen dem Paar von Spitzen das Befestigen eines Endes des zweiten Blechs an einer aus dem Paar von Spitzen des ersten Blechs und des anderen Endes des zweiten Blechs an der anderen aus dem Paar von Spitzen des ersten Blechs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin das Befestigen eines dritten Blechs an den Spitzen des ersten Blechs umfasst, um den ersten Flusspfad wenigstens teilweise einzuschließen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Befestigen des dritten Blechs an den Spitzen des ersten Blechs das wenigstens teilweise Einschließen des zweiten Flusspfads zwischen den Spitzen des ersten Blechs und des dritten Blechs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Wellen des ersten Blechs das Definieren eines zweiten Paares von Spitzen und weiterhin das Wellen eines dritten Blechs und das Einfügen des dritten Blechs in das erste Blech zwischen dem zweiten Paar von Spitzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Einfügen des zweiten Blechs zwischen dem Paar von Spitzen das Positionieren des zweiten Blechs zwischen einem oberen Ende und einem unteren Ende des ersten Blechs umfasst.
Wärmetauscher zum Übertragen von Wärmeenergie zwischen einem ersten Arbeitsfluid und einem zweiten Arbeitsfluid, wobei der Wärmetauscher umfasst: ein erstes Blech, das konturiert ist, um eine Vielzahl von ersten Rippen zu definieren, und ein oberes und ein unteres Ende aufweist, ein zweites Blech, das konturiert ist, um eine Vielzahl von zweiten Rippen zu definieren, und zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des ersten Blechs angeordnet ist, und ein Gehäuse, das aus einem dritten Blech ausgebildet ist und wenigstens teilweise das erste Blech und das zweite Blech umgibt.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für einen Flusspfad für das erste Arbeitsfluid und einen Einlass und einen Auslass für einen Flusspfad für das zweite Arbeitsfluid definiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 28, wobei das zweite Blech entlang des Flusspfads des zweiten Arbeitsfluids angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 28, wobei die Flussrichtung des ersten Arbeitsfluids der Flussrichtung des zweiten Arbeitsfluids im wesentlichen entgegen gesetzt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei das zweite Blech in das erste Blech zwischen zwei aus der Vielzahl von ersten Blechen eingefügt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei die Vielzahl von ersten Rippen durch entlang des ersten Blechs ausgebildete Wellen vorgesehen werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei eine Seite des ersten Blechs an einer aus der Vielzahl von ersten Rippen befestigt ist und eine andere Seite des zweiten Blechs an einer anderen aus der Vielzahl von ersten Rippen befestigt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, wobei die Vielzahl von zweiten Rippen durch entlang des zweiten Blechs ausgebildete Wellen vorgesehen werden.