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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der eine Wärmeübertragung zwischen einem Wärmeaustauschobjekt und einem Fluid ausführt, und insbesondere einen Kühlkörper, der ein Halbleiterelement oder einen ähnlichen zu kühlenden Körper kühlt.
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Stand der Technik
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Als Kühlkörper zum Kühlen eines Halbleiterelements oder eines ähnlichen zu kühlenden Körpers gibt es einen wie in 15 dargestellten Kühlkörper.
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Dieser Kühlkörper (Wärmetauscher) weist ein Gehäuse 1 mit einer schalenförmigen Aussparung 2 und eine flache plattenförmige Deckplatte 3, die die Öffnung der Aussparung 2 verschließt, auf. Weiterhin ist eine Mehrzahl von stiftförmigen Rippen, die einen Kern 4 bilden, mit einer Fläche 3a der Deckplatte 3 verbunden. Mit der anderen Fläche 3b der Deckplatte 3 ist eine Mehrzahl von Halbleiterelementen (Wärmeaustauschobjekten 20) verbunden.
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Der Kern 4 ist in der Aussparung 2 des Gehäuses 1 untergebracht, und zwischen dem in die Aussparung 2 geführten Kältemittel (Fluid 10) und den Halbleiterelementen (Wärmeaustauschobjekten 20) wird über den Kern 4 ein Wärmeaustausch durchgeführt.
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In diesem Kühlkörper (Wärmetauscher) sind das Gehäuse 1 und der an der Deckplatte 3 angebrachte Kern 4 als separate Strukturen ausgebildet, wobei die Deckplatte 3 und das Gehäuse 1 lösbar miteinander verbunden sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
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Allerdings können die in 15 dargestellten Stiftrippen 24 zwar durch Löten oder Schweißen der Stifte mit der Deckplatte 3 verbunden werden, aber es wurde viel Zeit damit verbracht, jeden einzelnen Stift an der Deckplatte 3 zu befestigen. Die Rippen können auch durch Schmieden oder Schneiden ausgebildet werden, was jedoch zu einem Anstieg der Produktionskosten führt.
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Mit den obigen Herstellungsmitteln ist die Herstellbarkeit des Kerns 4 schlecht.
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Weiterhin ist, wie in 15 dargestellt, ein Raum, der einen Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 darstellt, zwischen den Spitzen der stiftförmigen Rippen des Kerns 4 und einem Bodenabschnitt 2a, der die Aussparung 2 des Gehäuses 1 bildet, ausgebildet, und da dieser Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 kein Hindernis für die Zirkulation des Kältemittels (Fluid 10) aufweist, ist der Zirkulationswiderstand geringer als der des Fluidströmungsweges, der durch die stiftförmigen Rippen des Kerns 4 gebildet wird.
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Daher neigt das Kältemittel (Fluid 10) dazu, durch den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zu zirkulieren, und das Kältemittel (Fluid 10) neigt weiterhin dazu, selbst wenn es im Fluidströmungsweg in dem Bereich des Kerns 4 zirkuliert, aus dem Kern 4 in den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 auszuströmen, was den Nachteil einer Verringerung der Wärmeübertragungsleistung hat.
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen kostengünstig und einfach herzustellenden Wärmetauscher bereitzustellen, bei dem ein Gehäuse 1 und eine Deckplatte 3, mit der ein Kern 4 verbunden ist, als separate Strukturen lösbar miteinander verbunden werden können.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher mit einer einfachen Struktur und einer guten Wärmeübertragungsleistung bereitzustellen.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 besteht aus einem Wärmetauscher, der dadurch gekennzeichnet ist, dass
bei einem Wärmetauscher, der ausgestattet ist mit
einem Gehäuse 1, das eine schalenförmige Aussparung 2 aufweist,
einer flachen plattenförmigen Deckplatte 3 zum abdeckenden Anbringen an einer Öffnung der Aussparung 2 des Gehäuses 1,
einem Kern 4, der mit einer Fläche 3a der Deckplatte 3 verbunden ist, und
einem Wärmeaustauschobjekt 20, das mit einer anderen Fläche 3b der Deckplatte 3 verbunden ist,
wobei der Kern 4 in der Aussparung 2 untergebracht ist, und zwischen einem in die Aussparung 2 geführten Fluid 10 und dem Wärmeaustauschobjekt 20 über den Kern 4 ein Wärmeaustausch durchgeführt wird,
der Kern 4 aus einem laminierten Körper aus einer Mehrzahl von Platten 5 besteht, die mit einer großen Anzahl von Schlitzen 6 versehen sind,
wobei die Schlitze 6 von benachbarten Platten 5 untereinander in Verbindung stehen und einen Fluidströmungsweg 11 bilden, in dem das Fluid 10 zirkuliert, während es in Laminierungsrichtung der Platten 5 mäandert, und
der Kern 4 durch eine Kernendplatte 5c, die auf einer Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 positioniert ist, mit der Deckplatte 3 verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 2 besteht aus dem Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Kern 4 zwischen einer Kernendplatte 5d, die auf einer anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 positioniert ist, und einem die Aussparung 2 bildenden Bodenabschnitt 2a einen Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 aufweist, in dem der Zirkulationswiderstand geringer ist als der des Fluidströmungsweges 11, und
mit dieser auf der anderen Seite positionierten Kernendplatte 5d eine Abschlussplatte 7 verbunden ist, die keine Schlitze 6 aufweist.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 3 besteht aus dem Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei der Außenumfang der Abschlussplatte 7 so ausgebildet ist, dass er im Wesentlichen die gleiche Größe wie der Außenumfang jeder der laminierten Platten 5 aufweist.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 4 besteht aus dem Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Aussparung 2 einen einströmseitigen Kopfabschnitt 8, an dem das Fluid 10 einströmt, und einen über den Kern 4 gegenüberliegenden ausströmseitigen Kopfabschnitt 9, an dem das Fluid 10 ausströmt, aufweist, und
ein auf der Seite des einströmseitigen Kopfabschnitts 8 liegender Endabschnitt 7c der Abschlussplatte 7 in Richtung des einströmseitigen Kopfabschnitts 8 verlängert ist.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 5 besteht aus dem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Abschlussplatte 7 in einer Wellenform ausgebildet ist, bei der in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 konvexe Abschnitte 7a und konkave Abschnitte 7b abwechselnd erscheinen.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 6 besteht aus einem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei an dem Bodenabschnitt 2a eine zweite Aussparung 13 ausgebildet ist, die größer als der Außenumfang der Abschlussplatte 7 ist, und durch diese zweite Aussparung 13 der Zirkulationswiderstand des Bereiches mit geringem Zirkulationswiderstand 12 erhöht wird, sodass das Fluid 10 in den Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 geführt wird.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 7 besteht aus einem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei an dem Bodenabschnitt 2a ein konkav-konvexer Abschnitt 15 vorgesehen ist, bei dem in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen erscheinen, und durch diesen konkav-konvexen Abschnitt 15 der Zirkulationswiderstand des Bereiches mit geringem Zirkulationswiderstand 12 erhöht wird, sodass das Fluid 10 in den Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 geführt wird.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 8 besteht aus dem Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Kern 4 zwischen einer Kernendplatte 5d, die auf einer anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 positioniert ist, und einem die Aussparung 2 bildenden Bodenabschnitt 2a einen Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 aufweist, in dem der Zirkulationswiderstand geringer ist als der des Fluidströmungsweges 11, und
an dem Bodenabschnitt 2a eine zweite Aussparung 13 ausgebildet ist, die größer als der Außenumfang der Kernendplatte 5d ist, und durch diese zweite Aussparung 13 der Zirkulationswiderstand des Bereiches mit geringem Zirkulationswiderstand 12 erhöht wird, sodass das Fluid 10 in den Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 geführt wird.
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Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 9 besteht aus dem Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Kern 4 zwischen einer Kernendplatte 5d, die auf einer anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 positioniert ist, und einem die Aussparung 2 bildenden Bodenabschnitt 2a einen Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 aufweist, in dem der Zirkulationswiderstand geringer ist als der des Fluidströmungsweges 11, und
an dem Bodenabschnitt 2a ein konkav-konvexer Abschnitt 15 vorgesehen ist, bei dem in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen erscheinen, und durch diesen konkav-konvexen Abschnitt 15 der Zirkulationswiderstand des Bereiches mit geringem Zirkulationswiderstand 12 erhöht wird, sodass das Fluid 10 in den Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 geführt wird.
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Effekt der Erfindung
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Bei der Erfindung nach Anspruch 1 besteht der Kern 4 aus einem laminierten Körper aus einer Mehrzahl von Platten 5, die mit einer großen Anzahl von Schlitzen 6 versehen sind, wobei die Schlitze 6 von benachbarten Platten 5 untereinander in Verbindung stehen und ein Fluidströmungsweg 11 gebildet wird, in dem ein Fluid 10 zirkuliert, während es in Laminierungsrichtung der Platten 5 mäandert, und eine Kernendplatte 5c, die auf einer Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 positioniert ist, ist mit einer Deckplatte 3 verbunden, die abdeckend an der Öffnung einer Aussparung 2 eines Gehäuses 1 angebracht ist.
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Diese Struktur macht herkömmliche Herstellungsmittel zur Bereitstellung eines Kerns 4 in Form von stiftförmigen, säulenförmigen Vorsprüngen, die aus der Deckplatte 3 hervorstehen, wie beispielsweise ein integrales Formen mit der Deckplatte 3 durch Gießen oder Schmieden, ein Ausschneiden aus einem großen Block oder ein Verbinden einer großen Anzahl von stiftförmigen Rippenteilen durch Löten oder Schweißen mit der Deckplatte 3, überflüssig, sodass ein kostengünstiger und gut herstellbarer Wärmetauscher bereitgestellt werden kann.
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Bei der Erfindung nach Anspruch 2 ist zwischen einer Kernendplatte 5d, die auf der anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 des Kerns 4 positioniert ist, und einem die Aussparung 2 bildenden Bodenabschnitt 2a ein Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 vorhanden, in dem der Zirkulationswiderstand geringer ist als der des Fluidströmungsweges 11, und mit der auf der anderen Seite positionierten Kernendplatte 5d ist eine Abschlussplatte 7 verbunden, die keine Schlitze 6 aufweist.
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Durch das Verbinden der Abschlussplatte 7, an der keine Schlitze 6 ausgebildet sind, mit der Kernendplatte 5d kann das in den Fluidströmungsweg 11 im Kern 4 einströmende Fluid 10 daran gehindert werden, von dem Bereich der Schlitze 6 der Kernendplatte 5d aus dem Kern 4 auszuströmen, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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Da bei der Erfindung nach Anspruch 3 bei dem Wärmetauscher nach Anspruch 2 der Außenumfang der Abschlussplatte 7 so ausgebildet ist, dass er im Wesentlichen die gleiche Größe wie der Außenumfang jeder der laminierten Platten 5 aufweist, können beim Zusammenbau des Kerns 4 die Außenkanten der laminierten Platten 5 aufeinander ausgerichtet werden und jede Platte 5 positioniert werden. Daher kann der Zusammenbau des Kerns 4 leicht durchgeführt werden.
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Dadurch, dass bei der Erfindung nach Anspruch 4 bei dem Wärmetauscher nach Anspruch 2 ein auf der Seite eines Kopfabschnitts 8 der Einströmseite des Fluids 10 liegender Endabschnitt 7c der Abschlussplatte 7 in Richtung des einströmseitigen Kopfabschnitts 8 verlängert ist, kann das Fluid 10 in den Kern 4 geführt werden, indem verhindert wird, dass das Fluid 10 versucht, in den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zu strömen, und die Wärmeübertragungsleistung wird durch Erhöhung der Fluidströmungsrate im Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 verbessert.
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Bei der Erfindung nach Anspruch 5 ist bei einem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4 die Abschlussplatte 7 in einer Wellenform ausgebildet, bei der in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 konvexe Abschnitte 7a und konkave Abschnitte 7b abwechselnd erscheinen.
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Durch diese Struktur wird die Querschnittsfläche des Strömungsweges des Bereichs mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zwischen der Abschlussplatte 7 und dem Bodenabschnitt 2a erweitert bzw. zusammengezogen, sodass der Zirkulationswiderstand des darin strömenden Fluids 10 erhöht wird, wodurch die Strömungsrate des Fluids 10 in dem Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 verringert wird. Dadurch strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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Dadurch, dass wie bei der Erfindung nach Anspruch 6 und Anspruch 7 an dem Bodenabschnitt 2a des Gehäuses 1 Vertiefungen und Erhöhungen vorgesehen sind, wird die Querschnittsfläche des Strömungsweges des Bereichs mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zwischen der Abschlussplatte 7 und dem Bodenabschnitt 2a erweitert bzw. zusammengezogen, sodass der Zirkulationswiderstand des darin strömenden Fluids 10 erhöht werden kann. Auch in diesem Fall strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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Dadurch, dass wie bei der Erfindung nach Anspruch 8 und Anspruch 9, auch wenn die Abschlussplatte 7 nicht mit dem Kern 4 verbunden ist, an dem Bodenabschnitt 2a Vertiefungen und Erhöhungen vorgesehen sind, wird die Querschnittsfläche des Strömungsweges des Bereichs mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zwischen der Kernendplatte 5d, die auf der anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 positioniert ist, und dem Bodenabschnitt 2a erweitert bzw. zusammengezogen, sodass der Zirkulationswiderstand des darin strömenden Fluids 10 erhöht werden kann. Auch in diesem Fall strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines an diesen Wärmetauscher integriert in die Deckplatte angebrachten Kerns 4.
- Figur \3 ist eine zusammengesetzte perspektivische Ansicht dieses Wärmetauschers.
- 4 (A) ist eine Schnittzeichnung entlang der Pfeile IV - IV von 3 und (B) ist eine vergrößerte Ansicht des Teils B von 4(A).
- 5 ist eine Schnittzeichnung, die das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 6 ist eine Schnittzeichnung, die das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 7 ist eine Schnittzeichnung, die das vierte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 8 ist eine Schnittzeichnung, die das fünfte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 9 ist eine Schnittzeichnung, die das sechste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 10 ist eine Schnittzeichnung, die das siebte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 11 ist eine Schnittzeichnung, die das achte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 12 ist eine Schnittzeichnung, die das neunte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 13 ist eine Schnittzeichnung, die das zehnte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
- 14 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein weiteres Beispiel einer für einen erfindungsgemäßen in die Deckplatte integrierten Kern 4 verwendeten Platte 5 zeigt.
- 15 ist eine erläuternde Zeichnung eines herkömmlichen Wärmetauschers.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
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1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt, 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines an diesen Wärmetauscher integriert in die Deckplatte angebrachten Kerns 4, 3 ist eine zusammengesetzte perspektivische Ansicht dieses Wärmetauschers, 4(A) ist eine Schnittzeichnung entlang der Pfeile IV - IV von 3 und 4(B) ist eine vergrößerte Ansicht des Teils B von 4(A).
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Dieser Wärmetauscher umfasst ein Gehäuse 1, eine Deckplatte \3 und einen Kern 4.
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Wie in 1 dargestellt, ist an dem Gehäuse 1 in dem mittleren Abschnitt der oberen Fläche des viereckigen Kastenkörpers eine in Bezug auf einen Umfangskantenabschnitt 1a vertiefte schalenförmige Aussparung 2 ausgebildet, an deren Umfangskante eine Dichtungsnut 1b ausgebildet ist. Befestigungslöcher 1c sind am Außenumfang der Dichtungsnut 1b vorgesehen. Ein Dichtungsring 21 ist in der Dichtungsnut 1b angeordnet. In diesem Beispiel ist die Aussparung 2 in einer rechteckigen Form vertieft, die einen Bodenabschnitt 2a und einen Seitenabschnitt 2b aufweist.
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Die Deckplatte 3 ist in einer flachen Plattenform ausgebildet und weist eine Größe auf, die die Öffnung der Aussparung 2 des Gehäuses 1 verschließt. Bei dieser Deckplatte 3 ist mit einer ihrer Flächen 3a der Kern 4 verbunden und mit der anderen Fläche 3b ist ein ein Wärmeaustauschobjekt 20 darstellendes Heizelement, wie beispielsweise ein Halbleiterbauelement, verbunden.
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Der Kern 4 ist in der Aussparung 2 des Gehäuses 1 untergebracht, und die Deckplatte 3 verschließt die Öffnung der Aussparung 2 des Gehäuses 1 derart, dass im Außenumfangsabschnitt der Deckplatte 3 vorgesehene Befestigungslöcher 3c mit den Befestigungslöchern 1c des Gehäuses 1 übereinstimmen, und die Deckplatte 3 ist, wie in 3 dargestellt, durch Befestigungselemente 23 lösbar an dem Gehäuse 1 befestigt.
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Bei diesem Beispiel ist ein Paar Rohre 22 am Außenumfangsabschnitt des Gehäuses 1 vorgesehen, wobei das eine Rohr 22 mit einem einströmseitigen Kopfabschnitt 8 der Aussparung 2 in Verbindung steht und das andere Rohr 22 mit einem ausströmseitigen Kopfabschnitt 9 der Aussparung 2 in Verbindung steht. Ein Fluid 10, wie beispielsweise ein Kältemittel, strömt aus einem der Rohre 22 ein und wird in den einströmseitigen Kopfabschnitt 8 der Aussparung 2 geführt.
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Der Kern 4 ist zwischen dem einströmseitigen Kopfabschnitt 8 und dem ausströmseitigen Kopfabschnitt 9 angeordnet.
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Die von dem Wärmeaustauschobjekt 20, beispielsweise einem Heizelement, erzeugte Wärme wird durch das in den Kern 4 einströmende Fluid 10 gekühlt, und zwischen dem Wärmeaustauschobjekt 20 und dem Fluid 10 wird ein Wärmeaustausch durchgeführt.
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Wie in 2 dargestellt, besteht der Kern 4 dieses Wärmetauschers aus flachen viereckigen Platten 5 (erste Platte 5a und zweite Platte 5b), von denen jede mit einer großen Anzahl von Schlitzen 6 perforiert ist und die zur Bildung des Kerns 4 zusammenlaminiert sind.
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Bei diesem Beispiel weist jede der Platten 5a und 5b parallel zueinander angeordnete Längsstege 6a und Querstege 6b, die benachbarte Längsstege 6a an mehreren Stellen verbinden, auf, und zwischen diesen Stegen 6a und 6b sind aus kleinen rechteckigen Löchern von gleicher Form bestehende Schlitze 6 perforierend vorgesehen.
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Die Längsstege 6a jeder Platte 5a, 5b, die in Laminierungsrichtung nebeneinander liegen, stimmen überein und berühren sich, während, wie in 4 dargestellt, die Schlitze 6 jeder Platte 5a, 5b in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 in der Ebene verschoben positioniert sind. Das heißt, in den Schlitzen 6 einer Platte sind die Querstege 6b einer anderen Platte positioniert. Dadurch stehen die Schlitze 6 von benachbarten Platten 5a und 5b in Verbindung, wodurch ein Fluidströmungsweg 11 ausgebildet wird. Das Fluid 10 zirkuliert in dem Fluidströmungsweg 11, während es in der Laminierungsrichtung der Platten 5 mäandert.
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Wie in 2 dargestellt, ist bei dem oben beschriebenen Kern 4 eine Kernendplatte 5c, die sich auf einer Seite (in 2 oben) der Laminierungsrichtung der Platten 5 befindet, mit der Deckplatte 3 verbunden.
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Dieser Kern 4 lässt sich leicht durch Druckformen der einzelnen Platten 5a, 5b bilden. Da die Deckplatte 3 und der Kern 4 in einem Hochtemperaturofen zu einem Körper verlötet und fixiert werden können, lassen sie sich einfacher und zu geringeren Verarbeitungskosten herstellen als Kerne aus Stiftrippen.
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Es ist bevorzugt, dass die jeweiligen Platten 5a und 5b mit einem Lötmaterial beschichtet sind.
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Wenn bei diesem Wärmetauscher eine Dicke T2 des Kerns 4 kleiner ist als eine Tiefe T1 von der Öffnung der Aussparung 2 bis zum Bodenabschnitt 2a, wird zwischen einer Kernendplatte 5d, die sich auf der anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 des Kerns 4 befindet, und dem Bodenabschnitt 2a der Aussparung 2 ein Raum ausgebildet, der einen Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 darstellt, in dem der Zirkulationswiderstand geringer ist als der Zirkulationswiderstand des Fluidströmungswegs 11 des Kerns 4.
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Da auch bei dem Kern 4, der aus einem laminierten Körper von Platten besteht, jede Platte mit Schlitzen 6 versehen ist, ist anzunehmen, dass das in den Fluidströmungsweg 11 im Kern 4 einströmende Fluid 10 aus dem Kern 4 von dem Bereich der Schlitze 6 der Kernendplatte 5d aus herausfließt und die Wärmeübertragungsleistung sich verschlechtert.
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Um das obige Problem zu lösen, wird bei diesem Beispiel, wie in 2 gezeigt, die Kernendplatte 5d, die sich auf der anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 (in 2 unten) befindet, mit einer Abschlussplatte 7 verbunden, an der keine Schlitze 6 ausgebildet sind. Die Abschlussplatte 7 ist bei diesem Beispiel, wie in den 2 und 4 dargestellt, etwas größer ausgebildet als die äußere Form der Kernendplatte 5d.
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Da an dieser Abschlussplatte 7 keine Schlitze 6 ausgebildet sind, kann das in den Fluidströmungsweg 11 im Kern 4 einströmende Fluid 10 daran gehindert werden, aus dem Bereich der Schlitze 6 der Kernendplatte 5d in den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 außerhalb des Kerns 4 auszuströmen, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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Die Form der in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Abschlussplatte 7 kann verändert werden.
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5 ist eine Schnittzeichnung, die das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
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Die Abschlussplatte 7 dieses Beispiels ist so ausgebildet, dass ihr Außenumfang im Wesentlichen die gleiche Größe aufweist, wie der Außenumfang jeder Platte 5, auf die sie laminiert ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, beim Zusammenbau des Kerns 4 die Außenkanten der laminierten Platten 5 und der Abschlussplatte 7 aufeinander auszurichten und somit jede Platte 5 zu positionieren. Daher kann der Zusammenbau des Kerns 4 leicht durchgeführt werden.
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6 ist eine Schnittzeichnung, die das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
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Wie in der Figur dargestellt, ist bei der Abschlussplatte 7 dieses Beispiels ein auf der Seite des Kopfabschnitts 8 der Einströmseite des Fluids 10 liegender Endabschnitt 7c der Abschlussplatte 7 in Richtung dieses einströmseitigen Kopfabschnitts 8 verlängert.
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Durch diese Struktur wird verhindert, dass das Fluid 10 versucht, in den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zu strömen, und das Fluid 10 kann bevorzugt in den Kern 4 geführt werden. Infolgedessen wird die Wärmeübertragungsleistung verbessert, indem die Fluidströmungsrate in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 erhöht wird.
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7(A) ist eine Schnittzeichnung, die das vierte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt, und 7(B) ist eine perspektivische Ansicht einer bei diesem Wärmetauscher verwendeten Abschlussplatte 7.
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Bei der Abschlussplatte 7 dieses Beispiels ist die Fläche, die mit der Kernendplatte 5d verbunden ist, flach ausgebildet, während die Fläche auf der dieser Fläche gegenüberliegenden Seite (Seite des Bereichs mit geringem Zirkulationswiderstand 12) in einer Wellenform ausgebildet ist, bei der in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 konvexe Abschnitte 7a und konkave Abschnitte 7b abwechselnd erscheinen. Jeder der parallelen konvexen Abschnitte 7a dieses Beispiels ist als konvexer Streifen parallel zur Längsrichtung des Kerns 4 ausgebildet.
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Durch diese Struktur wird die Querschnittsfläche des Strömungsweges des Bereichs mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zwischen der Abschlussplatte 7 und dem Bodenabschnitt 2a erweitert bzw. zusammengezogen, sodass der Zirkulationswiderstand des darin strömenden Fluids 10 erhöht wird, wodurch die Strömungsrate des Fluids 10 in dem Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 verringert wird. Dadurch strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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8(A) ist eine Schnittzeichnung, die das fünfte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt, und 8(B) ist eine perspektivische Ansicht einer bei diesem Wärmetauscher verwendeten Abschlussplatte 7. Dieses Beispiel ist ein modifiziertes Beispiel der Abschlussplatte 7 von 7(B), wobei die Form der konvexen Abschnitte 7a und der konkaven Abschnitte 7b abweicht.
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Wie in 8(B) dargestellt, sind bei der Abschlussplatte 7 dieses Beispiels fließende konvexe Abschnitte 7a und konkave Abschnitte 7b in einer kontinuierlichen Wellenform ausgebildet. Die Scheitelabschnitte der konkaven Abschnitte 7b sind mit der Kernendplatte 5d verbunden. Auch mit einer auf diese Art und Weise ausgebildeten Abschlussplatte 7 kann der gleiche Effekt erzielt werden wie mit der Abschlussplatte 7 von 7.
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9(A) ist eine Schnittzeichnung, die das sechste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt, und 9(B) ist eine perspektivische Ansicht einer bei diesem Wärmetauscher verwendeten Abschlussplatte 7. Dieses Beispiel ist ein modifiziertes Beispiel der Abschlussplatte 7 von 8(B).
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Wie in 9(B) dargestellt, folgen bei der Abschlussplatte 7 dieses Beispiels konvexe Abschnitte 7a und konkave Abschnitte 7b in einer rechteckigen Wellenform kontinuierlich aufeinander. Auch bei diesem Beispiel sind, ebenso wie bei dem Beispiel von 8, die Scheitelabschnitte der konkaven Abschnitte 7b mit der Kernendplatte 5d verbunden.
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10 ist eine Schnittzeichnung, die das siebte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
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Auch bei dem Wärmetauscher dieses Beispiels ist die Abschlussplatte 7 mit der Kernendplatte 5d verbunden.
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Außerdem ist eine zweite Aussparung 13 mit einer Fläche, die größer als der Außenumfang der Abschlussplatte 7 ist, an dem Bodenabschnitt 2a der Aussparung 2 ausgebildet. Diese zweite Aussparung 13 befindet sich zwischen dem einströmseitigen Kopfabschnitt 8 und dem ausströmseitigen Kopfabschnitt 9. Außerdem ist eine Tiefe T3 von der Öffnung der Aussparung 2 bis zur zweiten Aussparung 13 tiefer ausgebildet als die Tiefe T1 von der Öffnung der Aussparung 2 bis zum Bodenabschnitt 2a.
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Wie in diesem Beispiel sollten die Dicke T2 des Kerns 4 und die Tiefe T1 des Bodenabschnitts 2a von der Öffnung der Aussparung 2 im Wesentlichen übereinstimmen, und die Abschlussplatte 7 sollte innerhalb der zweiten Aussparung 13 positioniert werden. In diesem Fall strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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11 ist eine Schnittzeichnung, die das achte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt. Dieses Beispiel ist ein weiteres Beispiel für die zweite Aussparung 13 von 10. Die zweite Aussparung 13 dieses Beispiels ist wie folgt ausgebildet.
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An einer Position des Bodenabschnitts 2a in dem Bereich, in dem das Fluid 10 vom einströmseitigen Kopfabschnitt 8 in den Kern 4 einströmt, und an einer Position, in der das Fluid 10 aus dem Kern 4 zum ausströmseitigen Kopfabschnitt 9 ausströmt, sind sich von dem Bodenabschnitt 2a fortsetzend in einer Richtung senkrecht zur Fluidzirkulationsrichtung hervorstehende konvexe Streifen 14 ausgebildet, und zwischen diesen konvexen Streifen 14 ist die zweite Aussparung 13 ausgebildet. Das heißt, bei diesem Beispiel stimmen die Tiefe T1 des Bodenabschnitts 2a von der Öffnung der Aussparung 2 und die Tiefe T3 der zweiten Aussparung 13 von der Öffnung der Aussparung 2 überein.
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Im Falle dieses Beispiels sollte die Abschlussplatte 7 innerhalb der zweiten Aussparung 13 positioniert werden und die Position der Verbindungsfläche zwischen der Abschlussplatte 7 und der Kernendplatte 5d sollte mit der Position der Scheitelabschnitte der konvexen Streifen 14 übereinstimmen. Auch in diesem Fall strömt, wie im siebten Ausführungsbeispiel, das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 ein, und die Strömungsrate des im Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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12 ist eine Schnittzeichnung, die das neunte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
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Auch bei dem Wärmetauscher dieses Beispiels ist die Abschlussplatte 7 mit der Kernendplatte 5d verbunden.
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Außerdem befindet sich zwischen dem einströmseitigen Kopfabschnitt 8 und dem ausströmseitigen Kopfabschnitt 9 des Bodenabschnitts 2a der Aussparung 2 ein konkav-konvexer Abschnitt 15, bei dem in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen erscheinen. Bei diesem konkav-konvexen Abschnitt 15 sind fließende konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte in einer kontinuierlichen Wellenform ausgebildet. Jeder konvexe Abschnitt steht vom Bodenabschnitt 2a zu der Seite der Abschlussplatte 7 hervor.
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Durch diese Konfiguration wird die Querschnittsfläche des Strömungsweges des Bereiches mit geringem Zirkulationswiderstand 12 zwischen der Abschlussplatte 7 und dem Bodenabschnitt 2a erweitert bzw. zusammengezogen, sodass der Zirkulationswiderstand des darin strömenden Fluids 10 erhöht werden kann. Auch in diesem Fall strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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13 ist eine Schnittzeichnung, die das zehnte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers darstellt.
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Dieses Beispiel ist ein weiteres Beispiel für den konkav-konvexen Abschnitt 15 von 12. Dieser konkav-konvexe Abschnitt 15 wird durch eine Wellenform mit kontinuierlich aufeinanderfolgenden rechteckigen wellenförmigen Vertiefungen und Erhöhungen gebildet. Außerdem ist bei diesem Beispiel die Abschlussplatte 7 in der in 7 gezeigten Form ausgebildet, sodass die im Bodenabschnitt 2a ausgebildeten Vertiefungen und Erhöhungen und die in der Abschlussplatte 7 ausgebildeten Vertiefungen und Erhöhungen ineinander greifen.
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Durch diese Konfiguration kann der Zirkulationswiderstand des Fluids 10, das durch den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 strömt, erhöht werden. Daher strömt das Fluid 10 bevorzugt in den Kern 4 und die Strömungsrate des in dem Fluidströmungsweg 11 des Kerns 4 strömenden Fluids 10 erhöht sich, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
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14(A) ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen in die Deckplatte integrierten Kerns 4, 14(B) ist eine Draufsicht auf eine im Kern 4 verwendete Platte 5, und 14(C) ist eine Draufsicht auf einen laminierten Körper aus den Platten 5.
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Bei den in diesem Beispiel für den Kern 4 verwendeten Platten 5 sind die Längsstege 6a zickzackförmig entlang der Zirkulationsrichtung des Fluids 10 abgeschrägt.
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Jede der Platten 5a und 5b weist zickzackförmige Längsstege 6a, die parallel zueinander angeordnet sind, und Querstege 6b, die benachbarte Längsstege 6a an mehreren Stellen verbinden, auf, und zwischen diesen Stegen 6a und 6b sind aus kleinen Löchern bestehende Schlitze 6 perforierend vorgesehen. An den jeweiligen Scheitelabschnitten der zickzackförmigen Längsstege 6a wird ein Inselabschnitt 6c ausgebildet. Die Zickzackrichtung der Längsstege 6a der ersten Platte 5a und der zweiten Platte 5b ist in entgegengesetzter Richtung ausgebildet.
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Der Kern 4 wird ausgebildet, indem mehrere dieser jeweiligen Platten 5a und 5b laminiert werden.
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Bei dem Kern 4 dieses Beispiels stimmen die in Laminierungsrichtung benachbarten Querstege 6b und die Inselabschnitte 6c jeder Platte 5a und 5b überein und berühren sich, während die Schlitze 6 jeder Platte 5a und 5b in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 in der Ebene verschoben positioniert sind.
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Der Bereich, in dem die Inselabschnitte 6c laminiert sind, wird zu einer Säule, die senkrecht zur Zirkulationsrichtung des Fluids steht, sodass im Kern 4 des laminierten Körpers aus Platten eine Struktur gebildet werden kann, die den Stiftrippen der herkömmlichen Technik ähnelt.
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Die Schlitze 6 der benachbarten Platten 5a und 5b stehen miteinander in Verbindung und bilden somit einen Fluidströmungsweg 11. Das Fluid 10 zirkuliert in dem Fluidströmungsweg 11, während es in der Laminierungsrichtung der Platten 5 mäandert. Diese Struktur lässt sich einfacher herstellen als bei der Verwendung von Stiftrippen und verbessert die Rühreffizienz des Fluids 10, wodurch ein Kern 4 mit guter Wärmeaustauscheffizienz gebildet werden kann.
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Die Kernendplatte 5c, die sich auf einer Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 befindet (in 14 oben), ist mit der Deckplatte 3 verbunden.
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Weiterhin kann mit der Kernendplatte 5d, die sich auf der anderen Seite der Laminierungsrichtung der Platten 5 (in 14 unten) befindet, die Abschlussplatte 7 verbunden werden, an der keine Schlitze 6 ausgebildet sind.
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Die Ausführungsbeispiele vom siebten Ausführungsbeispiel von 10 bis zum zehnten Ausführungsbeispiel von 13 sind Wärmetauscher mit einer Konfiguration, bei der eine Abschlussplatte 7 mit einem Kern 4 verbunden ist. Aber auch wenn nur der Bodenabschnitt 2a der Aussparung 2 verändert wird, ohne die Abschlussplatte 7 zu verbinden, kann der Zirkulationswiderstand des Fluids 10, das durch den Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand 12 strömt, erhöht werden.
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Beispielsweise wird eine zweite Aussparung 13, die größer ist als der Außenumfang der Kernendplatte 5d, im Bodenabschnitt 2a gebildet, und die Kernendplatte 5d wird in der zweiten Aussparung 13 positioniert. Alternativ ist der Bodenabschnitt 2a mit einem konkav-konvexen Abschnitt 15 ausgebildet, bei dem in Zirkulationsrichtung des Fluids 10 abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen erscheinen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1a
- Umfangskantenabschnitt
- 1b
- Dichtungsnut
- 1c
- Befestigungsloch
- 2
- Aussparung
- 2a
- Bodenabschnitt
- 2b
- Seitenabschnitt
- 3
- Deckplatte
- 3a
- eine Fläche
- 3b
- andere Fläche
- 3c
- Befestigungsloch
- 4
- Kern
- 5
- Platte
- 5a
- erste Platte
- 5b
- zweite Platte
- 5c
- Kernendplatte
- 5d
- Kernendplatte
- 6
- Schlitz
- 6a
- Längssteg
- 6b
- Quersteg
- 6c
- Inselabschnitt
- 7
- Abschlussplatte
- 7a
- konvexer Abschnitt
- 7b
- konkaver Abschnitt
- 7c
- Endabschnitt
- 8
- einströmseitiger Kopfabschnitt
- 9
- ausströmseitiger Kopfabschnitt
- 10
- Fluid
- 11
- Fluidströmungsweg
- 12
- Bereich mit geringem Zirkulationswiderstand
- 13
- zweite Aussparung
- 14
- konvexer Streifen
- 15
- konkav-konvexer Abschnitt
- 20
- Wärmeaustauschobjekt
- 21
- Dichtungsring
- 22
- Rohr
- 23
- Befestigungselement
- 24
- Stiftrippe
- T1
- Tiefe von der Öffnung der Aussparung 2 bis zum Bodenabschnitt 2a
- T2
- Dicke des Kerns 4
- T3
- Tiefe von der Öffnung der Aussparung 2 bis zur zweiten Aussparung 13