DE102005050738A1

DE102005050738A1 - Wärmetauscher in Plattenbauweise

Info

Publication number: DE102005050738A1
Application number: DE102005050738A
Authority: DE
Inventors: Viktor Dipl.-Ing. Brost; Denis Dipl.-Ing. Bazika
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2005-10-22
Filing date: 2005-10-22
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Plattenbauweise, mit Anschlussstutzen (2) und einer mehrteiligen Anschlussplatte (1), deren Teile (1a, 1b) aneinander liegen, beispielsweise einen Ladeluftkühler, dessen Anschlussplatten (1, 1a) und dessen Wärmetauscherplatten (3, 4) wenigstens zwei Öffnungen (5) aufweisen, wobei die Wärmetauscherplatten um ihre Öffnungsränder (6) mit Verformungen (7) versehen sind, welche beim Stapeln der Platten (1, 1a, 3, 4) wenigstens einen Zuführkanal (10) und einen Abführkanal (11) für das in den Platten strömende Medium bilden, die sich durch den Plattenstapel erstrecken. Es stellt sich eine herstellungsfreundliche Gestaltung des Wärmetauschers und auch eine verbesserte Funktionsweise dadurch ein, dass erfindungsgemäß die Öffnungsränder der Öffnungen (5) wenigstens in dem einen ersten Teil (1b) der Anschlussplatte ebenfalls Verformungen (77) aufweisen, die an der Bildung des Zu- und Abströmkanals beteiligt sind, wobei die Anschlussstutzen (2) in den Öffnungen (5) des anderen Teils (1a) der Anschlussplatte (1) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Plattenbauweise, mit den weiteren Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein aus Wärmetauscherplatten aufgebauter Ladeluftkühler ist aus DE 43 07 503 A1 bekannt. Die Anschlussplatte ist dort einteilig.

Ferner ist ein Wärmetauscher, der vermutlich auch ein Ladeluftkühler ist, aus der DE 44 07 080 A1 bekannt. Eine Anschlussplatte ist dort nicht gezeigt oder beschrieben worden.

Darüber hinaus ist es bei einem Wärmetauscher in Plattenbauweise bekannt, die Anschlussplatte mehrteilig auszubilden, um dadurch bestimmte fertigungstechnische Vorteile zu erzielen. Als Beispiel sei auf EP 1 522 811 A2 verwiesen, wo bei einem Ölkühler eine zweiteilige Anschlussplatte vorhanden ist, die dort dazu führt, dass die Abdichtung der Anschlussöffnungen vereinfacht werden kann.

Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus, wobei sich die Erfinder die Aufgabe gestellt haben, den in Plattenbauweise erstellten Wärmetauscher hinsichtlich seiner Herstellbarkeit und auch hinsichtlich seiner Durchströmung zu verbessern. Was die Durchströmung betrifft, soll diese insbesondere dann verbessert werden, wenn der Querschnitt der Ein- bzw. Ausströmöffnung bzw. der korrespondierenden Anschlussstutzen in der Formgebung nicht identisch ist mit dem Querschnitt des sich anschließenden Zuführkanals – bzw. Abführkanals.

Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weil die Öffnungsränder der Öffnungen in dem wenigstens einen Teil der mehrteiligen Anschlussplatte, ebenfalls Verformungen aufweisen, die mit den Verformungen an den Wärmetauscherplatten korrespondieren, wobei die Anschlussstutzen in den Öffnungen des anderen Teils der Anschlussplatte angeordnet sind, wird der Druckverlust des durch die Platten strömenden Mediums reduziert. Die Übergänge werden sanfter. Die Verformungen an dem einen Teil der Anschlussplatte liegen an den Verformungen der ersten Wärmetauscherplatte an. Sie sind damit an der Bildung des wenigstens einen Zuführkanals und des wenigstens einen Abführkanals beteiligt.

Die Anschlussplatte kann auch aus mehr als zwei Teilen bestehen.

Um die Lötqualität zu verbessern, sind wenigstens in dem einen Teil der Anschlussplatte Ausschnitte vorhanden.

Die Erfindung umfasst wenigstens zwei Wärmetauschertypen. Einmal solche, die wannenförmige Wärmetauscherplatten mit wenigstens vier Öffnungen aufweisen, wie in dem vorne erwähnten EP 1 522 811 A2 , und zum anderen solche mit lediglich zwei Öffnungen in den Wärmetauscherplatten.

Es ist bezüglich des zweiten Wärmetauschertyps von Vorteil, wenn die Wärmetauscherplatten abstehende Ränder aufweisen und in Plattenpaaren angeordnet sind, wobei eine der Wärmetauscherplatten um 180° gedreht und auf die andere Wärmetauscherplatte aufgesetzt wird, wobei sie mit ihren Rändern aneinander anliegen und unter Bildung eines in den Platten angeordneten Strömungsraums zu verbinden sind, wobei die Plattenpaare mit den um die Öffnungen ausgebildeten Verformungen aneinander anliegen. Zwischen den Plattenpaaren sind Wärmetauschrippen angeordnet, deren Höhe die doppelte Höhe der Verformungen aufweist.

Diese Ausbildung ist vor allem für Ladeluftkühler vorteilhaft, bei denen in den Plattenpaaren ein Kühlmittel strömt und zwischen den Plattenpaaren die Ladeluft hindurchströmt.

Der Querschnitt der Öffnung in dem einen Teil der Anschlussplatte ist beispielsweise rund und der Querschnitt der Öffnung in dem anderen Teil der Anschlussplatte und in den Wärmetauscherplatten besitzt eine andere Form, beispielsweise eine rechteckige Form. Besonders bei solchen Ausbildungen kann der Druckverlust überdurchschnittlich abgesenkt werden, und zwar bei beiden Wärmetauschertypen. Weitere Merkmale sind in den Patentansprüchen enthalten, auf die hiermit hingewiesen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Beschreibung enthält ebenfalls weitere Merkmale und Wirkungen.
Die 1 zeigt den Wärmetauscher in einer Explosionsdarstellung.
Die 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
Die 3 und 4 zeigen vergrößerte Darstellungen aus der 1 bzw. 2.
Die Beschreibung wird anhand eines Ausführungsbeispiels vorgenommen, bei dem lediglich zwei Öffnungen in den Platten vorhanden sind. Diese dienen bekanntlich der Zu- und Abführung des einen Mittels. Das andere Mittel strömt demnach frei durch die Wärmetauschrippen. Diese Bemerkung wurde deshalb vorweggeschickt, weil die erzielbaren Vorteile in gleicher Weise auch bei Wärmetauschern vorhanden sind, die vier Öffnungen, also zwei für das eine Mittel und zwei für das andere Mittel aufweisen. Solche Wärmetauscher gehen unter anderem aus der vorne beschriebenen EP 1 522 811 A2 hervor, auf die ausdrücklich verwiesen wird. Dort sind alle Wärmetauscherplatten wannenförmig ausgebildet und ineinander gestapelt. Demnach sind die anhängenden Ansprüche, die wenigstens zwei Öffnungen bzw. Kanäle in den Platten benennen, so zu verstehen, dass beide Wärmetauschertypen davon umfasst sind.
In den Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Wärmetauscher ferner um einen aus Platten 3, 4 aufgebauten Ladeluftkühler, der sich in einem nicht gezeigten Gehäuse befindet, bzw. der darin eingesetzt und befestigt wird. Bei dem Gehäuse kann es sich um den Luftansaugstutzen bzw. um den Luftansaugkanal einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine handeln, durch den die von einem ebenfalls nicht gezeigten Kompressor bzw. vom Turbolader verdichtete und aufgrund des Verdichtungsvorgangs erhitzte Ladeluft hindurchströmt, um als Verbrennungsluft in die Zylinder der Brennkraftmaschine zu gelangen. Um den Füllungsgrad der Zylinder und somit die Wirksamkeit der Aufladung anzuheben, ist bekanntlich eine Kühlung der Ladeluft notwendig, die mittels des Ladeluftkühlers durchgeführt wird.
Auch diese Bemerkungen beschränken den Gegenstand nicht auf den Einsatz als Ladeluftkühler.
Der Rand 6 der Öffnungen 5 ist bekanntlich so mit erhabenen Verformungen 7 versehen, dass innerhalb des Plattenstapels ein Zuführkanal 10 und ein Abführkanal 11 (Sammelkanäle) ausgebildet werden, die beide vertikal durch den Plattenstapel hindurchgehen. Bei den Platten 3, 4 handelt es sich jeweils um Plattenpaare 34, die bekanntlich durch zwei Platten 3, 4 gebildet sind, von denen eine um 180° um die Längsachse 50 gedreht und mit der anderen Platte unter Bildung eines Strömungsraumes zusammengesetzt wird. Die Platten 3, 4 sind vorzugsweise identisch und besitzen einen aufgerichteten Lötrand 30 bzw. 40 an dem die zwei Platten 3, 4 jedes Plattenpaares 34 miteinander verbunden sind. In den 1 bzw. 2 besitzt der Wärmetauscher elf solche Plattenpaare 34. Die erhabene Verformung 7 am Rand 6 der Öffnungen 5 an der einen Platte des einen Plattenpaares liegt dann an der erhabenen Verformung 7 an der anderen Platte des benachbarten Plattenpaares 34 an, wodurch die erwähnten Sammelkanäle 10, 11 gebildet werden.
Die Höhe h der erhabenen Verformungen 7 korrespondiert außerdem mit der halben Höhe H der Rippen 20, die jeweils zwischen zwei Plattenpaaren 34 angeordnet sind. (3 und 4)
Die mehrteilige Anschlussplatte 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen 1a, 1b. Der untere Teil 1b besitzt Verformungen 77, die am Rand 6 der Öffnungen 5 in diesem Teil 1b der Anschlussplatte ausgebildet sind. Diese Verformungen 77 liegen an den Verformungen 7 der benachbarten Wärmetauscherplatte an und sind somit an der Bildung des Zuführkanals 10 bzw. des Abführkanals 11 beteiligt. Dadurch wird ein relativ sanfter Übergang der Strömung aus dem Anschlussstutzen 2 in den entsprechenden Kanal 10, 11 zur Verfügung gestellt.
Die 2 und 3 zeigen, dass sich zwei relativ große Ausschnitte 8 in der oberen Anschlussplatte 1a befinden. Da die gesamte Konstruktion eine gelötete Konstruktion ist, besteht auch eine Lötverbindung zwischen den im Wesentlichen flach aneinander anliegenden Anschlussplatten 1a und 1b. Die Ausschnitte 8 gestatten eine verbesserte Lötverbindung zwischen den erwähnten Platten, da sie das Ausgasen des Lotes erlauben bzw. Einschlüsse vermeiden helfen. Die Größe, Form und Anordnung der Ausschnitte 8 kann demnach recht unterschiedlich sein. Beide Anschlussplatten 1a, 1b können die gleiche Dicke oder auch eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Auf jeden Fall wird die Plattendicke kleiner sein und die Platten lassen sich deshalb einfacher umformen als einteilige Anschlussplatten aus dem Stand der Technik, die aber auch aus Gründen der Festigkeit eine bestimmte Plattendicke aufweisen müssen. Die Anschlussplatte 1, 1a dient, wie die Figuren zeigen, auch der Befestigung des Wärmetauschers, wozu Befestigungsöffnungen 80 vorhanden sind. Die Anschlussstutzen 2 werden in die Öffnungen 5 des oberen Teils 1a der Anschlussplatte 1 eingesetzt. Dazu werden die Anschlussstutzen 2 mit einem Anschlag 22 ausgebildet, der am Durchzug der Öffnung 5 anliegt, wodurch die Einsetztiefe der Anschlussstutzen 2 begrenzt ist. Der Durchzug wurde im Ausführungsbeispiel nach außen gerichtet. (4)
Die beiden Teile 1a, 1b der Anschlussplatte 1 müssen ansonsten nicht unbedingt eine identische Form besitzen, wie ein Vergleich der 1 und 2 deutlich macht. In der 1 besitzt die untere Anschlussplatte 1b, die an der ersten Wärmetauschrippe 20 anliegt, eine andere Form als die obere Anschlussplatte 1a.
Die Platten 3, 4 können Versickungen besitzen, um das in den von den Plattenpaaren 34 gebildeten Strömungsräumen strömende Kühlmittel in Turbulenz zu versetzen, und um eine u-förmige Durchströmung der Strömungsräume zu erzwingen. (nicht gezeigt, da Stand der Technik)

Claims

Wärmetauscher in Plattenbauweise, mit Anschlussstutzen (2) und einer mehrteiligen Anschlussplatte (1), deren Teile (1a, 1b) aneinander anliegen, beispielsweise ein Ladeluftkühler, dessen Anschlussplatten (1, 1a,) und dessen Wärmetauscherplatten (3, 4) wenigstens zwei Öffnungen (5) aufweisen, wobei die Wärmetauscherplatten um ihre Öffnungsränder (6) mit Verformungen (7) versehen sind, welche beim Stapeln der Platten (1, 1a, 3, 4), wenigstens einen Zuführkanal (10) und einen Abführkanal (11) für das in den Platten strömende Medium bilden, die sich durch den Plattenstapel erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsränder (6) der Öffnungen (5) in dem wenigstens einen Teil (1b) der mehrteiligen Anschlussplatte (1) Verformungen (77) aufweisen, die an der Bildung des wenigstens einen Zuführkanals (10) und des wenigstens einen Abführkanals beteiligt sind, wobei die Anschlussstutzen (2) in den Öffnungen (5) des anderen Teils (1a) der Anschlussplatte (1) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Teil (1a) der Anschlussplatte (1) Ausschnitte (8) vorhanden sind, die die Qualität der Lötverbindung zwischen den Teilen (1a) und (1b) verbessern.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatten (3, 4) abstehende Ränder (30, 40) aufweisen und in Plattenpaaren (34) angeordnet sind, wobei eine der Wärmetauscherplatten um 180° gedreht und auf die andere Wärmetauscherplatte aufgesetzt wird, wobei sie mit ihren Rändern (30, 40) aneinander anliegen und zu verbinden sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenpaare (34) mit den um die Öffnungen ausgebildeten Verformungen (7) aneinander anliegen.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Plattenpaaren (34) Wärmetauschrippen (20) angeordnet sind, deren Höhe (H) die doppelte Höhe (h) der Verformungen (7) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Verformungen (77) aufweisende Teil (1b) der mehrteiligen Anschlussplatte (1) an der äußeren Wärmetauschrippe (20) anliegt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen (77) an dem Teil (1b) der Anschlussplatte (1) an den Verformungen (7) der benachbarten Wärmetauscherplatte anliegen.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Öffnung (5) in dem einen Teil der Anschlussplatte (1a) beispielsweise rund ist und der Querschnitt der Öffnung (5) in dem anderen Teil der Anschlussplatte (1b) und in den Wärmetauscherplatten (3, 4) eine andere Form aufweist, beispielsweise rechteckig ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstutzen (2) mit einem Anschlag (22) ausgebildet sind, der am Rand der Öffnung (5) des anderen Teils (1a) der Anschlussplatte anliegt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatten wannenartig ausgebildet und ineinander liegend angeordnet sind, wobei vier Öffnungen in den Platten vorhanden sind.