DE102011016625A1

DE102011016625A1 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE102011016625A1
Application number: DE102011016625A
Authority: DE
Inventors: Andreas Meyer; Jens Krügel; Axel Sundermeyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-04-09
Filing date: 2011-04-09
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler, mit mehreren Wärmetauscherplatten (12), die jeweils mit einem umlaufenden Randsteg (14) je eine Strömungswanne (10) ausbilden, wobei je zwei Wärmetauscherplatten (12) ineinander gesteckt sind und tiefgezogene, sich an der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte flächig abstützende Ansätze (22) im Bereich von fluchtenden, die Strömungswannen (10) abwechselnd miteinander verbindenden Durchtrittsöffnungen (18, 20) für wärmetauschende Medien aufweisen, wobei in die Strömungswannen (10) Turbulenzbleche (36) eingelegt sind, die aus wellenförmig gebogenen Blechen gebildet sind und beidseitig an jeweils benachbarte Wärmetauscherplatten (10) anliegen, wobei jedes wellenförmig gebogene Blech wenigstens eine Reihe (46, 48) von aufeinanderfolgenden Wellenbergen (38) und Wellentälern (40) ausbildet, wobei eine Höhe D (56) eines Turbulenzbleches (36) ein Abstand von einer ersten Ebene (50), welche an einer ersten Seite des Turbulenzbleches (36) an den Wellenbergen (38) des wellenförmigen Turbulenzbleches (36) anliegt, und einer zur ersten Ebene (50) parallelen zweiten Ebene (52), welche an einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Turbulenzbleches (36) an den Wellentälern (40) des wellenförmigen Turbulenzbleches (36) anliegt, gemessen senkrecht zur ersten bzw. zweiten Ebene (50, 52) ist, wobei eine parallel zur ersten Ebene (50) und in einem Abstand D/X (54) mit X = 5 zur ersten Ebene (50) angeordnete dritte Ebene (58) sowie eine parallel zur zweiten Ebene (52) und in dem Abstand D/X (62) zur zweiten Ebene (52) angeordnete vierte Ebene (60) zwischen der ersten und zweiten Ebene (50, 52) einen Abstand (64) gemessen senkrecht zur ersten Ebene (50) von L1 = D – 2·D/X aufweisen, wobei in einer Schnittebene des Turbulenzbleches (36) senkrecht zur ersten Ebene (50) und parallel zu Wellenbergen (38) und Wellentälern (40) von einer Reihe (46; 48) des Turbulenzbleches (36) jeweilige aufeinanderfolgende Abschnitte (39) des Turbulenzbleches (36) zwischen der dritten und vierten Ebene (58, 60) eine Bogenlänge (66) LL aufweisen, wobei ein Kennwert K des Plattenwärmetauschers durch eine Formel K = (LL/L1 – 1) × 100 definiert ist, wobei der Kennwert K einen Wert von größer oder gleich 20 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler, mit mehreren Wärmetauscherplatten, die jeweils mit einem umlaufenden Randsteg je eine Strömungswanne ausbilden, wobei je zwei Wärmetauscherplatten ineinander gesteckt sind und tiefgezogene, sich an der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte flächig abstützende Ansätze im Bereich von fluchtenden, die Strömungswannen abwechselnd miteinander verbindenden Durchtrittsöffnungen für wärmetauschende Medien aufweisen, wobei in die Strömungswannen Turbulenzbleche eingelegt sind, die aus wellenförmig gebogenen Blechen gebildet sind und beidseitig an jeweils benachbarte Wärmetauscherplatten anliegen, wobei jedes wellenförmig gebogene Blech wenigstens eine Reihe von aufeinanderfolgenden Wellenbergen und Wellentälern ausbildet, wobei eine Höhe D eines Turbulenzbleches ein Abstand von einer ersten Ebene, welche an einer ersten Seite des Turbulenzbleches an den Wellenbergen des wellenförmigen Turbulenzbleches anliegt, und einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene, welche an einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Turbulenzbleches an den Wellentälern des wellenförmigen Turbulenzbleches anliegt, gemessen senkrecht zur ersten bzw. zweiten Ebene ist, wobei eine parallel zur ersten Ebene und in einem Abstand D/X mit X = 5 zur ersten Ebene angeordnete dritte Ebene sowie eine parallel zur zweiten Ebene und in dem Abstand D/X zur zweiten Ebene angeordnete vierte Ebene zwischen der ersten und zweiten Ebene einen Abstand gemessen senkrecht zur ersten Ebene von L1 = D – 2·D/X aufweisen, wobei in einer Schnittebene des Turbulenzbleches senkrecht zur ersten Ebene und parallel zu Wellenbergen und Wellentälern von einer Reihe des Turbulenzbleches jeweilige aufeinanderfolgende Abschnitte des Turbulenzbleches zwischen der dritten und vierten Ebene eine Bogenlänge LL aufweisen, wobei ein Kennwert K des Plattenwärmetauschers durch eine Formel K = (LL/L1 – 1) × 100 definiert ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 296 22 191 U1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, der aus ineinander gesteckten Strömungswannen aufgebaut ist, die jeweils aus einer Wärmetauscherplatte mit einem hochgezogenen, umlaufenden Rand gebildet sind, der mit einer Erweiterung den Rand der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte übergreift. Die Wärmetauscherplatten weisen einander paarweise zugeordnete Durchtrittsöffnungen für die wärmetauschenden Medien, beispielsweise Öl und Wasser auf. In die Strömungswannen sind Turbulenzbleche eingelegt, die eine Verteilung der Strömung der wärmetauschenden Medien beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher mit Turbulenzblechen der o. g Art hinsichtlich der Herstellung und der Funktion zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Plattenwärmetauscher der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Plattenwärmetauscher der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kennwert K einen Wert von größer oder gleich 20 aufweist.
Dies hat den Vorteil, dass das Turbulenzblech einen geringen Druckverlust im Arbeitsfluid erzeugt, einen verbesserten Wärmestrom bewirkt und sich einfach sowie kostengünstig herstellen lässt.
Eine weitere Verringerung des Druckverlustes und Verbesserung des Wärmestromes erzielt man dadurch, dass der Kennwert K einen Wert von 20 bis 40 aufweist.
Eine besonders gut wiederholbare Bestimmung des Kennwertes K erzielt man dadurch, dass als Kennwert K ein arithmetischer Mittelwert K_ariM von jeweiligen Kennwerten K_i = (LL/L1 – 1) × 100 für mehrerer Abschnitte mindestens eines Turbulenzbleches zwischen der dritten und vierten Ebene mit jeweiliger Bogenlänge LL_i ist.
Eine gute Vergleichbarkeit der Kennwerte K für verschiedene Plattenwärmetauscher erzielt man dadurch, dass der arithmetischer Mittelwert K_ariM des Kennwertes K ein Mittelwert aus mindestens 10 Abschnitten des Turbulenzbleches ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer Draufsicht auf eine Strömungswanne mit eingelegten Turbulenzblechen;
2 den Plattenwärmetauscher von 1 in einer Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1;
3 ein Turbulenzblech ausschnittsweise in einer schematischen, perspektivischen Ansicht und
4 eine schematische Schnittansicht eines Turbulenzbleches.
Die in den 1 und 2 dargestellte, beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers ist aus einzelnen, ineinander gesteckten Strömungswannen 10 aufgebaut, die jeweils aus einer Wärmetauscherplatte 12 mit einem hochgezogenen, umlaufenden Rand 14 gebildet werden, der mit einer Erweiterung 16 den Rand 14 der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte übergreift. Diese Wärmetauscherplatten 12 weisen einander paarweise zugeordnete Durchtrittsöffnungen 18 und 20 für die wärmetauschenden Medien, beispielsweise Öl und Wasser, auf. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, dass die Durchtrittsöffnungen 18 und 20 im Bereich von tiefgezogenen Ansätzen 22 liegen, deren Höhe dem halben Abstand zwischen den benachbarten Wärmetauscherplatten 12 entspricht. Da die Durchtrittsöffnungen 18 und 20 kleiner als der Boden dieser Ansätze 22 sind, ergibt sich zwischen den Böden der gegeneinander vorragenden Ansätze 22 benachbarter Wärmetauscherplatten 12 eine die dichte Verbindung der Ansätze 22 unterstützende flächige Anlage um den jeweiligen Öffnungsrand. Wie der 2 entnommen werden kann, sind die Ansätze 22 im Bereich fluchtender Durchtrittsöffnungen 18 und 20 abwechselnd auf entgegengesetzten Plattenseiten vorgesehen, so dass sich über die Ansätze 22 jeweils ein flüssigkeitsdichter Durchtritt durch jede zweite Strömungswanne 10 ergibt. Zusätzlich müssen die Ansätze 22 für den Durchtritt des einen Mediums gegenüber den Ansätzen 22 für den Durchtritt des anderen Mediums auf gegenüberliegenden Plattenseiten liegen.
Wird beispielsweise das zu kühlende Öl durch die Durchtrittsöffnungen 18 und das die Ölwärme aufnehmende Wasser durch die Durchtrittsöffnungen 20 geleitet, wobei das Öl jeweils vom Zulauf 24 zum Ablauf 26 und das Wasser im Gegenstrom vom Zulauf 28 zum Ablauf 30 die Strömungswannen 10 durchströmen, so ergibt sich für das Öl eine durch die Pfeile 32 und für das Wasser eine durch die Pfeile 34 in 2 angedeutete Strömung, die hinsichtlich ihrer Verteilung über die Wärmetauscherflächen von der Anordnung von in den Strömungswannen 10 angeordneten bzw. eingelegten Turbulenzblechen 36 abhängt. Die Turbulenzbleche 36 liegen beidseitig an den benachbarten Wärmetauscherplatten 12 an und müssen deshalb eine Höhe entsprechend der doppelten Höhe der Ansätze 22 aufweisen. Diese Turbulenzbleche 36 weisen in Reihen angeordnete Wellenberge 38, Wellentäler 40 und Zwischenabschnitte 39 auf, die reihenweise gegeneinander versetzt sind sowie wellenartig aus einer Blechebene ausgebogen sind, wie dies insbesondere aus 3 ersichtlich ist. Werden diese Turbulenzbleche 36 in Richtung 42 der Längsreihen angeströmt, so ergibt sich der größte Strömungswiderstand, da in dieser Anströmrichtung die Zwischenabschnitt 39 keinen Durchtritt freigeben. In Querrichtung 44 ist somit der geringste Strömungswiderstand gegeben. Durch eine entsprechende Neigung bzw. Schrägstellung der Reihen gegenüber der sich zwischen dem Zu- und Ablauf 24, 26 bzw. 28, 30 ergebenden Hauptströmungsrichtung für das Öl bzw. das Kühlwasser kann somit der jeweils günstigste Strömungswiderstand in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung eingestellt und ein optimales Verhältnis der Kühlleistung zum Strömungswiderstand erreicht werden.
In 4 ist ein Turbulenzblech 36 mit zwei nebeneinander angeordneten und zueinander versetzten Reihen, einer ersten Reihe 46 und einer zweiten Reihe 48, von Wellenbergen 38 und Wellentälern 40 schematisch veranschaulicht. Die Reihen 46, 48 sind in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene von 4 versetzt und aus einem einzigen Turbulenzblech hergestellt. Die in 4 dargestellte Schnittebene verläuft hierbei parallel zur Richtung 42 und senkrecht zur Richtung 44 von 3, d. h. mit anderen Worten parallel zu den aufeinanderfolgenden Wellenbergen 38 und Wellentälern 40 einer Reihe 46 bzw. 48. Eine erste Ebene 50 wird durch Spitzen der Wellenberge 38 und eine zweite Ebene 52 wird durch Spitzen den Wellentäler 40 aufgespannt. Die erste und zweite Ebene 50, 52 sind senkrecht zur Schnittebene von 4 angeordnet. Diese zwei Ebenen 50, 52 sind im Prinzip jeweilige Innenseiten von zu dem Turbulenzblech 36 benachbarten Wärmetauscherplatten 12, an denen das Turbulenzblech 36 mit den Spitzen der Wellentäler 40 und Wellenberge 38 anliegt. Zwischen den Spitzen der Wellenberge 38 und Wellentäler 40 verlaufen die Zwischenabschnitte 39 der jeweiligen Reihen 46, 48 des Turbulenzbleches 36. Eine Höhe D 56 des Turbulenzbleches 36 entspricht einem Abstand der ersten und zweiten Ebene 50, 52 in Richtung senkrecht zu diesen Ebenen 50, 52 bzw. dem Abstand von zwei benachbarten Wärmetauscherplatten 12, zwischen denen das Turbulenzblech 36 angeordnet ist.
Eine dritte Ebene 58 ist zwischen der ersten und zweiten Ebene 50, 52 sowie parallel zu diesen mit einem Abstand D/X 54 von der ersten Ebene 50 angeordnet, wobei X gleich 5 ist. Eine vierte Ebene 60 ist zwischen der ersten und zweiten Ebene 50, 52 sowie parallel zu diesen ebenfalls mit einem Abstand D/X 62 von der zweiten Ebene 52 angeordnet. Ein Abstand 64 zwischen der dritten und vierten Ebene 58, 60 in Richtung senkrecht zu diesen Ebenen 58, 60 beträgt L1 = D – 2·D/X. Eine Bogenlänge 66 eines Zwischenabschnittes 39 beispielsweise der Reihe 46 zwischen der dritten und vierten Ebene 58, 60 beträgt LL.
Ein den Plattenwärmetauscher charakterisierender Kennwert bzw. Koeffizient K ist definiert als K = (LL/L1 – 1)·100.
Zur Bestimmung des Kennwertes K für einen Plattenwärmetauscher wird beispielsweise ein Schnitt durch den Plattenwärmetauscher, wie in 2 dargestellt, angefertigt, und für mehrere, beispielsweise n Zwischenabschnitt 39 die jeweilige Bogenlänge LL_i bestimmt, sowie daraus der jeweilige Kennwert K_i = (LL_i/L1 – 1)·100 für diesen i-ten Zwischenabschnitt 39 berechnet. Aus mehreren so berechneten Kennwerten K_i wird dann ein arithmetischer Mittelwert K_ariM = 1/n·Σ_{i=1 bis n}K_i für den Kennwert K dieses Plattenwärmetauschers berechnet.
Beispielsweise werden 10 oder mehr Kennwerte K_i, i = 1 bis n und n eine ganze Zahl größer oder gleich 3, d. h. also n ≥ 10, bestimmt und daraus der arithmetische Mittelwert K_ariM berechnet. In identischer Weise wird für einen anderen Plattenwärmetauscher vorgegangen, so dass die berechneten bzw. ermittelten Kennwerte K_ariM für verschiedene Plattenwärmetauscher miteinander verglichen werden können.
Erfindungsgemäß ist der Plattenwärmetauscher bzw. sind die Turbulenzbleche 36 derart ausgebildet, dass der Kennwert K mindestens eines Zwischenabschnittes bzw. der Mittelwert K_ariM einen Wert von größer oder gleich 20, insbesondere von 20 bis 40 hat.
Die wellenförmige Ausbildung der Turbulenzbleche 36 ist in den 1 bis 4 nicht maßstabsgetreu gemäß einem erfindungsgemäßen Wert für K bzw. K_ariM abgebildet, sondern dient lediglich der Illustration des grundsätzlichen Aufbaus des Plattenwärmetauschers.
Bezugszeichenliste

10: Strömungswanne
12: Wärmetauscherplatte
14: umlaufender Rand
16: Erweiterung
18: Durchtrittsöffnung
20: Durchtrittsöffnung
22: tiefgezogene Ansätzen
24: Zulauf Öl
26: Ablauf Öl
28: Zulauf Wasser
30: Ablauf Wasser
32: Pfeile Strömung Öl
34: Pfeile Strömung Wasser
36: Turbulenzblech
38: Wellenberge
39: Zwischenabschnitte
40: Wellentäler
42: Richtung: Anströmung Turbulenzblech
44: Querrichtung
46: erste Reihe
48: zweite Reihe
50: erste Ebene
52: zweite Ebene
54: Abstand D/X von der ersten Ebene 50
56: Höhe D des Turbulenzbleches
58: dritte Ebene
60: vierte Ebene
62: Abstand D/X von der zweiten Ebene 52
64: Abstand zwischen der dritten und vierten Ebene 58, 60
66: Bogenlänge eines Zwischenabschnittes 39 zwischen der dritten und vierten Ebene 58, 60

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 29622191 U1 [0002]

Claims

Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler, mit mehreren Wärmetauscherplatten (12), die jeweils mit einem umlaufenden Randsteg (14) je eine Strömungswanne (10) ausbilden, wobei je zwei Wärmetauscherplatten (12) ineinander gesteckt sind und tiefgezogene, sich an der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte flächig abstützende Ansätze (22) im Bereich von fluchtenden, die Strömungswannen (10) abwechselnd miteinander verbindenden Durchtrittsöffnungen (18, 20) für wärmetauschende Medien aufweisen, wobei in die Strömungswannen (10) Turbulenzbleche (36) eingelegt sind, die aus wellenförmig gebogenen Blechen gebildet sind und beidseitig an jeweils benachbarte Wärmetauscherplatten (10) anliegen, wobei jedes wellenförmig gebogene Blech wenigstens eine Reihe (46, 48) von aufeinanderfolgenden Wellenbergen (38) und Wellentälern (40) ausbildet, wobei eine Höhe D (56) eines Turbulenzbleches (36) ein Abstand von einer ersten Ebene (50), welche an einer ersten Seite des Turbulenzbleches (36) an den Wellenbergen (38) des wellenförmigen Turbulenzbleches (36) anliegt, und einer zur ersten Ebene (50) parallelen zweiten Ebene (52), welche an einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Turbulenzbleches (36) an den Wellentälern (40) des wellenförmigen Turbulenzbleches (36) anliegt, gemessen senkrecht zur ersten bzw. zweiten Ebene (50, 52) ist, wobei eine parallel zur ersten Ebene (50) und in einem Abstand D/X (54) mit X = 5 zur ersten Ebene (50) angeordnete dritte Ebene (58) sowie eine parallel zur zweiten Ebene (52) und in dem Abstand D/X (62) zur zweiten Ebene (52) angeordnete vierte Ebene (60) zwischen der ersten und zweiten Ebene (50, 52) einen Abstand (64) gemessen senkrecht zur ersten Ebene (50) von L1 = D – 2·D/X aufweisen, wobei in einer Schnittebene des Turbulenzbleches (36) senkrecht zur ersten Ebene (50) und parallel zu Wellenbergen (38) und Wellentälern (40) von einer Reihe (46; 48) des Turbulenzbleches (36) jeweilige aufeinanderfolgende Abschnitte (39) des Turbulenzbleches (36) zwischen der dritten und vierten Ebene (58, 60) eine Bogenlänge (66) LL aufweisen, wobei ein Kennwert K des Plattenwärmetauschers durch eine Formel K = (LL/L1 – 1) × 100 definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert K einen Wert von größer oder gleich 20 aufweist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert K einen Wert von 20 bis 40 aufweist.
Plattenwärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert K ein arithmetischer Mittelwert K_ariM von jeweiligen Kennwerten K_i = (LL_i/L1 – 1) × 100 für mehrerer Abschnitte (39) mindestens eines Turbulenzbleches (36) zwischen der dritten und vierten Ebene (58, 60) mit jeweiliger Bogenlänge (66) LL_i ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der arithmetischer Mittelwert K_ariM des Kennwertes K ein Mittelwert aus mindestens 10 Abschnitten (39) des Turbulenzbleches (36) ist.