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Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrager-Platte für einen Wärmeübertrager, insbesondere für einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager oder für einen Platten-Wärmeübertrager. Die Erfindung betrifft ferner einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager oder einen Platten-Wärmeübertrager, mit solchen Wärmeübertrager-Platten.
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Wärmeübertrager, die als Stapelscheiben- oder Plattenwärmeübertrager ausgeführt sind, dienen der Übertragung von Wärme zwischen zwei fluidisch getrennt durch den Wärmeübertrager geführten Fluiden. Hierzu sind im Wärmeübertrager typischerweise mehrere erste Fluidkanäle zum Durchströmen mit einem ersten Fluid und mehrere zweiten Fluidkanäle zum Durchströmen mit einem zweiten Fluid - fluidisch getrennt zum ersten Fluid - ausgebildet. Die Ausbildung der Fluidkanäle erfolgt mithilfe von mehreren Platten, die entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt und dabei im Abstand zueinander angeordnet sind. Die Zwischenräume zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Platten bilden entlang der Stapelrichtung abwechselnd erste und zweite Fluidkanäle aus. Zur Verteilung des ersten Fluids auf alle ersten Fluidkanäle und des zweiten Fluids auf alle zweiten Fluidkanäle sind in den Plattenböden der einzelnen Platten typischerweise Durchgangsöffnungen vorgesehen, die jeweils von einem in Stapelrichtung abstehenden Dom eingefasst sind. Besagter Dom kann mit der in Stapelrichtung benachbarten Platte verlötet sein. Auf diese Weise wird ein in der Stapelrichtung zwischen zwei ersten Fluidkanälen angeordneter zweiter Fluidkanal fluidisch überbrückt, d.h. das erste Fluid kann über die zweiten Fluidkanäle hinweg auf die ersten Fluidkanäle hinweg verteilt und nach dem Durchströmen derselben wieder aus diesen gesammelt werden. Gleiches gilt entsprechend für die zweiten Fluidkanäle und das zweite Fluid.
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Aufgrund der Geometrie des die jeweilige Durchgangsöffnung einfassenden Doms - dieser verjüngt sich bei herkömmlichen Wärmeübertrager typischerweise vom Plattenboden weg, was bedeutet, dass der Durchmesser besagter Durchgangsöffnung vom Plattenboden weg abnimmt - können keine Konfigurationen von Wärmeübertrager realisiert werden, bei welchen mehrere erste oder zweite Fluidkanäle in Stapelrichtung direkt nebeneinander angeordnet sind und mittels besagter Durchgangsöffnungen und deren Dome fluidisch überbrückt werden. Vielmehr sind ohne größeren technischen Aufwand nur Konfigurationen realisierbar, bei welchen sich entlang der Stapelrichtung erste und zweite Fluidkanäle abwechseln.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Wärmeübertrager-Platte zu schaffen, welche es ermöglicht, Wärmeübertrager, insbesondere Stapelscheiben- oder Plattenwärmeübertrager, zu realisieren, bei welchen entlang der Stapelrichtung beliebige Abfolgen von ersten und zweiten Fluidkanälen realisiert werden können. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmeübertrager mit einer solchen Wärmeübertrager-Platte bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, eine Durchgangsöffnung im Plattenboden einer Wärmeübertrager-Platte mit einem vom Plattenboden abstehenden Öffnungsrand zu versehen, der domartig ausgebildet ist und die Durchgangsöffnung, bevorzugt vollständig, umlaufend einfasst.
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Erfindungswesentlich ist dabei eine Ausbildung des Öffnungsrandes, also des Doms, entlang einer (Normalen-)Richtung senkrecht zum Plattenboden derart, dass ein Durchmesser des der Durchgangsöffnung entlang der Normalen-Richtung zumindest abschnittsweise zunimmt. Eine solche Geometrie des Öffnungsrands bzw. der vom Öffnungsrand eingefassten Durchgangsöffnung erlaubt es, den Öffnungsrand auf einfache Weise direkt mit einer benachbarten Wärmeübertrager-Platte stoffschlüssig zu verbinden. Dadurch können in einem Wärmeübertrager mit mehreren solchen, entlang einer Stapelrichtung aufeinander gestapelten Wärmeübertrager-Platten quasi beliebige Anordnungen von eingangs erwähnten ersten und zweiten Fluidkanäle geschaffen werden, die zwischen jeweils zwei in Stapelrichtung benachbarten Wärmeübertrager-Platten gebildet sind.
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Eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte für einen Wärmeübertrager, insbesondere für einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager oder für einen Platten-Wärmeübertrager, umfasst einen Plattenboden. Von einem äußeren Rand des Plattenbodens kann außen vollständig umlaufend ein Plattenkragen winkelig abstehen. In diesem Fall sind der Plattenboden und der Plattenkragen einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Die Lage einer Boden-Ebene ist durch wenigstens eine im Plattenboden vorhandene Durchgangsöffnung festgelegt. In der Boden-Ebene erstreckt sich also ein Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung im Plattenboden. Diese Durchgangsöffnung ist von einem durch die Wärmeübertrager-Platte gebildeten Öffnungsrand eingefasst ist, der seitlich vom Plattenboden weg absteht, vorzugsweise umgebogen ist. Bevorzugt sind auch der Öffnungsrand und der Plattenboden einstückig und materialeinheitlich ausgebildet, d.h. der Öffnungsrand und der Plattenboden sind bevorzugt integral aneinander ausgeformt. Erfindungsgemäß ist der Öffnungsrand so ausgebildet, dass ein Durchmesser der Durchgangsöffnung von der Boden-Ebene weg entlang einer Normalen-Richtung senkrecht zur Boden-Ebene zumindest abschnittsweise zunimmt, so dass der Durchmesser der Durchgangsöffnung in wenigstens einem bzgl. der Normalen-Richtung vorbestimmten Abstand zur Boden-Ebene einen größeren Wert aufweist als in der Boden-Ebene.
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Bevorzugt verjüngt sich der Öffnungsrand, besonders bevorzugt zumindest abschnittsweise, zur Öffnungsebene hin. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass am Öffnungsrand genügend Fläche zum stoffschlüssigen Verbinden - insbesondere zum Verlöten oder Verschweißen - der Wärmeübertrager-Platte mit einer benachbarten Wärmeübertrager-Platte eines Wärmeübertragers zur Verfügung steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Öffnungsrand entlang der Normalen-Richtung von der Boden-Ebene bis zu einer parallel zur Boden-Ebene verlaufenden End-Ebene. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung in der End-Ebene größer als in der Boden-Ebene. Besonders bevorzugt kann der Durchmesser in der End-Ebene einen Maximalwert aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist nicht nur der Durchmesser, sondern auch ein Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung in der End-Ebene mindestens denselben Wert, vorzugsweise einen größeren Wert, auf, als in der Boden-Ebene.
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Besonders bevorzugt können der Durchmesser oder/und der Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung entlang der Normalen-Richtung zunächst abnehmen und anschließend wieder zunehmen. Somit kann die erfindungswesentliche Geometrie des Öffnungsrandes durch einfaches Umbiegen des Öffnungsrands realisiert werden.
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Zweckmäßig kann der Öffnungsrand um wenigstens 90°, vorzugsweise um wenigstens 180°, nach außen umgebogen sein. Somit erstreckt sich zumindest ein vom Plattenboden abgewandter Endabschnitt des Plattenbodens parallel zum Plattenboden, so dass der Endabschnitt flächig mit einer benachbarten Wärmeübertrager-Platte verlötet oder verschweißt werden kann. Besonders bevorzugt erstreckt sich daher ein vom Plattenboden abgewandter Endabschnitt parallel zur Boden-Ebene erstreckt. Alternativ dazu ist auch eine Anordnung des Endabschnitts unter einem spitzen Winkel zur Boden-Ebene denkbar. Diese Variante ist technisch besonders einfach umzusetzen, da auf eine genaue Ausrichtung des Endabschnitts parallel zur Boden-Ebene bzw. zum Plattenboden verzichtet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Öffnungsrand als die Durchgangsöffnung, vorzugsweise vollständig, umlaufend einfassender Dom ausgebildet. Auf diese Weise kann der Dom zur fluiddichten Trennung der vom Dom eingefassten Durchgangsöffnung gegenüber dem radial außerhalb des Doms angeordneten Bereich verwendet werden, wenn die Wärmeübertrager-Platte in einem Wärmeübertrager verbaut und mit benachbarten Wärmeübertrager-Platten verlötet oder verschweißt wird.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist in einem Längsschnitt entlang der Normalen-Richtung der Öffnungsrand gekrümmt ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Durchgangsöffnung und somit auch der Öffnungsrand in einer Draufsicht auf die Wärmeübertrager-Platte in der Normalen-Richtung eine runde, vorzugsweise eine ovale oder kreisrunde, Geometrie auf. In Varianten des Beispiels lassen sich aber auch andere Geometrien realisieren.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Wärmeübertrager, der als Stapelscheiben-Wärmeübertrager oder als Platten-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Der Wärmeübertrager umfasst eine Mehrzahl von entlang einer Normalen-Richtung aufeinander gestapelten Platten, wobei jeweils zwei in Normalen-Richtung benachbarte Platten einen Fluidpfad begrenzen. Wenigstens eine der Platten ist eine voranstehend erläuterte, erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte. Die voranstehend erläuterten Vorteile der Wärmeübertrager-Platte übertragen sich daher auch auf den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager. Erfindungsgemäß ist der Öffnungsrand der Durchgangsöffnung der Wärmeübertrager-Platte mittels einer Lötverbindung oder Schweißverbindung mit der in Normalen-Richtung benachbarten Platte, die eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte sein kann, aber nicht muss , stoffschlüssig verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, in der Normalen-Richtung benachbarte Platten, jeweils durch eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte gebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Stapelrichtung zwischen zwei Platten, die jeweils als erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte ausgebildet sind, eine Platte angeordnet, welche sich von einer erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Platte dadurch unterscheidet, dass die Durchgangsöffnung von keinem seitlich abstehenden Öffnungsrand eingefasst ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein Beispiel einer herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertrager-Platte in perspektivischer Darstellung,
- 2 die Wärmeübertrager-Platte der 1 im Bereich einer im Plattenboden der Wärmeübertrager-Platte ausgebildeten und von einem Dom eingefassten Durchgangsöffnung,
- 3 eine Teilansicht eines herkömmlichen Wärmeübertragers mit mehreren aufeinandergestapelten herkömmlichen Wärmeübertrager-Platten gemäß den 1 und 2,
- 4 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Platte im Bereich der im Plattenboden ausgebildeten Durchgangsöffnung,
- 5 eine die 5 ergänzende, alternative Darstellung der Wärmeübertrager-Platte,
- 6 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit mehreren aufeinandergestapelten erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Platten gemäß den 4 und 5,
- 7 eine Variante des Wärmeübertragers der 7.
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1 illustriert ein Beispiel einer herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertrager-Platte 1'. Die herkömmliche Wärmeübertrager-Platte 1' umfasst einen Plattenboden 2', der umlaufend von einem winkelig abstehenden Plattenkragen 3' eingefasst ist. Im Plattenboden 2' sind exemplarisch vier Durchgangsöffnungen 4a', 4b', 4c', 4d' vorgesehen. Die beiden Durchgangsöffnungen 4a', 4b' sind vollständig umlaufend von einem domartigen Öffnungsrand 5' eingefasst, der seitlich vom Plattenboden 2' absteht. Die beiden anderen Durchgangsöffnungen 4c', 4d' verfügen über keinen solchen abstehenden Öffnungsrand 5'. Die Durchgangsöffnungen 4a' bis 4d' und somit auch die Öffnungsränder 5' können eine runde, insbesondere eine ovale oder kreisrunde Geometrie bzw. Randkontur aufweisen. Selbstredend sind in nicht gezeigten Varianten dazu aber auch andere Geometrien vorstellbar.
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Die 2 zeigt exemplarisch die herkömmliche Wärmeübertrager-Platte 1' im Bereich der Durchgangsöffnung 4a'. Wie 2 erkennen lässt, ist der Öffnungsrand 5' bei der herkömmlichen Wärmeübertrager-Platte 1' so ausgebildet, dass ein entlang einer Normalen-Richtung R' senkrecht zur Boden-Ebene BE' gemessener Durchmesser D' der Durchgangsöffnung 4a' ausgehend von der Boden-Ebene BE' abnimmt. Der Öffnungsrand 5' begrenzt also die Durchgangsöffnung 4a' entlang der Normalen-Richtung R'. Dabei weist der entlang der Normalen-Richtung R' im Abstand A' von der Boden-Ebene BE' gemessene Durchmesser D' der Durchgangsöffnung 4a' dort einen kleineren Wert dEE' auf als in der Boden-Ebene BE' selbst, in welcher der Wert dBE' beträgt. Es gilt also dBE' > dEE'.
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Werden zur Ausbildung eines herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragers 50' mehrere solche herkömmlichen Wärmeübertrager-Platten 1' entlang einer Stapelrichtung S' aufeinander gestapelt, wie dies in 3 für zwei solche Platten 1' veranschaulicht ist, so werden entlang der Stapelrichtung S' zwischen den einzelnen Wärmeübertrager-Platten 1' abwechselnd erste Fluidkanäle 51a' und - fluidisch getrennt von diesen - zweite Fluidkanäle 51b' gebildet. Die ersten Fluidkanäle 51a' können somit von einem ersten Fluid F1' durchströmt werden, die zweiten Fluidkanäle 51b' fluidisch getrennt dazu von einem zweiten Fluid F2'.
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Zwei in Stapelrichtung S' benachbarte erste Fluidkanäle 51a' sind mittels der beiden Durchgangsöffnungen 4a', 4c' miteinander verbunden. Die fluidische Trennung der beiden ersten Fluidkanäle 51a' von dem zwischen den beiden ersten Fluidkanälen 51a' angeordneten zweiten Fluidkanal 51b' erfolgt mittels dem an der Durchgangsöffnung 4a' vorgesehenen Öffnungsrand 5, der mittels einer Lötverbindung stoffschlüssig und somit fluiddicht mit der in Stapelrichtung S' benachbarten Wärmeübertrager-Platte 1' verbunden ist. Mittels des Öffnungsrands 5' wird also quasi der jeweils in Stapelrichtung S' zwischen zwei ersten Fluidkanälen 51a' angeordnete zweite Fluidkanal 51b' fluidisch „überbrückt“.
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Bei solchen herkömmlichen Wärmeübertragern 1' ist es aber aufgrund der voranstehend erläuterten Geometrie des Öffnungsrandes 5', mit welchem ein vom Plattenboden weg abnehmender Durchmesser D' der betreffenden Durchgangsöffnung 4a' einhergeht, nicht oder nur mit erheblichem technischen Aufwand möglich, mehrere in Stapelrichtung S benachbarte zweite Fluidkanäle 51b' zu überbrücken, also eine Fluidverbindung zwischen zwei ersten Fluidkanälen 51a' zu schaffen, zwischen welchen - direkt benachbart zueinander - zwei oder mehr zweite Fluidkanäle 51b' gebildet sind; denn der Öffnungsrand 5' kann mit seinem vom Plattenboden 2' maximal beabstandeten Randabschnitt 52' nicht mit dem in Stapelrichtung benachbarten Plattenboden verbunden sein, da in diesem Bereich der benachbarten Wärmeübertrager-Platte noch ein ringförmiger Bereich 53' der Durchgangsöffnung 4a' vorhanden ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Platte 1 besteht dieser Nachteil nicht, wie im Folgenden anhand der Darstellung der 4 und 5 erläutert wird, welche in analoger Weise zur 2 beispielhaft eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte 1 im Bereich der im Plattenboden 2 ausgebildeten Durchgangsöffnung 4a zeigt. Sowohl die Durchgangsöffnung 4a als auch der diese Durchgangsöffnung 4a begrenzende Öffnungsrand 5 erstrecken sich entlang der Normalen-Richtung R von der Boden-Ebene BE bis zu einer End-Ebene EE, die in einem vorbestimmten Abstand A parallel zur Boden-Ebene BE angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platte 1 unterscheidet sich von der herkömmlichen Wärmeübertrager-Platte 1 in der Geometrie des den Durchgangsöffnung 4a (bzw. 4b) einfassenden Öffnungsrandes 5.
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Wie 4 und 5 erkennen lassen, ist bei der erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Platte 1 - gegenüber dem herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertrager 50' - der Öffnungsrand 5 so ausgebildet, dass der Durchmesser D - gemessen in einer Richtung senkrecht zur Normalen-Richtung R - und auch ein Öffnungsquerschnitt Q der Durchgangsöffnung 4a - gemessen in einer Ebene senkrecht zur Normalen- Richtung R - entlang der Normalen-Richtung R zunächst abnehmen und anschließend wieder zunehmen. Der Durchmesser D der Durchgangsöffnung 4a nimmt entlang der Normalen-Richtung R von der Boden-Ebene BE weg also zumindest abschnittsweise zu. Dies bedeutet, dass der Durchmesser D der Durchgangsöffnung 4a in zumindest einem entlang der Normalen-Richtung R gemessenen - vorbestimmte Abstand einen größeren Wert dEE aufweist als in der Boden-Ebene BE selbst, wo der Durchmesser D einen Wert dBE aufweist. Es gilt also dEE > dBE für wenigstens einen vorbestimmten Abstand A. Im Beispiel der 4 und 5 ist der in der End-Ebene EE angeordnete Randabschnitt 6 der von der Boden-Ebene abgewandte Endabschnitt 7 des Öffnungsrands 5. Bei der Wärmeübertrager-Platte 1 ist der Wert qEE des Öffnungsquerschnitts Q der Durchgangsöffnung 4a in der End-Ebene EE größer als ein Wert qBE des Öffnungsquerschnitts Q der Durchgangsöffnung 4a in der Boden-Ebene BE.
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Wie die 4 bzw. 5 erkennen lassen, ist der Öffnungsrand 5 hierzu - insbesondere In einem Längsschnitt entlang der Normalen-Richtung R - gekrümmt ausgebildet. Insbesondere kann der Öffnungsrand 5 wie in 4 und 5 gezeigt ausgehend vom Plattenboden 2 um 180° nach außen umgebogen. Der vom Plattenboden 2 bzw. der Boden-Ebene BE abgewandte Endabschnitt 7 der Wärmeübertrager-Platte 1 erstreckt sich beim Beispiel der 4 bzw. 5 parallel zur Boden-Ebene BE, kann aber in einer gestrichelt angedeuteten und mit „Z“ bezeichneten Alternativ-Variante - unter einem spitzen Winkel α zur Boden-Ebene BE angeordnet sein.
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6 zeigt in einer Teildarstellung einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 50 mit mehreren, entlang der Stapelrichtung S aufeinander gestapelten erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Platten 1. Die 6 zeigt den Wärmeübertrager 1 im Bereich der Durchgangsöffnungen 4a der aufeinander gestapelten Wärmeübertrager-Platten 1. Die Stapelrichtung S des Wärmeübertragers 50 ist identisch zur Normalen-Richtung R der Wärmeübertrager-Platten 1. Man erkennt, dass durch die in Stapelrichtung S aufeinander folgend gebildeten Durchgangsöffnungen 4a ein durchgängiger, in Stapelrichtung S verlaufender und vom ersten Fluid F1 durchströmbarer Fluidkanal 52c gebildet ist. Der Fluidkanal 52c bildet somit innerhalb des Wärmeübertragers 50 ein sogenanntes „Tauchrohr“. Auf diese Weise können mehrere, in Stapelrichtung S direkt aufeinanderfolgende, vom zweiten Fluid F2 durchströmbare zweite Fluidkanäle fluidisch „überbrückt“ werden.
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7 zeigt eine Variante des Beispiels der 6. Im Beispiel der 7 umfasst der Wärmeübertrager 50 mehrere Wärmeübertrager-Platten 1 mit dem Erfindungswesentlichen Öffnungsrand 5 sowie weitere Wärmeübertrager-Platten 1*, bei welchen die im Plattenboden 2* vorhandenen Durchgangsöffnungen 4a* keinen seitlich abstehenden Öffnungsrand aufweisen, also nicht von einem Dom eingefasst sind. Im Beispiel der 7 ist auf diese Weise eine Konfiguration von ersten und zweiten Fluidkanälen 51a, 51b realisiert, bei welchen in Stapelrichtung Szwischen zwei ersten Fluidkanälen 51a nicht einer, sondern zwei zweite Fluidkanäle 51b - in der Stapelrichtung S benachbart zueinander - angeordnet sind. Diese Konfiguration wird erreicht, indem in Stapelrichtung A auf zwei erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Platten 1 mit umgebogenem Öffnungsrand 5 bzw. Dom jeweils eine Wärmeübertrager-Platte 1* ohne Dom folgt.
