DE19528116A1 - Wärmeübertrager mit Platten-Sandwichstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager mit ei­ ner Sandwichstruktur aus mehreren aufeinandergestapelten Platten, von denen wenigstens eine mit strömungskanalbilden­ den Durchbrüchen versehen ist.

Derartige Wärmeübertrager werden beispielsweise in der Pa­ tentschrift DE 32 06 397 C2 beschrieben. Dort sind gleichar­ tige Platten, die jeweils mit parallelen Reihen von längli­ chen Durchbrüchen versehen sind, so aufeinandergestapelt, daß die Durchbrüche einer Platte mit benachbarten Durchbrüchen derselben Reihe einer angrenzenden Platte überlappen und da­ durch in Fluidverbindung stehen. Auf diese Weise bildet jede Gruppe übereinanderliegender Reihen von Durchbrüchen ein zweidimensionales Strömungskanal-Netzwerk, wobei die Netz­ werkebenen parallel zur Stapelrichtung liegen und die einzel­ nen Netzwerke untereinander nicht in Fluidverbindung stehen. Durch geeignete Zufluß- und Abflußeinrichtungen an den Seiten des Sandwichs, zu denen hin die Netzwerke offen sind, können die einzelnen Netzwerke in mehrere Gruppen aufgeteilt werden, von denen jede von einem bestimmten Fluid durchströmt wird.

Aus der Patentschrift DE 37 09 278 C2 ist ein Wärmeübertrager mit Platten-Sandwichstruktur bekannt, bei dem aufeinanderge­ stapelte Platten auf einer der beiden Flachseiten mit neben­ einanderliegenden Längsnuten versehen sind, die als Strö­ mungskanäle dienen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung eines Wärmeübertragers der eingangs genannten Art zu­ grunde, dessen Platten-Sandwichstruktur mit relativ geringem Aufwand herstellbar ist und eine hohe Druckbeständigkeit, ein geringes inneres Volumen sowie ein zufriedenstellendes Wärme­ übertragungsvermögen aufweist.

Dieses Problem wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst. Der Aufbau der Platten- Sandwichstruktur ist mit verhältnismäßig wenig Aufwand mög­ lich, indem die Strömungskanäle zur Durchführung des oder der Wärmeübertragungsfluide von geeignet angeordneten Strömungs­ kanal-Durchbrüchen gebildet sind, die in einfacher Weise bei­ spielsweise durch Stanzen eingebracht werden können. In Sta­ pelrichtung wird eine oder eine Mehrzahl von zu einer Strö­ mungskanalplatteneinheit zusammengefaßten Strömungskanalplat - ten beidseitig von strömungskanalabdeckenden Platten bedeckt, so daß jeder Strömungspfad auf den Raum zwischen je zwei strömungskanalabdeckenden Platten begrenzt bleibt und daher überwiegend parallel zur Plattenebene verläuft, wobei die Strömungskanalplatten bevorzugt so gestaltet sind, daß ein möglichst hoher Flächenanteil durchbrochen ist, d. h. zu den Strömungspfaden beiträgt. Die Bildung eindimensionaler Strö­ mungspfade erleichtert in Vergleich zu dem eingangs erwähn­ ten, bekannten, zweidimensionalen Strömungskanal-Netzwerk die Erzielung eines weitgehend geradlinigen Strömungsverhaltens. Der Wärmeübertrager ist zudem mit vergleichsweise geringer Ausdehnung in Stapelrichtung, d. h. mit wenigen Platten, rea­ lisierbar, da die wärmeaustauschwirksamen Strömungspfade in­ nerhalb einer oder einiger weniger aneinandergrenzender Strö­ mungskanalplatten und nicht merklich in Stapelrichtung ver­ laufen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 beinhal­ tet die Platten-Sandwichstruktur für den Wärmeübertrager als Strömungsplatteneinheit nur eine Strömungskanalplatte, in die ein oder mehrere, strömungspfadbildende Strömungskanal-Durch­ brüche eingebracht sind und die zwischen zwei zugehörigen strömungskanalabdeckenden Platten liegt. In einem minimalen Aufbau genügen so bereits drei Einzelplatten zur Realisierung einer funktionsfähigen Sandwichstruktur.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 bein­ haltet jede Strömungskanalplatteneinheit in der Platten-Sand­ wichstruktur zwei mit Strömungskanal-Durchbrüchen versehene Platten, deren Durchbrüche sich strömungspfadbildend überlap­ pen. Auf diese Weise können Strömungspfadanordnungen, die aus topologischen oder Stabilitätsgründen mit Durchbrüchen in nur einer Platte nicht möglich sind, realisiert werden, indem die Strömungspfade abschnittweise auf sich überlappende Durchbrü­ che in den beiden Strömungskanalplatten aufgeteilt werden. Die Strömungspfade verlaufen dann entlang ihrer Länge abwech­ selnd in der einen bzw. in der anderen Platte und damit immer noch überwiegend parallel zu den Platten.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird über eine oder beide der strömungskanalabdeckenden Platten, die eine jeweilige Strömungskanalplatteneinheit begrenzen, ein Zufluß und/oder ein Abfluß zu dieser Strömungskanalplat­ teneinheit geschaffen. Handelt es sich bei der strömungska­ nalabdeckenden Platte um eine Endplatte der Sandwichstruktur, so kann diese Zufluß- bzw. Abflußöffnung als Anschluß nach außen verwendet werden. Die Öffnungen in innenliegenden strö­ mungskanalabdeckenden Platten können beispielsweise zum pa­ rallelen Zufluß bzw. Abfluß des Fluids zu bzw. von mehreren Strömungskanalplatteneinheiten, die jeweils durch eine strö­ mungskanalabdeckende Platte voneinander getrennt sind, ver­ wendet werden. Es versteht sich, daß die jeweilige Zufluß- und/oder Abflußöffnung einer strömungskanalabdeckenden Platte mit einem zugehörigen Strömungskanal-Durchbruch einer angren­ zenden Strömungskanalplatte überlappt, wobei dieser Überlap­ pungsbereich die Zufluß- bzw. Abflußstelle der Strömungs­ kanalplatte bildet.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 werden mittels Überlappung der entsprechenden Zufluß- bzw. Abfluß­ öffnungen in Stapelrichtung verlaufende Zufluß- bzw. Abfluß­ kanäle gebildet, über welche ein oder mehrere Fluide parallel durch die jeweils zugeordneten Strömungskanalplatteneinheiten in der Sandwichstruktur hindurchgeleitet werden können. Die Zufluß- bzw. Abflußöffnungen in den Strömungskanalplattenein­ heiten bilden dabei gleichzeitig die jeweilige Zufluß- bzw. Abflußstelle eines zugehörigen, von einem oder mehreren Strö­ mungskanal-Durchbrüchen gebildeten Strömungspfades.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist we­ nigstens eine innenliegende strömungskanalabdeckende Platte als ungelochte Trennplatte ausgeführt. Die Trennplatte bildet eine Fluidtrennung für zwei beidseitig angrenzende Strömungs­ kanalplatteneinheiten, durch die folglich zwei unterschiedli­ che Fluide geführt werden können, zwischen denen Wärme über die Trennplatte übertragen werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 ist die Platten-Sandwichstruktur auf besonders ökonomische Weise durch Aufeinanderfalten eines geeignet mit den benötigten Durchbrüchen versehenen Endlosbandbleches und anschließendes fluiddichtes Verbinden der aufeinandergefalteten und zusam­ mengepreßten Blechplattenabschnitte gefertigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 in der linken Hälfte unten eine schematische Drauf­ sicht auf eine Sandwichstruktur aus vier Platten für einen Einfluid-Wärmeübertrager und oben einen Längs­ schnitt entlang der Linie I-I sowie in der rechten Hälfte Draufsichten auf die vier verwendeten Plat­ ten,

Fig. 2 eine Darstellung analog Fig. 1 für ein weiteres Bei­ spiel eines Einfluid-Wärmeübertragers mit einer Sandwichstruktur aus vier Platten, jedoch mit gegen­ über Fig. 1 modifizierter Gestaltung der vier Plat­ ten und einer Seitenansicht als linkes oberes Teil­ bild,

Fig. 3 eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch für einen Einfluid-Wärmeübertrager mit einer Sandwichstruktur aus fünf Platten und mit einer Schnittansicht längs der Linie II-II als linkes oberes Teilbild,

Fig. 4 eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch für einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit mehreren Strömungs­ kanalplatteneinheiten aus je zwei Strömungskanal­ platten und mit einer Schnittansicht längs der Linie III-III als linkes oberes Teilbild,

Fig. 5 eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch für einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit einer Sandwichstruktur aus vier Platten und mit einer Schnittansicht längs der Linie IV-IV als linkes oberes Teilbild,

Fig. 6 eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch für einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit einer Sandwichstruktur aus drei Platten und mit einer Schnittansicht längs der Linie V-V als linkes oberes Teilbild,

Fig. 7 eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch für einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit einer minimalen Sand­ wichstruktur aus drei Platten und mit einer Schnitt­ ansicht längs der Linie VI-VI als linkes oberes Teilbild,

Fig. 8 eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch für einen Mehrfluid-Wärmeübertrager mit mehreren Strömungs­ kanalplatteneinheiten aus je zwei Strömungskanal­ platten und mit einer Schnittansicht längs der Linie VII-VII als linkes oberes Teilbild,

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Herstellung von Platten-Sandwichstrukturen aus einem Endlosband­ blech,

Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf einen als Batterie­ kühlelement verwendeten Einfluid-Wärmeübertrager mit einer aus zwei Strömungskanalplatten bestehenden Strömungskanalplatteneinheit,

Fig. 11 eine Draufsicht auf die erste der beiden Strömungs­ kanalplatten des Batteriekühlelementes von Fig. 10 und

Fig. 12 eine Draufsicht auf die zweite Strömungskanalplatte für das Batteriekühlelement von Fig. 10.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel eines Einfluid-Wärme­ übertragers beinhaltet dieser eine Platten-Sandwichstruktur (1) aus vier aufeinandergelegten, rechteckförmigen Platten (2 bis 5), die in der rechten Hälfte dieser Figur in der Stapel­ reihenfolge von unten nach oben jeweils in Draufsicht einzeln dargestellt sind. Die unterste Platte (2) ist ungelocht und bildet die untere Deckplatte des Platten-Sandwichs. Die ober­ ste Platte (5) bildet die obere Deckplatte und ist in einem Seitenbereich mit zwei kreisrunden Durchbrüchen (6, 7) verse­ hen, die als Zuflußöffnung und Abflußöffnung für das eine, durch die Platten-Sandwichstruktur (1) hindurchzuleitende Fluid dienen. Die beiden zwischen den Deckplatten (2, 5) lie­ genden Strömungskanalplatten (3, 4) sind jeweils mit längli­ chen Strömungskanal-Durchbrüchen (8, 9) dergestalt versehen, daß die Durchbrüche (8) der einen Strömungskanalplatte (3) jeweils mit zugehörigen Durchbrüchen der anderen Strömungs­ kanalplatte (4) endseitig überlappen. Die Gesamtheit dieser Strömungskanal-Durchbrüche bildet dadurch zwei parallele Strömungspfade (10, 11), die sich jeweils zwischen einer mit der Zuflußöffnung (6) der oberen Deckplatte (5) überlappenden Zuflußstelle (12) und einer mit der Abflußöffnung (7) der oberen Deckplatte (5) überlappenden Abflußstelle (13) er­ strecken, wie dies in der linken Hälfte unten gestrichelt skizziert ist.

Beide Strömungspfade (10, 11) haben in der Projektion auf die Plattenebene eine U-förmige Gestalt und nehmen zusammen einen merklichen Bruchteil der gesamten Plattenfläche ein. Wird ein Fluid (14) durch diese Sandwichstruktur hindurchgeleitet, so wird es abschnittweise über einen jeweiligen Durchbruch hin­ weg in der oberen (4) und unteren Strömungskanalplatte (3), die zusammen eine Strömungskanalplatteneinheit bilden, ge­ führt, wobei es jeweils in den Überlappungsbereichen von ei­ nem Durchbruch in der einen zu einem nächsten Durchbruch in der anderen Strömungskanalplatte übergeht, wie im linken obe­ ren Teilbild der Figur dargestellt. Die beiden endseitigen Deckplatten (2, 5) halten das Fluid (14) innerhalb der Strö­ mungskanalplatteneinheit, so daß es über die Länge der Strö­ mungspfade (10, 11) hinweg im wesentlichen parallel zur Ebene der Platten, d. h. senkrecht zur Stapelrichtung, strömt. Die Deckplatten (2, 5) dienen gleichzeitig als Wärmekontaktplat­ ten zur Vermittlung eines Wärmeaustauschs zwischen dem in der Strömungskanalplatteneinheit strömenden Fluid und dem Bereich außerhalb der beiden Deckplatten (2, 5).

Alle Öffnungen bzw. Durchbrüche (6, 7, 8, 9) in den verwende­ ten Platten (2 bis 5) sind in einfacher Weise durch Stanzen herstellbar. Ein technisch aufwendigeres Umformen der Platten zur Bereitstellung der Strömungskanäle entfällt. Es ist aus der Figur des weiteren ersichtlich, daß durch die Aufteilung der beiden Strömungspfade (10, 11) auf sich geeignet überlap­ pende Strömungskanal-Durchbrüche (8, 9) in den beiden Strö­ mungskanalplatten (3, 4) eine höhere Stabilität für letztere erhalten bleibt, als wenn die beiden Strömungspfade direkt in eine einzige Platte eingebracht würden.

In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel eines Einfluid-Wärmeüber­ tragers mit einer aus vier Platten (18 bis 21) bestehenden Sandwichstruktur (16) dargestellt. Wie im Beispiel von Fig. 1 ist die untere Deckplatte (18) ungelocht, während die obere Deckplatte (21) wiederum zwei Öffnungen (22, 23) beinhaltet, die als Zufluß bzw. Abfluß dienen und zu diesem Zweck jeweils an einer Stelle mit einem der Strömungskanal-Durchbrüche (24) überlappen, die in der oberen Strömungskanalplatte (20) ein­ gebracht sind. Zusammen mit Strömungskanal-Durchbrüchen (25), die in der unteren Strömungskanalplatte (19) gebildet sind, entsteht beim Aufeinanderlegen der beiden Strömungskanalplat­ ten (19, 20), die zusammen die Strömungskanalplatteneinheit zwischen den endseitigen Deckplatten (18, 21) bilden, das im linken unteren Teilbild gezeigte Strömungspfadnetzwerk (17). Letzteres beinhaltet ausgehend von einem von der Zuflußstelle abführenden und einem zur Abflußstelle hinführenden Strö­ mungspfadabschnitt je zwei Verzweigungs- und Vereinigungs­ stellen. Da hierbei in der Projektion auf die Plattenebene ein vollständig von Strömungspfadabschnitten umschlossenes Gebiet (24°) vorliegt, wäre eine Realisierung dieses Strö­ mungspfadnetzwerks (17) mittels einer einzigen Strömungs­ kanalplatte nicht möglich. Die Aufteilung des Strömungspfad­ netzwerks (17) auf die beiden Strömungskanalplatten (19, 20) führt hingegen ersichtlich zu zwei Platten, welche sehr ein­ fach durch Stanzen mit dem benötigten Muster von Durchbrüchen (24, 25) versehen werden können.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Einstoff-Wärmeübertragers, bei dem zwei sich nicht kommunizierend überkreuzende Strö­ mungspfade (26, 27) innerhalb einer Platten-Sandwichstruktur (25) ausgebildet sind, die aus fünf übereinanderliegenden Platten (28 bis 32) besteht. Die unterste Platte (28) bildet wiederum eine ungelochte Deckplatte, während die oberste Platte mit einer Zuflußöffnung (33) und einer Abflußöffnung (34) versehen ist. Die zwischen diesen beiden endseitigen Platten (28, 32) liegende Strömungskanalplatteneinheit bein­ haltet drei Strömungskanalplatten (29, 30, 31), die jeweils mit geeigneten Strömungskanal-Durchbrüchen (35, 36, 37) der­ gestalt versehen sind, daß durch deren Überlappung beim Auf­ einanderlegen der drei Platten (29 bis 31) die beiden im lin­ ken unteren Teilbild ersichtlichen Strömungspfade (26, 27) gebildet werden. Diese Strömungspfade (26, 27) erstrecken sich in der lateralen Projektion wiederum U-förmig zwischen der mit der Zuflußöffnung (33) überlappenden Zuflußstelle zweier Durchbrüche (37) der obersten Strömungskanalplatte (31) und der mit der Abflußöffnung (34) überlappenden Abfluß­ stelle zweier weiterer Strömungskanal-Durchbrüche (37) dieser obersten Strömungskanalplatte (31). Dabei überkreuzen sich die beiden Strömungspfade (26, 27) an einer Stelle (38) ohne Fluidverbindung zueinander, wobei in diesem Kreuzungsbereich (38) der eine Strömungspfad (26) innerhalb eines Druchbruchs (39) in der oberen Strömungskanalplatte (31) verläuft, wäh­ rend der andere Strömungspfad (27) entlang eines Durchbruchs (40) in der unteren Strömungskanalplatte (29) verläuft. Die mittlere Strömungskanalplatte (30) ist in diesem Kreuzungsbe­ reich (38) ungelocht und sorgt somit für die Fluidtrennung der beiden Strömungspfade (26, 27) im Überkreuzungsbereich (38), wie aus der Schnittansicht im linken oberen Teilbild ersichtlich.

Fig. 4 zeigt einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit einer Plat­ ten-Sandwichstruktur (42), die aus sieben Einzelplatten (43 bis 49) aufgebaut ist. Die obersten vier Platten (46 bis 49) entsprechen in ihrer Anordnung und Gestaltung genau den vier Platten des Beispiels von Fig. 1. Über eine Zuflußöffnung (50) und eine Abflußöffnung (51) in der obersten Deckplatte (49) kann folglich ein erstes Fluid durch die beiden paralle­ len Strömungspfade geleitet werden, die durch die Strömungs­ kanalplatteneinheit gebildet werden, welche aus den überlap­ penden Strömungskanal-Durchbrüchen (52, 53) der beiden zwi­ schenliegenden Strömungskanalplatten (47, 48) gebildet wer­ den. Die untere (46) der vier oberen Platten (46 bis 49) bil­ det nun in diesem Beispiel eine Trennplatte, an die sich un­ terseitig zwei Strömungskanalplatten (44, 45) und eine ab­ schließende untere Deckplatte (43) anschließen. Diese drei unteren Platten (43 bis 45) sind, wie aus der rechten Figurenhälfte zu erkennen, jeweils identisch gestaltet wie ihre bezüglich der mittigen Trennplatte (46) symmetrischen Gegen­ stücke in der oberen Sandwichhälfte, jedoch jeweils um 180° um die Plattenquerachse gegenüber diesen Gegenstücken ver­ dreht. Somit besitzt die unterste strömungskanalabdeckende Platte (43) im entgegengesetzten Seitenbereich wie die ober­ ste Deckplatte (49) eine Zuflußöffnung (54) und eine Abfluß­ öffnung (55), die mit entsprechenden Zufluß- und Abflußstel­ len von Durchbrüchen (56) in der daraufliegenden Strömungs­ kanalplatte (44) überlappen. Deren Strömungskanal-Durchbrüche (56) überlappen wiederum mit denjenigen (57) der darüberlie­ genden Strömungskanalplatte (45) zur Bildung zweier weiterer paralleler Strömungspfade (58, 59) in der so geschaffenen un­ teren Strömungskanalplatteneinheit. Durch die mittlere, unge­ lochte Trennplatte (46) bleiben die beiden Fluide voneinander getrennt, während Wärme zwischen den Fluiden über diese Trennplatte (46) hinweg übertragen werden kann.

Fig. 5 zeigt einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit einer Plat­ ten-Sandwichstruktur (61), bei der für jedes der beiden Flui­ de mehrere Strömungskanalplatteneinheiten vorgesehen sind, wobei benachbarte Strömungskanalplatteneinheiten jeweils von verschiedenen Fluiden durchströmt werden. Endseitig sind eine untere (62) und eine obere Deckplatte (63) vorgesehen, von denen die obere eine Zufluß- und eine Abflußöffnung (64, 65) in einem Seitenbereich und die untere ebensolche Öffnungen (66, 67) in einem gegenüberliegenden Seitenbereich aufweisen. Dazwischen besteht der Plattenstapel aus zwei oder mehr Strö­ mungskanalplatteneinheiten, die jeweils aus zwei einzelnen, aneinandergrenzenden Strömungskanalplatten (68, 69; 70, 71) bestehen und voneinander jeweils durch eine strömungskanalab­ deckende Platte (72) getrennt sind. Wie im rechten Teilbild zu erkennen, sind sämtliche dieser zwischenliegenden Platten (68 bis 71) in den zwei entsprechenden, gegenüberliegenden Seitenbereichen mit jeweils einer Verteilerkanalöffnung (73, 74) und einer Sammelkanalöffnung (75, 76) versehen, die in Stapelrichtung fluchten und dadurch zusammen mit den Zufluß­ öffnungen (64, 66) bzw. Abflußöffnungen (65, 67) der äußeren Platten (62, 63) jeweils einen Verteiler- und Sammelkanal für die beiden Wärmeübertragungsfluide bilden, welche die Plat­ ten-Sandwichstruktur getrennt durchströmen. Dabei ist jeweils eine Verteiler- und eine Sammelkanalöffnung (73, 75; 74, 76) einer der beiden Strömungskanalplatten (76, 71) einer Strö­ mungskanalplatteneinheit vom Ende eines der Strömungskanal- Durchbrüche (77, 78) gebildet, so daß sie als Zufluß- bzw. Abflußstelle für die betreffende Strömungskanalplatteneinheit fungieren.

Wie weiter im rechten Teilbild erkennbar, überlappen die Strömungskanal-Durchbrüche (77, 79; 78, 80) der beiden Plat­ ten (68, 69; 70, 71) einer Strömungskanalplatteneinheit zur Bildung eines U-förmigen Strömungspfades (81, 82). Dabei ist jede Platte (68, 69) einer Strömungskanalplatteneinheit iden­ tisch gestaltet wie ihr zur zwischenliegenden strömungskanal­ abdeckenden Platte (72) symmetrisch im Stapel positioniertes Gegenstück (71, 70) einer benachbarten Strömungskanalplatten­ einheit, jedoch gegenüber diesem jeweils um 180° um die Plat­ tenquerachse verdreht angeordnet, so daß der Strömungspfad (81) der einen Strömungskanalplatteneinheit Verbindung zum einen Verteiler- und Sammelkanal und der Strömungspfad (82) der benachbarten Strömungskanalplatteneinheit Verbindung zum anderen Verteiler- und Sammelkanal hat. Benachbarte Strö­ mungskanalplatteneinheiten werden folglich von jeweils unter­ schiedlichen der beiden Wärmeübertragungsfluide durchströmt, wobei Wärme zwischen den beiden Fluiden über die jeweilige strömungskanalabdeckende Platte (72) hinweg übertragen werden kann. Durch Anordnen mehrerer Paare solcher benachbarter Strömungskanalplatteneinheiten mit zwischenliegender strö­ mungskanalabdeckender Platte wird folglich eine Platten- Sandwichstruktur realisiert, bei der für zwei auf entgegenge­ setzten Stapelseiten zu- und abgeführte Fluide (83, 84) meh­ rere parallele Strömungspfade quer zur Stapelrichtung ge­ schaffen sind, wobei sich die Strömungspfade für das eine und das andere Fluid zur Erzielung eines optimalen Wärmeübertra­ gungsverhaltens abwechseln.

Fig. 6 zeigt einen Zweifluid-Wärmeübertrager mit einer aus vier Platten (90 bis 93) bestehenden Platten-Sandwichstruktur (94), bei welcher Zufluß und Abfluß beider Fluide von dersel­ ben, oberen Seite der Sandwichstruktur erfolgen. Zu diesem Zweck sind in die obere, strömungskanalabdeckende Platte (93) jeweils eine Zuflußöffnung (95, 96) und eine Abflußöffnung (97, 98) in gegenüberliegenden Eckbereichen eingebracht, wäh­ rend die untere, strömungsabdeckende Platte (90) als unge­ lochte Deckplatte ausgebildet ist. Zwischen den beiden strö­ mungskanalabdeckenden Platten (90, 93) befindet sich eine aus zwei Strömungskanalplatten (91, 92) bestehende Strömungs­ kanalplatteneinheit, wobei die Strömungskanal-Durchbrüche (99, 100) in diesen beiden Strömungskanalplatten (91, 92) so angeordnet sind, daß sie zur Bildung zweier parallel verlau­ fender, jedoch voneinander getrennter, mäanderförmiger Strö­ mungspfade (101, 102) überlappen. Wie im linken unteren Teil­ bild ersichtlich, verlaufen beide Strömungspfade (101, 102) zwischen je einer Zuflußöffnung (95, 96) im einen Eckbereich und einer jeweils zugehörigen Abflußöffnung (97, 98) im ge­ genüberliegenden Eckbereich. Auf diese Weise können sie von zwei Fluiden (103, 104) im Gleichstrom oder bevorzugt, wie durch die Pfeile angedeutet, im Gegenstrom durchströmt wer­ den.

In Fig. 7 ist ein Zweifluid-Wärmeübertrager dargestellt, der eine Platten-Sandwichstruktur (110) aufweist, zu deren Aufbau lediglich drei Einzelplatten (111, 112, 113) benötigt werden. Die unterste strömungskanalabdeckende Platte (111) ist als ungelochte Platte gestaltet, während in die obenliegende, strömungskanalabdeckende Platte (113) in gegenüberliegenden Eckbereichen jeweils eine Zuflußöffnung (114, 115) und eine Abflußöffnung (116, 117) eingebracht sind. Die zwischenlie­ gende Strömungskanalplatte (112) ist mit zwei mäanderförmigen Strömungskanal-Durchbrüchen (118, 119) versehen, die ab­ schnittsweise parallel verlaufend, jedoch voneinander ge­ trennt angeordnet sind und jeweils in gegenüberliegenden Eck­ bereichen enden, in denen sie mit kreisrund erweiterten Zu­ fluß- bzw. Abflußstellen versehen sind, die mit den Zufluß­ bzw. Abflußöffnungen (114 bis 117) der oberen strömungskanal­ abdeckenden Platte (113) fluchten. Auf diese Weise können zwei Fluide (120, 121) im Gleichstrom oder, wie im unteren linken Teilbild durch die Pfeile angedeutet, bevorzugt im Ge­ genstrom durch die Sandwichstruktur quer zur Stapelrichtung hindurchgeleitet werden.

In Fig. 8 ist ein Wärmeübertrager für zwei oder mehr Fluide gezeigt, bei dem der Zufluß und der Abfluß der Fluide seit­ lich an der Platten-Sandwichstruktur (130) erfolgt. Zu diesem Zweck besteht die Sandwichstruktur (130) aus einer Abfolge von jeweiligen ungelochten Trennplatten (131, 132, 133), zwi­ schen denen jeweils eine aus zwei Strömungskanalplatten (134, 135; 136, 137) bestehende Strömungskanalplatteneinheit ange­ ordnet ist. Die Strömungskanal-Durchbrüche (138, 139; 140, 141) der beiden aufeinanderliegenden Platten (134, 135; 136, 137) einer jeweiligen Strömungskanalplatteneinheit überlappen dabei jeweils zur Bildung mehrerer geradliniger, paralleler Strömungspfade (142, 143), siehe das linke untere Teilbild. Die Strömungsfade (142 143) münden dabei durch entsprechen­ de Gestaltung der zugehörigen Strömungskanal-Durchbrüche (139, 141) jeweils einer (135, 137) der beiden Platten (134, 135; 136, 137) einer Strömungskanalplatteneinheit offen zu den entsprechenden Seitenkanten hin aus, so daß von diesen Seiten der Sandwichstruktur der Zufluß und der Abfluß eines jeweiligen, die betreffende Strömungskanalplatteneinheit durchströmenden Wärmeübertragungsfluids erfolgen können. Da­ bei sind im gezeigten Beispiel die Strömungskanal-Durchbrüche (138, 139; 140, 141) benachbarter Strömungskanalplattenein­ heiten so gestaltet, daß die zugehörigen Strömungspfade (142, 143) in der Projektion auf die Plattenebene senkrecht zuein­ ander verlaufen. Auf diese Weise können durch je zwei benach­ barte Strömungskanalplatteneinheiten (2) zwei Wärmeübertra­ gungsfluide (144, 145) durch eine zwischenliegende Trennplat­ te getrennt, über welche die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden erfolgt, im Kreuzstrom hindurchgeleitet werden. Zu­ fluß und Abfluß der Fluide erfolgen über die beiden Paare ge­ genüberliegenden Plattenseiten, wobei auf einer jeweiligen Plattenseite nur die Strömungskanal-Durchbrüche derjenigen Strömungskanalplatteneinheiten offen ausmünden, die von dem dort zufließenden bzw. abfließenden Fluid durchströmt werden sollen, während die Strömungskanalplatten der anderen Strö­ mungskanalplatteneinheiten auf diesem Seitenbereich geschlos­ sen sind. Günstig ist beispielsweise eine Anordnung, bei der jeweils jede übernächste Strömungskanalplatteneinheit vom selben Fluid durchströmt wird.

Fig. 9 zeigt ein Herstellungsverfahren, das sich zur Ferti­ gung der beschriebenen und weiterer erfindungsgemäßer Plat­ ten-Sandwichstrukturen alternativ zum Aufeinanderstapeln ein­ zelner Platten gleicher oder unterschiedlicher Plattendicke eignet. Bei diesem Verfahren wird zunächst in einem in der Figur oben rechts angedeuteten ersten Schritt ein Endlosband­ blech durch Stanzen in geeigneter Weise mit den erforderli­ chen Durchbrüchen versehen. Anschließend wird, wie im mittle­ ren Figurenteil dargestellt, das gelochte Endlosbandblech (150) so gefaltet, daß die gewünschten Blechplattenabschnitte übereinander zu liegen kommen. Die entstandene Blechplatten­ schichtung (151) wird dann durch Anwenden einer Druckkraft (D) zur gewünschten Platten-Sandwichstruktur (152) zusammen­ gepreßt, wonach die aneinandergrenzenden Blechplattenab­ schnitte fluiddichtverbunden werden, z. B. je nach Werkstoff und Anforderungen durch Löten, Kleben oder Schweißen. Mit diesem Verfahren läßt sich die gesamte Platten-Sandwich­ struktur aus einem einzigen Ausgangsbauteil fertigen.

Die genannten Verbindungstechniken eignen sich in gleicher Weise zur fluiddichten Verbindung der Platten bei Herstellung der Sandwichstruktur durch Übereinanderlegen einzelner Plat­ ten. In jedem Fall können die Plattenoberflächen geeignet be­ handelt werden, z. B. durch Lotplattieren, Klebebeschichten, etc . . Als Plattenmaterial können Metalle, Kunststoffe oder Keramik verwendet werden. Die endseitigen Deckplatten können jeweils geeignet beschichtet, z. B. emailliert, sein. Die Öff­ nungen bzw. Durchbrüche in den Blechplatten können außer durch Stanzen auch durch Nibbeln oder Laserschneiden und der­ gleichen eingebracht werden. Sich überlappende Strömungska­ nal-Durchbrüche angrenzender Strömungskanalplatten brauchen nicht unbedingt eine geradlinige, kollineare Gestalt haben, sondern können alternativ als geneigte, geradlinige Abschnit­ te, als Halbkreisbögen oder als kreisrunde Öffnungen gestal­ tet sein, so daß sich durch deren Überlappung zickzackförmi­ ge, schlangenlinienförmige oder sich durch versetzte kreis­ runde Öffnungen fortsetzende Strömungspfade ergeben. Zur Ge­ wichtseinsparung können die Platten zudem mit Blindöffnungen versehen sein, die keine Fluidströmungsfunktion erfüllen und von den Durchbrüchen bzw. Öffnungen mit Fluiddurchströmfunk­ tion getrennt sind.

Fig. 10 zeigt in Draufsicht einen Einfluid-Wärmeübertrager in Form eines Batteriekühlelementes mit einer aus vier Platten bestehenden Sandwichstruktur, die nach Art des Beispiels von Fig. 1 aufgebaut ist. Speziell sind eine untere, ungelochte Deckplatte und eine obere, mit einer Zuflußöffnung (150) und einer Abflußöffnung (151) versehene Deckplatte vorgesehen, zwischen denen sich eine aus zwei Platten bestehende Strö­ mungskanalplatteneinheit befindet. Die beiden zugehörigen Strömungskanalplatten sind in Fig. 11 und Fig. 12 darge­ stellt. Beide enthalten eine mit der Zuflußöffnung (150) der oberen Deckplatte korrespondierende Zuflußstelle (152, 154) sowie eine mit der Abflußöffnung (151) der oberen Deckplatte korrespondierende Abflußstelle (153, 155). Von den Zufluß- und Abflußstellen (152 bis 155) aus erstrecken sich jeweils drei Verteilerstränge (156, 157), und in die jeweilige Ab­ flußstelle (153, 155) münden entsprechend jeweils drei Sam­ melstränge (158, 159). Über die gesamte rechteckige Fläche der jeweiligen Strömungskanalplatte hinweg sind zugehörige, voneinander getrennte, längliche Strömungskanal-Druckbrüche (160, 161) derart eingebracht, daß sich diese Durchbrüche beim Aufeinanderlegen der beiden Strömungskanalplatten zu ei­ ner Serie ineinanderliegender U-förmiger Strömungspfade (162) überlappen, die mit ihren offenen Enden jeweils in einen der durch fluchtende Überlappung der beiden einzelnen Verteiler­ bzw. Sammelstränge (156, 157; 158, 159) gebildeten Verteiler­ bzw. Sammelstränge (163, 164) der Strömungskanalplattenein­ heit münden, wie aus Fig. 10 ersichtlich. Mit dieser Struktur kann eine Batterie mittels Hindurchleitung eines Kühlfluids durch die Platten-Sandwichstruktur effektiv gekühlt werden, wobei der Wärmeübertrager in diesem Fall als Wärmesenke dient.

Weitere Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit Platten-Sandwichstruktur sind in Kühlflächen für ander­ weitige Zwecke, z. B. zur Kühlung elektronischer Bauelemente, sowie in Heizflächen beispielsweise für Fußböden, zu sehen. Die Wärme wechselt dabei im wesentlichen über Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung in oder aus dem Wärmeübertrager bzw. zwi­ schen verschiedenen hindurchgeführten Wärmeübertragungsflui­ den.

Claims (7)

1. Wärmeübertrager mit einer Platten-Sandwichstruktur aus mehreren aufeinandergestapelten Platten, von denen wenigstens eine mit strömungskanalbildenden Durchbrüchen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandwichstruktur (1) wenigstens zwei strömungskanalabdec­ kende Platten (2, 5) und eine dazwischen angeordnete Strö­ mungskanalplatteneinheit aufweist, die aus einer oder mehre­ ren aufeinanderliegenden, jeweils mit Strömungskanal-Durch­ brüchen (8, 9) versehenen Strömungskanalplatten (3, 4) gebil­ det ist, wobei durch die Strömungskanal-Durchbrüche in der einen Strömungskanalplatte bzw. durch sich überlappende Strö­ mungskanal-Durchbrüche (8, 9) mehrerer aneinandergrenzender Strömungskanalplatten ein oder mehrere Strömungspfade gebil­ det sind, die sich überwiegend parallel zur Plattenebene zwi­ schen einer Zuflußstelle (12) und einer Abflußstelle (13) er­ strecken.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungskanalplatteneinheit aus einer ein­ zelnen Strömungskanalplatte (112) besteht, in die ein oder mehrere, sich jeweils zwischen einer Zuflußstelle und einer Abflußstelle durchgehend erstreckende Strömungskanal-Durch­ brüche (118, 119) zur Bildung eines oder mehrerer entspre­ chender Strömungspfade eingebracht sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungskanalplatteneinheit aus zwei mit Strömungskanal-Durchbrüchen (8, 9) versehenen Strömungskanal­ platten (3, 4) besteht, wobei sich die Durchbrüche der beiden Platten zur Bildung eines oder mehrerer Strömungspfade (10, 11) überlappen.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (5) der beiden strömungskanalabdeckenden Platten (2, 5) eine Zuflußöffnung (6) und/oder eine Abflußöffnung (7) aufweist.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle innenliegenden Platten (68 bis 71) der Platten-Sandwichstruktur eine oder mehrere, voneinander ge­ trennte, jeweils in Stapelrichtung überlappende Zuflußöffnun­ gen (73, 74) bzw. Abflußöffnungen (75, 76) aufweisen, die mit jeweiligen Zufluß- und Abflußöffnungen (64, 66) überlappen, welche in einer oder verteilt in beiden stapelendseitigen, strömungskanalabdeckenden Platten (62, 63) eingebracht sind.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine innenliegende strömungskanalabdeckende Platte (46) in Form einer ungeloch­ ten Trennplatte vorgesehen ist.

7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Platten-Sandwichstruktur durch Aufeinanderfalten eines mit den benötigten Strömungs­ kanal-Durchbrüchen versehenen Endlosbandbleches (150) und an­ schließendes fluiddichtes Verbinden der aufeinandergefalteten und zusammengepreßten Blechplattenabschnitte (152) gefertigt ist.