DE19654365B4

DE19654365B4 - Plattenwärmeübertrager

Info

Publication number: DE19654365B4
Application number: DE19654365A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Grüner (FH)
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: DE19654365A1

Abstract

Plattenwärmeübertrager, insbesondere Ölkühler, bestehend aus mehreren mit Abstand aufeinander gestapelten und an ihren Rändern (2) dicht verbundenen Scheiben (1), die zwischen sich Kammern (3) bilden, von denen benachbarte Kammern wechselseitig jeweils von dem zu kühlenden Öl bzw. von einem Kühlmittel durchströmt sind, wobei das zu kühlende Öl und das Kühlmittel jeweils über einen Zuflussstutzen (9, 10) zu den einzelnen Kammern (3) und von diesen in jeweils einen Abflussstutzen (9', 10') strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abflussstutzen (9, 9', 10, 10') für das Öl bzw. das Kühlmittel untereinander jeweils zusätzlich durch einen Bypasskanal (17, 18, 24, 24') verbunden sind, dessen Strömungsquerschnitt und Widerstand dem jeweils gewünschten Volumenstrom durch die Kammern (3) angepasst ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, insbesondere einen Ölkühler, das die Merkmale den Oberbegriffs von Patentanspruch 1 aufweist.

Plattenwärmeübertrager dieser Art sind aus der EP 0 623 798 A2 oder der DE 43 32 619 A1 bekannt. Die Stapelbauweise bringt dabei den Vorteil, daß die wannenartig ausgebildeten metallischen Wärmetauscherplatten mit ihren umlaufenden Rändern unmittelbar miteinander verlötet werden können. Dabei weisen alle Wärmetauscherplatten die gleiche Form auf, so daß die Anzahl der notwendigen Bauteile, insbesondere, weil auch weitgehend identisch aufgebaute Turbulenzeinlagen verwendet werden können, gering gehalten werden kann.

Aus der DE 37 14 230 A1 ist bekannt, außerhalb eines Wärmetauschers eine Kurzschlussleitung und innerhalb des Wärmetauschers eine Überbrückungsleitung vorzusehen. Beide Leitungen sind mit Ventilen versehen und können damit zeitweise geöffnet oder verschlossen werden. Während eines Normalbetriebes des Wärmetauschers sind beide Leitungen verschlossen.

Für die Auslegung von Plattenwärmeübertragern dieser Art liegen im allgemeinen Kundenangaben über den erwünschten Volumenstrom des Kühlmittels und des Öles, über die Temperaturen von Öl und Kühlmitteln, über die zu erzielende Leistung und über das einzuhaltende Druckgefälle vor. Dies führt trotz der an sich einfachen Bauweise der Stapelscheibenkühler dazu, daß zur Einhaltung der vorgegebenen Betriebsbedingungen spezielle Abmessungen der Stapelscheiben und/oder der Turbulenzeinlagen notwendig werden. Eine Standardisierung von Plattenwärmeübertragern der eingangs genannten Art ist daher nicht möglich, obwohl die Bauweise hierfür besonders geeignet wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei vorgegebenem Druckgefälle und Leistung die erwünschten Volumenströme weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung der einzelnen Kammern erreicht werden können, so daß, jedenfalls in bestimmtem Rahmen eine Standardauslegung von Ölkühlern in Stapelbauweise möglich ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß diese Volumenströme in parallel geschalteten Kammern, deren Strömungswiderstände alle in etwa gleich groß sind, beeinflußt werden können, wenn die Zu- und Abflußstutzen für das Öl bzw. das Kühlmittel untereinander jeweils zusätzlich durch einen Bypasskanal verbunden werden, dessen Strömungsquerschnitt und Widerstand dem jeweils gewünschten Volumenstrom durch die Kammern angepaßt ausgelegt wird. Der Strömungswiderstand im Bypasskanal bestimmt auf diese Weise den Volumenstrom in den einzelnen Kammern. Je größer der Strömungswiderstand im Bypasskanal wird, umso mehr strömt durch die parallel geschalteten Kammern. Je kleiner dieser Widerstand wird, umso weniger wird durch die Kammern strömen. Die Anordnung des zusätzlichen Bypasskanals ermöglicht auf diese Weise unabhängig von der Bauform der Kammern die Beeinflussung der Volumenströme, so daß verschiedene Standardgrößen von Stapelscheibenkühlern ausreichen, um jeweils durch Anpassung der Bypasskanäle eine individuelle Anpassung an die jeweilige gewünschte Kühlerauslegung zu gestatten.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Bypasskanal aus Verbindungskanälen in einer auf einer der Stapelscheiben aufgelegten Platte bestehen, die wiederum durch eine Platte abgedeckt ist. In Weiterbildung der Erfindung kann die Platte mit den Verbindungskanälen und die diese abdeckende Platte den Abschluß des Scheibenstapels bilden. Diese Ausgestaltung ermöglicht in besonders einfacher Weise die individuelle Anpassung eines Kühlers ohne großen Herstellungsaufwand. Dabei kann in einfacher Weise der Strömungsquerschnitt und Widerstand der Verbindungskanäle durch einen in ihnen vorgesehenen Engstelle bestimmt sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist es aber auch möglich, die Bypasskanäle durch Verbindungskanäle in einer Deckplatte zu bilden und in diese Verbindungskanäle mit den Zu- und Abflußstutzen fluchtende Öffnungen vorbestimmter Größe in einer Blendenplatte münden zu lassen. Dabei ist es in Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise möglich, die Verbindungskanäle durch Auswölbungen in der Deckplatte zu bilden und Deckplatte und Blendenplatte wiederum den Abschluß des Scheibenstapels bilden zu lassen. Diese Ausgestaltung weist den großen Vorteil auf, daß die Herstellung von Blendenöffnungen, insbesondere in der Form von Bohrungen in der Blendenplatte sehr einfach und sehr genau möglich ist, so daß es durch diese Ausgestaltung durch Auswechseln der Blendenplatten auch in sehr einfacher Weise möglich wird, individuelle Anpassungen der Durchströmung bei sonst gleichen Aufbau zu bewirken.

Um zu vermeiden, daß beim stapelartigen Zusammenbau des Ölkühlers das Einlegen der Blendenplatten vergessen wird, was im übrigen während des Herstellungsprozesses nicht auffallen würde, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Deckplatte mit einseitig abstehenden Noppen versehen ist, die korrespondierend und passend zu Vertiefungen in der Blendenplatte ausgelegt sind. Auf diese Weise nämlich ergibt sich nur dann ein dichter Abschluß des Scheibenstapels nach der Verlötung, wenn die Blendenplatte eingelegt ist. Ist dies nicht der Fall, dann verhindern die abstehenden Noppen die Dichtheit des Kühlers.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
1 die schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgestalteten Plattenwärmeübertragers in der Form eines Stapelscheibenkühlers,
2 die Stirnansicht des Plattenwärmeübertragers der 1 in Richtung des Pfeiles II der 1,
3 eine Explosionsdarstellung der Teile des Plattenwärmetauschers der 1 und 2,
4 die Ansicht einer Kammer des Plattenwärmetauschers nach der Erfindung in Richtung der Schnittlinie IV-IV der 3 gesehen,
5 eine weitere Ansicht eines Teiles des Plattenwärmetauschers der 3 in Richtung der Schnittlinie V-V gesehen,
6 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Erfindung,
7 eine Ansicht eines Plattenwärmeübertragers ähnlich der Darstellung nach 5, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
8 die Draufsicht auf eine die Platte der 7 nach oben abschließende Deckplatte und
9 den Schnitt durch die Deckplatte der 8 in Richtung der Schnittlinie IX-IX.
In den 1 bis 3 ist ein Plattenwärmeübertrager gemäß der Erfindung gezeigt, der aus mehreren, mit Abstand aufeinander gestapelten, wannenartig ausgebildeten Stapelscheiben 1 besteht, deren schräg nach außen gestellte Ränder 2 sich in bekannter Weise dachziegelartig überlappen und gemäß den 1 und 2 die äußere Abschlußwand des Stapelscheibenkühlers nach der Erfindung bilden. Die 1 bis 3 lassen ferner erkennen, daß die aufeinandergestapelten Scheiben 2 im Abstand zueinander liegen und zwischen sich in bekannter Weise Kammern 3 bilden, in die passende Schichten von Turbulenzeinlagen 4 eingelegt sind. Diese Turbulenzeinlagen 4 besitzen dabei größere kreisrunde Öffnungen 5 und kleinere kreisrunde Öffnungen 6, wobei die Schichtung der Turbulenzeinlagen 4 so vorgenommen ist, daß die in benachbarten Kammern 3 vorgesehenen Turbulenzeinlagen 4 jeweils um 180° zu einander verdreht angeordnet sind. In die größeren Öffnungen 5 werden Abdichtringe 7 eingelegt, deren Innendurchmesser dem Durchmesser von Öffnungen 8 in den Stapelscheiben entsprechen.
Wenn die in 3 noch auseinandergezogen dargestellten Stapelscheiben 1 und die Turbulenzeinlagen 4 mit den Dichtringen 7 aufeinandergelegt und verlötet werden, dann entstehen zwischen benachbarten Stapelscheiben 1 jeweils die Kammern 3, die wechselseitig entweder zu dem mit den durchgehenden Pfeilen 9 gekennzeichneten Strömungskanal auf der linken Seite der 3 oder zu dem mit den gestrichelten Pfeilen 10 gekennzeichneten rechtsliegenden Strömungskanal offen sind. Der linke Strömungskanal steht dabei mit einem Anschlußstutzen 11 für das zu kühlende Öl in Verbindung, der dicht auf die oberste (in 3 die unterste) Stapelscheibe 1 aufgesetzt ist. Der Strömungskanal 10 ist mit dem Anschlußstutzen 12 für Kühlmittel verbunden, der ebenfalls dicht auf die andere der Öffnungen 8 in der obersten (bzw. untersten) Stapelscheibe 1 aufgesetzt ist. Die 2 und 1 lassen zusätzlich erkennen, daß jedem Stapelscheibenkühler je ein Anschlußstutzen 11 für Öl bzw. 12 für Kühlmittel und ein dazugehöriger Abflußstutzen 12' für Kühlmittel bzw. ein nicht gezeigter Abflußstutzen für das Öl zugeordnet ist, der jeweils mit den Abflußkanälen 9' bzw. 10' in Verbindung steht, die parallel zu den Zuflußkanälen, aber etwa im Abstand der Länge der einzelnen Stapelscheiben 1 zu jenen versetzt angeordnet sind. Die 4 läßt daher deutlich werden, daß das Kühlmittel, das durch den Zuflußstutzen in eine der Kammern 3 gelangt ist, im Sinne der gestrichelten Pfeile 13 zur Abflußöffnung 13 geführt wird und dabei den gesamten Bereich der Kammer 3 mit der Turbulenzeinlage 4 durchströmt. In analoger Weise strömt das Öl in der zu der in 4 dargestellten Kammer 3 benachbarten Kammer vom Anschlußstutzen 9 zum Abflußstutzen 9'. Alle benachbarten Kammern 3 werden daher abwechselnd von Öl bzw. Kühlmittel durchströmt.
Die 3 zeigt, daß den Abschluß des Plattenstapels eine auf die letzte Stapelscheibe 1 aufgesetzte Platte 14 bildet, die wiederum von einer Abschlußscheibe 15 abgedeckt wird. Diese Abschlußscheibe 15 kann auch in nicht näher gezeigter Weise mit einem Befestigungsflansch 16 versehen sein.
Die 5 zeigt, daß die Platte 14 mit zwei Verbindungskanälen 17 und 18 in der Form von Ausstanzungen versehen ist, die jeweils im Bereich der Zu- und Abflußkanäle 9, 10 bzw. 9' und 10' auf etwa den Durchmesser der Bohrungen 8 in den unter ihr liegenden Stapelscheiben 1 erweitert ist. Die auf der einen Seite von der darunterliegenden Stapelscheibe 1 und auf der anderen Seite von der Abdeckplatte 15 verschlossenen Kanäle 17 und 18 stellen auf diese Weise jeweils einen Bypass zwischen Zufluß- und Abflußkanal 9, 9' bzw. 10, 10' dar. Der Strömungswiderstand dieser Kanäle 17 und 18 bestimmt die Durchströmung der einzelnen Kammern 3. Wie aus 5 zu erkennen ist, besitzt der Verbindungskanal 17 eine Breite a, die den Strömungsquerschnitt und damit den Strömungswiderstand dieses Verbindungskanales 17 und des Bypasses zwischen Zu- und Abflußkanal 9, 9' bestimmt. Je größer diese Breite a ist, umso weniger werden die einzelnen Kammern 13 durchflossen werden, was anhand von 6 schematisch angedeutet ist. Je kleiner jedoch die Breite a ist, umso größer wird der Durchfluß in den Kammern 3 sein. Das Maß a läßt sich somit zur Bestimmung des Durchflusses der Kammern bei sonst gleich ausgebildeten Stapelölkühlern verwenden. Werden daher verschiedene Platten 14 mit verschiedenem Querschnitt vorgesehen, dann kann der Öldurchfluß individuell an die gewünschten Größen angepaßt werden, ohne daß eine Änderung der Bauweise des Stapelplattenkühlers notwendig ist.
Gleiches gilt für den Bypasskanal 18 für das Kühlmittel. Hier bestimmt ebenfalls der Querschnitt b an einer Engstelle im Bypass 18 die Durchströmung des Bypasses und damit die Durchströmung der Kammern 3. Entsprechend ausgelegte Platten 14 lassen sich daher jeweils wahlweise als Abschluß eines Plattenstapels einsetzen um so eine Anpassung zu erreichen.
Die 7 bis 9 zeigen eine abgewandelte Bauweise in soweit, als nun der Plattenstapel der 3 anstelle der Platte 14 mit einer Blendenplatte 19 versehen wird, die anstelle durch die Abschlußplatte 15 der 3 durch eine Deckplatte 20 gemäß den 8 und 9 abgeschlossen wird. Natürlich kann zusätzlich diese Deckplatte oder ein ihr zugeordneter Endteil mit einem Befestigungsflansch versehen werden, worauf es hier aber nicht ankommt.
Es wird zunächst erkennbar, daß die Blendenplatte 19 an der Stelle der jeweiligen Öffnungen 8 der darunterliegenden Stapelplatte 1 mit Öffnungen 21 versehen ist, die den gesamten Durchtrittsquerschnitt des Rückflußkanales 10' für das Kühlmittel freiläßt. Gleiches gilt auch für die dem Rückflußkanal 9' für das Öl zugeordnete Öffnung. Unterschiedlich ist jedoch, daß den jeweiligen Zuflußkanälen 9 bzw. 10 blendenartige Öffnungen 22 und 23 zugeordnet sind, die kleiner als die jeweilige Öffnung 8 in den Stapelscheiben 1 sind. Diese Blenden 22 bzw. 23 bestimmen somit den Durchfluß in den Bypasska nälen 24 und 24', die jeweils durch Auswölbungen 25 in der Abschlußplatte 20 unterhalb dieser gebildet sind. Auch hier bestimmt die Größe der Blenden 22 und 23, ob mehr oder weniger Durchströmung in den Kammern 3 vorliegt.
Die Abschlußplatte 20 ist mit einseitig abstehenden Noppen 26 versehen, die beim Ausführungsbeispiel durch Ausprägung des Bleches der Abdeckscheibe 20 nach der von den Ausprägungen 25 wegweisenden Seite hin erreicht worden sind. Diese Noppen 26 sind korrespondierend zu Vertiefungen 27 in der Blendenplatte 19 angeordnet. Wird daher die Deckplatte 20 als Abschluß des Plattenstapels auf die Blendenplatte 19 aufgelegt, dann greifen die Noppen 26 in die Vertiefungen 27 ein und die Flächen der Deckplatte 20 und der Blendenplatte 19 liegen dicht aufeinander und können miteinander auch dicht verlötet werden, wenn der gesamte Stapelscheibenkühler verlötet wird.
Wird irrtümlich vergessen, beim Zusammenbau des Stapels eine Blendenscheibe 19 einzulegen, dann stehen die Noppen 26 der Deckscheibe 20 auf der darunterliegenden (siehe 3) Innenseite der äußersten Stapelscheibe 1 auf und verhindern ein dichtes Verlöten des Abschlusses. Der Stapelkühler bleibt daher undicht und man kann auf diese Weise feststellen, daß das Einlegen einer Blendenplatte vergessen worden ist. Die zuletztgenannte Ausgestaltung trägt damit zur Sicherheit des Ölkühlers bei.

Claims

Plattenwärmeübertrager, insbesondere Ölkühler, bestehend aus mehreren mit Abstand aufeinander gestapelten und an ihren Rändern (2) dicht verbundenen Scheiben (1), die zwischen sich Kammern (3) bilden, von denen benachbarte Kammern wechselseitig jeweils von dem zu kühlenden Öl bzw. von einem Kühlmittel durchströmt sind, wobei das zu kühlende Öl und das Kühlmittel jeweils über einen Zuflussstutzen (9, 10) zu den einzelnen Kammern (3) und von diesen in jeweils einen Abflussstutzen (9', 10') strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abflussstutzen (9, 9', 10, 10') für das Öl bzw. das Kühlmittel untereinander jeweils zusätzlich durch einen Bypasskanal (17, 18, 24, 24') verbunden sind, dessen Strömungsquerschnitt und Widerstand dem jeweils gewünschten Volumenstrom durch die Kammern (3) angepasst ausgelegt ist.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypasskanal aus Verbindungskanälen (17, 18) in einer auf einer der Stapelscheiben (1) aufgelegten Platte (14) bestehen, die wiederum durch eine Abschlußplatte (15) abgedeckt ist.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) mit den Verbindungskanälen (17, 18) und die diese abdeckende Platte (15) den Abschluß des Scheibenstapels bilden.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt und Widerstand der Verbindungskanäle (17, 18) jeweils durch eine in ihnen vorgesehenen Engstelle (b) bestimmt ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypasskanäle durch Verbindungskanäle (24, 24') in einer Deckplatte (20) gebildet sind, und daß in diese Verbindungskanäle mit den Zu- und Abflußstutzen (9, 9' bzw. 10, 10') fluchtende Öffnungen (22, 23) vorbestimmter Größe in einer angrenzend an die Deckplatte (20) vorgesehenen Blendenplatte (19) münden.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (24, 24') durch Auswölbungen in der Deckplatte (20) gebildet sind.
Plattenwärmeübertrager nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (20) und die Blendenplatte (19) den Abschluß des Scheibenstapels bilden.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (20) mit einseitig abstehenden Noppen (46) versehend ist, die korrespondierend und passend zu Vertiefungen (27) in der Blendenplatte (19) ausgelegt sind.