Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, insbe
sondere einen Öl/Kühlmittel-Kühler, der aus mehreren parallel
zueinander angeordneten Platten besteht, die zwischen sich
jeweils Hohlkammern bilden, die mit gewellten Turbulenzble
chen zur Erhöhung der Wärmeübertragung versehen und wechsel
weise von je einem der an der Wärmeübertragung beteiligten
Medien durchflossen sind.
Ein Plattenwärmeübertrager dieser Art ist aus der EP 06 23 798 A2
bekannt, wo man wannenförmige Wärmetauscherplatten
vorgesehen hat, deren umlaufende Ränder sich beim Aufeinan
derstapeln der Wärmetauscherplatten aneinander anlegen und
dann dicht zur Bildung der Hohlkammern miteinander verlötet
werden können. Jede der zwischen den Wärmetauscherplatten
eingelegten Turbulenzeinlagen besteht dabei in üblicher Weise
aus einem dünnen Blech, vorzugsweise Aluminiumblech, das in
einem Walz- und Schneidvorgang mit einer Vielzahl von neben- und
hintereinanderliegenden Wellungen versehen worden ist,
die in der Walzrichtung gesehen in verschiedenen Reihen ange
ordnet aber gegeneinander versetzt sind. Diese Einlagen die
nen zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung. Sie ver
schlechtern aber, wenn sie zwischen Zu- und Ablauföffnung in
ihrer Walzrichtung oder quer zur Walzrichtung eingelegt wer
den, den Druckabfall und die Verteilung der Medien.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärme
übertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ei
ne gleichmäßigere Durchströmung der Wärmeübertragungsmedien
in den Hohlkammern erreicht wird, auch wenn die zur Erhöhung
des Wärmeübergangs dienenden Turbulenzbleche eingelegt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Plattenwärmeübertra
ger der eingangs genannten Art vorgesehen, die Turbulenzble
che in Abschnitte zu unterteilen, in denen eine unterschied
liche Ausrichtung des Verlaufes der Wellungen vorliegt.
Durch diese Maßnahme kann der Durchströmung abschnittweise
ein unterschiedlicher Strömungswiderstand entgegengestellt
werden und es wird auf diese Weise möglich, trotz der Anord
nung der bekannten Turbulenzbleche auch eine weitgehend
gleichmäßige Verteilung der Wärmeübertragungsmedien in den
einzelnen Hohlkammern zu erreichen. Umlenkeinbauten in den
Kammern, durch welche die Strömung zwangsweise geführt wird,
können entfallen. Damit entfällt auch der Aufwand zur Anord
nung solcher Umlenkwände innerhalb der Hohlkammern.
In Weiterbildung der Erfindung kann bei Turbulenzblechen, die
in der eingangs geschilderten Weise durch Walzen hergestellt
worden sind, in einfacher Weise die gewünschte Ausrichtung
bezüglich der Walzrichtung unterschiedlich gewählt sein und
es hat sich als besonders einfach erwiesen, wenn die Walz
richtung in den Abschnitten jeweils um 90° verdreht zu jener
der benachbarten Abschnitte ist. Es entstehen dadurch, gese
hen von den Zu- und Ablauföffnungen der Hohlkammern, Ab
schnitte mit höheren Strömungswiderständen und solche mit ge
ringeren Strömungswiderständen und man kann die Abschnitte so
legen und gestalten, daß das strömende Medium durch die Strö
mungswiderstände zu einer möglichst gleichmäßigen Durchströ
mung des ganzen Raumes der Hohlkammer gezwungen wird.
In Weiterbildung der Erfindung können die Abschnitte durch
Trennschnitte gegeneinander abgesetzt sein, die beispielswei
se bestimmte Konturen aufweisen oder auch gerade Trennschnit
te sein können. In besonders einfacher Weise können dabei
drei Abschnitte durch zwei Schrägschnitte gebildet werden,
wobei die Schrägschnitte spiegelsymmetrisch zu einer Mittel-
Quer-Ebene angeordnet, die symmetrisch so zwischen den zuge
ordneten Zu- und Abflußöffnungen der Hohlkammer liegt, daß
zwei Außenabschnitte mit jeweils einer Zu- oder Abflußöffnung
und etwa trapezförmiger Mittelabschnitt entstehen.
In Weiterbildung der Erfindung können die Schrägschnitte etwa
unter einem Winkel von 30° zu der Mittel-Quer-Ebene geneigt
angeordnet sein. Die jeweilige Zu- oder Abflußöffnung wird
dabei in den schmaleren Bereich des zugeordneten Außenab
schnittes gelegt. Bei dieser Ausführungsform können dann drei
verschiedene Teile der Turbulenzbleche jeweils in die Hohl
kammern eingelegt werden.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 Eine Draufsicht auf einen Plattenwärmetauscher nach
der Erfindung,
Fig. 2 die Seitenansicht des Plattenwärmetauschers der
Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer der in dem Plat
tenwärmetauscher nach den Fig. 1 und 2 in einer der
Hohlkammern angeordneten Turbulenzeinlage,
Fig. 4 die Seitenansicht der Turbulenzeinlage der Fig. 3,
Fig. 5 die vergrößerte Darstellung eines Teilschnittes
durch einen der Abschnitte der Turbulenzeinlage der
Fig. 3 längs der Linie V-V und
Fig. 6 die Ansicht eines weiteren Abschnittes der Turbu
lenzeinlage der Fig. 3 in Richtung des Pfeiles VI
gesehen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Öl/Kühlmittel-Kühler für einen
Kraftfahrzeugmotor bei dem es darauf ankommt, auf möglichst
kleinem Bauraum eine möglichst große Wärmeübertragungslei
stung unterzubringen. Der Ölkühler nach den Fig. 1 und 2 be
steht dabei aus mehreren übereinandergestapelten wannenförmi
gen Scheiben 1 und 2, die jeweils in bekannter Weise zwischen
sich Hohlkammern bilden, die jeweils abwechselnd von dem zu
kühlenden Öl bzw. von dem Kühlmittel durchflossen werden, das
beispielsweise vom Kühlmittel des nicht dargestellten Kraft
fahrzeugmotors abgenommen ist.
Das Öl tritt dabei beim Ausführungsbeispiel in einen gemein
samen Anschlußstutzen 3 ein und verläßt den Kühler durch den
Stutzen 4. Kühlmittel tritt durch den Stutzen 5 ein und ver
läßt den Kühler wieder durch den Stutzen 6. Dabei können die
Zu- und Abflußstutzen für Öl und Kühlmittel auf der gleichen
Seite des Kühlerkörpers, aber auch an gegenüberliegenden Sei
ten angeordnet sein. Bezüglich der im vorliegenden Fall wich
tigen Durchströmung der einzelnen Hohlkammern ändert sich da
durch nichts. Die Zu- und Abflußöffnungen für ein Medium sind
in der vom anderen Wärmeübertragungsmedium durchflossenen
Hohlkammer jeweils durch eine eingelegte Distanzscheibe abge
dichtet. Bei einer abgewandelten Ausführung sind die Distanz
elemente Bestandteil der Scheiben 1 und/oder 2, die z. B. mit
abgesetzten Durchzügen versehen sind. Von den gemeinsamen Zu
flußstutzen 3 werden daher mehrere Hohlkammern mit Öl ver
sorgt, in denen das Öl zum Abflußstutzen 4 strömt. In glei
cher Weise versorgt der Zulaufstutzen 5 jeweils die an die
vom Öl durchflossenen Hohlkammern angrenzenden Hohlkammern
mit Kühlmittel, daß dann durch den Abflußstutzen 6 wieder ab
fließt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Turbulenzeinlage 7, die in einer
der vom Öl durchströmten Hohlkammern angeordnet ist. Gleiche
Turbulenzeinlagen sind aber auch in den vom Kühlmittel durch
strömten Kammern vorgesehen.
In der Fig. 3 ist daher gestrichelt angedeutet, daß die
Zu- und Abflußöffnungen 5 und 6 für das Kühlmittel für die ge
zeigte, vom Öl durchströmte Hohlkammer durch Distanzscheiben
8 abgedichtet sind. Das Öl tritt daher durch die Öffnung 3 in
die gezeigte Hohlkammer ein, strömt durch die Turbulenzeinla
ge in der Hohlkammer und verläßt die Hohlkammer durch den Ab
flußstutzen 4.
Die Fig. 3 zeigt, daß die Turbulenzeinlage 7 in drei Ab
schnitte 7a, 7b und 7c unterteilt ist, die jeweils durch ei
nen Schrägschnitt 9 voneinander getrennt sind, der jeweils
unter einem Winkel α von etwa 30° zu einer Mittel-Quer-Ebene
10 geneigt und symmetrisch zu dieser angeordnet sind. In dem
Abschnitt 7a, dessen schmälere Seite der Zuflußöffnung 3 zu
gewandt ist, liegt eine Turbulenzeinlage 11, die der Form des
Abschnittes 7a entspricht - dargestellt ist nur eine Recht
eckform - deren Walzrichtung, ebenso wie jene des Abschnittes
7c, parallel zu einer Mittel-Längs-Ebene 13 und damit senk
recht zu der Mittel-Quer-Ebene 10 steht. Zum besseren Ver
ständnis ist strichpunktiert die Walzrichtung 14 anhand des
Abschnittes 11 eingezeichnet. Quer zur Walzrichtung entstehen
daher (Fig. 6) torartige Öffnungen 15, die aber in benachbar
ten Reihen unterschiedlich weit sind, so daß zwischen benach
barten Toren in bekannter Weise jeweils schlitzartige Öffnun
gen 16 entstehen, die eine Durchströmung nicht nur quer durch
die Tore 15, sondern auch in einer Richtung senkrecht dazu
ermöglichen. Es wird aber ohne weiteres deutlich, daß eine
Durchströmung in Richtung der Tore, d. h. also eine Strömung
ausgehend von der Zuflußöffnung 3 in Richtung des Pfeiles 17
der Strömung wenig Widerstand entgegensetzt, während eine
Durchströmung in Richtung des Pfeiles 18 einen viel größeren
Widerstand zu überwinden hat, da eine solche Strömung aus
schließlich durch die Schlitze 16 erfolgen müßte. Es wird da
her deutlich, daß im Abschnitt 7a wegen des geringeren Wider
standes die Strömung von der Zuflußöffnung 3 aus sehr viel
leichter in Richtung des Pfeiles 17 erfolgen kann, als in
Richtung des Pfeiles 18. Die Abströmung von der Öffnung 3 aus
wird sich daher im wesentlichen auch in Richtung des Pfeiles
17 fortpflanzen, während nur ein relativ geringer Strömungs
anteil in Richtung zu Trennschnitt 9 erfolgen wird.
Der Abschnitt 7b weist nun eine Turbulenzblechanordnung auf,
die um 90° gegenüber jener des Abschnittes 7a gedreht ist.
Die Walzrichtung 14 verläuft hier parallel zur Mittel-Quer-Ebe
ne 10, was wiederum bedeutet, daß in diesem Abschnitt 7b
die Durchströmung in Richtung der beiden Pfeile 17 verhält
nismäßig wenig Widerstand zu überwinden hat. Da der mittlere
Abschnitt 7b aber trapezförmig ausgebildet ist und in seinem
unteren Bereich, also da, wo in den benachbarten Abschnitten
7a und 7c jeweils der Zulauf und der Ablauf angeordnet ist,
die größte Breite hat, wird der Gesamtwiderstand der Strömung
auch in diesem Abschnitt 7a im unteren Bereich größer als in
den darüberliegenden Bereichen sein. Dies führt dazu, daß die
Strömung sich weitgehend gleichmäßig auf den Abschnitt 7b
verteilt, nachdem auch der Zufluß vom Abschnitt 7a weitgehend
gleichmäßig über den Trennschnitt 9 aus erfolgt.
Im Abschnitt 7c wiederum ist das Turbulenzblech 11 analog zu
dem im Abschnitt 7a angeordnet. Die Durchströmung in Richtung
des Pfeiles 18 unterliegt auch hier wieder einem größeren Wi
derstand als in Richtung des Pfeiles 17. Die Gesamtanordnung
der drei Abschnitte 7a, 7b und 7c mit der unterschiedlichen
Ausrichtung der Walzrichtung 14 der den Abschnitten jeweils
zugeordneten Turbulenzbleche bewirkt daher eine gleichmäßige
Verteilung der Strömung in der Hohlkammer, ohne daß gesonder
te Trennwände oder dergleichen vorgesehen sein müßten.
Die Fig. 5 zeigt, daß die Tore 15 mit ihren Achsen um 90° ge
genüber jenen der Tore der Turbulenzbleche 11 verdreht sind.
Beim Ausführungsbeispiel sind drei Turbulenzbleche mit der
Form der Abschnitte 7a, 7b und 7c getrennt in die zugeordnete
Hohlkammer eingelegt. Natürlich könnten diese Abschnitte auch
untereinander verbunden werden.
Es ist natürlich auch möglich, je nach der Art, wie man die
Strömung beeinflussen will, anstelle der geraden Trennschnitte
9 auch Trennschnitte in Kurvenform vorzusehen, durch die na
türlich ebenfalls eine Beeinflussung der Durchströmung je
nach den entsprechend ausgebildeten Abschnitten erreicht wer
den kann. Denkbar wäre es schließlich auch, die Walzrichtung
14 in benachbarten Abschnitten nicht um 90°, sondern um ande
re Winkel gegeneinander zu versetzen, so daß auch dadurch je
nach Bedarfsfall eine besondere Beeinflussung der Strömung
erreicht werden kann.
Fig. 3 und 4 zeigen eine von Öl durchströmte Kammer. Die vom
Kühlmittel durchströmte Kammer wird ebenso mit Turbulenzble
chen gemäß den Abschnitten 7a, 7b und 7c bestückt. Auch die
Durchströmung des Kühlmittels in den dann gebildeten Ab
schnitten vom Zuflußstutzen 5 aus zum Abflußstutzen 6 wird in
der grundsätzlich angestrebten Art und Weise beeinflußt. Da
das Kühlmittel aber wesentlich weniger viskos ist, sind hier
etwas andere Gesichtspunkte bei der Strömungsverteilung zu
beachten. Es hat sich aber gezeigt, daß die für beide Hohl
kammern (Öl und Kühlmittel) gewählte gleiche Ausgestaltung
der Turbulenzeinlagen bei geringem Aufwand die gewünschte
Vergleichmäßigung der Strömung in allen Hohlkammern bewirkt.
Eine gesonderte Ausbildung der Turbulenzeinlagen bzw. der
Turbulenzabschnitte für die von Öl bzw. von Kühlmittel durch
strömten Kammern wäre zwar möglich, aber wesentlich aufwendi
ger.