DE19709601A1 - Plattenwärmeübertrager - Google Patents

Description

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.

Claims (8)

1. Plattenwärmeübertrager, insbesondere Öl/Kühlmittel-Kühler, der aus mehreren parallel zueinander angeordneten Platten (1, 2) besteht, die zwischen sich jeweils Hohlkammern bilden, die mit gewellten Turbulenzblechen (11, 12) zur Erhöhung der Wär­ meübertragung versehen und wechselweise von je einem der an der Wärmeübertragung beteiligten Medien durchflossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzbleche in Abschnitte (7a, 7b, 7c) unterteilt sind, in denen eine unterschiedliche Ausrichtung (14) des Verlaufes der Wellungen vorliegt.

2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, mit gewalzten Tur­ bulenzblechen (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrich­ tung bezüglich der Walzrichtung (14) unterschiedlich ist.

3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Walzrichtung (14) in benachbarten Abschnit­ ten (7a, 7b) jeweils um 90° verdreht zu jener des benachbar­ ten Abschnittes ist.

4. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschnitte (7a, 7b, 7c) durch Trenn­ schnitte (9) gegeneinander abgesetzt sind.

5. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Abschnitte (7a, 7b, 7c) durch zwei Schräg­ schnitte (9) gebildet sind.

6. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schrägschnitte (9) spiegelsymmetrisch zu einer Mittel-Quer-Ebene (10) angeordnet sind, die symmetrisch so zwischen den zugeordneten Zu- und Abflußöffnungen (3, 4) der Hohlkammer liegt, daß zwei Außenabschnitte (7a, 7c) mit jeweils einer Zu- oder Abflußöffnung (3, 4) und ein etwa tra­ pezförmiger Mittelabschnitt (7b) entsteht.

7. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schrägschnitte (9) etwa unter einem Winkel α von 30° zu der Mittel-Quer-Ebene (10) geneigt angeordnet sind.

8. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweilige Zu- oder Abflußöffnung (3 bzw. 4) eines der Wärmetauschmedien in dem schmaleren Bereich des zu­ geordneten Außenabschnittes (7a, 7c) die jeweilige Zu- oder Abflußöffnung (5, 6), für das andere Wärmetauschmedium dage­ gen in dem breiteren Bereich der Außenabschnitte der benach­ barten Hohlkammer liegen.