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Die
Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere einen Öl/Kühlmittel-Kühler mit
mehreren wannenförmigen
Platten, die zur Bildung benachbarter Hohlkammern mit ihren hoch
stehenden Rändern
ineinander auf Abstand gestapelt und verlötet sind.
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Öl/Kühlmittel-Kühler dieser
Art sind aus der
EP
0 623 798 A2 bekannt. Da bei solchen Bauarten die auf einander
gestapelten Platten die gleiche Form aufweisen, sind auch die von
den Platten gebildeten Hohlkammern für den Durchfluss von Kühlmittel
einerseits und Öl
andererseits gleich groß.
Sinnvolle Leistungen und Druckabfälle ergeben sich daher bei solchen
Bauarten dann, wenn etwa ein Volumenverhältnis zwischen dem durchströmenden Ölvolumen und
dem durchströmenden
Kühlmittelvolumen
in der Größenordnung
von 0,5 bis etwa 1,5 vorliegt. Man hat deshalb in der Praxis auch
gewisse Standardgrößen für die Stapelplatten
und die daraus gebildeten Stapelscheiben-Wärmeübertrager gebildet und auch gewisse
Sondergrößen. Die
da bei vorgesehenen Abmessungen basieren aber überwiegend aus Kundenwünschen hinsichtlich
der verwendeten Geometrie. Ein Leistungsmaximum solcher Kühler unter
voller Ausnützung
eines größeren Volumenstroms
als vorher angedeutet, kann mit solchen Bauarten aber nicht erreicht
werden. Es müsste
sonst eine zu große Anzahl
verschiedener Baugrößen geschaffen
werden, was wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.
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Die
DE 44 01 859 A1 offenbart
eien Doppelwärmetauscher
für zwei
getrennte Kühlkreisläufe.
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Die
DE 41 18 289 A1 offenbart
eine Wärmetausch-Vorrichtung
für Kältetrockner
an Druckluftanlagen, die bestehen aus einem Luft/Luft-Wärmetauscher
und einem Kältemittel/Luft-Wärmetauscher.
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Die
GB 975 071 offenbart eine
ringförmige Anordnung
von Platten-Typ-Wärmeübertragern.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich
von Stapelscheiben-Wärmeübertragern
zu vergrößern, ohne daß aufwendige
Größenänderungen
der Stapelscheiben vorgenommen werden müssten.
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Die
Erfindung besteht zur Lösung
dieser Aufgabe bei einem Stapelscheiben-Wärmeübertrager der
eingangs genannten Art darin, daß die Stapelscheiben mindestens
zwei, jeweils mit Anschluss- und Abflussöffnungen versehene Wärmeübertragerblöcke bilden,
die für
den Durchfluss von Öl
hintereinander geschaltet sind und für den Durchfluss von Kühlmittel
parallel geschaltet sind, wobei jeweils ein Teilstrom des Kühlmittels
durch einen Wärmeübertragerblock
strömt.
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Durch
diese Maßnahme
kann mit ein- und derselben Stapelscheibengröße erreicht werden, daß man aus
dem vorher erwähnten
Volumenverhältnis
zwischen dem durchströmenden Öl und dem durchströmen den
Kühlmittel
herauskommt und beispielsweise einen wesentlich kleineren Volumenstrom
von Öl
gegenüber
dem Kühlmittel
erreichen kann. Durch diese Ausgestaltung wird es daher möglich, thermodynamisch
Stapelscheiben-Wärmeübertrager
an sich bekannter Bauart und Größe für Einsatzbereiche
auszunützen,
in denen bisher der Einsatz entweder nicht möglich, oder nur unter Herstellung
besonderer Baugrößen möglich gewesen
wäre. In
Weiterbildung der Erfindung kann in einfacher Weise vorgesehen werden,
daß zwei
oder mehrere Blöcke
mit ihren Anschlussseiten aneinandergelegt werden und zwischen ihnen
eine Zwischenscheibe mit entsprechenden Verbindungsöffnungen
von einem zum anderen Block vorgesehen ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann eine solche Zwischenscheibe gleichzeitig
auch als Halterung für
den Kühler
verwendet werden.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines neuen Stapelscheiben-Wärmeübertragers
mit zwei hintereinandergeschalteten Stapelscheibenblöcken,
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2 den
Stapelscheibenkühler
der 1, bei dem die Blöcke für den Öldurchfluß hintereinander, für den Kühlmitteldurchfluß aber parallel
zueinander geschaltet sind,
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3 die
schematische Seitenansicht einer praktischen Ausführungsform
eines nach den Prinzipien der 2 aufgebauten
Stapelscheiben-Ölkühlers,
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4 die
Ansicht der rechten Stirnseite des Stapelscheiben-Ölkühlers der 3,
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5 die
linke Stirnansicht des Stapelscheiben-Ölkühlers der 3 in
Richtung des Pfeiles V gesehen,
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6 eine
Ansicht der als Halterung ausgebildeten Zwischenscheibe der Ausführung nach 3 in
Richtung des Pfeiles V, jedoch ohne den davorgeschalteten Stapelscheibenblock
dargestellt,
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7 die
Ansicht des Stapelscheiben-Ölkühlers gemäß 4,
jedoch in einer anderen Ausführung,
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8 die
linke Stirnansicht des Stapelscheiben-Ölkühlers in der Ausführung nach 7 und
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9 eine
Ansicht der Zwischenscheiben ähnlich 6,
jedoch bei der Ausführung
nach den 7 und 8.
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In
den 1 und 2 ist ein Stapelscheiben-Ölkühler schematisch
dargestellt, der aus zwei Stapelscheibenblöcken 1 und 2 besteht,
die in bekannter Weise durch das Ineinanderstapeln mehrerer wannenförmiger,
strichpunktiert angedeuteter Platten 3 gebildet sind. Die
Anordnung der beiden Stapelscheibenblökke 1 und 2 erfolgt
beim Ausführungsbeispiel
symmetrisch zu einer Mittelebene 4, wobei dieser Mittelebene
die Stirnseiten 1a bzw. 2a zugewandt sind, die
in bekannter Weise mit Verbindungsöffnungen von einem Block zum
anderen versehen sind, die zueinander fluchten. Durch nicht gezeigte Ölanschlüsse kann
daher das zu kühlende Öl im Sinn
des Pfeiles 5 dem ersten Block 1 zugeführt, von
diesem aus in den zweiten Block 2 eintreten und durch eine entsprechende
Austrittsöffnung
auch wieder im Sinn des Pfeiles 5 die beiden Blöcke verlassen.
In bekannter Weise strömt
Kühlmittel
entsprechend den Pfeilen 6 im Gegenstrom zu dem Öl durch
jeweils benachbarte, von den Stapelscheiben 3 gebildete
Kammern, so daß beide
Blöcke 1 und 2 zusammen
in gleicher Weise von Öl
und Kühlmittel
durchströmt
werden. Das Volumenverhältnis
der durchströmenden
Medien liegt dabei in der vorher erwähnten Größenordnung völ zu
vKühlmittel ungefähr 0,5 bis
1,5.
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Während die
in der 1 dargestellte Situation auch durch einen Stapelscheibenkühler nach dem
Stand der Technik gelöst
werden kann, der eine entsprechende Anzahl von Hohlkammern mit gleicher
Fläche
aufweist, ist die in der 2 gezeigte Beschaltung der beiden
Blöcke 1 und 2 anders
. Hier wird das zu kühlende Öl in gleicher
Weise wie in 1 im Sinn der Pfeile 5 hintereinander
durch die beiden Blöcke 1 und 2 geschickt,
wobei, wie bekannt, zum Erreichen einer wirksamen Wärmeübertragung eine
gewisse Geschwindigkeit des durchströmenden Öls nicht unterschritten werden
kann. Das Kühlmittel wird
dagegen hier in zwei Teilströmen,
die jeweils durch die Pfeile 6 bzw. 6' angedeutet
sind, parallel durch die Blöcke 1 und 2 geleitet,
so daß jeder
Teilstrom in den Blöcken 1 und 2 jeweils
nur einem wesentlich geringeren Strömungswiderstand unterworfen
ist, als im Fall der 1. Es wird daher mög lich, auf
diese Weise einen wesentlich größeren Volumenstrom
des Kühlmittels
zu erreichen, so daß ein
Volumenverhältnis
völ Zu
vKühlmittel kleiner
als 0, 5 erreicht werden kann. Dies erlaubt die thermodynamische Anpassung
von Stapelscheiben-Ölkühlern an
spezielle Anforderungen, an die eine Anpassung bisher nicht möglich war.
Es ist natürlich
auch möglich,
den Ölstrom
parallel durch die Blöcke 1 und 2 zu
leiten, den Kühlmittelstrom
dagegen durch hintereinandergeschaltete Blökke 1 und 2.
Auch die Parallelschaltung der beiden Blöcke 1 und 2 für Öl und Kühlmittel ist
möglich.
Natürlich
ist es auch möglich,
anstelle von nur zwei Scheibenblöcken
mehrere vorzusehen, so daß die
Durchströmungsvarianten
weit vielfältiger gewählt werden
und thermodynamisch an besondere Fälle angepaßt werden können.
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Die 3 bis 6 zeigen
schematisch ein praktisches Ausführungsbeispiel,
bei dem aber für die
beiden Stapelscheibenblöcke
wieder die gleichen Bezugszeichen 1 bzw. 2 verwendet
worden sind. Bei dieser Ausführungsform
verläuft
die Symmetrieebene 4 durch eine zwischen den beiden Stirnseiten 2a und 1a der
beiden Stapelscheibenblöcke 1 und 2 angeordnete
Zwischenscheibe 7, die Teil einer winkelförmigen Halterung 8 ist.
Diese Halterung besitzt einen Schenkel 8a, mit dessen Hilfe
die Befestigung des Stapelscheiben-Wärmeübertragers möglich ist. Von
diesem Schenkel 8a aus ragen zwei Seitenwände 9 über den
Stapelscheibenblock 1 teilweise über, um eine gute Halterung
zu erreichen. Fest mit der Zwischenscheibe verbunden ist außer dem
Block 1 auch der Stapelscheibenblock 2, wobei
dessen Anschluß-
und Abflußöffnungen
für Kühlmittel
und Öl, die
mit jenen des Blockes 1 fluchten, durch Öffnungen 10, 11 und 12 in
der Zwischenscheibe 7 in Verbindung mit den benachbarten Öffnungen
stehen.
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Wie
die 3 und 5 zeigen, ist beim Ausführungsbeispiel
ein Zuflußstutzen 13 für das Öl im Bereich
einer Ecke der Stirnseite des Blockes 1 vorgesehen. Das Öl strömt von hier
aus in bekannter Weise durch einen Teil der Hohlkammern des Stapel scheibenblockes 1 zu
den weiterführenden Öffnungen 14, 10 und 14 in
Block 2. Der Stutzen 13 ist zur Stirnseite 1b des
Blokkes 1 hin abgeschlossen sind. Erreicht das durch den
Block 1 geströmte Öl die Zwischenscheibe 7,
so kann es durch die zu den Öffnungen 14 fluchtend
zugeordnete Öffnung 10 in
der Zwischenscheibe in den Block 2 strömen, durchströmt dort
wiederum die dem Öl
zugeordneten Hohlkammern und verläßt den Block 2 durch
den Abflußstutzen 15 an
der Stirnseite 2b des Blockes 2. Kühlmittel strömt durch
den Zuflußstutzen 16,
der diametral zu dem Zuflußstutzen 13 für das Öl an der
Stirnseite 1b vorgesehen ist, in den ersten Block 1 ein,
durchströmt
dort die ihm zugeordneten Kammern, tritt gleichzeitig über die Öffnungen 11 und 12 in
der Zwischenscheibe 7 in den Block 2 ein und verläßt den Block 2 durch
den Austrittsstutzen 18. Bei einer solchen Beaufschlagung
ist der aus den Blöcken 1 und 2 zusammengestellte
Stapelscheibenkühler
kühlmittelseitig
bezüglich
der Blöcke 1 und 2 parallel
und ölseitig
in Reihe geschaltet.
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Es
wird natürlich
auch möglich,
wie das in 5 dargestellt ist, dem Block 1 einen
eigenen Zuführstutzen 16 und
einen Abflußstutzen 17 zuzuordnen,
wobei dann die beiden Öffnungen 11 und 12 in der
Zwischenscheibe 7 geschlossen werden. Auch der Block 2 erhält zusätzlich zum
Austrittsstutzen 18 an der Stelle der Öffnung 16 einen eigenen
Zuflußstutzen,
so daß die
beiden Stapelscheibenblöcke 1 und 2 parallel
von Kühlmittel
im Sinn der Pfeile 6, 6' durchströmt werden, wobei hier ein größerer Volumenstrom
für Kühlmittel
möglich
ist, im Gegensatz zu der zuerst geschilderten Ausführung.
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Bei
der Ausführung
nach den 7 bis 9 liegt
im Gegensatz zu der Beschaltung nach der 2, bzw. nach
den 4 bis 6 eine Schaltung in Reihe sowohl
hinsichtlich der Öl-,
als auch der Kühlmitteldurchströmung vor.
Diese Beschaltung entspricht der Durchströmung nach 1 bei
der Bauart nach 3.
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Es
wird erkennbar, daß man
durch entsprechende Ausgestaltung der Zwischenscheibe 7 verschiedene
Durchströmungsvarianten
für Öl und/oder Kühlmittel
in dem Sinn erreichen kann, wie das anhand der 1 und 2 erläutert wurde.