DE19716836B4

DE19716836B4 - Plattenwärmetauscher, insbesondere Verdampfer für Klimatisierungskreislauf

Info

Publication number: DE19716836B4
Application number: DE19716836A
Authority: DE
Inventors: Christophe Chevallier
Original assignee: Valeo Climatisation SA
Current assignee: Valeo Climatisation SA
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: FR2748100B1; US5931224A; DE19716836A1; FR2748100A1

Abstract

Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium, umfassend eine Vielzahl von tiefgezogenen Platten (10), die paarweise gestapelt sind, so dass die Platten (10) ein und desselben Paars zueinander gerichtete Austiefungen aufweisen und an ihrem Umfang (14) dicht miteinander verbunden sind, um eine Umlaufkammer für das erste Medium zu begrenzen, wobei die Kammern durch Öffnungen (20, 22) der Platten (10) miteinander in Verbindung stehen und wobei die Plattenpaare (10) zwischen ihnen liegende Umlaufdurchgänge (28) für das zweite Medium begrenzen, in denen gewellte Einsätze (30) angeordnet sind, wobei jede Platte (10) eine als „Plattenfuß" bezeichnete umgebogene Kante (32) umfaßt, die sich senkrecht zur Platte auf der ihrer Austiefung gegenüberliegenden Seite erstreckt und die an einer entsprechenden umgebogenen Kante (32) einer benachbarten Platte zur Anlage kommen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die umgebogene Kante (32) an ihrem der Austiefung gegenüberüberliegenden Rand Auszahnungen (34, 36) enthält, die in die Auszahnungen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium, umfassend eine Vielzahl von tiefgezogenen Platten, die paarweise gestapelt sind, so dass die Platten ein und desselben Paars zueinander gerichtete Austiefungen aufweisen und an ihrem Umfang dicht miteinander verbunden sind, um eine Umlaufkammer für das erste Medium zu begrenzen, wobei die Kammern durch Öffnungen der Platten miteinander in Verbindung stehen und wobei die Plattenpaare zwischen ihnen liegende Umlaufdurchgänge für das zweite Medium begrenzen, in denen gewellte Einsätze angeordnet sind, wobei jede Platte eine als „Plattenfuß" bezeichnete umgebogene Kante umfaßt, die sich senkrecht zur Platte auf der ihrer Austiefung gegenüberliegenden Seite erstreckt und die an einer entsprechenden umgebogenen Kante einer benachbarten Platte zur Anlage kommen kann.

Ein derartiger Wärmtauscher ist aus der US 5,111,877 bekannt. Die Platten dieses Wärmetauschers sind in einem aufwendigen Fertigungsverfahren herzustellen, das die Schritte Stanzen, Verformen und Biegen umfasst.

Darüber hinaus offenbaren US 5.318.114 A und US 4.723.601 A Wärmetauscher die eine Vielzahl von Platten umfassen.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst eine Vielzahl von Platten, die paarweise gestapelt sind, so dass die Platten ein und desselben Paars zueinander gerichtete Austiefungen aufweisen und an ihrem Umfang dicht miteinander verbunden sind, um eine Umlaufkammer für das erste Medium zu begrenzen, wobei die Kammern durch Öffnungen der Platten miteinander in Verbindung stehen und wobei die Plattenpaare zwischen ihnen liegende Umlaufdurchgänge für das zweite Medium begrenzen, in denen gewellte Einsätze angeordnet sind.

In einem derartigen Wärmetauscher strömt das erste Medium von einer Kammer zur anderen durch Öffnungen der Platten, wobei es Wärme mit dem zweiten Medium austauscht, das in den Durchgängen strömt, die zwischen den Plattenpaaren begrenzt sind.

Ein derartiger Wärmetauscher wird üblicherweise als Verdampfer in einem Kältemittelkreislauf für die Klimatisierung des Innenraums eines Kraftfahrzeugs verwendet, wobei dieses Kältemittel das erste Medium bildet, während es sich bei dem zweiten Medium um Außenluft handelt.

Im allgemeinen hat jede Platte die Form einer Schale, wobei sie zwei Öffnungen enthält, die als Einlaß bzw. als Auslaß für das erste Medium dient, während die zwischen den beiden Platten ein und desselben Paars begrenzte Kammer eine Innentrennwand umfaßt, um einen U-förmigen Strang zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zu begrenzen. Diese Trennwand wird durch die dichte Verbindung zweier Längsrippen gebildet, die vorspringend ausgebildet sind und jeweils zu einer der beiden Platten des betreffenden Paars gehören.

Die Verbindungsöffnungen sind üblicherweise in einem Vorsprung ausgebildet, der an einem Ende jeder Platte vorgesehen ist. Außerdem sind diese Platten im allgemeinen an ihrem anderen Ende durch eine Bodenplatte verbunden, durch die der Zwischenraum zwischen den Plattenpaaren aufrechterhalten werden kann.

Wenn der Wärmetauscher ein Verdampfer ist, tritt das Kältemittel in flüssigem Zustand in den Wärmeaustauscher ein und nach seiner Abkühlung durch Verdampfung in dampfförmigem Zustand wieder aus.

Da dieser Luftstrom einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt enthält, kommt es zu Kondensationserscheinungen bei der Berührung der Platten, was wiederum die Entstehung von Rieselwasser zur Folge hat, das zu beseitigen ist.

Bei diesen bekannten Wärmetauschern in der Ausführung mit Plattenstapeln neigt dieses Wasser zur Ansammlung auf der Bodenplatte des Verdampfers, was Korrosionserscheinungen zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile abzustellen und einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei einem vereinfachten Fertigungssystem eine erhöhte Stabilität aufweist.

Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher mit Plattenstapeln der eingangs genannten Art vor, bei dem die umgebogene Kante Auszahnungen enthält, die sich in die Auszahnungen der entsprechend umgebogenen Kante der benachbarten Platte eingreifen und wobei mindestens ein Ablaufdurchgang gebildet wird.

Die umgebogenen Kanten der beiden benachbarten Platten wirken dadurch zusammen, um einen Zwischenraum zwischen den beiden betreffenden Platten aufrechtzuerhalten und gleichzeitig mindestens einen Ablaufdurchgang zu bilden.

Daraus folgt, dass die umgebogenen Kanten nicht nur Abstandhalter bilden, wodurch auf die Verwendung einer Bodenplatte verzichtet werden kann, sondern sie bilden auch Ablaufdurchgänge, die eine Oxidation oder Korrosion des Bodens des Wärmetauschers verhindern.

Wenn daher der Wärmetauscher als Verdampfer verwendet wird, kann das Kondenswasser, das sich auf den Platten bildet, einfach durch die vorgenannten Ablaufdurchgänge abgeleitet werden.

Die Platte besitzt üblicherweise eine allgemein längliche Gestalt, wobei sie zwei Umlauföffnungen enthält, die in einem Vorsprung in der Nähe eines Endes der Platte ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß erstreckt sich die umgebogene Kante, die den Plattenfuß bildet, dann am anderen Ende der Platte. Wenn diese Platte eine allgemein rechteckige Form besitzt, erstreckt sich diese umgebogene Kante entlang einer der kleineren Seiten des Rechtecks.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt die umgebogene Kante Auszahnungen, die sich mit den Auszahnungen der entsprechenden umgebogenen Kante der benachbarten Platte wechselseitig durchdringen können.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthalten diese Auszahnungen eine Abfolge von Vorsprüngen und Aussparungen in gleicher Anzahl, so daß die Vorsprünge einer umgebogenen Kante in die Aussparungen der benachbarten umgebogenen Kante eingreifen und umgekehrt, wobei Ablaufdurchgänge bestehen bleiben. Dadurch ist es möglich, einen Wärmetauscher aus völlig identischen Platten herzustellen.

Die Vorsprünge und die Aussparungen sind vorteilhafterweise mit einer allgemein rechteckigen Form ausgeführt, wobei die Vorsprünge eine kleinere Breite als die Aussparungen aufweisen.

Aufgrund dieser unterschiedlichen Breite wird jeweils ein Ablaufdurchgang zwischen einem Vorsprung und einer Aussparung geschaffen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt jede Aussparung eine Längsseite, die sich senkrecht an mindestens eine Querseite eines Vorsprungs anschließt, wobei eine Einsenkung am Anschluß zwischen dieser Längsseite und dieser Querseite ausgebildet ist.

Diese Einsenkung kann beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein.

Die Längsseite der Aussparung umfaßt vorteilhafterweise eine Randleiste. Dadurch wird die Anlage zwischen einer Aussparung der Platte und einem entsprechenden Vorsprung der benachbarten Platte verbessert.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist vorteilhafterweise in Form eines Verdampfers ausgeführt, wobei das erste Medium ein Kältemittel und das zweite Medium Außenluft ist und wobei der oder die Ablaufdurchgänge zur Ableitung des aus dem zweiten Medium entstandenen Kondenswassers dienen.

In der nachstehenden, als Beispiel angeführten Beschreibung wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen:
1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in der Ausführung als Verdampfer;
2 eine als Teilschnitt ausgeführte Seitenteilansicht des Wärmetauschers von 1;
3 eine Unteransicht einer umgebogenen Kante einer Platte; und
4 eine als Unteransicht ausgeführte Teilansicht eines aus den Platten gemäß 3 gebildeten Wärmetauschers.
Der in den 1 und 2 dargestellte Wärmetauscher umfaßt eine Vielzahl von paarweise gestapelten Platten 10. Jede der Platten besteht aus tiefgezogenem Blech in Form einer Schale 12 (siehe 1 links). Die beiden Platten ein und desselben Plattenpaars sind so miteinander verbunden, daß ihre (durch die Schalen 12 gebildeten) Austiefungen zueinander gerichtet sind, um eine Innenkammer zu begrenzen. Jede Platte 10 umfaßt eine Umfangskante 14 (1), die in einer vertikalen Ebene angeordnet ist. Die Umfangskanten 14 zweier benachbarter Schalen 12 sind, beispielsweise durch Löten, gegenüber dem Medium dicht miteinander verbunden, um eine vorgenannte Kammer zu begrenzen.
Jede Platte 10 weist eine allgemein rechteckige Form auf. Sie umfaßt an ihrem oberen Ende einen Bereich 16 mit größerer Tiefe, der auch als "Vorsprung" bezeichnet wird, und einen Bereich 18 mit geringerer Tiefe, der den größten Teil der Höhe der Schale einnimmt (1). In den Bereich 16 sind zwei Öffnungen 20 und 22 eingearbeitet (1), die als Einlaß bzw. als Auslaß für ein erstes Medium dienen, bei dem es sich im dargestellten Beispiel um ein Kältemittel handelt. Jede der Platten umfaßt außerdem eine Mittelwand 24 (1), die mit der entsprechenden Mittelwand einer benachbarten Platte verbunden werden kann. Dadurch begrenzt jede der zwischen zwei benachbarten Platten ausgebildeten Kammern einen U-förmigen Strömungsabschnitt, wie in 1 durch den Pfeil F angedeutet, für das erste Medium, das durch die Öffnung 20 in die Kammer einströmt und durch die Öffnung 22 daraus ausströmt. Darüber hinaus umfaßt der Wärmetauscher mindestens einen Ein- und/oder Auslaßstutzen 26 für das erste Medium, wie dies in 1 dargestellt ist.
Daduch kann das erste Medium (Kältemittel) in die verschiedenen Kammern strömen, die jeweils durch die Plattenpaare gebildet werden. Im ausgebrochenen Teil von 2 ist eine der Öffnungen 20 einer Platte zu erkennen, die einer Öffnung 22 einer benachbarten Platte gegenüberliegt, um die Verbindung zwischen zwei benachbarten Kammern herzustellen.
Die Bereiche 18 von zwei benachbarten Platten (die zu zwei verschiedenen Plattenpaaren gehören) begrenzen miteinander einen Zwischenraum 28, der einen Strö mungsdurchgang für ein zweites Medium bildet (im dargestellten Beispiel Außenluft). In jedem der Durchgänge ist ein Einsatz 30 angeordnet, der in Form eines gewellten Metallblechs ausgeführt ist. Die Wellungsspitzen kommen abwechselnd mit den Bereichen 18 der beiden Platten in Berührung, die den Durchgang 28 begrenzen.
Im dargestellten Beispiel wird der Wärmetauscher von einem Kältemittel durchströmt, das in flüssigem Zustand in den Wärmetauscher gelangt und in dampfförmigem Zustand daraus austritt, nachdem es einen Außenluftstrom gekühlt hat, der in den Durchgängen 28 strömt und Wärme an das Kältemittel abgibt. Daraus ergibt sich, daß der Luftstrom aufgrund der am Kältemittel auftretenden Verdampfung gekühlt wird. Ein Wärmetauscher in der Ausführung als Verdampfer, wie er bisher beschrieben wurde, ist an sich bekannt und kann vor allem in einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß umfaßt jede der Platten 10 an ihrem dem Vorsprung 16 gegenüberliegenden Ende eine umgebogene Kante 32, die auch als "Plattenfuß" bezeichnet wird und die sich senkrecht zur Gesamtebene der Platte auf der ihrer Austiefung gegenüberliegenden Seite erstreckt, das heißt auf der Seite, die der Austiefung der Schale 12 gegenüberliegt. Die umgebogene Kante 32 erstreckt sich entlang der kleineren Seite der Platte mit allgemein rechteckiger Form.
Wie in 1 zu erkennen ist, umfaßt jede umgebogene Kante 32 Auszahnungen, die sich mit den zugehörigen Auszahnungen der entsprechenden umgebogenen Kante der benachbarten Platte durchdringen. Diese Auszahnungen enthalten zwei Vorsprünge 34, die sich mit zwei Aussparungen 36 abwechseln. Diese Vorsprünge 34 und Aussparungen 36 haben eine allgemein rechteckige Form, so daß die Vorsprünge 34 einer umgebogenen Kan te 32 in die Aussparungen 36 der benachbarten umgebogenen Kante eingreifen und umgekehrt. Die Vorsprünge 34, die Zähne bilden, füllen jedoch nur einen Teil der zugehörigen Aussparungen 36 aus, so daß jeweils drei Ablaufdurchgänge 38 gebildet werden.
Wenn der Verdampfer in Betrieb ist, kann daher das Kondenswasser, das bei der Berührung der Platten aufgrund des Feuchtigkeitsgehalts im Außenluftstrom entsteht, an der Unterseite des Verdampfers durch die Ablaufdurchgänge 38 abfließen.
Dabei ist zu beachten, daß die beiden benachbarten umgebogenen Kanten gleichzeitig als Anschlag und als Abstandhalter dienen, so daß ein konstanter und bestimmter Zwischenraum zwischen den Platten an ihrem unteren Ende aufrechterhalten werden kann.
Es folgt nun die Beschreibung einer besonderen Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3.
Der erste Vorsprung 34 (links in 3 dargestellt) wird durch eine schräge Querseite 40, eine Längsseite 42 und eine gerade Querseite 44 begrenzt. Die benachbarte Aussparung 36 wird durch eine Längsseite 46 mit einer Randleiste 48 begrenzt. Außerdem wird diese Aussparung 36 durch eine Querseite 50 des anderen Vorsprungs 34 begrenzt. Dieser wird wiederum durch eine Längsseite 52 und eine Querseite 54 begrenzt. Der rechts in 3 dargestellte andere Vorsprung 36 wird durch eine Längsseite 56 mit einer Randleiste 58 und durch eine schräge Querseite 60 begrenzt.
Die Längsseite 46 der Aussparung 36 schließt sich an die Seiten 44 und 50 über zwei halbkreisförmige Einsenkungen 62 und 64 an. Ebenso schließt sich die Längsseite 56 des anderen Vorsprungs 36 über eine halbkreisförmige Einsenkung 66 an die Seite 54 an.
Wenn sich die beiden umgebogenen Kanten 32 durchdringen (4), kommt die Seite 42 des ersten Vorsprungs 34 an der Randleiste 58 der benachbarten Platte zur Anlage. Außerdem kommt die Randleiste 48 der Seite 46 an der Seite 52 des Vorsprungs 34 der benachbarten Platte zur Anlage. Die Seite 52 des anderen Vorsprungs 34 kommt an der Randleiste 48 der benachbarten Platte zur Anlage, während die Randleiste 60 an der Seite 42 der benachbarten Platte zur Anlage kommt.
Aufgrund der Tatsache, daß die Vorsprünge jeweils eine geringere Breite als die Aussparungen aufweisen, entstehen dadurch drei Ablaufdurchgänge 38 (4) mit einer in etwa ovalen Form.
Die beiden umgebogenen Kanten 32, die zu zwei benachbarten Platten 10 gehören (die wiederum zu zwei verschiedenen Plattenpaaren gehören) halten dadurch den Zwischenraum der beiden Plattenpaare aufrecht, wobei sie gleichzeitig die Bildung von Ablaufdurchgängen für das Kondenswasser ermöglichen, das aus dem durch den Verdampfer strömenden Luftstrom stammt.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend als Beispiel beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Es ist möglich, die umgebogene Kante mit anderen Auszahnungsgestaltungen auszuführen, wobei diese Auszahnungen die Bildung der Ablaufdurchgänge ermöglichen.
Die Erfindung wurde zwar unter besonderer Bezugnahme auf einen Verdampfer als Wärmetauscher beschrieben, sie könnte jedoch außerdem auch für andere Arten von Wärmetauschern mit Plattenstapeln verwendet werden, beispielsweise für einen Kondensator, der zu einer Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gehört.

Claims

Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium, umfassend eine Vielzahl von tiefgezogenen Platten (10), die paarweise gestapelt sind, so dass die Platten (10) ein und desselben Paars zueinander gerichtete Austiefungen aufweisen und an ihrem Umfang (14) dicht miteinander verbunden sind, um eine Umlaufkammer für das erste Medium zu begrenzen, wobei die Kammern durch Öffnungen (20, 22) der Platten (10) miteinander in Verbindung stehen und wobei die Plattenpaare (10) zwischen ihnen liegende Umlaufdurchgänge (28) für das zweite Medium begrenzen, in denen gewellte Einsätze (30) angeordnet sind, wobei jede Platte (10) eine als „Plattenfuß" bezeichnete umgebogene Kante (32) umfaßt, die sich senkrecht zur Platte auf der ihrer Austiefung gegenüberliegenden Seite erstreckt und die an einer entsprechenden umgebogenen Kante (32) einer benachbarten Platte zur Anlage kommen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die umgebogene Kante (32) an ihrem der Austiefung gegenüberüberliegenden Rand Auszahnungen (34, 36) enthält, die in die Auszahnungen (36, 34) der entsprechend umgebogenen Kante der benachbarten Platte eingreifen und dass zwischen den Rändern mindestens ein Ablaufdurchgang (38) gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Platte eine allgemein längliche Form aufweist und zwei Umlauföffnungen (20, 22) enthält, die in einen Vorsprung (16) in der Nähe eines Endes der Platte eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die umgebogene Kante (32) an einem gegenüberliegenden Ende der Platte erstreckt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auszahnungen abwechselnd Vorsprünge (34) und Aussparungen (36) in gleicher Zahl umfassen, so dass die Vorsprünge (34) einer umgebogenen Kante in die Aussparungen (36) der benachbarten umgebogenen Kante eingreifen und umgekehrt, wobei Ablaufdurchgänge (38) bestehen bleiben.
Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (34) und die Aussparungen (36) eine allgemein rechteckige Form aufweisen, wobei die Vorsprünge (34) eine geringere Breite als die Aussparungen (36) haben.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aussparung (36) eine Längsseite (48, 56) enthält, die sich senkrecht an mindestens einer Querseite (44, 50, 54) eines Vorsprungs (34) anschließt, wobei eine Einsenkung (62, 64, 66) am Anschluss zwischen der Längsseite und der Querseite ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung (62, 64, 66) allgemein halbkreisförmig ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsseite (46, 56) der Aussparung (36) eine Randleiste (48, 59) umfaßt.
Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in Form eines Verdampfers ausgeführt ist, bei dem das erste Medium ein Kältemittel und das zweite Medium ein Außenluftstrom ist, wobei der oder die Ablaufdurchgänge (38) zur Ableitung des aus dem Außenluftstroms entstandenen Kondenswassers dienen.