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Die
Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Plattenwärmetauscher
sind weit verbreitet und für
die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete bekannt. Typischerweise
sind bei einem Plattenwärmetauscher
Deckschichten vorgesehen, die in einem Abstand voneinander angeordnet
sind und Strömungskanäle für ein den
Plattenwärmetauscher durchströmendes Wärmeträgermedium
begrenzen. Beschrieben werden solche Wärmetauscher beispielsweise
bei S. Kakac, H. Liu, „Heat
Exchangers", CRC
Press, New York, 1997.
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Weiterhin
ist aus der
DE 26 46
810 A1 ein Radiator bekannt, bei dem zwischen einen Wärmeträger führenden
Kühlmittelrohren
eine durch einen zick-zack-förmig
gefalteten Metallstreifen gebildete Matrix vorgesehen ist, durch
welche eine möglichst große Wärmeübergangsfläche geschaffen
werden soll.
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Aus
der
DE 197 19 262
C2 ist ein Wärmetauscher
bekannt, bei dem zwischen durch Flachrohre gebildeten Wärmetauscherplatten
zick-zack-förmige Blechlamellen
vorgesehen sind, welche ebenfalls der Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche dienen.
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Aus
der
DE 195 37 210
A1 ist ein Wärmetauscherelement
bekannt, bei dem ein Rohr mit einem annähernd rechteckigen Querschnitt
durch Sickenprägung
so verformt ist, dass sich mindestens zwei in Längsrichtung des Wärmetauscherelements
wellen- oder zick-zack-förmig
verlaufende Mantellinien oder Mantellinienbereiche ergeben, wodurch
wiederum die Wärmeübergangsfläche möglichst
ausgedehnt gestaltet werden soll.
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Schließlich ist
aus der
EP 0 469 150
A1 ein durch eine Anzahl von in Form eines Stapels angeordneten
Wärmetauscherplatten
gebildeter Wärmetauscher
bekannt, bei dem die einzelnen Wärmetauscherplatten
eine zick-zack-förmige
Profilierung aufweisen. Zwischen den Wärmetauscherplatten sind parallel
zu deren Ausdehnung verlaufende Strömungswege für einen ersten Wärmeträger vorgesehen,
während
Strömungswege
für einen
zweiten Wärmeträger durch
eine Anzahl von senkrecht durch die Wärmetauscherplatten in darin
ausgebildeten Aussparungen vorgesehene Rohre gebildet sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es einen Plattenwärmetauscher zu schaffen, welcher
mit geringem Aufwand herstellbar ist und der einen guten Wärmeübergang
leistet.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher
mit dem in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Durch
die Erfindung wird ein Plattenwärmetauscher
mit Deckschichten, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind
und Strömungskanäle für ein den
Plattenwärmetauscher
durchströmendes Wärmeträgermedium
begrenzen, geschaffen.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass zwischen den Deckschichten eine dreidimensionale, in
Richtung der Länge
und der Breite des Plattenwärmetauschers
ausgedehnte und in der Höhe
den Abstand zwischen den Deckschichten herstellende zick-zack-förmig gestaltete
Struktur vorgesehen ist, deren Faltungen zusammen mit den Deckschichten die
Strömungskanäle bilden
und die mit den Deckschichten verbunden ist.
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Vorzugsweise
ist die Zick-Zack-Struktur durch ein zick-zack-förmiges flächiges Material gebildet.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
ist es vorgesehen, dass die Zick-Zack-Struktur ein doppeltes, sowohl
in einer ersten Richtung in Richtung der Breite des Plattenwärmetauschers
als auch in einer zweiten Richtung in Richtung der Länge des
Plattenwärmetauschers zick-zack-förmiges Muster
aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der
Wärmetauscher
durch die doppelte Zick-Zack-Struktur
eine hohe Wärmeübertragungsleistung
aufweist und dass dem Plattenwärmetauscher
eine hohe Biegefestigkeit in beiden Richtungen seiner Ausdehnung
verliehen wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die Zick-Zack-Struktur
durch ein zick-zack-förmig
gefaltetes flächiges
Material gebildet.
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Vorteilhafterweise
ist der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher
so gestaltet, dass durch die Zick-Zack-Struktur zusammen mit den
Deckschichten aneinander anschließende Strömungskanäle mit im wesentlichen dreieckigem
Querschnitt gebildet sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers sind
zwischen den Deckschichten erste Strömungskanäle und zweite Strömungskanäle gebildet,
die durch die Zick-Zack-Struktur voneinander getrennt sind, wobei
die ersten Strömungskanäle durch
eine erste Deckschicht und die Zick-Zack-Struktur begrenzt sind,
und die zweiten Strömungskanäle durch eine
zweite Deckschicht und die Zick-Zack-Struktur begrenzt sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform hiervon
ist es vorgesehen, dass die ersten Strömungskanäle und die zweiten Strömungskanäle durch
die Zick-Zack-Struktur
hermetisch gegeneinander abgedichtet und von getrennten Wärmeträgern durchströmbar sind.
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An
dem Wärmetauscher
sind mit den Strömungskanälen verbundene
Anschlüsse
für den
Zustrom und Abstrom des Wärmeträgermediums
vorgesehen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Anschlüsse
für den
Zustrom und Abstrom des Wärmeträgermediums
an den Stirnseiten des Plattenwärmetauschers
vorgesehen.
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Gemäß einer
anderen, bevorzugten Ausführungsform
sind die Anschlüsse
für den
Zustrom und Abstrom des Wärmeträgermediums
durch Öffnungen in
Form von Bohrungen oder Aussparungen in den die Strömungskanäle begrenzenden
Deckschichten vorgesehen. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise eine
einfache Anschlußmöglichkeit
für das
Wärmeträgermedium
geschaffen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
hiervon sind die Anschlüsse
durch eine Anzahl von einzelnen Bohrungen oder Aussparungen in den
Deckschichten gebildet, die insbesondere jeweils den in den Zwischenräumen zwischen
den einzelnen Falten der Zick-Zack-Struktur gebildeten Strömungskanälen zugeordnet
sind.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Anschlüsse
durch über
einen größeren Bereich
der Deckschicht, insbesondere über
mehrere in den Zwischenräumen
zwischen den einzelnen Falten der Zick- Zack-Struktur gebildete Strömungskanäle ausgedehnte,
schlitzförmige
Aussparungen gebildet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform hiervon
ist es vorgesehen, dass die Aussparungen im wesentlichen über die
ganze Breite des Plattenwärmetauschers
ausgedehnt sind.
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Bei
einem Plattenwärmetauscher,
bei dem die Anschlüsse
für den
Zustrom und Abstrom des Wärmeträgermediums
durch Bohrungen oder Aussparungen in den die Strömungskanäle begrenzenden Deckschichten
vorgesehen sind und bei dem zwischen den Deckschichten erste und
zweite, durch die Zick-Zack-Struktur voneinander getrennte Strömungskanäle vorgesehen
sind, kann es gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
vorgesehen sein, dass die in der einen Deckschicht vorgesehenen
Bohrungen oder Aussparungen einen Anschluß zu den ersten Strömungskanälen bilden
und die in der anderen Deckschicht vorgesehenen Bohrungen oder Aussparungen
einen Anschluß zu
den zweiten Strömungskanälen bilden.
Auf diese Weise wird ein Plattenwärmetauscher geschaffen, der
von zwei gänzlich
voneinander getrennten Wärmeträgern durchströmbar ist
und der trotzdem auf eine einfache Weise herstellbar ist und einen
hohen Wärmeübergang
aufweist.
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Mehrere
Wärmetauscherplatten
können
zu einem Wärmetauscherstapel
angeordnet sein.
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Die
Deckschichten und/oder die Zick-Zack-Struktur des Wärmetauschers
können
aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein, oder aus
einem duromeren Kunststoff, oder aus einem faserverstärkten Kunststoff,
oder aus einem harzverstärkten
Papier, oder aus Metall.
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Die
Deckschichten und die Zick-Zack-Struktur können durch Kleben, Schweißen ode
Löten miteinander
verbunden sein.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bildet dieser eine
lasttragende Platte, Struktur oder Schale.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung kann die Zick-Zack-Struktur
durch Prägen
oder Tiefziehen eines, insbesondere metallischen, Flächenmaterials
hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise
kann es hierbei vorgesehen werden, dass die Deckschichten vor dem
Verbinden mit der Zick-Zack-Struktur mit den als Anschlüsse für den Zustrom
oder Abstrom des Wärmeträgermediums
dienenden Bohrungen oder Aussparungen versehen werden.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
anhand der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines aufgeschnittenen Plattenwärmetauschers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Teils einer doppelt zick-zack-förmigen Struktur,
welche zwischen den Deckschichten eines Plattenwärmetauschers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung angeordnet ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines aufgeschnittenen Plattenwärmetauschers mit
Anschlüssen
für den
Zustrom und Abstrom eines Wärmeträgermediums
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines aufgeschnittenen Plattenwärmetauschers mit
einem Anschluß für den Zustrom
oder Abstrom eines Wärmeträgermediums
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In 1 ist
in perspektivischer Darstellung ein aufgeschnittener Teil eines
Plattenwärmetauschers 1 zu
sehen, bei dem zwei Deckschichten 2, 3 in einem
Abstand zueinander angeordnet sind. Die Deckschichten 2, 3 begrenzen
einen durch eine Anzahl von Strömungskanälen 11, 12 gebildeten
Strömungsweg
für ein
den Wärmetauscher 1 durchströmendes Wärmeträgermedium,
welches aus einem oder mehreren, getrennten Wärmeträgern bestehen kann.
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Zwischen
den Deckschichten 2, 3 ist eine dreidimensionale
zick-zack-förmig
gestaltete Struktur 4 vorgesehen, die in Richtung der Länge und
der Breite des Plattenwärmetauschers 1 ausgedehnt
ist und in der Höhe,
also quer zu der Längsrichtung
und der Breitenrichtung, den Abstand zwischen den Deckschichten 2, 3 herstellt.
Die Faltungen der Zick-Zack-Struktur 4 bilden zusammen
mit den Deckschichten 2, 3 die von dem Wärmeträgermedium durchflossenen
Strömungskanäle 11, 12.
Die Zick-Zack-Struktur 4 ist mit den Deckschichten 2, 3 verbunden,
so dass der Wärmetauscher 1 formstabil und
dauerhaft ist.
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Wie 2 zeigt,
ist die Zick-Zack-Struktur 4 durch ein zick-zack-förmiges flächiges Material
gebildet. Insbesondere ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
die Zick-Zack-Struktur 4 in ein doppeltes, sowohl in einer
ersten Richtung in Richtung der Breite des Plattenwärmetauschers 1,
als auch in einer zweiten Richtung in Richtung der Länge des
Plattenwärmetauschers 1 zick-zack-förmiges Muster
gebracht. Durch dieses doppelte Zick-Zack-Muster ergibt sich eine
beträchtliche
Erhöhung
der Wärmetauschleistung,
sowie der Festigkeit und Formstabilität des Plattenwärmetauschers 1.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Zick-Zack-Struktur 4 durch ein zick-zack-förmig gefaltetes
flächiges Material
gebildet.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, bildet die Zick-Zack-Struktur 4 zusammen
mit den Deckschichten 2, 3 eine Anzahl von aneinander
anschließende Strömungskanäle 11, 12 mit
dreieckigem Querschnitt, wobei zwischen den Deckschichten 2, 3 erste Strömungskanäle 11 und
zweite Strömungskanäle 12 gebildet
sind, die durch die Zick-Zack-Struktur 4 voneinander getrennt
sind. Die ersten Strömungskanäle 11 sind
durch die erste Deckschicht 2 und die Zick-Zack-Struktur 4 begrenzt
und die zweiten Strömungskanäle 12 sind
durch die zweite Deckschicht 3 und die Zick-Zack-Struktur 4 begrenzt.
Die ersten Strömungskanäle 11 und
die zweiten Strömungskanäle 12 können durch
die Zick-Zack-Struktur 4 hermetisch gegeneinander abgedichtet
und damit von getrennten Wärmeträgern durchströmbar sein.
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Anschlüsse für den Zustrom
und Abstrom des Wärmeträgermediums,
also des oder der den Plattenwärmetauscher 1 durchströmenden einen oder
mehreren Wärmeträger, sind
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
durch Bohrungen 7, 8 oder Aussparungen 9 in
den die Strömungskanäle 11, 12 begrenzenden
Deckschichten 2, 3 vorgesehen, wie es in 3 und 4 dargestellt
ist.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Anschlüsse durch
eine Anzahl von einzelnen Bohrungen oder Aussparungen 7, 8,
die wie in 3 gezeigt, kreisrund sein können oder auch
eine andere Form haben können,
in den Deckschichten 2, 3 gebildet. Die einzelnen
Bohrungen oder Aussparungen 7, 8 sind jeweils
den in den Zwischenräumen
zwischen den einzelnen Falten der Zick-Zack-Struktur 4 gebildeten
Strömungskanälen 11, 12 zugeordnet.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die in der ersten Deckschicht 2 vorgesehenen Bohrungen 7 also
jeweils so gegen die in der zweiten Deckschicht 3 vorgesehenen
Bohrungen 8 versetzt, dass sie in die jeweiligen gegenüberliegenden,
ebenfalls zueinander versetzten Strömungskanäle 11 bzw. 12. münden.
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Bei
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dagegen sind
die Anschlüsse
durch schlitzförmige
Aussparungen 9 gebildet, die über einen größeren Bereich
der jeweiligen Deckschicht, bei dem in 4 gezeigten
Plattenwärmetauschers
der ersten Deckschicht 2, verlaufen und sich damit über mehrere
durch die Zwischenräume
der Faltungen der Zick-Zack-Struktur 4 gebildeten Strömungskanäle 11 erstreckt.
Der Anschluß für die von
der zweiten Deckschicht 3 begrenzten Strömungskanäle 12 kann
in der gleichen oder in einer anderen Weise ausgebildet sein. Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die den
Anschluß bildende
Aussparung 9 im wesentlichen über die ganze Breite des Plattenwärmetauschers 1 ausgedehnt.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen
den Deckschichten 2, 3 durch die Zick-Zack-Struktur 4 voneinander
getrennte erste und zweite Strömungskanäle 11 bzw. 12 gebildet
sind, bilden die in der ersten Deckschicht 2 vorgesehenen
Bohrungen 7 einen Anschluß für die ersten Strömungskanäle 11 und
die in der zweiten Deckschicht 3 vorgesehenen Bohrungen 8 bilden
einen Anschluß für die zweiten
Strömungskanäle 12.
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Die
Deckschichten 2, 3 und die Zick-Zack-Struktur 4 können aus
verschiedenen geeigneten Materialien hergestellt sein. Sie können aus einem
thermoplastischen oder einem duromeren Kunststoff oder aus einem
faserverstärkten
Kunststoff hergestellt sein. Sie können aus einem harzverstärkten Papier
(nomex) hergestellt sein. Sie können aus
Metall hergestellt sein. Das zick-zack-förmige Muster der Struktur 4 kann
gefaltet, gegossen, geprägt
oder tiefgezogen sein. Insbesondere im Falle der Verwendung eines
metallischen Werkstoffs bietet sich Prägen oder Tiefziehen eines Metallblechs
an. Die Deckschichten 2, 3 können mit der Zick-Zack-Struktur 4 durch
Kleben, Schweißen
oder Löten
verbunden sein.
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Der
Wärmetauscher 1 kann
in Form einer einzelnen Wärmetauscherplatte
verwirklicht sein, wie in den Figuren gezeigt, oder durch mehrere
Wärmetauscherplatten 1,
die zu einem Wärmetauscherstapel
angeordnet sind.
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Der
Plattenwärmetauscher 1 oder
der durch mehrere Wärmetauscherplatten 1 gebildete
Wärmetauscherstapel
kann eine lasttragende Platte, Struktur oder Schale bilden, so dass
er außer
der Funktion einer Wärmeübertragung
auch eine mechanisch tragende Aufgabe übernehmen kann.
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Zur
Herstellung des Plattenwärmetauschers werden
bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, die
Deckschichten 2, 3 und die Zick-Zack-Struktur 4 getrennt
hergestellt und durch Kleben, Schweißen oder Löten miteinander verbunden.
Die Zick-Zack-Struktur 4 kann durch Prägen oder Tiefziehen eines,
insbesondere metallischen, Flächenmaterials,
also eines Metallblechs, hergestellt sein.
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Vor
dem Verbinden mit der Zick-Zack-Struktur 4 werden die Deckschichten 2, 3 mit
den als Anschlüsse
für den
Zustrom oder Abstrom des oder der Wärmeträger dienenden Bohrungen oder
Aussparungen 7, 8 bzw. 9 versehen.
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- 1
- Plattenwärmetauscher
- 2
- Deckschicht
- 3
- Deckschicht
- 4
- Zick-Zack-Struktur
- 7
- Bohrung
- 8
- Bohrung
- 9
- Aussparung
- 11
- Strömungskanal
- 12
- Strömungskanal