DE202011051794U1

DE202011051794U1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE202011051794U1
Application number: DE201120051794
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Ingenieurbuero Schaeffer De GmbH
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-01-24
Anticipated expiration: 2021-10-29

Abstract

Wärmetauscher, umfassend eine Vielzahl von ebenen, parallel und mit Distanz zueinander angeordneten, metallischen Platten (1), wobei zwischen zwei Platten (1) jeweils ein Strömungskanal (2) mit einer Hauptströmungsrichtung angeordnet ist und wobei der Strömungskanal (2) auf einer Seite einer Platte (1) eine andere Hauptströmungsrichtung als der Strömungskanal (2) auf einer anderen Seite der Platte (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rändern der Platten (1) metallische Distanzelemente (3) angeordnet und diese mit den Platten (1) geschweißt verbunden ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Ein Wärmetauscher der eingangs genannten Art ist nach der AT 369 895 B bekannt. Dieser besteht aus einer Vielzahl von ebenen, parallel und mit Distanz zueinander angeordneten, metallischen Platten, wobei zwischen zwei Platten jeweils ein Strömungskanal mit einer Hauptströmungsrichtung angeordnet ist und wobei der Strömungskanal auf einer Seite einer Platte eine andere Hauptströmungsrichtung als der Strömungskanal auf einer anderen Seite der Platte aufweist.
Bei dieser Lösung sind die Platten zur Schaffung der oben genannten Distanz abwechselnd an ihren Rändern abgekantet und umgefaltet, wobei die Umfaltung zur Abdichtung mit Gießharz verfüllt ist.
Da Gießharz einen niedrigeren Schmelzpunkt als Metall hat, ist dieser Wärmetauscher temperaturmäßig nur begrenzt einsetzbar, ganz abgesehen davon, dass es an den Umfaltungen trotz des Gießharzes leicht zu Undichtigkeiten kommen kann.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu verbessern, und zwar insbesondere hinsichtlich seiner Einsatzfähigkeit auch bei höheren Temperaturen.
Diese Aufgabe ist mit einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass zwischen Rändern der Platten metallische Distanzelemente angeordnet und diese mit den Platten geschweißt, insbesondere lasergeschweißt, verbunden ausgebildet sind.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß auf eine Umfaltung und Gießharz verzichtet. Stattdessen werden zwischen den Platten metallische Distanzelemente angeordnet und diese dann mit den Platten verschweißt. Sowohl die Distanzelemente als auch die entsprechenden Laser-Schweißnähte sind hochtemperaturbeständig (vorzugsweise mindestens bis 850°C) und fluiddicht.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die Lösung gemäß der DE 31 37 296 A1 verweisen, bei der aber jeweils mehrere, typischerweise im Strangpressverfahren hergestellte Hohlkammerplatten ”Rücken an Rücken” miteinander verbunden sind.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 in perspektivischer Ansicht den erfindungsgemäßen Wärmetauscher;
2 in Seitenansicht einen weiteren erfindungsgemäßen Wärmetauscher; und
3 in perspektivischer Ansicht einen dritten erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit Rahmen.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Wärmetauscher bestehen alle aus einer Vielzahl von ebenen, parallel und mit Distanz zueinander angeordneten, metallischen Platten 1, wobei zwischen zwei Platten 1 jeweils ein im Querschnitt rechteckiger Strömungskanal 2 mit einer Hauptströmungsrichtung angeordnet ist und wobei der Strömungskanal 2 auf einer Seite einer Platte 1 eine andere Hauptströmungsrichtung als der Strömungskanal 2 auf einer anderen Seite der Platte 1 aufweist.
Wesentlich für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist nun, dass zwischen Rändern der Platten 1 metallische Distanzelemente 3 angeordnet und diese mit den Platten 1 geschweißt, insbesondere lasergeschweißt, verbunden ausgebildet sind. Wie eingangs erläutert, ergibt sich auf diese Weise in kompakter, hochtemperaturbeständiger Wärmetauscher, der zudem leicht herstellbar ist und einen niedrigen Druckverlust aufweist. Durch die Stapelbauweise ist der Wärmetauscher außerdem sehr stabil, weist aber trotzdem mit Blick auf seine Wärmeübertragungsleistung ein geringes Gewicht auf. Als Werkstoff für den Wärmetauscher (Platten 1, Distanzelemente 3) wird bevorzugt ein austenitischer Stahl verwendet (beispielsweise ein Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4571, 1.4404 oder 1.4828).
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, sind die Distanzelemente 3 bevorzugt stabförmig ausgebildet und weisen einen rechteckig Querschnitt auf. Weiterhin ist jeweils ein Distanzelement 3 mit einer ersten Schweißnaht mit einer Platte 1 und mit einer zweiten, parallel zur ersten verlaufenden Schweißnaht mit einer anderen Platte 1 verbunden ausgebildet, wobei die Schweißnähte in den Figuren lediglich durch eine schwarze Linie dargestellt sind, die gleichzeitig auch den Übergang von einem zum anderen Bauelement (Platte 1, Distanzelement 3 etc.) andeuten.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Platten 1 rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet sind. Dabei sind ferner zwei Platten 1 vorzugsweise in einem Abstand von 1 bis 3 mm zueinander angeordnet, wobei die Platten 1 typischer Weise eine Seitenlänge von 10 bis 2000 mm aufweisen. In dieser Baugröße wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher insbesondere als Abluft- bzw. Abgasplattenwärmetauscher eingesetzt bzw. verwendet. Bei den dargestellten Wärmetauschern sind darüber hinaus zwei zueinander benachbarte Strömungskanäle 2 im rechten Winkel zueinander verlaufend angeordnet (Stichwort: Kreuzstrom).
Um bei großer Bauform die Stabilität weiter zu erhöhen, ist – wie 2 zeigt – zwischen zwei randseitig angeordneten Distanzelementen 3 mindestens ein zusätzliches Distanzelement 3 zwischen zwei Platten 1 angeordnet. Auch dieses typischerweise mittig angeordnete Distanzelement 3 wird mindestens randseitig mit den benachbarten Platten 1 verschweißt.
Wie aus den Figuren ersichtlich, bilden eine Vielzahl von Platten 1 und Distanzelementen 3 einen quaderförmigen Korpus mit insgesamt sechs Seiten. Dieser weist an vier seiner Seiten Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle 2 auf.
In 3 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gezeigt, bei der der quaderförmige Korpus mindestens an den Seiten mit den Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle 2 an seinen Kanten 4 mit Rahmenelementen 5 versehen ist. Diese Rahmenelemente 5, die vorzugsweise, wie dargestellt, einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt aufweisen, sind in Form eines Quaders zueinander angeordnet, wobei im Quader der quaderförmige Korpus des Wärmetauschers angeordnet ist. Weiterhin ist der quaderförmige Korpus besonders bevorzugt an den Rahmenelementen 5 angeschweißt ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich, dass die Rahmenelemente 5 pro Seite des quaderförmigen Korpus für mehrere Ein- oder Austrittsöffnungen der Strömungskanäle 2 eine zusammengefasste, insbesondere fluiddichte Ein- oder Austrittsöffnung 6 zum Wärmetauscher bilden. Diese (pro Querschnitt) ebene Rahmung ist formfest, gasdicht, beständig für höhrere Temperaturen und vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Wärmetauscher ausgebildet.
Für den Fall, dass die durch den Wärmetauscher hindurchtretenden Strömungen auch chemisch beeinflusst werden sollen, können die Platten 1 auch mit einer Beschichtung, insbesondere katalytischen Beschichtung, versehen sein.
Zur Herstellung des Wärmetauscher wird zunächst eine erste Platte 1 mit ersten Distanzelementen 3 verschweißt. Dann wird eine nächste Platte 1 mit den bereits fixierten Distanzelementen 3 verschweißt. Die nächsten Distanzelemente 3 werden um 90° verdreht auf die oben liegende Platte 1 aufgelegt und mit dieser verschweißt. Dann folgt eine weitere Platte 1 und so weiter, bis der Wärmetauscher die gewünschte Höhe erreicht hat. Dieser quaderförmige Korpus wird dann in das quaderförmige Gestell aus Rahmenelementen 5 eingesetzt. Die Kanten 4 des quaderförmigen Korpus werden schließlich mit den Rahmenelementen 5 verschweißt, so dass sich die in 3 dargestellte Baugruppe ergibt.
In Form einer solchen Baugruppe ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher besonders gut einsetzbar, da die Rahmenelemente 5 eine klare Anbindungsebene definieren. Der in 3 dargestellte Wärmetauscher wird dabei beispielsweise von links vorne nach rechts hinten von einem ersten Medium und im Kreuzstrom dazu von einem zweiten Medium von rechts vorne nach links hinten durchströmt, wobei die (in 3 nicht genauer dargestellten) Distanzelemente 3 jeweils die entsprechenden Strömungskanäle 2 begrenzen.
Bezugszeichenliste

1: Platte
2: Strömungskanal
3: Distanzelemente
4: Kante
5: Rahmenelement
6: Ein- oder Austrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AT 369895 B [0002]
DE 3137296 A1 [0010]

Claims

Wärmetauscher, umfassend eine Vielzahl von ebenen, parallel und mit Distanz zueinander angeordneten, metallischen Platten (1), wobei zwischen zwei Platten (1) jeweils ein Strömungskanal (2) mit einer Hauptströmungsrichtung angeordnet ist und wobei der Strömungskanal (2) auf einer Seite einer Platte (1) eine andere Hauptströmungsrichtung als der Strömungskanal (2) auf einer anderen Seite der Platte (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rändern der Platten (1) metallische Distanzelemente (3) angeordnet und diese mit den Platten (1) geschweißt verbunden ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente (3) stabförmig ausgebildet sind und einen rechteckig Querschnitt aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Distanzelement (3) mit einer ersten Schweißnaht mit einer Platte (1) und mit einer zweiten, parallel zur ersten verlaufenden Schweißnaht mit einer anderen Platte (1) verbunden ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei randseitig angeordneten Distanzelementen (3) mindestens ein zusätzliches Distanzelement (3) zwischen zwei Platten (1) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Platten (1) und Distanzelementen (3) einen quaderförmigen Korpus bilden.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der quaderförmige Korpus an vier seiner Seiten Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle (2) aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der quaderförmige Korpus mindestens an den Seiten mit den Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle (2) an seinen Kanten (4) mit Rahmenelementen (5) versehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (5) in Form eines Quaders zueinander angeordnet sind, wobei im Quader der quaderförmige Korpus des Wärmetauschers angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (5) pro Seite des quaderförmigen Korpus für mehrere Ein- oder Austrittsöffnungen der Strömungskanäle (2) eine zusammengefasste Ein- oder Austrittsöffnung (6) zum Wärmetauscher bilden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der quaderförmige Korpus an den Rahmenelementen (5) angeschweißt ausgebildet ist.