DE29622191U1 - Plate heat exchangers, especially oil coolers - Google Patents
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Description
KTM-Kühler GmbH
Matti gh ofen (AT)KTM-Cooler GmbH
Matti gh ofen (AT)
Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler, bestehend aus mehreren, mit einem umlaufenden Randsteg je eine Strömungswanne bildenden Wärmetauscherplatten, die ineinandergesteckt sind und tiefgezogene, sich an der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte flächig abstützende Ansätze im Bereich von fluchtenden, die Strömungswannen abwechselnd miteinander verbindenden Durchtrittsöffnungen für die wärmeaustauschenden Medien aufweisen, und aus in die Strömungswannen eingelegten Turbulenzblechen, die mit in gegeneinander versetzten Reihen angeordneten, zwischen parallelen Schlitzen gebildeten und aus der Blechebene wellenartig ausgebogenen Laschen beidseitig an den ineinandergesteckten Wärmetauscherplatten anliegen.The invention relates to a plate heat exchanger, in particular an oil cooler, consisting of several heat exchanger plates, each forming a flow trough with a peripheral edge web, which are inserted into one another and have deep-drawn projections, which are supported flatly on the adjacent heat exchanger plate in the area of aligned passage openings for the heat-exchanging media, which alternately connect the flow troughs, and of turbulence plates inserted into the flow troughs, which rest on both sides of the nested heat exchanger plates with tabs arranged in offset rows, formed between parallel slots and bent out in a wave-like manner from the plane of the plate.
Bekannte Plattenwärmetauscher dieser Art (US 4 708 199 A) haben den Vorteil eines einfachen Aufbaus, weil sich zwischen den ineinandergesteckten und fiüssigkeitsdicht miteinander verbundenen Wärmetauscherplatten abwechselnd Strömungskanäle für die beiden wärmeaustauschenden Medien, beispielsweise Öl und Wasser, ergeben. Diese beiden Medien werden aus der einen durch je eine Wärmetauscherplatte gebildeten Strömungswanne durch die unmittelbar anschließende hindurch in die jeweils übernächste Strömungswanne geleitet, und zwar über tiefgezogene Ansätze der Wärmetauscherplatten. Diese Ansätze weisen eine dem lichten Abstand benach-Known plate heat exchangers of this type (US 4 708 199 A) have the advantage of a simple structure, because alternating flow channels for the two heat-exchanging media, for example oil and water, are created between the heat exchanger plates, which are inserted into one another and connected to one another in a liquid-tight manner. These two media are led from one flow trough formed by one heat exchanger plate each, through the immediately adjacent one into the next but one flow trough, via deep-drawn attachments on the heat exchanger plates. These attachments have a clearance corresponding to the clear distance.
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barter Wärmetauscherplatten entsprechende Höhe auf und legen sich flächig an die jeweils benachbarte Wärmetauscherplatte an, so daß die im Bereich dieser Ansätze vorgesehenen Durchtrittsöffnungen mit den Durchtrittsöffnungen in den jeweils benachbarten Wärmetauscherplatten fluchten. Durch die tiefgezogenen Ansätze kann somit ein Medium aus einer Strömungswanne durch den tiefgezogenen Ansatz der anschließenden Strömungswanne für das andere Medium in die übernächste Strömungswanne fließen. Wegen der den gegenseitigen Piattenabstand entsprechenden Ansatzhöhe können solche Wärmetauscherplatten jedoch nur aus einem Werkstoff mit ausreichenden Tiefzieheigenschaften hergestellt werden. Aus diesem Grunde ist der Einsatz von höherfestem Aluminium, sogenannten "Longiife Alloys", für die Hersteilung der Wärmetauscherplatten nicht geeignet, obwohl ein solcher Aluminiumwerkstoff gerade im Fahrzeugbau wegen der höheren Korrosionsbeständigkeit erwünscht ist.The deep-drawn extensions allow a medium from one flow pan to flow through the deep-drawn extension of the adjacent flow pan for the other medium into the next but one flow pan. However, because the extension height corresponds to the mutual plate spacing, such heat exchanger plates can only be made from a material with sufficient deep-drawing properties. For this reason, the use of high-strength aluminum, so-called "long-life alloys," is not suitable for the manufacture of the heat exchanger plates, although such aluminum material is desirable in vehicle construction due to its higher corrosion resistance.
Die in die einzelnen Strömungswannen eingelegten Turbulenzbleche sollen für eine entsprechende Strömungsaufteilung innerhalb der Strömungswannen sorgen. Die durch parallele Schlitze gebildeten und aus der Blechebene wellenartig ausgebogenen Laschen dieser Turbulenzbleche bilden Strömungsdurchtritte quer zu den Laschenreihen, so daß ein in Richtung der Laschenreihen angeströmtes Turbulenzblech eine entsprechende Querverteiiung des Strömungsmediums mit sich bringt, allerdings mit einer erheblichen Vergrößerung des Strömungswiderstandes in Hauptströmungsrichtung zwischen den Durchtrittsöffnungen für den Zu- und Ablauf der wärmetauschenden Medien.The turbulence plates inserted into the individual flow troughs are intended to ensure an appropriate flow distribution within the flow troughs. The tabs of these turbulence plates, which are formed by parallel slots and are bent out of the plate plane in a wave-like manner, form flow passages transverse to the rows of tabs, so that a turbulence plate flowing in the direction of the rows of tabs brings with it an appropriate transverse distribution of the flow medium, but with a considerable increase in the flow resistance in the main flow direction between the passage openings for the inlet and outlet of the heat-exchanging media.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so auszubilden, daß auch Aluminiumwerkstoffe mit entsprechend eingeschränkten Tiefzieheigenschaften (Longlife Alloys) eingesetzt werden können, ohne die Vorteile des bekannten Plattenwärmetauschers zu beeinträchtigen.The invention is therefore based on the object of designing a plate heat exchanger of the type described above with simple structural means in such a way that aluminum materials with correspondingly limited deep-drawing properties (long-life alloys) can also be used without impairing the advantages of the known plate heat exchanger.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Durchtrittsöffnungen für die wärmetauschenden Medien jeweils im Bereich eines tiefgezogenen Ansatzes vorge-The invention solves the problem by providing the passage openings for the heat-exchanging media in the area of a deep-drawn projection.
sehen sind, daß die Höhe dieser Ansätze der halben Höhe der Turbulenzbleche entspricht und daß die Ansätze fluchtender Durchtrittsöffnungen abwechselnd nach entgegengesetzten Plattenseiten vorragen, die Ansätze für die den beiden wärmetauschenden Medien zugeordneten Durchtrittsöffnungen jedoch auf entgegengesetzten Plattenseiten liegen.It can be seen that the height of these projections corresponds to half the height of the turbulence plates and that the projections of aligned passage openings protrude alternately to opposite sides of the plate, but the projections for the passage openings assigned to the two heat-exchanging media are located on opposite sides of the plate.
Durch die Aufteilung der die Strömungswannen durchsetzenden Verbindungsstutzen zwischen den der durchsetzten Strömungswanne benachbarten Strömungswannen in zwei den benachbarten Wärmetauscherplatten zugeordnete Teile können die diesen Teilen entsprechenden Plattenansätze der halben Höhe der Turbulenzbleche bzw. dem halben gegenseitigen Plattenabstand entsprechen, was erheblich geringere Anforderungen an die Tiefzieheägenschaften des Plattenwerkstoffes mit sich bringt. Es können daher auch höherfeste Aluminiumlegierungen (Longiife Alloys) zur Herstellung solcher Wärmetauscher vorteilhaft eingesetzt werden. Es muß allerdings jede Durchtrittsöffnung im Bereich eines solchen tiefgezogenen Ansatzes liegen, wobei die Ansätze fluchtender Durchtrittsöffnungen abwechselnd nach entgegengesetzten Seiten vorragen, so daß die gegeneinander vorragenden Ansätze zweier Wärmetauscherplatten einen gegenüber dem Strömungsraum zwischen diesen Wärmetauscherplatten abgedichteten Strömungsdurchtritt bilden. Für das jeweils andere Strömungsmedium ist der Zu- und Abflauf zu diesem Strömungsraum offenzuhalten. Dies wird dadurch sichergestellt, daß die Ansätze für die den beiden Wärmetauscher in den Medien zugeordneten Durchtrittsöffnungen auf entgegengesetzten Plattenseiten liegen.By dividing the connecting pieces passing through the flow troughs between the flow troughs adjacent to the flow trough into two parts assigned to the adjacent heat exchanger plates, the plate attachments corresponding to these parts can correspond to half the height of the turbulence plates or half the mutual plate spacing, which entails considerably lower requirements for the deep-drawing properties of the plate material. High-strength aluminum alloys (long-life alloys) can therefore also be used to advantage to manufacture such heat exchangers. However, each passage opening must be located in the area of such a deep-drawn attachment, with the attachments of aligned passage openings protruding alternately in opposite directions, so that the attachments of two heat exchanger plates protruding against each other form a flow passage that is sealed off from the flow space between these heat exchanger plates. The inlet and outlet to this flow space must be kept open for the other flow medium. This is ensured by the fact that the approaches for the passage openings assigned to the two heat exchangers in the media are located on opposite sides of the plate.
Um den Strömungswiderstand bezüglich der Hauptströmungsrichtung zwischen dem Zu- und Abflauf einer Strömungswanne an die jeweiligen Anforderungen anpassen zu können, können in weiterer Ausbildung der Erfindung die Laschenreihen der Turbulenzbleche in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Strömungswiderstand für die wärmetauschenden Medien in bezug auf die Hauptströmungsrichtung zwischen den Durchtrittsöffnungen für den Zu- und Ablauf gegenüber der Hauptströmungsrichtung geneigt verlaufen. Wie bereits eingangs ausgeführt wurde, weisen die Turbulenzbleche in Richtung der Laschenreihen den größten und quer dazu den geringstenIn order to be able to adapt the flow resistance with respect to the main flow direction between the inlet and outlet of a flow trough to the respective requirements, in a further development of the invention the rows of tabs of the turbulence plates can run at an angle to the main flow direction depending on a predetermined flow resistance for the heat-exchanging media with respect to the main flow direction between the passage openings for the inlet and outlet. As already stated at the beginning, the turbulence plates have the greatest resistance in the direction of the rows of tabs and the smallest resistance transversely to them.
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Strömungswiderstand auf. Durch eine entsprechende Neigung der Laschenreihen gegenüber der Hauptströmungsrichtung läßt sich somit der Anteil der Strömungskomponenten in Richtung der Laschenreihen und quer dazu einstellen, so daß die für den Einzelfail jeweils günstigsten Strömungsbedingungen sichergestellt werden können. Die in die Strömungswannen einzulegenden Turbulenzbleche brauchen zu diesem Zweck lediglich unter dem vorgegebenen Winkel aus den entsprechenden Turbulenzblechstreifen ausgestanzt zu werden.Flow resistance. By appropriately inclining the rows of tabs relative to the main flow direction, the proportion of flow components in the direction of the rows of tabs and across them can be adjusted so that the most favorable flow conditions can be ensured for each individual case. The turbulence plates to be inserted into the flow troughs only need to be punched out of the corresponding turbulence plate strips at the specified angle.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher in einer Draufsicht auf eine
Strömungswanne mit eingelegtem Turbulenzbiech, dessen LaschenreihenThe drawing shows the subject matter of the invention as an example.
Fig. 1 shows a plate heat exchanger according to the invention in a plan view of a flow tray with inserted turbulence sheet, the rows of tabs
unter einem Winke! von 45° verlaufen,
Fig. 2 diesen Plattenwärmetauscher in einem Schnitt nach der Linie H-Il der Fig. 1 inat an angle of 45°,
Fig. 2 this plate heat exchanger in a section along the line H-Il of Fig. 1 in
einem größeren Maßstab,
Fig. 3 ein Turbulenzblech ausschnittsweise schaubiidlich in einem größeren Maßstaba larger scale,
Fig. 3 a turbulence plate section diagram on a larger scale
und
Fig. 4 das Turbulenzblech nach der Fig. 3 ausschnittsweise in einer stirnseitigen
Ansicht in Richtung der Laschenreihen.and
Fig. 4 shows the turbulence plate according to Fig. 3 in a partial frontal view in the direction of the tab rows.
Wie den Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, wird der Plattenwärmetauscher aus einzelnen, ineinandergesteckten Strömungswannen 1 aufgebaut, die jeweils aus einer Wärmetauscherplatte 2 mit einem hochgezogenen, umlaufenden Rand 3 gebildet werden, der mit einer Erweiterung 4 den Rand 3 der jeweils benachbarten Wärmetauscherplatte übergreift. Diese Wärmetauscherplatten 2 weisen einander paarweise zugeordnete Durchtrittsöffnungen 5 und 6 für die wärmetauschenden Medien, beispielsweise Öl und Wasser, auf. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Durchtrittsöffnungen 5 und 6 im Bereich von tiefgezogenen Ansätzen 7 liegen, deren Höhe dem halben Abstand zwischen den benachbarten Wärmetauscherplatten 2 entspricht. Da die Durchtrittsöffnungen 5 und 6 kleiner als der Boden dieser Ansätze 7 sind, ergibt sich zwischen den Böden der gegeneinander vorragenden Ansätze 7 benachbarter Wärmetauscherplatten 2 eine die dichte Verbindung der Ansätze 7 unterstützende flächige Anlage um den jeweiligen Öffnungsrand. Wie der Fig. 2As can be seen from Fig. 1 and 2, the plate heat exchanger is constructed from individual, nested flow trays 1, each of which is formed from a heat exchanger plate 2 with a raised, circumferential edge 3, which overlaps the edge 3 of the adjacent heat exchanger plate with an extension 4. These heat exchanger plates 2 have passage openings 5 and 6 assigned to one another in pairs for the heat-exchanging media, for example oil and water. The arrangement is such that the passage openings 5 and 6 are located in the area of deep-drawn projections 7, the height of which corresponds to half the distance between the adjacent heat exchanger plates 2. Since the through-openings 5 and 6 are smaller than the bottom of these projections 7, a flat system is formed between the bottoms of the projections 7 projecting against each other of adjacent heat exchanger plates 2 around the respective opening edge, supporting the tight connection of the projections 7. As shown in Fig. 2
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entnommen werden kann, sind die Ansätze 7 im Bereich fluchtender Durchtrittsöffnungen 5 und 6 abwechselnd auf entgegengesetzten Plattenseiten vorgesehen, so daß sich über die Ansätze 7 jeweiis ein flüssigkeitsdichter Durchtritt durch jede zweite Strömungswanne 1 ergibt. Zusätzlich müssen die Ansätze 7 für den Durchtritt des einen Mediums gegenüber den Ansätzen 7 für den Durchtritt des anderen Mediums auf gegenüberliegenden Plattenseiten liegen.can be removed, the projections 7 are provided in the area of aligned passage openings 5 and 6 alternately on opposite sides of the plate, so that a liquid-tight passage through every second flow trough 1 is created via the projections 7. In addition, the projections 7 for the passage of one medium must be located on opposite sides of the plate compared to the projections 7 for the passage of the other medium.
Wird beispielsweise das zu kühlende Öl durch die Durchtrittsöffnungen 5 und das die Ölwanne aufnehmende Wasser durch die Durchtrittsöffnungen 6 geleitet, wobei das Öl jeweils vom Zulauf 8 zum Ablauf 9 und das Wasser im Gegenstrom vom Zulauf 10 zum Abiauf 11 die Strömungswannen 1 durchströmen, so ergibt sich für das Öl eine durch die Pfeile 12 und für das Wasser eine durch die Pfeile 13 in Fig. 2 angedeutete Strömung, die hinsichtlich ihrer Verteilung über die Wärmetauscherflächen von der Anordnung der Turbuienzbleche 14 abhängt, die in die Strömungswannen 1 eingelegt sind, beidseitig an den benachbarten Wärmetauscherplatten 2 anliegen und deshalb eine Höhe entsprechend der doppelten Höhe der Ansätze 7 aufweisen müssen. Diese Turbulenzbleche 14 zeigen in Reihen angeordnete Laschen 15, die reihenweise gegeneinander versetzt sind, zwischen parallelen Schlitzen 16 gebildet werden und wellenartig aus der Blechebene ausgebogen sind, wie dies insbesondere die Fig. 3 zeigt. Werden diese Turbulenzbleche 14 in Richtung 17 der Längsreihen angeströmt, so ergibt sich der größte Strömungswiderstand, weil ja in dieser Anströmrichtung die Laschen 15 keinen Durchtritt freigeben, wie dies die Fig. 4 zeigt. In Querrichtung 18 ist somit der geringste Strömungswiderstand gegeben. Durch eine entsprechende Neigung der Laschenreihen gegenüber der sich zwischen dem Zu- und Ablauf 8, 9 bzw. 10, 11 ergebenden Hauptströmungsrichtung für das Öl bzw. das Kühlwasser kann somit der jeweiis günstigste Strömungswiderstand in bezug auf die Hauptströmungsrichtung eingestellt und ein optimales Verhältnis der Kühlleistung zum Strömungswiderstand erreicht werden.If, for example, the oil to be cooled is passed through the passage openings 5 and the water that the oil pan receives is passed through the passage openings 6, with the oil flowing from the inlet 8 to the outlet 9 and the water flowing in countercurrent from the inlet 10 to the outlet 11 through the flow pans 1, the result is a flow for the oil indicated by the arrows 12 and for the water indicated by the arrows 13 in Fig. 2, which, with regard to its distribution over the heat exchanger surfaces, depends on the arrangement of the turbulence plates 14 that are inserted into the flow pans 1, rest on both sides against the adjacent heat exchanger plates 2 and therefore must have a height corresponding to twice the height of the projections 7. These turbulence plates 14 have tabs 15 arranged in rows, which are offset from one another in rows, are formed between parallel slots 16 and are bent out of the plane of the plate in a wave-like manner, as shown in particular in Fig. 3. If these turbulence plates 14 are flown against in the direction 17 of the longitudinal rows, the greatest flow resistance occurs because in this flow direction the tabs 15 do not allow any passage, as shown in Fig. 4. The lowest flow resistance is therefore present in the transverse direction 18. By appropriately inclining the rows of tabs relative to the main flow direction for the oil or cooling water between the inlet and outlet 8, 9 or 10, 11, the most favorable flow resistance in relation to the main flow direction can be set and an optimal ratio of cooling performance to flow resistance can be achieved.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19970327 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20000310 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20030120 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20050201 |
|
| R071 | Expiry of right |