DE3209240C2

DE3209240C2 - Cross-flow plate heat exchanger

Info

Publication number: DE3209240C2
Application number: DE3209240A
Authority: DE
Inventors: Dieter Steinegg-Appenzell Steeb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-13
Filing date: 1982-03-13
Publication date: 1985-09-26
Also published as: DE3209240A1; GB2116687A; FR2523288A1; GB8305831D0; IT8312448A0; IT1172640B; GB2116687B

Abstract

Der Wärmetauscher weist ein Paket aus Flachrohren auf. Jedes Flachrohr besteht aus einem Paar Blechplatten und mündet an einem Ende in einen Umlenkraum, welcher durch Vorsprünge der zum Flachrohr gehörenden Platten gebildet ist, die über die Enden des Flachrohrpakets vorstehen.The heat exchanger has a package of flat tubes. Each flat tube consists of a pair of sheet metal plates and opens at one end into a deflection space which is formed by projections of the plates belonging to the flat tube, which protrude beyond the ends of the flat tube package.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a cross-flow plate heat exchanger according to the generic term of the claim 1.

Wärmetauscher dieser Art sind bekannt und werden unter anderem als Kühler, z. B. als Ölkühler bei Motoren, bei Schraubenkompressoren od. dgl., in der Weise benutzt, daß der Anschlußkasten an den Motor- oder Kompressorblock angeflanscht wird, so daß das Paket der Plattenpaare sich freitragend von der Flanschstelle weg erstreckt.Heat exchangers of this type are known and are used, among other things, as a cooler, e.g. B. as an oil cooler in engines, in screw compressors od. Like., Used in such a way that the connection box to the motor or Compressor block is flanged so that the package of plate pairs is self-supporting from the flange point extends away.

Bei den bekannten Wärmetauschern dieser Art sind die parallelen Durchflußräume der Plattenpaare durch einen Sammelkasten verbunden, der ähnlich ausgebildet ist wie der Anschlußkasten am anderen Ende der Plattenpaare. Da der Sammelkasten hohen Drücken des zu kühlenden Mediums standhalten muß, ist er verhältnismäßig schwer und benötigt viel kostspieliges Material. Der Abstand dieses Umlenksammelkastens von der Flanschstelle bewirkt in Verbindung mit der Masse des Sammelkastens bei Vibrationen des Motor- oder Kompressorblockes eine sehr große Belastung der Verbindung zwischen den Plattenpaaren und dem Anschlußkasten. Dies hat zur Folge, daß die bekannten Wärmetauscher dieser Art eine wesentlich geringere Standzeit haben als z. B. der Motor oder der Schraubenkompressor. Auch ist das Anschweißen des Umlenksammelkastens an die freien Enden der Plattenpaare mit einem verhältnismäßig großen Arbeitsaufwand verbunden, wobei durch zusätzliche Abstandleisten zwischen den Plattenpaaren dafür gesorgt werden muß, daß der Innenraum des Sammelkastens nach außen abgeschlossen ist was zu einer weiteren Erhöhung der schwingenden Masse führtIn the known heat exchangers of this type, the parallel flow spaces of the plate pairs are through connected to a collecting box which is designed similarly to the connection box at the other end of the plate pairs. Since the collecting box has to withstand high pressures of the medium to be cooled, it is proportionate heavy and requires a lot of expensive material. The distance of this deflection collecting box from the Flange caused in connection with the mass of the collecting tank when the engine or compressor block vibrates a very large load on the connection between the pairs of plates and the junction box. As a result, the known heat exchangers of this type have a significantly shorter service life have as z. B. the engine or the screw compressor. The welding of the deflection collecting box to the free ends of the plate pairs is also possible with one relatively large amount of work connected, with additional spacer bars between the Pairs of plates must be ensured that the interior of the collecting tank is closed to the outside is causing a further increase in vibrating Mass leads

Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt besteht mithin darin, einen Wärmetauscher zu schaffen, der eine wesentlich höhere Standzeit hat und für seinen Aufbau einen wesentlich geringeren Material- und Arbeitsaufwand benötigtThe object on which the invention is based is therefore to create a heat exchanger, which has a much longer service life and requires much less material and work for its construction needed

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöstThis object is achieved by the features mentioned in claim 1

Dadurch, daß bei dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher jedes Plattenpaar einen eigenen Umlenkraum bildet der von den Enden der Platten gebildet ist die über die einander parallelen Durchflußräume vorspringen, wird zum Umlenken des zu kühlenden Mediums aus dem einen in den anderen der beiden einander parallelen Durchflußräume ein Mimimum an Material benötigt insbesondere da hierbei der Raum zwischen den durch die Plattenvorsprünge gebildeten Umlenkräumen freibleiben kann und dadurch das Wandungsmaterial wegfällt, das sonst bei Sammelkästen diese Zwischenräume umgibt.The fact that in the cross-flow plate heat exchanger mentioned in the preamble of claim 1 each pair of plates forms its own deflection space formed by the ends of the plates above the parallel flow spaces protrude, is used to deflect the medium to be cooled one requires a minimum of material in the other of the two parallel flow spaces in particular because here the space between the deflection spaces formed by the plate projections can remain free and thus the wall material is omitted, which otherwise in collecting tanks these gaps surrounds.

Dadurch, daß diese Zwischenräume nun auch noch von der Luft durchströmt werden können, tragen sie auch zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers bei.Because air can flow through these spaces, they carry also to increase the efficiency of the heat exchanger.

Durch die GB-PS 7 14 183 ist ein Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher bekannt bei dem die Durchflußräume für das zu kühlende Medium in ähnlicher Weise aus Plattenpaaren gebildet sind. Diese Plattenpaare sind jedoch nicht unterteilt, sondern bilden jeweils nur einen Durchflußraum für das zu kühlende Medium. Die eine Hälfte der durch diese Plattenpaare gebildeten Durchflußräume ist an ihrem einen Ende mit einem Sammelraum, der eine Zuflußöffnung aufweist und die andere Hälfte der Plattenpaare mit einem Sammelraum mit einer Abflußöffnung versehen. Im übrigen hat dieser Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher die gleichen oben zum Stand der Technik genannten Nachteile.From GB-PS 7 14 183 a cross-flow plate heat exchanger is known in which the flow spaces for the medium to be cooled are formed in a similar way from pairs of plates. However, these plate pairs are not subdivided, but only form one flow space for the medium to be cooled. The one Half of the flow spaces formed by these pairs of plates is at one end with a collecting space, which has an inflow opening and the other half of the plate pairs with a collecting space with a Provide drainage opening. Otherwise, this cross-flow plate heat exchanger has the same features as above the disadvantages mentioned in relation to the prior art.

Durch die SE-PS 1 05 971 ist ein Gegenstrom-Plattenwärmetauscher zum Gewinnen von Wärme aus warmen Abwässern bekannt, bei dem in ähnlicher Weise wie bei dem Kreuzstrom-Wärmetauscher gemäß der Erfindung Plattenpaare vorgesehen sind, die für das zu kühlende Medium zwei einander parallele Durchflußräume und einen Umlenkraum bilden, der von den Enden der Platten gebildet ist. Die Zwischenräume zwischen diesen Plattenpaaren bilden jedoch ebenfalls zwei einander parallele Durchflußräume, die an ihren einen Enden durch innerhalb dieser Zwischenräume liegende Umlenkräume verbunden sind. Die Durchflußräume der Plattenpaare einerseits und die Durchflußräume der Zwischenräume zwischen den Plattenpaaren anderer-SE-PS 1 05 971 is a counterflow plate heat exchanger for obtaining heat from warm Waste water known, in which in a manner similar to that of the cross-flow heat exchanger according to the Invention pairs of plates are provided which have two parallel flow spaces for the medium to be cooled and form a turning space defined by the ends of the plates. The spaces between However, these plate pairs also form two parallel flow spaces, which at their one Ends are connected by deflection spaces located within these spaces. The flow spaces of the Plate pairs on the one hand and the flow spaces of the spaces between the plate pairs on the other.

seits sind mit eigenen Zu- und Abflußsammeikästen verbunden. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß bei diesem bekannten Gegenstrom-Plattenwärmetauscher das ganze aus den Platten und den AbstanrHialtern gebildete Paket durch Bolzen zusammengehalt en wird, um für Reinigungszwecke ein Auseinandernehmen des Wärmetauschers zu ermöglichen.on the other hand are connected to their own inflow and outflow collection boxes. Another difference is that in this known counterflow plate heat exchanger the whole package formed from the plates and the spacer brackets is held together by bolts in order to to enable the heat exchanger to be dismantled for cleaning purposes.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Kxeuzstrom-Wärmetauschers gemäß der Erfindung ist nach Anspruch 3 ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß die die lMlenkraume bildenden Enden der Platten durch die Einprägungen fest zusammengehalten werden, so daß durch einen entsprechenden Verlauf und eine entsprechende Anordnung dieser Einprägungen die Festigkeit der Umlenkräume jedem beliebigen Druck des zu kühlenden Mediums angepaßt werden kann, ohne daß hierzu mehr Material benötigt wird. Durch kreisbogenförmige Ausgestaltungen des Randes der die Umlenkräume bildenden Plattenenden werden für die Strömung des zu kühlenden Medium:. Toträume vermieden und dadurch ein optimaler Wirkungsgrad des Wärmetauschers erreichtA particularly advantageous embodiment of the Kxeuzstrom heat exchanger according to the invention is formed according to claim 3. It is thereby achieved that the ends of the plates that form the liner spaces are firmly held together by the impressions, so that by a corresponding course and a corresponding arrangement of these impressions the strength of the deflection spaces any Pressure of the medium to be cooled can be adjusted without the need for more material. By circular arc-shaped configurations of the edge of the plate ends forming the deflection spaces for the flow of the medium to be cooled :. Dead spaces avoided and thus an optimal degree of efficiency of the heat exchanger

In der nachfolgenden Beschreibung wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigtIn the following description, an exemplary embodiment of the invention is described with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispieles; F i g. 1 is a perspective view of the embodiment;

F i g. 2 einen zwischen den beiden Platten eines Plattenpaares verlaufenden Längsschnitt des Ausführungsbeispieles; F i g. 2 shows a longitudinal section of the exemplary embodiment running between the two plates of a plate pair;

Fig.3 einen Schnitt eines Umlenkraumes nach der LinieIII-IIIinFig.2.3 shows a section of a deflection space according to the Line III-III in Fig. 2.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus einem Paket von als Ganzes mit 10 bezeichneten Paaren von Blechplatten 13. Zur Bildung von Durchflußräuinen 11 für Luft sind die Plattenpaare 10 durch Luftlamellen 12 im Abstand voneinander gehalten. Die Luftlamellen 12 sind in bekannter Weise aus einem wellenförmig geformten Blech gebildet.The embodiment shown in the drawing consists of a package of 10 as a whole designated pairs of sheet metal plates 13. To form Durchflußräuinen 11 for air, the plate pairs 10 held at a distance from one another by air blades 12. The air lamellae 12 are made in a known manner a wave-shaped sheet formed.

Die Platten 13 eines jeden Plattenpaares 10 sind von zwei Leisten 14 und 16 im Abstand voneinander gehalten, von denen die eine Leiste 14 U-förmig gebogen ist. Die beiden geraden Schenkel 15 dieser U-förmigen Leiste 14 bilden seitliche, gerade Wände des Zwischenraumes eines jeden Plattenpaares 10. Die zweite Leiste 16 unterteilt diesen Zwischenraum in zwei parallele Durchflußräume. Die Leiste 16 ist gerade und hat die gleiche Länge wie die geraden Schenkel 15 der U-förmig gebogenen Leiste 14 und ist genau in der Mitte zwischen diesen geraden Schenkeln angeordnet.The plates 13 of each pair of plates 10 are held at a distance from one another by two strips 14 and 16, of which one bar 14 is bent into a U-shape. The two straight legs 15 of this U-shaped bar 14 form lateral, straight walls of the space between each pair of plates 10. The second strip 16 divides this space into two parallel flow spaces. The bar 16 is straight and has the same Length as the straight legs 15 of the U-shaped curved bar 14 and is exactly in the middle between arranged these straight legs.

Die in Fig.2 oberen Enden der beiden Platten 13 eines jeden Plattenpaares bilden halbkreisförmige Vorsprünge 17. Der Steg 18 der U-förmig gebogenen Leiste 14 bildet einen Kreisbogen, der sich mit dem kreisförmigen Rand des Vorsprunges 17 abdeckt. In jeden Plattenvorsprung 17 sind äquidistant zum kreisbogenförmigen Vorsprungsrand und damit äquidistant zum Steg 18 Rippen 19 mit bogenförmigem Querschnitt eingeprägt, die halb so hoch aus der Platte herausragen wie der durch die Abstandshalterleisten 14 und 16 gebildete Abstand so der Platten 13 eines Plattenpaares voneinander, so daß, . wenn zwei Platten 13 unter Zwischenfügung der Leisten 14 und 16 zur Bildung eines Plattenpaares aneinandergelegt werden, sich die Scheitel der Rippen der beiden Platten berühren.The upper ends of the two plates 13 in FIG of each pair of plates form semicircular projections 17. The web 18 of the U-shaped curved bar 14 forms an arc of a circle which is covered by the circular edge of the projection 17. In every protrusion of the plate 17 are equidistant from the circular arc-shaped projection edge and thus equidistant from the web 18 ribs 19 embossed with an arched cross-section, which protrude half as high from the plate as the one through the spacer strips 14 and 16 formed spacing of the plates 13 of a pair of plates from one another, so that, . when two panels 13 are placed against one another with the interposition of strips 14 and 16 to form a pair of panels the vertices of the ribs of the two plates touch each other.

Zur Erhöhung der Festigkeit der Plattenpaare und gleichzeitig zur Verbesserung des Wirkungsgrades sind in den einander Darallelen Durchflußräumen Turbulatoren 21 angeordnet die in bekannte;- Weise aus einem Blechmaterial hergestellt sind.To increase the strength of the plate pairs and at the same time to improve the efficiency Turbulators in the parallel flow spaces 21 which are made in known manner from a sheet metal material.

Wie das insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich ist weist das Plattenpaket zwei rechteckige Auöenwandpiatten 22 auf, zwischen denen der aus den Plattenpaaren 10 gebildete Stapel liegt wobei zwischen der Innenseite jeder Außenwandplatte 22 und der ihr nächstliegenden Blechplatte 13 Luftlamellen 12 zur Bildung je eines Durchflußraumes 11 für Luft angeordnet sind. Jeder Durchflußraum 11 ist in Höhe des in F i g. 1 unten dargestellten, dem Plattenvorsprung abgekehrten Endes der Blechplatten 13 durch je eine Abstandleiste 23 begrenzt Durch Verwendung von lotplattierten Blechplatten 13 kann dieses Plattenpaket sehr einfach dadurch zusammengebaut werden, daß auf eine Außenwandplatte 22 zunächst eine Luftlamelle 12 und eine Leiste 23 aufgelegt werden. Auf dieser Grundlage wird dann ein Plattenpaar 10 aufgebaut indem zunächst eine Platte 13 mit nach oben ragenden Rippen 19 aufgelegt wird, auf die dann die Leisten 14 und 16 und die Turbulatoren 21 aufgelegt werden. Hierauf wird dann die zweite Platte 13 mit nach unten ragenden Rippen 19 aufgelegt, so daß sich die Rippen 19 der beiden Platten berühren. Auf dieses Plattenpaar wird dann wieder eine Luftlamelle 12 und eine Leiste 23 aufgelegt und der Aufbau wird so lange fortgesetzt, bis die erwünschte Anzahl von Plattenpaaren vorhanden ist. Auf die Luftlamelle 12 und die Leiste 23, die auf das letzte Plattenpaar 10 aufgelegt wurden, wird dann die zweite Seitenwandplatte 22 aufgelegt. Dieses so gebildete Paket wird dann durch Einbringen in ein Lötbad oder einen Lötofen zusammengelötet As in particular from FIG. 1 the plate pack has two rectangular outer wall plates 22, between which the stack formed from the pairs of plates 10 lies between the inside each outer wall plate 22 and the sheet metal plate closest to it 13 air lamellae 12 to form one each Flow space 11 are arranged for air. Each flow space 11 is at the level of the figure shown in FIG. 1 shown below, The end of the sheet metal plates 13 facing away from the plate projection is limited by a spacer strip 23 each By using solder-plated sheet metal plates 13, this plate pack can be assembled very easily that an air lamella 12 and a bar 23 are initially placed on an outer wall plate 22 will. On this basis, a pair of plates 10 is then built up by first including a plate 13 upwardly projecting ribs 19 is placed on which the strips 14 and 16 and the turbulators 21 be put on. Then the second plate 13 is placed with downwardly projecting ribs 19 so that the ribs 19 of the two plates touch. An air lamella 12 is then again placed on this pair of plates and a strip 23 is placed and the construction is continued until the desired number of pairs of plates is available. On the air lamella 12 and the bar 23, which is placed on the last pair of plates 10 were, the second side wall plate 22 is then placed. This package thus formed is then introduced by introducing soldered together in a solder bath or a soldering furnace

An das so gebildete Plattenpaket wird dann ein Anschlußkasten 24 in bekannter Weise angeschweißt. Dieser Anschlußkasten 24 weist zwei durch eine Wand 25 voneinander.getrennte Sammelräume 26 und 27 auf, die mit Zu- und Abflußöffnungen 28 bzw. 29 in einem Anschlußstutzen 31 verbunden sind. Durch die Wand 25 wird erreicht, daß die beiden einander parallelen Durchflußräume voneinander getrennt in die Sammelräume 26 bzw. 27 münden. Durch die Leisten 23 werden diese Sammelräume 26 und 27 nach außen hin abgeschlossen, so daß sie nur noch mit den einander parallelen Durchflußräumen und den Zu- und Abflußöffnungen 28 bzw. 29 verbunden sind.A connection box 24 is then welded in a known manner to the plate pack thus formed. This Junction box 24 has two collecting spaces 26 and 27 separated from one another by a wall 25, which are connected to inflow and outflow openings 28 and 29 in a connection piece 31. Through the wall 25 it is achieved that the two parallel flow spaces separated from each other in the collecting spaces 26 and 27 open. These collecting spaces 26 and 27 are closed to the outside by the strips 23, so that they only with the parallel flow spaces and the inflow and outflow openings 28 and 29 are connected.

Im Betrieb strömt das zu kühlende Medium, z. B. öl, durch die Zuflußöffnung 28 in den Sammelraum 26 und von diesem in die verschiedenen Durchflußräume der Plattenpaare 10, durch die es dann in Richtung des Pfeiles 32 in die durch die Vorsprünge 17 und die Stege 18 der Leisten 14 begrenzten Umlenkräume strömt, die die Strömung in den Durchflußraum umlenken, durch den das Medium dann in Richtung des Pfeiles 33 in den Sammelraum 27 ein- und aus diesem durch die Abflußöffnung 29 abfließt.During operation, the medium to be cooled flows, e.g. B. oil, through the inflow opening 28 into the collecting space 26 and from this into the various flow spaces of the Pairs of plates 10, through which it is then in the direction of arrow 32 into the through projections 17 and webs 18 of the strips 14 limited deflecting spaces that deflect the flow into the flow space flows through the the medium then in the direction of arrow 33 in the collecting space 27 and out of this through the drainage opening 29 drains.

Dadurch, daß jeder Umlenkraum am freien Ende des Wärmetauschers nur durch die Plattenvorsprünge 17 und den Steg 18 der Abstandleiste 14 gebildet ist und zwischen diesen Umlenkräumen freie, nach außen offene Räume vorhanden sind, ist die schwingende Masse am freien Ende des Wärmetauschers auf ein Minimum beschränkt, so daß beim Schwingen eines mit dem dargestellten Wärmetauscher verbundenen Körpers, z. B. eines Motor- oder Kompressorblockes, die Schweißverbindung zwischen den Plattenpaaren 10 und dem Anschlußkasten 24 nur minimal beansprucht wird, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Standzeil des Wärmetauschers führt.Because each deflection space at the free end of the heat exchanger is only provided by the plate projections 17 and the web 18 of the spacer bar 14 is formed and free, open to the outside between these deflection spaces Spaces are available, the vibrating mass at the free end of the heat exchanger is kept to a minimum limited, so that when vibrating a body connected to the illustrated heat exchanger, for. B. of a motor or compressor block, the welded connection between the plate pairs 10 and the connection box 24 is only minimally stressed, what to leads to a significant increase in the service life of the heat exchanger.

Durch den Steg 18 der U-förmig gebogenen Abstandleiste 14 und die aneinandergelöteten Rippen 19 wird ein Umlenkraum für das zu kühlende Medium geschaffen, der extrem hohe Drücke aushalten kann, ohne daß hierfür eine materialaufwendige Konstruktion erforderlich ist.Through the web 18 of the U-shaped curved spacer strip 14 and the ribs 19 soldered to one another created a deflection space for the medium to be cooled, which can withstand extremely high pressures without this requires a material-intensive construction.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Blechplatten 13 alle gleich ausgebildet, was zu einer sehr rationellen Produktion führt. Die Einprägungen brauchen nicht wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Rippen 19 ausgebildet zu sein. Sie können jede beliebige Form besitzen und gegebenenfalls auch als Turbulatoren ausgebildet sein. Auch können diese Einprägungen nur an einer von zwei ein Paar bildenden Platten 13 vorgesehen sein. Sie müssen sich dann allerdings über die ganze Dicke des flachen Durchfiußraumes erstrekken, um den unverformten Vorsprung der anderen Platte des gleichen Paares zu berühren.In the illustrated embodiment, the sheet metal plates 13 are all formed the same, which leads to a very rational production leads. The embossments do not need as in the illustrated embodiment to be designed as ribs 19. They can have any shape and, if necessary, also as turbulators be trained. These impressions can also only be made on one of two plates 13 that form a pair be provided. They must then, however, extend over the entire thickness of the shallow flow space, to touch the undeformed protrusion of the other plate of the same pair.

toto

1515th

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

2020th

2525th

3030th

3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565

Claims

Patent claims:

1. Cross-flow plate heat exchanger with held together by strip-shaped spacers (14) Pairs of plates (10) which are used to form flow spaces for air through lamellae (12) at a distance are held from each other and of which each pair of plates (10) by means of a spacer strip (16) two Forms parallel flow spaces for the medium to be cooled, one end of all Plate pairs (10) are connected to a common connection box (24), the one Flow spaces of all plate pairs (10) with an inflow opening (28) and the other flow spaces all pairs of plates (10) with a drain opening (29) connects and where at the ends all, - pairs of plates (10) the two flow spaces of each pair of plates (10) are connected to one another, thereby characterized in that each pair of plates (10) forms its own deflection space of the ends of the plates formed over the top of each other protrude parallel flow spaces.

2. Cross-flow plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the strip-shaped Spacers which the outer edges of the plates (13) of a pair of plates (10) at a distance hold each other, formed with each plate pair from a single U-shaped curved strip (14) are, whose web (18) closes the deflection space to the outside

3. Cross-flow plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ends the plates (13) of each pair of plates, which protrude over the parallel flow spaces, are held together by embossings (19) on at least one plate (13).

4. cross-flow plate heat exchanger according to claim 3, characterized in that the plate ends have a substantially circular edge and the embossments are equidistant to the Run edge.

5. cross-flow plate heat exchanger according to claim 3 or 4, characterized in that the Embossings (19) provided in both plate projections (17) of each plate pair, and so on are arranged so that they touch in the center plane of the deflection space.