DE60004295T2

DE60004295T2 - Plattenwärmetauscher, insbesondere zum Kühlen von Kraftfahrzeugöl

Info

Publication number: DE60004295T2
Application number: DE60004295T
Authority: DE
Inventors: Ana Isabel 28761 Tres Cantos Munoz
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: ES2207471T3; EP1063487B1; JP2001050673A; MXPA00006139A; FR2795166A1; EP1063487A1; DE60004295D1; FR2795166B1

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher insbesondere für Automobile.
Sie betrifft insbesondere einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl von gestapelten Platten, die jeweils mit einem hochgezogenen, peripheren Rand versehen sind und bei denen die peripheren Ränder hermetisch dicht zusammengefügt sind, um zwischen den Platten erste Strömungskanäle für ein erstes Fluid zu begrenzen, die sich mit zweiten Strömungskanälen für ein zweites Fluid abwechseln.
Ein Wärmetauscher dieser Art, der auch "Plattentauscher" oder "Lamellentauscher" genannt wird, ist insbesondere aus der Veröffentlichung DE-A-195 11 991 bekannt. Ein derartiger Wärmetauscher wird beispielsweise als Ölkühler für ein Automobil verwendet, um für die Kühlung des Motoröls oder auch die Kühlung des Automatikgetriebes durch Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid zu sorgen, üblicherweise, demjenigen, das zur Kühlung des Motors des Fahrzeugs dient.
Bei einem Wärmetauscher dieser Art werden die Platten üblicherweise durch Tiefziehen eines Metallblechs hergestellt und so gestapelt, dass ihre jeweiligen peripheren Ränder ineinander greifen und dann. miteinander hartverlötet werden, um die Dichtheit zu gewährleisten; dies gestattet es, Kanäle für die Zirkulation des Fluids zu definieren. Der Wärmetauscher geht somit aus einem Plattenstapel hervor und erfordert kein Gehäuse.
Es wird dann ein Einlassrohr und eine Auslassrohr für ein erstes Fluid, die mit einer ersten Reihe von Kanälen in Verbindung stehen, sowie ein Einlassrohr und eine Auslassrohr für ein zweites Fluid vorgesehen, die mit einer zweiten Reihe von Kanälen in Verbindung stehen, vorgesehen, so dass die Kanäle der ersten Reihe mit den Kanälen der zweiten Reihe abwechseln.
Die Platten besitzen Öffnungen, die geradeaus von den vorgenannten Rohren liegen und abwechselnd entweder durch Manschetten oder durch angebrachte Ringe abgedichtet werden, um den Durchtritt des einen oder des anderen Fluids zu gewährleisten oder zu unterbinden.
Bei den bekannten Wärmetauschern dieser Art besitzen die Platten einen im Großen und Ganzen ebenen Boden und in jedem Strömungskanal ist ein Verwirbelungselement vorgesehen, um ein turbulentes Strömen des Fluids und damit den Wärmeaustausch zu begünstigen.
Zudem ist es allgemein notwendig unterschiedliche Verwirbelungselemente für das erste und zweite Fluid vorzusehen, wodurch die Herstellung des Wärmetauschers komplizierter wird.
Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, die oben genannten Nachteile zu überwinden.
Sie zielt insbesondere darauf, einen Plattenwärmetauscher der zuvor definierten Art bereitzustellen, dem angefügte Verwirbelungselemente fehlen oder praktisch fehlen.
Die Erfindung zielt ebenso darauf, einen derartigen Plattenwärmetauscher bereitzustellen, der für einen guten Wärmeaustausch zwischen den zwei Fluiden ohne eine Erhöhung des Druckabfalls des Kreislaufs des ersten Fluids und des Kreislaufs des zweiten Fluids geeignet ist.
Sie zielt zudem darauf, eine gute Stapelung und ein gutes Zusammenfügen zu begünstigen, wodurch die Dichtheit der Kanäle gegenüber der äußeren Umgebung begünstigt wird.
Die Erfindung schlägt hierzu einen Wärmetauscher der in der Einleitung definierten Art vor, bei dem der hochgezogene, periphere Rand jeder der Platten im Wesentlichen eben ist und mit der Richtung des Zusammenfügens oder der Stapelung einen spitzen Winkel α mit einem Wert bildet, der größer oder gleich 10° gewählt wird.
Es hat sich nämlich herausgestellt, dass dieser gewählte Wert für den Winkel α eine gutes Zusammenfügen der hochgezogenen Ränder der Platten und damit eine gute Stapelung der Platten fördert. Dies gestattet es, die Dichtheit des Wärmetauschers nach außen hin nach der Verbindung der hochgezogenen Ränder zum Beispiel durch einen Lötvorgang zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist der Wert des spitzen Winkels α kleiner oder gleich 45°.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Wert des spitzen Winkels α mit der Dicke e der Platte und der Höhe h eines Kanals durch folgende Beziehung verknüpft: sin α = e / (h + e).
Wenn man die Dicke e der Platte kennt und die mittlere Höhe h eines Kanals festlegt, zum Beispiel in Abhängigkeit von Eigenschaften des Fluids, das dort strömen soll, kann daraus der Wert des spitzen Winkels α abgeleitet werden.
Vorzugsweise fehlen den ersten Kanälen und den zweiten Kanälen Verwirbelungselemente.
Für bestimmte Anwendungen kann es indessen vorgesehen werden, dass nur die ersten Kanäle oder die zweiten Kanäle mit Verwirbelungselementen versehen sind. Diese Verwirbelungselemente werden vorteilhafterweise von Erhöhungen gebildet, die von den Platten abstehen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Platten durch Tiefziehen eines Metallblechs vorzugsweise auf Aluminiumbasis geformt.
Die hochgezogenen Ränder der Platten werden vorteilhafterweise durch Löten zusammengefügt.
Bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist der Wärmetauscher in Form eines Ölkühlers für das Kraftfahrzeug ausgeführt, bei dem eines der Fluide das Öl des Motors oder das Öl des Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs ist, während das andere Fluid ein Kühlfluid ist.
In der folgenden Beschreibung, die nur ein Beispiel wiedergibt, wird auf die folgenden beigefügten Zeichnungen Bezug genommen:
1 ist eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers;
2 ist eine Teilschnittansicht des Wärmetauschers der 1; und
3 ist eine zu 2 analoge Teilschnittansicht einer Ausführungsvariante.
Der in 1 dargestellte Wärmetauscher umfasst eine Vielzahl von Platten 10, die auch "Halblamellen" genannt werden und längs einer Montage- oder Stapelrichtung D entsprechend einer sogenannten "schuppenförmigen" Montagetechnik gestapelt werden.
Die Platten 10 sind hier zueinander identisch und weisen jeweils einen Boden 12 auf, der von einem peripheren Rand 14 umgeben ist, der im Großen und Ganzen flach und nach oben hochgezogen ist. Der Boden 12 besitzt hier die allgemeine Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken, könnte aber auch eine andere Form haben, beispielsweise ein Quadrat mit abgerundeten Ecken. Der Boden 12 ist hier zudem eben dargestellt, könnte aber alternativ vertiefte oder erhabene Reliefs aufweisen, beispielsweise Rippen oder Wellen.
Die Platten 10 werden durch Tiefziehen eines Metallblechs, vorzugsweise auf Aluminiumbasis, gebildet, das vorteilhafterweise mit einer Lötschicht auf zumindest einer seiner Seiten beschichtet ist.
Die Platten 10 werden entlang der Richtung D gestapelt und kommen so wechselseitig an ihrer Peripherie über ihre jeweiligen hochgezogenen Ränder 14 in Kontakt, die miteinander verlötet werden, um für eine dichte, mechanische Verbindung zu sorgen (1 und 2).
Der Wärmetauscher umfasst außerdem (1) ein Einlassrohr 16 und ein Auslassrohr 18 für ein erstes Fluid F1 sowie ein Einlassrohr 120 und ein Auslassrohr 22 für ein zweites Fluid F2.
Die Platten 10 begrenzen im übrigen auf diese Weise zwischen sich Kanäle 24 für das erste Fluid F1, die sich mit Kanälen 26 für das zweite Fluid F2 abwechseln (2).
Der hochgezogene Rand 14 jeder Platte 10 bildet mit der Montage- oder Stapelrichtung D einen spitzen Winkel α mit einem Wert, der größer oder gleich 10° gewählt wird (2). Außerdem kann dieser gewählte Wert vorzugsweise kleiner oder gleich 45° sein.
Es hat sich in der Tat herausgestellt, dass die Wahl eines solchen Winkelwertes eine gute Stapelung der Platten und ein gutes Zusammenfügen ihrer jeweiligen hochgezogenen Ränder gestattet. Daraus ergibt sich eine gute Verbindung der hochgezogenen Ränder durch Löten, die die Dichtheit der Kanäle gegenüber der äußeren Umgebung gewährleistet.
Wenn man mit e die Dicke einer Platte 10 und mit h die Höhe eines Kanals 24 oder 26 (2) bezeichnet, ist der Wert des spitzen Winkels (α) mit dieser Dicke e und dieser Höhe h durch die Beziehung sin α = e / (h + e) verknüpft.
Wenn die Dicke e bekannt ist und die Höhe h (in Abhängigkeit von Eigenschaften des Fluids, das sie durchqueren muss) festgelegt ist, wird somit daraus der optimale Wert des Winkels α abgeleitet unter der zusätzlichen Bedingung, dass dieser Wert größer oder gleich 10° ist.
Die Rohre 16, 18, 20 und 22 setzen sich im Inneren des Stapels fort und es sind Mittel vorgesehen, die es gestatten, die Rohre 16 und 18 mit den ersten Kanälen 24 einerseits und die Rohre 20 und 22 mit den zweiten Kanälen 26 andererseits in Verbindung zu bringen. Diese an sich bekannten Verbindungsmittel werden nicht beschrieben. Einzelheiten zu diesem Thema können insbesondere in der vorgenannten Veröffentlichung DE-A-195 11 991 gefunden werden.
Unter Berücksichtigung der obigen Merkmale fehlen den Kanälen 24 und 26 allgemein Verwirbelungselemente, die geeignet sind, das Strömungsregime der Fluide in dem Wärmetauscher zu modifizieren, wie man in 2 sehen kann.
Es kann indessen in bestimmten Fällen ins Auge gefasst werden, Verwirbelungselemente entweder nur in den ersten Kanälen oder nur in den zweiten Kanälen vorzusehen. In der Ausführungsform der 3 sind Verwirbelungselemente 28 nur in den Kanälen 26 vorgesehen, die von dem Fluid F2 durchflossen werden, während sie den von dem Fluid F1 durchflossenen Kanälen 24 fehlen. Die Verwirbelungselemente 28 können zum Beispiel durch von den Platten 10 ausgehenden Erhebungen gebildet werden.
Der Wärmetauscher bildet vorteilhafterweise einen Ölkühler. Er kann dazu verwendet werden, das Öl des Motors oder das Öl des Automatikgetriebes eines Automobils zu kühlen. In diesem Fall besteht eines der Fluide aus diesem Öl, während das andere Fluid aus einem Kühlfluid besteht. Dieses letztere ist vorteilhafterweise die Flüssigkeit, die üblicherweise zum Kühlen des Motors des Automobils dient.
Wenn der Wärmetauscher zum Kühlen des Motoröls verwendet wird, dann wird er entweder direkt an dem Motorblock oder an einem direkt mit dem Motor verbundenen Filtergehäuse befestigt. Der Wärmetauscher kann dann durch Leitungen mit dem Kühlfluidkreislauf verbunden werden.
Im Falle der Kühlung des Öls des Automatikgetriebes kann der Wärmetauscher direkt an der Ölwanne des Getriebes angeschlossen werden.
Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Wärmetauscher eine Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen den zwei Fluiden ohne Erhöhung des Druckabfalls des Fluids des Ölkreislaufs und des Kühlflüssigkeitskreislaufs gestattet. Versuche haben gezeigt, dass im Vergleich zu einem herkömmlichen, mit Verwirbelungselementen versehenen Plattenwärmetauscher der erfindungsgemäße Wärmetauscher eine Wärmeleistung ergibt, die um 15% höher sein kann, und einen Druckabfall, der um 30 bis 40% reduziert sein kann.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die zuvor exemplarisch beschriebene Ausführung beschränkt, sondern erstreckt sich ebenso auf andere Varianten.

Claims

Wärmetauscher mit einer Vielzahl von gestapelten Platten (10), die jeweils mit einem hochgezogenen, peripheren Rand (14) versehen sind und bei denen die peripheren Ränder hermetisch dicht zusammengefügt sind, um zwischen den Platten erste Strömungskanäle (24) für ein erstes Fluid (F1) zu begrenzen, die sich mit den zweiten Strömungskanälen (26) für ein zweites Fluid (F2) abwechseln, dadurch gekennzeichnet, dass der hochgezogene, periphere Rand (14) jeder der Platten (10) im Wesentlichen eben ist und mit der Richtung des Zusammenfügens oder der Stapelung (D) einen spitzen Winkel (α) mit einem Wert bildet, der größer als oder gleich 10° gewählt wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des spitzen Winkels (α) kleiner als oder gleich 45° ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des spitzen Winkels (α) mit der Dicke (e) der Platte (10) und der Höhe (h) eines Kanals (24, 26) durch folgende Beziehung verknüpft ist: sin α = e / (h + e).
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle (24) und die zweiten Kanäle (26) mit Verwirbelungselementen versehen sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur die ersten Kanäle (24) oder die zweiten Kanäle (26) mit Verwirbelungselementen (28) versehen sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungselemente (28) von Erhöhungen gebildet werden, die von den Platten (10) abstehen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10) durch Tiefziehen eines Metallblechs vorzugsweise auf Aluminiumbasis geformt werden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hochgezogenen Ränder (14) der Platten (10) durch Löten miteinander zusammengefügt sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Fluide das Öl eines Motors oder das Öl eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs ist, während das andere Fluid ein Kühlfluid ist.