DE60023992T2 - Plate heat exchangers, in particular oil coolers for motor vehicles - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge.The Invention relates to heat exchangers, especially for Motor vehicles.
Sie betrifft insbesondere einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl von gestapelten Platten, die je mit einem hochgezogenen Umfangsrand versehen sind, und bei dem die Umfangsränder dicht zusammengebaut werden, um zwischen den Platten erste Strömungskanäle für ein erstes Fluid zu begrenzen, die mit zweiten Strömungskanälen für ein zweites Fluid abwechseln.she particularly relates to a heat exchanger with a variety of stacked plates, each with a raised one Peripheral edge are provided, and in which the peripheral edges are tight be assembled to first flow channels between the plates for a first Limiting fluid, which alternate with second flow channels for a second fluid.
Ein
solcher Wärmetauscher,
der auch "Plattentauscher" oder "Lamellentauscher" genannt wird, ist
insbesondere aus der Veröffentlichung
DE-A-195 11 991 oder auch aus der
In einem solchen Wärmetauscher werden die Platten üblicherweise durch Tiefziehen eines Metallblechs hergestellt und werden derart gestapelt, dass ihre jeweiligen Umfangsränder sich ineinander fügen und anschließend aneinander gelötet werden, um die Dichtheit zu gewährleisten, was es ermöglicht, Fluidumlaufkanäle zu definieren. Der Wärmetauscher entsteht somit durch eine Stapelung von Platten und erfordert kein Gehäuse.In such a heat exchanger The plates are usually made by deep drawing a metal sheet and become so stacked that their respective peripheral edges blend into each other and subsequently soldered together to ensure tightness, what makes it possible Fluid circulation channels define. The heat exchanger thus arises by a stacking of plates and requires no Casing.
Man sieht dann einen Eingangsstutzen und einen Ausgangsstutzen für ein erstes Fluid, die mit einer ersten Reihe von Kanälen in Verbindung stehen, sowie einen Eingangsstutzen und einen Ausgangsstutzen für ein zweites Fluid vor, die mit einer zweiten Reihe von Kanälen in Verbindung stehen, derart, dass die Kanäle der ersten Reihe mit den Kanälen der zweiten Reihe abwechseln.you then sees an inlet nozzle and an outlet nozzle for a first Fluid associated with a first series of channels, as well as a Entrance nozzle and an outlet connection for a second fluid, the with a second set of channels in such a way that the channels of the first row with the Channels of alternate second row.
Die Platten besitzen Öffnungen, die direkt vor den erwähnten Stutzen angeordnet sind und abwechselnd abgedichtet werden, entweder durch Dichtungsstulpen oder durch aufgesetzte Ringe, um den Durchgang des einen oder anderen Fluids zu gewährleisten oder zu verhindern.The Plates have openings, the directly before the mentioned Sockets are arranged and alternately sealed, either through sealing cuffs or through attached rings to the passage to ensure or prevent one or the other fluid.
Bei den bekannten Wärmetauschern dieser Art haben die Platten einen allgemein ebenen Boden, und es ist in jedem Strömungskanal ein Störelement vorgesehen, um eine Wirbelströmung des Fluids und somit den Wärmeaustausch zu begünstigen.at the known heat exchangers of this type, the plates have a generally level bottom, and it is in every flow channel a disturbing element provided around a vortex flow of the fluid and thus the heat exchange to favor.
Außerdem ist es allgemein notwendig, für das erste und das zweite Fluid unterschiedliche Störelemente vorzusehen, was die Herstellung des Wärmetauschers verkompliziert.Besides that is it is generally necessary for that first and the second fluid to provide different interfering elements, which is the Production of the heat exchanger complicated.
Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, die erwähnten Nachteile zu überwinden.The The invention has the particular aim of overcoming the mentioned disadvantages.
Sie bezweckt insbesondere, einen Plattenwärmetauscher der oben erwähnten Art zu liefern, der keine Störelemente enthält.she In particular, the purpose is a plate heat exchanger of the type mentioned above to deliver, no interfering elements contains.
Die Erfindung hat ebenfalls zum Ziel, einen Plattenwärmetauscher zu liefern, der in der Lage ist, den Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluiden ohne Erhöhung des Druckverlusts des Kreislaufs des ersten Fluids und des Kreislaufs des zweiten Fluids zu verbessern.The The invention also has for its object to provide a plate heat exchanger, the is capable of heat exchange between the two fluids without increasing the pressure loss of the Circuit of the first fluid and the circulation of the second fluid to improve.
Die Erfindung schlägt zu diesem Zweck einen Wärmetauscher der in der Einleitung definierten Art vor, der erste Platten, die je einen gewellten Boden mit Wellenformen besitzen, die von in einer ersten Richtung verlaufenden Mantellinien definiert werden, und zweite Platten aufweist, die abwechselnd mit den ersten Platten angeordnet sind und je einen gewellten Boden mit Wellenformen besitzen, die von in einer zweiten Richtung verlaufenden Mantellinien definiert werden, die im Wesentlichen lotrecht zur ersten Richtung liegt, und bei dem jeder Kanal einen hydraulischen Durchmesser (Dh) mit einem gewählten Wert aufweist, der durch die Gleichung: Dh = 2 × h definiert wird, wobei h die halbe Höhe des Kanals darstellt, d.h. die Hälfte des maximalen Abstands zwischen den Scheiteln der Wellenformen einer ersten Platte bzw. den Scheiteln der Wellenformen einer zweiten, benachbarten Platte.The invention proposes for this purpose a heat exchanger of the type defined in the introduction, comprising first plates each having a corrugated bottom with undulations defined by generatrices extending in a first direction and second plates alternating with the first Plates are arranged and each having a corrugated bottom with waveforms defined by generatrices extending in a second direction, which is substantially perpendicular to the first direction, and in which each channel has a hydraulic diameter (D h ) with a selected value, which is defined by the equation: D h = 2 × h, where h represents half the height of the channel, ie half the maximum distance between the peaks of the waveforms of a first disk and the peaks of the waveforms of a second, adjacent disk.
So werden dreidimensionale Kanäle mit einer besonderen Form definiert, die zwischen zwei gewellten Böden begrenzt werden, deren jeweilige Wellenformen sich in Richtungen erstrecken, die zueinander im Wesentlichen lotrecht sind.So become three-dimensional channels defined with a special shape, which between two corrugated Soils limited whose respective waveforms extend in directions, which are essentially perpendicular to each other.
Diese Wellenformen ergeben eine bestimmte und für die beiden Fluide gleiche Größe des hydraulischen Durchmessers.These Waveforms give a certain and same for the two fluids Size of the hydraulic Diameter.
Es wird daran erinnert, dass für einen solchen dreidimensionalen Kanal der hydraulische Durchmesser durch folgende Beziehung definiert wird: Dh = 4× das vom Fluid/von der benetzten Oberfläche eingenommene Volumen.It will be recalled that for such a three-dimensional channel, the hydraulic diameter is defined by the relationship: D h = 4 × the volume occupied by the fluid / wetted surface.
Im Fall der Erfindung kann der hydraulische Durchmesser durch die vorher erwähnte vereinfachte Beziehung ausgedrückt werden.in the Case of the invention, the hydraulic diameter by the previously mentioned simplified relationship expressed become.
Es wurde festgestellt dass man, wenn die Größe des hydraulischen Durchmessers Dh gewählt wird und zwischen 1 und 3 mm liegt, einen optimalen Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluiden ohne Erhöhung des Druckverlusts des einen und des anderen dieser Fluide erhält.It has been found that, when the size of the hydraulic diameter D h is selected and is between 1 and 3 mm, an optimal heat exchange between the two fluids without Increasing the pressure loss of one and the other of these fluids receives.
Vorteilhafterweise ist die Größe des hydraulischen Durchmessers Dh im Wesentlichen gleich 1,8 mm.Advantageously, the size of the hydraulic diameter D h is substantially equal to 1.8 mm.
Bei der Erfindung befinden sich die Wellenformen einer ersten Platte und die Wellenformen einer zweiten Platte vorzugsweise lokal in gegenseitigem Kontakt.at The invention provides the waveforms of a first plate and the waveforms of a second plate preferably locally in mutual contact.
Die Wellenformen der ersten Platten und die Wellenformen der zweiten Platten sind vorteilhafterweise im Wesentlichen sinusförmig.The Waveforms of the first plates and the waveforms of the second Plates are advantageously substantially sinusoidal.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die ersten Platten und die zweiten Platten durch Tiefziehen eines Metallblechs, vorzugsweise auf der Basis von Aluminium, geformt.According to one Another feature of the invention are the first plates and the second plates by deep drawing a metal sheet, preferably based on aluminum, shaped.
Die hochgezogenen Ränder der ersten Platten und der zweiten Platten werden vorteilhafterweise durch Löten zusammengebaut.The raised edges the first plates and the second plates are advantageously by soldering assembled.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird der Wärmetauscher in Form eines Ölkühlers für ein Kraftfahrzeug hergestellt, bei dem eines der Fluide das Öl des Motors oder das Öl des Automatikgetriebes des Fahrzeugs ist, während das andere Fluid ein Kühlfluid ist.In A preferred application of the invention is the heat exchanger in the form of an oil cooler for a motor vehicle in which one of the fluids is the oil of the engine or the oil of the automatic transmission the vehicle is while the other fluid is a cooling fluid is.
In der nachfolgenden Beschreibung, die nur als Beispiel dient, wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:In The following description, which serves only as an example, will be With reference to the accompanying drawings, in which:
Der
in
Die
ersten Platten
Die
zweiten Platten
Die
Platten
Der
Wärmetauscher
weist außerdem
(
Die
Platten
Außerdem stehen
die Wellenformen
Die
Stutzen
Die
jeweiligen Wellenformen
Für die Erfindung
ist es außerdem
wesentlich, dass der hydraulische Durchmesser der Kanäle
Allgemein wird der hydraulische Durchmesser durch die Beziehung Dh = 4× das vom Fluid/von der benetzten Oberfläche eingenommene Volumen definiert.Generally, the hydraulic diameter is defined by the relationship D h = 4 x the volume occupied by the fluid / wetted surface.
Im
Fall eines Kanals mit geringer Dicke kann hier der hydraulische
Durchmesser Dh in vereinfachter Weise durch
die folgende Beziehung ausgedrückt werden:
In
den
Hier muss die Größe des hydraulischen Durchmessers Dh zwischen 1 und 3 mm liegen. Vorteilhafterweise beträgt diese Größe im Wesentlichen 1,8 mm.Here, the size of the hydraulic diameter D h must be between 1 and 3 mm. Advantageously, this size is substantially 1.8 mm.
Der Wärmetauscher bildet vorteilhafterweise einen Ölkühler. Er kann verwendet werden, um das Öl des Motors oder das Öl des Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs zu kühlen. In diesem Fall besteht eines der Fluide aus diesem Öl, während das andere Fluid aus einem Kühlfluid besteht. Letzteres ist vorteilhafterweise die Flüssigkeit, die üblicherweise zur Kühlung des Motors des Kraftfahrzeugs dient.Of the heat exchangers advantageously forms an oil cooler. He Can be used to oil of the engine or the oil to cool the automatic transmission of a motor vehicle. In this case, there is one the fluids from this oil, while the other fluid from a cooling fluid consists. The latter is advantageously the liquid that is usually for cooling the motor of the motor vehicle is used.
Wenn der Wärmetauscher verwendet wird, um das Öl des Motors zu kühlen, wird er direkt entweder auf dem Motorblock oder auf einem Filtergehäuse befestigt, das direkt mit dem Motor verbunden ist. Der Tauscher kann dann über Leitungen mit dem Kühlfluidkreislauf verbunden sein.If the heat exchanger used to the oil to cool the engine, it is mounted directly on either the engine block or on a filter housing, which is directly connected to the engine. The exchanger can then via lines with the cooling fluid circuit be connected.
Im Fall der Kühlung des Öls des Automatikgetriebes kann der Wärmetauscher direkt mit der Ölwanne des Schaltgetriebes verbunden sein.in the Case of cooling of the oil the automatic transmission, the heat exchanger can directly with the oil pan of the Gearbox be connected.
Es wurde festgestellt, dass ein solcher Wärmetauscher eine Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen den beiden Fluiden ohne Veränderung des Druckverlusts des Ölkreislaufs und des Kühlflüssigkeitskreislaufs ermöglicht. Versuche haben gezeigt, dass im Vergleich mit einem mit Störelementen versehenen, klassischen Plattenwärmetauscher der erfindungsgemäße Wärmetauscher eine Wärmeleistung ausstrahlt, die um 15% höher sein kann, und einen Druckverlust hat, der um 30 bis 40% verringert sein kann.It it was found that such a heat exchanger is an improvement the heat exchange between the two fluids without changing the pressure loss of the oil circuit and the coolant circuit allows. Experiments have shown that in comparison with one with interfering elements provided, classic plate heat exchanger the heat exchanger according to the invention a heat output that radiates 15% higher can be, and has a pressure drop that decreases by 30 to 40% can be.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die oben als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern erstreckt sich ebenfalls auf andere Varianten.of course is the invention is not limited to the embodiment described above as an example limited, but also extends to other variants.
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