DE60101082T2 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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DE60101082T2
DE60101082T2 DE2001601082 DE60101082T DE60101082T2 DE 60101082 T2 DE60101082 T2 DE 60101082T2 DE 2001601082 DE2001601082 DE 2001601082 DE 60101082 T DE60101082 T DE 60101082T DE 60101082 T2 DE60101082 T2 DE 60101082T2
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plates
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0246Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F28D1/0325Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D1/0333Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another the plates having integrated connecting members

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft Fahrzeugklimaanlagensysteme im Allgemeinen, und einen kompakten Verdampfer vom Stapelplatten-Typ mit gerader Strömung und mehreren Durchgängen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Fahrzeugklimaanlagensysteme verwenden typischerweise einen Verdampfer vom Stapelplatten-Typ, der in veröffentlichten Patenten oft als Lamellenverdampfer bezeichnet wird. Ein gemeinsames Merkmal solcher Konstruktionen sind integrale Strömungsrohre und Sammler, die aus ausgerichteten Paaren von gestanzten Platten hergestellt werden. Jede Platte eines jeden kompletten Paars ist im Allgemeinen rechteckig, oder zumindest länger als breit, und besitzt eine innere Oberfläche, die zur inneren Oberfläche der anderen Platte weist, welche zusammen durch Löten abgedichtet werden, um ein dünnes, breites Strömungsrohr zwischen den inneren Oberflächen zu erzeugen. Die inneren Plattenoberflächen werden oft mit Erhebungen vergrößert, welche mit gegenüberliegenden Erhebungen auf der zugewandten Platte verlötet werden, wodurch das Rohr, welches durch das Plattenpaar gebildet wird, verstärkt wird. An den Enden der Platten befinden sich einteilig gestanzte, offene, vorragende Schalen, typischerweise eine Schale an jedem Ende, oder zwei Schalen nebeneinander an einem Ende, welche von der äußeren Oberfläche der Platten weg vorragen und zu der inneren Oberfläche der Platten offen sind. Wenn die Plattenpaare (Strömungsrohre) zusammen gestapelt werden, um den im Allgemeinen kastenförmigen Verdampfer zusammenzubauen, richten sich die Paare von gegenüberliegenden vorragenden Schalen aus, um Sammlerrohre zur erzeugen, entweder ein Rohr an jeder Seite des Wärmetauschers (gerade Strömung) oder zwei nebeneinander liegende Rohre an einer Seite (sogenannte U-Strömung). Die zwei am Ende gelegenen Plattenpaare sind im Allgemeinen keine kompletten Paare, das heißt, sie enthalten nicht zwei identische gestanzte Platten. Stattdessen ist die Endplatte des ersten und letzten Plattenpaars oft einfach flach, oder zumindest sind ihre Schalen abgeschlossen. Dies ist deshalb der Fall, da die zwei Endplatten einfach Endabschlüsse und/oder eine Montageoberfläche für den Einlass und den Auslass bereitstellen. Die gestapelte Schalen der kompletten Plattenpaare dienen auch dazu, die Plattenpaare zu beabstanden, um Raum für die Luftkühlungsrippen bereitzustellen.
  • Ein andauerndes Problem in der Technik der Verdampfer vom Stapelplatten-Typ war bisher der Bedarf für eine kompakte Anordnung der Kühlmitteleinlass- und Auslassleitungen. Das heißt, die ideale Anordnung besteht darin, effektiv die Einlassleitung zu dem Einlasssammler und die Auslassleitung von dem Auslasssammler direkt benachbart zu haben, an nur einer Seite und an demselben Ende des Verdampfers, an derselben Ecke des Kastens. Dieser kann einfach und kompakt von dem Rest des Systems angeschlossen oder abgeschlossen werden. Dieses Ideal ist jedoch speziell mit der Konstruktion der geraden Strömung schwierig zu erreichen, in welcher die Sammlerrohre an gegenüberliegenden Seiten des Verdampfers liegen, wobei sie entlang der Oberseite und Unterseite des Kastens verlaufen. Mit einer solchen Konstruktion, wie sie in 5 des US-Patentes 5 101 891 veranschaulicht wird, ist die einfachste Anordnung eine solche, in welcher eine kurze Einlassleitung oder Armatur an dem Sammlerrohr an einem Ende und an einer Seite des Verdampfers befestigt wird, und die Auslassleitung eine kurze Armatur diagonal gegenüberliegend davon an der anderen Seite und dem anderen Ende ist. Ein langes Überleitungs rohr, das außerhalb des Verdampfers läuft, wäre erforderlich, um die zwei Armaturen benachbart zueinander zu machen, an demselben Ende und an derselben Seite.
  • Ein weiteres andauerndes Problem mit dem Verdampfertyp, der gerade beschrieben wurde, war die Notwendigkeit, die Kühlmittelströmung gleichmäßig innerhalb des gesamten Verdampfers zu verteilen, um die natürliche Tendenz des Kühlmittels, in einem Pfad des geringsten Widerstandes diagonal über den Kern vom Einlass zum Auslass zu strömen, während die anderen zwei Ecken des Kerns nicht völlig ausgefüllt werden, zu überwinden. Dies wurde durch sogenannte mehrere Durchführungen der Strömung gelöst, wobei eines oder mehrere Hindernisse oder Separatoren in den Sammlerrohren vorgesehen werden, um die Strömung in ein Vor-und-Zurück-Muster zu zwingen, das gleichmäßig durch den gesamten Verdampfer verteilt ist. Mit gestanzten Platten können die Separatoren bequem und kostengünstig vorgesehen werden, indem einfach das zentrale Loch in jenen Plattenschalen, wo ein Strömungshindernis erwünscht ist, nicht gestanzt wird. Dies wiederum kann einfach nur erreicht werden, indem die Stanze, die normalerweise die gestanzte Platte durchstoßen würde, zurückgezogen wird. Ein unterschiedliches oder spezielles Stanzwerkzeug ist nicht erforderlich, um die Hindernisplatte herzustellen. Ein Beispiel einer solchen Konstruktion mit mehreren Durchgängen ist aus dem US-Patent 4 274 482 ersichtlich.
  • Eine Ausführungsform in dem gerade erwähnten Patent 4 274 482 veranschaulicht die Schwierigkeit, kompakte Einlässe und Auslässe bei einer Konstruktion mit gerader Strömung vorzusehen. Die beste Lösung, die erreicht wird, besteht darin, die Einlass- und Auslassarmatur an demselben Ende, aber nicht an derselben Seite, des Verdampfers zu platzieren, wie in 5 veranschaulicht. Dazu muss jedoch ein eingebettetes Ein lassrohr nach unten in einen Sammler hinein eingesetzt werden, dessen eingebettetes Ende tief innerhalb des Kerns gegen eine Schale abgedichtet werden muss, was schwer zu steuern ist. Eine alternative Verdampferkonstruktion vom Stapelplatten-Typ mit mehreren Durchgängen, welche in dem US-Patent 4 712 612 gezeigt wird, verwendet kein eingebettetes Einlassrohr, sondern stützt sich wieder auf lange, externe Rohre, um die ansonsten auseinander liegenden Einlass- und Auslassarmaturen benachbart zueinander zu bringen.
  • Die so genannte U-Strömungs-Plattenkonstruktion, für die ein typisches Beispiel in dem US-Patent 5 062 477 ersichtlich ist, besitzt die Sammlerrohre oder Tanks an derselben Seite (Oberseite oder Unterseite) des Kastens, doch ergibt sich das einfachste Strömungsmuster noch immer daraus, dass der Einlass und der Auslass sich an gegenüberliegenden Enden des Verdampfers befinden, wie in 1 derselben gezeigt. Die Bereitstellung komplexerer Strömungsmuster mit mehreren Durchgängen in einem Verdampfer mit U-Strömung, während die Einlass- und Auslassarmaturen noch immer direkt benachbart zueinander platziert werden, ist komplizierter. Mehrere Beispiele für einen solchen Verdampfer in U-Strömung sind aus dem US-Patent 5 024 269 ersichtlich. Dort wird eine Kombination aus eingebetteten Einlass-/Auslassrohren und mehreren verschiedenen gestanzten Plattenformen innerhalb jeder Ausführungsform verwendet, um das gewünschte Endergebnis zu erzielen. Weder eingebettete Rohre noch eine Vielzahl von gestanzten Plattenformen sind vom Standpunkt der Kosten und der Einfachheit des Zusammenbaus wünschenswert. Die U-Strömungskonstruktion, die in dem US-Patent 4 589 265 gezeigt wird, setzt die Einlass- und Auslassarmaturen benachbart zueinander und vermeidet es, eingebettete Einlass- oder Auslassrohre zu verwenden, indem diese Funktion in die gezogenen Schalen von einigen der Platten inkorporiert wird. Im Prinzip wird der gesamte Kern durch zwei verschie dene Typen von kompletten Plattenpaaren in der Hälfte geteilt, und innerhalb des Kerns wird ein komplexes Strömungsmuster erzeugt, das zuerst in einem U-Muster von dem nahen zu dem fernen Ende verläuft, dann von Seite zu Seite (Oberseite zur Unterseite) in einem weiteren U-Muster, und schließlich zurück von dem fernen Ende zu dem nahen Ende. Wieder werden ein komplexes Strömungsmuster vom U-Typ und mehrere verschiedene Plattenkonstruktionen verwendet, nur um den Einlass und den Auslass in der gewünschten Position anzuordnen. Allgemeiner gesagt, sind U-Strömungkonstruktionen an sich unerwünscht, wenn der Kern selbst flach und jedes Plattenpaar schmal ist. Die Teilung eines bereits schmalen Plattenpaars mit der zentralen Rippe, die erforderlich ist, um das charakteristische U-Strömungsmuster zu erhalten, erzeugt noch schmalere Strömungspfade und einen zu großen Druckabfall.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Wärmetauscher des Plattentyps gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
  • Im Allgemeinen stellt die Stapelplattenkonstruktion der Erfindung eine Konstruktion in mehreren Durchgängen mit gerader anstatt einer U-Strömung und kompaktem Einlass und Auslass bereit, ohne die Verwendung von eingebetteten Einlass- oder Auslassrohren, und mit einem Minimum an unterschiedlichen Plattenformen. Eine grundlegende oder Standard-Plattenform stellt alle Plattenpaare des grundlegenden Kerns bereit, mit Ausnahme des Plattenpaars an dem fernen Ende. Der Einlass und der Auslass können an derselben Ecke des Verdampfers mit einem Minimum an Herstellungskomplexität angeordnet werden, während ein standardmäßiger Strömungspfad mit mehreren Durchgängen bereitgestellt wird.
  • In der offenbarten Ausführungsform umfasst die Standard-Plattenform ein Paar von Seite an Seite vorragenden Schalen an jedem Ende, vier insgesamt, von welchen nur drei tatsächlich in dem fertig gestellten zusammengebauten Verdampfer genutzt werden. Indem jedes Ende der Standard-Platte identisch hergestellt wird, werden jedoch die Symmetrie und die Einfachheit der Herstellung beibehalten. Die erste oder die Hauptschale eines jeden Paars ist zur inneren Oberfläche der Platte hin offen, während die zweite dies nicht ist, und sie ist auch diskret von der ersten Schale. Die Standard-Platten können in einander zugewandten Paaren verbunden werden, um in typischer Weise, auf Grund ihrer Symmetrie von Ende zu Ende, Strömungsrohre zu erzeugen. Wenn eine Vielzahl von solchen Plattenpaaren zusammen gestapelt wird, erzeugen die ausgerichteten Hauptschalen ein Sammlerrohr an jeder Seite (oder an der Oberseite und an der Unterseite) des Verdampfers. Ein diskretes Überleitungsrohr ist benachbart zu jedem Sammlerrohr, das von den ausgerichteten zweiten Schalen gebildet wird.
  • An dem fernen Ende des Verdampfers ist die vorletzte Platte eine spezielle Platte, welche im Gegensatz zu den Standard-Platten nicht symmetrisch von einem Ende zum anderen ist. Ein Ende (das Ende an der Unterseite) besitzt dasselbe Paar aus erster und zweiter Schale wie die Standard-Plattenkonstruktion, während das andere Ende (das obere Ende) eine einzelne, nach einwärts vorragende Übergangsschale besitzt, welche zu den Enden sowohl des Sammlerrohrs an der Oberseite als auch des Überleitungsrohrs hin offen ist. Zusätzlich besitzt zumindest eine Standard-Platte eine nicht durchstochene Hauptschale an dem oberen Ende, um zumindest das Sammlerrohr an der Oberseite an einem Punkt zwischen dem nahen und dem fernen Ende des Verdampfers zu blockieren. Sowohl an dem nahen als auch an dem fernen Ende des Verdampfers dient eine flache Platte dazu, die Überleitungsrohre und Sammlerrohre an deren Enden abzuschließen, außer an der Oberseite des nahen Endes, welches offen gelassen wird.
  • Der so aufgebaute Verdampferkern gestattet es dem Kühlmittel, in das offene Überleitungsrohr an der Oberseite an dem nahen Ende einzutreten. Das eingelassene Kühlmittel strömt durch das diskrete Überleitungsrohr entlang der Oberseite, den ganzen Weg bis zu dem fernen Ende, ohne in irgendeines der Strömungsrohre einzutreten. An dem fernen Ende strömt das Kühlmittel durch die Übergangsschale, in das benachbarte Sammlerrohr an der Oberseite hinein, wo seine Strömung durch den zumindest einen Separator blockiert wird. Die Strömung wird so durch jene Strömungsrohre (Plattenpaare) nach unten gezwungen, die zwischen dem Separator und dem fernen Ende angeordnet sind. Von dort strömt das Kühlmittel durch das Sammlerrohr an der Unterseite und zuletzt gegen den Abschluss, der durch die flache äußere Platte an dem nahen Ende vorgesehen wird, welcher sie zurück hinauf in das Sammlerrohr an der oberen Seite hinein und aus dem offenen Ende des Sammlerrohrs an der oberen Seite, benachbart zu dem Einlasspunkt, hinaus zwingt. Das Überleitungsrohr an der Unterseite des Verdampfers wird an jedem Ende durch die zwei Endplatten vollständig abgeschlossen, und somit außer Funktion gesetzt. Dieser Leerraum ist jedoch kein Nachteil, da es die Plattensymmetrie von Ende zu Ende ist, die durch die identischen zwei Paare von Schalen vorgesehen wird, welche für den Vorteil bei der Herstellung und dem Zusammenbau sorgt. Der nicht verwendete Raum kann auch minimiert werden, indem die zweite Schale schmaler als die erste gemacht wird, wodurch die Größe des Sammlerrohrs im Vergleich zu dem Überleitungsrohr maximiert wird. So wird eine einfache, kompakte Konstruktion erreicht, mit einem Minimum an verschiedenen Plattenkonstruktionen und Teileinventar.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden schriftlichen Beschreibung sowie aus den Zeichnungen klarer werden, in welchen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Verdampfers nach dem Stand der Technik ist;
  • 2 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Verdampfers gemäß der Erfindung ist;
  • 3 eine Vorderansicht desselben Verdampfers ist;
  • 4 ein Grundriss der inneren Oberfläche einer Standard-Platte ist;
  • 5 ein Grundriss der inneren Oberfläche einer speziellen Platte ist;
  • 6 ein Grundriss der inneren Oberfläche einer Standard-Platte ist, die modifiziert wurde, um einen Strömungsseparator bereitzustellen;
  • 7 ein perspektivische Ansicht ist, welche die flache Platte an dem fernen Ende benachbart zu der speziellen Platte, sowie ein einander zugewandtes Paar von Standard-Platten zeigt;
  • 8 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine Standard-Platte neben einer Standard-Platte, welche modifiziert wurde, um eine Strömungstrennung bereitzustellen, ein benachbartes, einan der zugewandtes Paar von Standard-Platten, sowie eine weitere Standard-Platte benachbart zu der flachen Platte an dem nahen Ende zeigt;
  • 9 eine schematische perspektivische Ansicht eines möglichen Strömungsmusters mit mehreren Durchgängen ist, das mit der Erfindung erzielt werden kann.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Zuerst Bezug nehmend auf 1 wird ein Verdampfer des Lamellen-Stapelplatten-Typs mit gerader Strömung nach dem Stand der Technik allgemein bei 10 bezeichnet. Der Verdampfer 10 besteht aus einer Vielzahl von Plattenpaaren 12, von welchen jede Platte eine einzelne, weite, vorragende Schale 14 an jedem Ende besitzt. Die Schalen 14 richten sich aus und stapeln sich, um Sammlerrohre entlang der Oberseite und Unterseite des Verdampfers 10 zu bilden. Um die Einlassleitung 16 und die Auslassleitung 18 zurück zu einem gemeinsamen Punkt an einer Blockarmatur B an dem nahen Ende des Verdampfers 10 zu bringen, ist es notwendig, dass eine der Leitungen extern von der Unterseite des fernen Endes, das ferne Ende hinauf und entlang der Oberseite zurück zu dem fernen Ende geführt wird. Dies ist kostspielig und verbraucht Raum. Die extern verlaufende Leitung kann, wie oben angemerkt, mit einer eingebetteten Leitung ersetzt werden, doch macht dies eine interne Lötverbindung erforderlich, die schwierig zu steuern ist.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf die 2 und 3 wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Verdampfers gemäß der Erfindung allgemein bei 20 angezeigt. Der Verdampfer 20 ist ebenfalls im Allgemeinen kastenförmig, mit einer flachen Platte 22 am nahen Ende, einer flachen Platte 24 an dem fernen Ende, und einer Vielzahl von kompletten oder Standard-Plattenpaaren dazwischen, die im Allgemeinen bei 26 angezeigt werden. Der Verdampfer 20 ist vom geraden Strömungstyp, das heißt, jedes Plattenpaar 26 ist ein gefertigtes Strömungsrohr, und Kühlmittel strömt über die gesamte Breite. Dies stellt einen kleineren Druckabfall dar als eine U-Strömungskonstruktion, die nur die halbe Plattenbreite verwendet, speziell mit einem flachen oder schmalen Kern. Jedoch stellt die Erfindung einen Einlass 28 und einen Auslass 30 bereit, beides kurze Armaturen an Stelle von langen Leitungen, die zueinander benachbart sind. Mit benachbart ist gemeint, dass sie sich an derselben Ecke an der Oberseite und an dem nahen Ende des Verdampfers 20 befinden. Es gibt keine langen externen Leitungen, und keine eingebetteten Rohre hinter den Armaturen 28 und 30. Dies wird durch die speziellen Plattenkonstruktionen und -formen ermöglicht, die als Nächstes im Detail beschrieben werden.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf die 4 und 8 bestehen die kompletten oder Standard-Plattenpaare 26, wie oben angemerkt, aus einem einander zugewandten Paar von identischen, standardmäßigen gestanzten Platten, von welchen eine allgemein bei 32 angezeigt ist, und von welchen mehrere in 8 gezeigt werden. Mit "komplett" ist gemeint, dass jedes Plattenpaar 26, mit Ausnahme der zwei äußersten Paare, zwei der Standard-Platten 32 umfasst, wohingegen die äußersten zwei Plattenpaare dies nicht tun, wie in größerem Detail unten beschrieben wird. Jede Standard-Platte 32 besitzt ein Paar von Schalen an jedem Ende, eine erste oder Hauptschale 34, und eine benachbarte zweite Schale 36. Jede Schale 34 und 36 ragt um denselben Abstand von der inneren Oberfläche 38 der Platte vor, und jede ist in der Mitte durchstochen oder offen. Die Hauptschale 34 ist jedoch breiter und zu der inneren Oberfläche 38 der Platte hin offen, während die zweite Schale 36 schmaler ist, und ist so gebildet, dass sie sowohl von der Hauptschale 34 als auch von der inneren Oberflä che 38 der Platte diskret ist. Diese Symmetrie von Ende zu Ende gestattet es, dass zwei der Standard-Platten 32 schichtweise übereinander gelegt werden, wobei die inneren Oberflächen 38 einander zugewandt sind, wie am besten in 8 zu sehen ist, und wobei die jeweiligen Paare von Schalen 34 und 36 ausgerichtet sind, jedoch in entgegengesetzte Richtungen vorragen. Wenn die Kanten um die inneren Oberflächen 38 herum zusammen verlötet werden, werden Strömungsrohre durch das entstehende Plattenpaar 26 gebildet, und Kühlmittel kann von einer Hauptschale 34 und hinauf oder hinunter durch die andere Hauptschale 34 strömen. Während die Hauptschale 34 nicht die volle Breite der Platte 32 umfasst, ist sie breit genug, um erfolgreich das Kühlmittel aus dem Strömungsraum, der zwischen den einander zugewandten inneren Oberflächen 38 gebildet ist, zu verteilen oder abzuziehen.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf die 6 und 8 werden alle kompletten Plattenpaare 26 aus Platten gebildet, die exakt wie die Standard-Platte 32 sind, mit einer geringfügigen, aber operativ bedeutsamen Ausnahme. An zumindest einem Punkt des Kerns (an drei Punkten in der offenbarten Ausführungsform) ist eine der Standard-Platten, angezeigt bei 32', so gestanzt, dass die Hauptschale 34' an einem Ende nicht durchstochen und massiv bleibt. Die modifizierte Standard-Platte 32' besitzt dieselbe Größe und Form, und ist mit demselben Formensatz gestanzt worden, so dass die verbleibenden Schalen 34 und 36 identisch zu einer nicht modifizierten Standard-Platte 32 sind. Eine Stanze zum Durchstechen der Schale in der Form wird einfach zurückgezogen gelassen, wenn der Stanzarbeitsschritt ausgeführt wird. Somit sind keine zusätzlichen Formen erforderlich, und die modifizierte Platte 32' stellt nicht wirklich einen zusätzlichen Aufwand oder sogar eine unterschiedliche Plattenkonstruktion als solche dar.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf die 5 und 7 ist die Plattenkonstruktion, die beträchtlich von der Standard-Platte 32 abweicht, eine so genannte spezielle Platte, die allgemein bei 40 angezeigt wird. Die spezielle Platte 40 besitzt dieselbe Größe und grundlegende Form wie die Standard-Platte 32, wobei die benachbarten Schalen 34 und 36 an einem Ende identisch mit den gleich nummerierten Schalen an einer Standard-Platte 32 sind, sowie eine identische innere Oberfläche 38. Die spezielle Platte 40 ist jedoch nicht von Ende zu Ende symmetrisch, da sie eine einzelne große Übergangsschale 42 an dem anderen Ende besitzt. Die Übergangsschale 42 ragt ebenfalls von der inneren Oberfläche 38 vor, und hat ungefähr dieselbe Größe wie ein benachbartes Paar von Schalen 34 und 36, und ist doppelt durchstochen, um mit diesen zusammenzupassen. Jedoch ist die Übergangsschale 42 eine einzelne Schale, die zu der inneren Oberfläche 38 der Platte hin vollständig offen ist, nicht zwei Schalen, von welchen eine diskret ist. Es wird nur eine spezielle Platte 40 verwendet, und ihre Position und ihr Betrieb werden als Nächstes beschrieben.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf die 2, 7 und 8 wird der allgemeine Aufbau des Verdampfers 20 und die Position der verschiedenen Plattenkonstruktionen veranschaulicht. Alle Plattenpaare 26 sind zwischen den zwei Endplatten, der flachen Platte 22 an dem nahen Ende und der flachen Platte 24 an dem fernen Ende schichtweise übereinander gelegt. Der Begriff "flach" bedeutet hier nicht notwendigerweise absolut flach, obwohl die Endplatten dies sein könnten, sondern flach in dem Sinn, dass keine vorragenden Schalen notwendig sind. Die Endplatten 22 und 24 sorgen einfach für einen Abschluss der zwei Platten, die direkt dazu benachbart sind. Die Platte 24 an dem fernen Ende ist ein einfacher Abschluss, gepaart mit der benachbarten speziellen Platte 40. Die Platte 22 an dem nahen Ende ist mit der benachbarten Standard-Platte 32 gepaart, und ist bei 44 und 46 durchstochen, um einen Eingang in die ausgerichteten Schalen 34 und 36 der benachbarten Standard-Platte 32 vorzusehen. Wenn der Verdampfer 20 zum Verlöten gestapelt wird, richten sich alle der in entgegengesetzte Richtungen vorragenden Schalen 34 und 36 der Standard-Plattenpaare 26 aus, um ein Sammlerrohr 48 bzw. ein Überleitungsrohr 50 von Seite zu Seite zu erzeugen. Es gibt ein benachbartes Paar von Sammlerrohren 48 und 50 sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite des Verdampfers 20, doch nur drei dieser möglichen vier Strömungsdurchgänge sind wirksam, wie unten beschrieben. An einer Seite (der Oberseite) sind das Sammlerrohr 48 und das Überleitungsrohr 50 an dem nahen Ende zu der Auslassarmatur 30 und zu der Einlassarmatur 28 hin offen. Diese werden an die flache Platte 22 an dem nahen Ende an deren zwei durchstochenen Löchern 44 und 46 angelötet. An einer ausgewählten Anzahl von Positionen entlang des Plattenstapels wird eine modifizierte Standard-Platte 32' eingesetzt, mit einer nicht durchstochenen Hauptschale 34', die in dem Sammlerrohr 48 entweder an der Oberseite oder an der Unterseite angeordnet ist. Die Anzahl von solchen Blockierungspositionen hängt von der Anzahl der gewünschten Strömungsdurchgänge ab, wie unten in größerem Detail beschrieben wird, doch würde zumindest eine solche nicht durchstochene Hauptschale 34' an der Oberseite platziert werden, welche das Sammlerrohr 48 an der Oberseite blockiert, wie in 8 gezeigt. Im Allgemeinen sind dann nur zwei grundlegende Plattenkonstruktionen erforderlich, abgesehen von den Endplatten 22 und 24, welche für den Abschluss sorgen, wobei diese die Standard-Platte 32 (und 32') und die spezielle Platte 40 sind. Nur zwei unterschiedliche Formensätze werden benötigt, um diese zwei grundlegenden Platten herzustellen, wodurch der Werkzeugbedarf und die Kosten minimiert werden. Nur eine spezielle Platte 40 wird benötigt, und diese ist in einer festgelegten, einfach zu begründenden Position, benachbart zu der fernen Endplatte 24, zu finden. Der Zusammenbau ist daher kostengünstig und relativ einfach, ohne eingebettete Einlass- oder Auslassrohre, und mit sehr wenigen unterschiedlichen Plattenkonstruktionen oder -positionen.
  • Als Nächstes Bezug nehmend auf 9 wird der Strömungsbetrieb, der mit dieser einfachen Konstruktion möglich ist, veranschaulicht. Wie offenbart, werden drei modifizierte Standard-Platten 32' mit nicht durchstochenen Schalen 34' entlang des Kerns gestapelt, zwei in dem Sammlerrohr 48 an der oberen Seite, und eine in dem Sammlerrohr 48 an der unteren Seite, zwischen den beiden anderen. Die Anzahl von modifizierten Standard-Platten, die verwendet wird, bestimmt die Anzahl von Strömungsdurchgängen. Das heißt, eine Einzelne in dem Sammlerrohr 48 an der Oberseite ergibt ein Muster mit zwei Durchgängen, eine Weitere in dem Sammlerrohr 48 an der Unterseite ergibt drei Durchgänge, und noch eine Weitere in dem oberen Sammlerrohr 48 ergibt vier; oder eine für zwei, zwei für drei, drei für vier und so weiter. In der offenbarten Ausführungsform wird ein Muster mit vier Durchgängen verwendet, welches in einer vereinfachten Weise veranschaulicht wird. Wie gezeigt, tritt Kühlmittel von der Einlassarmatur in das Überleitungsrohr 50 an der Oberseite an dem nahen Ende ein und strömt den ganzen Weg zu dem fernen Ende, ohne in irgendeines der Plattenpaare 26 einzutreten, da die ausgerichteten zweiten Schalen 36 alle diskret sind. An dem fernen Ende tritt der Kühlmittelstrom in die Übergangsschale 42 der speziellen Platte 40 ein, strömt in das benachbarte Sammlerrohr 48 an der Oberseite, und wird dann durch dessen Strömungsseparator 34' an der Oberseite nach unten gezwungen, durch jene Standard-Plattenpaare 26, die zwischen dem Strömungsseparator 34' an der Oberseite und der fernen Endplatte 24 angeordnet sind, und in das Sammlerrohr 48 an der Unterseite hinein. Damit ist ein erster Durchgang abgeschlossen. Als Nächstes folgt der Kühlmittelstrom dem Sammlerrohr 48 an der Unterseite, bis er durch den Strömungsseparator 34' an der Unterseite blockiert wird, wo er wieder hinauf in das Sammler rohr 48 an der Oberseite hinein gedrückt wird, wodurch ein zweiter Durchgang abgeschlossen wird. Von dem Sammlerrohr 48 an der Oberseite wird der Strom nach unten und wieder hinauf in zwei weiteren Durchgängen gezwungen, wobei er schließlich das Sammlerrohr 48 an der oberen Seite durch die Auslassarmatur 30 verlässt. Die Begriffe oben und unten, nah und fern, sollten als Begriffe verstanden werden, die hier aus Gründen der Einfachheit gewählt werden, da der Verdampfer 20 auch umgedreht werden könnte. Was hier von Bedeutung ist, ist die Tatsache, dass die Einlass- und Auslassarmaturen 28 und 30 benachbart sind, an demselben Ende und derselben Seite des Verdampfers 20, unabhängig davon, ob diese Seite die Oberseite oder die Unterseite ist, oder das nahe oder das ferne Ende. Dies ist die kompakteste Anordnung, die möglich ist. Diese kompakte Anordnung wird erreicht, obwohl das Strömungsmuster gerade, keine U-Strömung ist, und obwohl keine eingebetteten Einlass- oder Auslassrohre eingesetzt werden. Der Einlass und der Auslass könnten auch umgekehrt werden, und würden dennoch in einer geraden Strömung verlaufen, in einem Muster mit mehreren Durchgängen mit benachbartem Einlass und Auslass. Unabhängig davon wird das Überleitungsrohr 50, das der Seite mit dem benachbarten Einlass und Auslass gegenüberliegt, nicht verwendet, ist zwischen den Endplatten 22 und 24 abgeschlossen und ist trocken. Während eine einzelne Reihe von Schalen und ein einzelnes Sammlerrohr an dieser Seite vorgesehen werden könnten, würde dies die Symmetrie von Ende zu Ende der ansonsten standardisierten Platte 32 brechen. Das Brechen dieser Symmetrie würde erfordern, dass spiegelgleiche rechte und linke Platten mit unterschiedlichen Formensätzen gestanzt werden, um die Plattenpaare zu bilden. So sorgt der scheinbar zusätzliche und nutzlose Raum für einen echten Vorteil, indem er sowohl den Bedarf für ein eingebettetes Einlassrohr beseitigt als auch die Anzahl der erforderlichen Plattenformen minimiert.
  • Es sind auch Abwandlungen in den offenbarten Ausführungsformen möglich. In der allgemeinsten Form könnte die gezeigte Konstruktion als ein Wärmetauscher anstatt eines Verdampfers verwendet werden, wie zum Beispiel als ein Heizungswärmetauscher. Wie bereits angemerkt, könnten auch mehr oder weniger Durchgänge mit mehr oder weniger modifizierten Standard-Platten 32' vorgesehen werden. Es könnte sogar eine größere Standardisierung der Platten vorgesehen werden, indem die flache Platte 24 an dem fernen Ende mit einer weiteren modifizierten Standard-Platte 32 ersetzt wird, in welcher alle Schalen 34 und 36 an beiden Enden der Platte geschlossen belassen wären, so dass sie einen vollständigen Abschluss für die benachbarte spezielle Platte 40 bereitstellen würde. Ebenso könnte die flache Platte 22 an dem nahen Ende mit einer modifizierten Standard-Platte 32 ersetzt werden, in welcher nur die Schalen 34 und 36 an einem Ende geschlossen belassen werden. Die Einlass- und Auslassarmaturen 28 und 30 könnten an den durchstochenen Schalen 34 und 36 an dem anderen Ende befestigt werden. Dies würde jegliches Werkzeug eliminieren, das zur Erzeugung der flachen Endplatten erforderlich war. Im Allgemeinen ist es jedoch erwünscht, dass die Endplatten im Wesentlichen flach sind, ohne Vorsprünge, wie sie nicht durchstochene Schalen erzeugen würden. Die Übergangsschale 42 der speziellen Platte muss zu der inneren Oberfläche 38 dieser Platte hin nicht absolut offen sein, und könnte von dieser diskret sein. Solange die Übergangsschale 42 zu dem Schalenpaar 34 und 36 der benachbarten Standard-Platte 32 hin offen ist, wird sie noch immer bewirken, dass der Strom von dem Überleitungsrohr 50 in das Sammlerrohr 48 hinein geschickt wird. Das Strömungsrohr, das ansonsten durch die spezielle Platte 40 und die Platte 24 an dem fernen Ende gebildet wird, wird aber keinen sich bewegenden Strom dadurch besitzen, solange die Übergangsschale 42 nicht auch zur inneren Oberfläche 38 der speziellen Platte 40 hin offen ist. Die Hauptschale (34) wird so offenbart, dass sie breiter ist als die diskrete zweite Schale (36), da es die Schale ist, die das Sammlerrohr (48) bildet, welches das Rohr speist, im Gegensatz zu dem diskreten Überleitungsrohr (50), welches die Strömungsrohre nicht speist. Diese relative Breitenbeziehung ist nicht absolut notwendig, jedoch hilfreich. Daher ist klar, dass es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung nur auf die bevorzugte offenbarte Ausführungsform zu beschränken.

Claims (5)

  1. Wärmetauscher (20) mit einer Vielzahl von Strömungsrohren, durch welche ein Fluid strömt, wobei jedes Strömungsrohr durch die einander zugewandten inneren Oberflächen (38) eines Paares von im Allgemeinen gestanzten Platten (32) gebildet ist, wobei die Plattenpaare (26) zusammen in einer im Allgemeinen kastenförmigen Anordnung gestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede gestanzte Platte (32) eines jeden kompletten Plattenpaares (26) ein identisches benachbartes Paar von vorragenden gestanzten Schalen (34, 36) an jedem Ende desselben umfasst, wobei eine erste Schale (34) eines jeden Paares zu der inneren Oberfläche (38) der Platte (32) hin offen ist und eine zweite Schale (36) eines jeden Paares sowohl von der ersten Schale (34) als auch von der inneren Plattenoberfläche (38) getrennt ist, so dass, wenn die kompletten Plattenpaare (26) zusammen gestapelt werden, ein Sammlerrohr (48) an jeder Seite des Wärmetauschers (20) benachbart zu einem getrennten Überleitungsrohr (50) gebildet wird, ein letztes Plattenpaar (24, 40) an dem fernen Ende des Wärmetauschers eine spezielle Platte (40) mit einer einzelnen, vorragenden, gestanzten Übergangsschale (42) an einer Seite des Wärmetauschers, die zu den ersten (34) und zweiten (36) gestanzten Schalen der benachbarten gestanzten Platte (32) offen ist, und ein Paar von vorragenden gestanzten Schalen (34', 36') an der anderen Seite des Wärmetauschers (20) umfasst, das identisch mit den ersten (34) und zweiten gestanzten Schalen (36) ist, zumindest ein Strömungsseparator (34') in dem Sammlerrohr (48) an der Seite des Wärmetauschers (20) an einer Stellung zwischen dem nahen und fernen Ende desselben angeordnet ist, und ein Mittel (22, 24) an dem nahen und fernen Ende des Wärmetauschers (20), das beide Enden des Sammlerrohrs (48) und des Überleitungsrohrs (50) an der anderen Seite des Wärmetauschers (20) blockiert und das Sammlerrohr (48) und das Überleitungsrohr (50) nur an der einen Seite des nahen Endes des Wärmetauschers (20) offen lässt, wobei die Fluidströmung in das offene, getrennte Überleitungsrohr (50), das an der einen Seite des Wärmetauschers (20) an dem nahen Ende des Wärmetauschers angeordnet ist, eintritt oder aus diesem austritt und zu dem fernen Ende des Wärmetauschers strömt, durch die Übergangsschale (42) und in das Sammlerrohr (48) hinein an der einen Seite des Wärmetauschers (20), gegen den zumindest einen Strömungsseparator (34'), durch die Strömungsrohre, die zwischen dem fernen Ende und dem Separator (34') angeordnet sind, und in das Sammlerrohr (48) an der anderen Seite des Wärmetauschers (20) hinein strömt, ohne in das benachbarte Überleitungsrohr (48) an der anderen Seite des Wärmetauschers (20) einzutreten, und dann zurück durch die Strömungsrohre, die zwischen dem Separator (34') und dem nahen Ende des Wärmetauschers (20) strömt angeordnet sind, zurück in das Sammlerrohr (48) an der einen Seite des Wärmetauschers (20), und dann an der einen Seite des nahen Endes des Wärmetauscher (20) zurück in den Wärmetauscher (20) eintritt oder aus diesem austritt.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschale (42) zu der inneren Oberfläche (38) der speziellen Platte (40) hin offen ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschale (42) sich an der Oberseite des Wärmetauschers (20) befindet, das Fluid in das Überleitungsrohr (5) an der Oberseite des Wärmetauschers (20) eintritt und das Sammlerrohr (48) an der Oberseite des Wärmetauschers (20) verlässt.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (20) ein Verdampfer ist und das Fluid ein Kühlmittel ist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (22, 24) aus flachen Platten und dem nahen und fernen Enden des Wärmetauschers (20) besteht.
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