DE60320098T2

DE60320098T2 - Wärmetauscher, ausgebildet aus schalenförmigen Wärmetauscherplatten

Info

Publication number: DE60320098T2
Application number: DE60320098T
Authority: DE
Inventors: Bruce L. Burlington EVANS; Mike Hamilton ST. PIERRE; Joe L. Calgary ENGLISH
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: EP1497603A1; JP4000116B2; DE60320098D1; US20030201094A1; EP1497603B1; AU2003221657B2; CA2383649A1; CN100510600C; JP2005524042A; CA2383649C; ATE391277T1; WO2003091647A1; US6843311B2; AU2003221657A1; CN1656351A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Wärmetauscher von dem Typ, der aus schalenförmigen Wärmetauscherplatten ausgebildet ist.
Eine Ausgestaltung von Wärmetauschern vom Plattentyp enthält eine Mehrzahl von Platten, die in einer gestapelten Anordnung mit Dichtungsmanschetten oder Vorsprüngen aneinander befestigt sind, die zwischen benachbarten Platten angeordnet sind und einen zu den Plattenumfängen bzw. -rändern benachbarten Weg kreuzen. Eine Strömung von zwei Fluiden, die am Wärmeaustausch beteiligt sind, verläuft durch abwechselnde Schichten, die durch die gestapelten Platten definiert sind. Die gestapelten Platten sind typischerweise durch Hartlöten der verschiedenen Komponenten aneinander als einheitliche Struktur miteinander verbunden. Beispiele für solche Wärmetauscher vom Plattentyp sind beispielsweise im US-Patent Nr. 5,931,219 , erteilt für Kull et al., und im US-Patent Nr. 4,872,578 , erteilt für Fuerschbach et al., offenbart.
Eine Eigenschaft von zuvor vorgeschlagenen Wärmetauschern mit verschachtelten schalenförmigen Platten besteht darin, dass die Wärmetauscherplatten, um dem Wärmetauscherstapel eine Festigkeit zu geben, typischerweise zwischen einem Paar von Platten mit dickerem Ende in Sandwichbauweise angeordnet sind. Eine der Endplatten ist typischerweise innerhalb des Flansches der Endplatte im Stapel der Wärmetauscherplatten untergebracht, wobei sich der periphere Flansch bzw. Umfangsflansch der Wärmetauscher-Endplatte um einen wesentlichen Abstand über eine Außenfläche einer solchen Endplatte hinausgehend erstreckt. Eine solche Konfiguration kann in einem verschwendeten Raum resultieren, nämlich dem Bereich, der durch den Abschnitt des peripheren Flansches an der Wärmetauscher-Endplatte umgeben ist, der sich über die Außenfläche der Endplatte hinausgehend erstreckt. Zusätzlich kann der sich erstreckende Flanschrand einen scharfen Rand zeigen, so dass beim Handhaben des Wärmetauschers aufgepasst werden muss, dass ein Verletzen der Person vermieden wird, die den Wärmetauscher handhabt. Demgemäß gibt es eine Notwendigkeit für einen Wärmetauscher vom Typ mit untergebrachter schalenförmiger Platte, der einen ungenutzten Raum reduziert. Ein Wärmetauscher vom Plattentyp, der den freigelegten peripheren Flansch der Wärmetauscher-Endplatte im Stapel von Platten reduziert, ist auch erwünscht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Endplattenkonfiguration vom invertierten schalenförmigen Typ verwendet, so dass ein Fluidströmungskanal zwischen der Endplatte und der Wärmetauscher-Endplatte im Stapel von Wärmetauscherplatten angeordnet werden kann, um dadurch einen ungenutzten Raum im Stapel zu reduzieren und das Ausmaß zu reduzieren, bis zu welchem der Flansch an der untergebrachten schalenförmigen Wärmetauscher-Endplatte freigelegt ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher zur Verfügung gestellt, der durch eine erste Wärmetauscherplatte charakterisiert ist, die einen zentralen ebenen Abschnitt und einen davon hervorstehenden Umfangsflansch hat, und eine Endplatte, die einen zentralen ebenen Abschnitt und einen davon hervorstehenden Umfangsflansch hat, wobei der Umfangsflansch der Endplatte in einer entgegengesetzten Richtung als der Umfangsflansch der ersten Wärmetauscherplatte vorsteht und innerhalb von diesem abdichtbar untergebracht ist, wobei ein Fluidkanal zwischen den zentralen ebenen Abschnitten der ersten Wärmetauscherplatte und der Endplatte angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher vom Typ gestapelter Platten zur Verfügung gestellt, der eine Mehrzahl von schalenförmigen Wärmetauscherplatten enthält, die eine neben der anderen angeordnet sind, um einen verschachtelten Wärmetauscherplattenstapel auszubilden, wobei jede der Wärmetauscherplatten einen ebenen zentralen Abschnitt mit einem davon hervorstehenden Umfangsflansch hat, und eine Mehrzahl von ersten und zweiten Fluidströmungskanälen, die zwischen den Wärmetauscherplatten für jeweils ein erstes und ein zweites Fluid ausgebildet sind. Der Wärmetauscher hat Kammern für das erste Fluid und das zweite Fluid, die in dem Stapel ausgebildet sind, in Kommunikationsverbindung mit jeweils dem ersten und dem zweiten Fluidkanal, und enthält eine Endplatte mit einem zentralen ebenen Abschnitt der Endplatte und einem von dem zentralen ebenen Abschnitt der Endplatte vorstehenden Umfangsflansch, wobei der Umfangsflansch der Endplatte in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Umfangsflansch einer Wärmetauscher-Endplatte im Plattenstapel vorsteht und innerhalb von diesem abdichtbar verschachtelt bzw. untergebracht ist. Eine ebene Verstärkungsplatte ist an einer Innenfläche eines zentralen ebenen Abschnitts der Endplatte zwischen dem zentralen ebenen Abschnitt der Endplatte und der Wärmetauscher-Endplatte befestigt, wobei ein weiterer Fluidkanal für eines des ersten und des zweiten Fluids zwischen der ebenen Verstärkungsplatte und der Wärmetauscher-Endplatte angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher vom gestapelten Plattentyp zur Verfügung gestellt, der eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten enthält, die abdichtbar aneinander befestigt sind, um einen Stapel auszubilden, wobei jede der Wärmetauscherplatten einen ebenen zentralen Abschnitt und Einlass- und Auslassdurchgänge für Fluiddurchgänge hat, wobei eine Mehrzahl von Fluidkanälen zwischen den ebenen zentralen Abschnitten definiert ist, wobei einige der Fluidkanäle Kanäle für ein erstes Fluid sind und einige der Fluidkanäle Kanäle für ein zweites Fluid sind, um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid zu erleichtern bzw. zu er möglichen, wobei wenigstens eine Wärmetauscher-Endplatte im Stapel einen von dem ebenen zentralen Abschnitt davon vorstehenden Umfangsflansch hat. Der Wärmetauscher hat eine Endplatte mit einem zentralen ebenen Abschnitt der Endplatte und einen von dem zentralen ebenen Abschnitt der Endplatte vorstehenden Umfangsflansch, wobei der Umfangsflansch der Endplatte in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Umfangsflansch der Wärmetauscher-Endplatte vorsteht und abdichtend innerhalb von diesem angeordnet und daran befestigt ist, wobei ein weiterer Fluidkanal für eines des ersten und des zweiten Fluids zwischen der Endplatte und der Wärmetauscher-Endplatte angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen immer gleiche Bezugszeichen zur Bezugnahme auf gleiche Komponenten verwendet werden.
1 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers vom gestapelten Plattentyp, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
2 ist eine Seitenansicht des zusammengebauten Wärmetauschers der 1.
3 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Aufriss, des zusammengebauten Wärmetauschers der 1.
4 ist eine Draufsicht auf eine der bei dem Wärmetauscher der 1 verwendeten Wärmetauscherplatte.
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linien 5-5 der 4.
6 ist eine Draufsicht auf eine weitere beim Wärmetauscher der 1 verwendeten Wärmetauscherplatte.
7 ist eine Draufsicht auf eine Endplatte des Wärmetauschers der 1.
8 ist eine Schnittansicht entlang der Linien 8-8 der 7
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nimmt zuerst Bezug auf 1, ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers vom gestapelten Plattentyp gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein durch ein Bezugszeichen 10 angezeigt. Der Wärmetauscher 10 enthält eine Endplatte 12, eine Verstärkungsplatte 14, eine Anzahl von sich abwechselnden untergebrachten schalenförmigen Platten 16 und 18 und eine Anschlussplatte bzw. Verbindungsplatte 20. Platten 12 bis 20 sind in 1 vertikal angeordnet gezeigt, aber dies dient nur zu illustrativen Zwecken. Der Wärmetauscher 10 kann irgendeine erwünschte Ausrichtung haben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Platten 12–20 jeweils aus Aluminium mit Messingmantel oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet, jedoch könnten auch andere Materialien, wie beispielsweise rostfreier Stahl oder eine Kupferlegierung, verwendet werden. Unter Bezugnahme auf 2 sind die Wärmetauscherplatten von der schalenförmigen Art 16 und 18 abwechselnd eine neben der anderen gestapelt, um einen Kern-Wärmetauscherstapel 24 auszubilden. Nimmt man Bezug auf 3, sind erste Fluidströmungskanäle 26 und zweite Fluidströmungskanäle 28 für jeweilige erste und zweite Fluide abwechselnd zwischen den Wärmetauscherplatten 16 und 18 durch den gesamten Kernstapel 24 definiert. Ein End-Fluidströmungskanal 30 ist zwischen der Verstärkungsplatte 14 und der schalenförmigen Wärmetauscher-Endplatte 16 definiert (die die in den Figuren gezeigte oberste Wärmetauscherplatte 16 ist). Turbolizerplatten 22, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel versetzte Reihen von Windungen enthalten, sind in den Strömungskanälen 26, 28 und 30 angeordnet, um den Fluss von Fluiden dort hindurch zu vergrößern und auch um eine Stütze für die benachbarten Platten zur Verfügung zu stellen.
Nimmt man Bezug auf die 1, 4 und 5, wird nun der Aufbau der Wärmetauscherplatten mit schalenförmiger Form 16 und 18 detaillierter erklärt werden. Die in den 4 und 5 gezeigte Wärmetauscherplatte 18 enthält einen rechteckförmigen ebenen zentralen Abschnitt 32 mit einem integrierten, peripheren, sich nach oben erstreckenden Flansch 34.
Der Flansch 34 definiert einen Winkel, der etwas größer als 90° in Bezug auf den ebenen zentralen Abschnitt 32 ist. Erste und zweite Flussöffnungen 36 und 38 verlaufen durch den ebenen zentralen Abschnitt 32, von welchen eine als erster Fluideinlassdurchgang fungiert und von welchen die andere als erster Fluidauslassdurchgang fungiert. Vorzugsweise sind die Flussöffnungen 36 und 38 relativ zueinander nahe diagonal gegenüberliegenden Rändern des ebenen Abschnitts 32 diagonal angeordnet, wie es in 4 dargestellt ist. Jedoch könnten die Flussöffnungen 36, 38 auch an anderen Stellen angeordnet sein; beispielsweise könnten sie beide bei demselben Abstand von einem gemeinsamen Rand der Platte angeordnet sein. Die Wärmetauscherplatte 18 enthält auch erhöhte erste und zweite Vorsprünge 40, 42, die mit dem ebenen zentralen Abschnitt 32 integriert ausgebildet sind. Jeder der Vorsprünge 40, 42 enthält eine kreisringförmige Wand 44, die an einem kreisringförmigen Stützteilabschnitt 46 abschließt. Der kreisringförmige Stützteilabschnitt 46 des ersten Vorsprungs 40 definiert eine Öffnung 48, die in Kommunikationsverbindung mit einem Flussdurchgang 50 ist, der durch die kreisringförmige Wand 44 des Vorsprungs 40 definiert ist. Gleichermaßen definiert der kreisringförmige Stützteilabschnitt 46 des zweiten Vorsprungs 42 eine Öffnung 52, die in Kommunikationsverbindung mit einem Flussdurchgang ist, der durch die kreisringförmige Wand 44 des Vorsprungs 42 definiert ist.
Die abwechselnden Wärmetauscherplatten 16 sind im Wesentlichen identisch zu Wärmetauscherplatten 18 und enthalten somit jeweils, unter Bezugnahme auf 6, einen ebenen zentralen Abschnitt 54, jeweils erste und zweite Flussöffnungen 58, 60 und jeweils erste und zweite Vorsprünge 62 und 64, von welchen jeder eine Flussöffnung 66 bzw. 68 definiert. Ein integraler Umfangsflansch 70 erstreckt sich von dem ebenen zentralen Abschnitt 54.
Die Wärmetauscherplatten 16 und 18 sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel identisch, mit der einzigen Ausnahme, dass die Stellen der Vor sprünge und der Flussöffnungen zwischen den Platten 16 und 18 umgekehrt sind, wie es ohne weiteres aus einem Vergleich der 4 und 6 offensichtlich wird. Insbesondere ist der erste Vorsprung 40 auf der Platte 16 bei einer Position entsprechend der Stelle der ersten Flussöffnung 58 bei der abwechselnden Platte 16 angeordnet. Der zweite Vorsprung 42 an der Platte 18 ist bei einer Position entsprechend der Stelle der zweiten Flussöffnung 60 durch die abwechselnde bzw. die andere Platte 16 angeordnet. Die erste Flussöffnung 36 durch die Platte 18 ist bei einer Position entsprechend der Stelle des ersten Vorsprungs 62 durch die andere Platte 16 angeordnet und die zweite Flussöffnung 38 durch die Platte 18 ist bei einer Position entsprechend der Stelle des zweiten Vorsprungs 64 der anderen bzw. abwechselnden Platte 16 angeordnet. Die Flussöffnungen 36 und 38 (und entsprechende Vorsprünge) müssen nicht diagonal angeordnet sein, sondern könnten beispielsweise an der Platte relativ zueinander longitudinal bzw. in Längsrichtung angeordnet sein.
Nimmt man Bezug auf die 1, 7 und 8, enthält die Endplatte 12 einen ebenen zentralen Endplattenteilabschnitt 72, der durch einen integralen, sich nach unten erstreckenden Umfangsflansch 74 umgeben ist. Die Verstärkungsplatte 14 ist ein im Wesentlichen ebenes Element, das eine Größe hat, die im Wesentlichen nahe derjenigen des ebenen zentralen Endplattenteilabschnitts 72 ist, und das innerhalb des Flansches 74 untergebracht bzw. verschachtelt ist. Aus Gründen, die nachfolgend detaillierter erklärt werden, ist eine Fehlernachweisöffnung 76 vorzugsweise durch den ebenen, zentralen Endplattenteilabschnitt 72 vorgesehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die zentralen ebenen Abschnitte der Platten 12, 16 und 18 jeweils aus einem Material derselben Dicke ausgebildet, wobei die Verstärkungsplatte 14 aus einem dickeren Material ausgebildet ist, das ausreicht, um eine nötige Festigkeit für den End-Strömungskanal zur Verfügung zu stellen.
Nimmt man Bezug auf die 1 und 2, sitzt der Kernstapel 24 auf einer Anschlussplatte 20, die typischerweise aus dickerem Material als die ebenen Teilabschnitte der Platten 12, 16 und 18 hergestellt sein wird. Die Anschlussplatte 20 hat eine Aufstandfläche, die größtenteils dem zentralen ebenen Abschnitt 32 der ersten Wärmetauscherplatte (die in 2 die Bodenplatte 18 ist) im Kern stapel 24 entspricht. Die Anschlussplatte 20 hat dort hindurch einen ersten und einen zweiten Anschluss für ein erstes Fluid 80 und 82 ausgebildet, von welchen einer als erster Fluideinlassanschluss und von welchem der andere als erster Fluidauslassanschluss für den Wärmetauscher 10 fungiert. Die Anschlussplatte 20 hat auch dort hindurch einen ersten und einen zweiten Anschluss für ein zweites Fluid 80 und 84 ausgebildet, von welchen einer als Fluideinlassanschluss und von welchen der andere als Fluidauslassanschluss für das im Wärmetauscher 10 verwendete zweite Fluid fungiert. Die Anschlussplatte 20 kann einen oder mehrere sich lateral erstreckende Anschlussteilabschnitte 86 enthalten, die dort hindurch ausgebildete Öffnungen haben, um zuzulassen, dass der Wärmetauscher 10 an einer Stelle gesichert oder montiert wird.
Nimmt man Bezug auf die Figuren und insbesondere die 1–3, wird nun eine Anordnung der Komponenten des Wärmetauschers 10 detaillierter beschrieben werden. Der Kernstapel 24 ist aus abwechselnden gestapelten Wärmetauscherplatten mit schalenförmiger Art 16 und 18 ausgebildet. Wie es am besten in 3 zu sehen ist, wird ein äußerer unterer Abschnitt des Flansches 70 jeder Wärmetauscherplatte 16 innerhalb eines inneren oberen Abschnitts des Flansches 34 einer benachbarten unteren Wärmetauscherplatte 18 aufgenommen. Gleichermaßen hat jede Wärmetauscherplatte 18 (mit der Ausnahme der ersten Wärmetauscherplatte 18 im Stapel 24) einen unteren äußeren Abschnitt ihres Flansches 34 innerhalb eines oberen inneren Abschnitt des Flansches 70 der benachbarten unteren Wärmetauscherplatte 16 aufgenommen. Auf solche Weise nehmen die Flansche der Wärmetauscherplatten 16, 18 jeweils eine jeweils benachbarte Wärmetauscherplatte 18, 16 auf und stützen sie (mit der Ausnahme der obersten oder End-Wärmetauscherplatte 16 im Stapel 24). Die Vorsprünge 40, 42, 62 und 64 und die zwischen den Platten angeordneten Turbolizerplatten 22 liefern eine weitere Stütze für die Platten.
Die ersten Fluidströmungskanäle 26 sind zwischen den Bodenflächen der zentralen ebenen Abschnitte 54 der Wärmetauscherplatten 16 und den oberen Oberflächen der zentralen ebenen Abschnitte 32 der Wärmetauscherplatten 18 definiert. Gleichermaßen sind die zweiten Fluidströmungskanäle 28 zwischen einer oberen Oberfläche des zentralen ebenen Abschnitts 54 der Wärmetauscher 16 und den unteren Oberflächen der zentralen ebenen Abschnitte 32 der Wärmetauscherplatten 18 definiert. Wie es am besten in 3 zu sehen ist, sind bei dem zusammengebauten Wärmetauscher 10 der erste Anschluss für das erste Fluid 78 durch die Anschlussplatte 20, die ersten Flussöffnungen 36 durch die Platten 18 und die Öffnungen 68 durch die ersten Vorsprünge 62 der abwechselnden Wärmetauscherplatten 16 alle in Ausrichtung miteinander, um dadurch eine erste Fluidströmungskammer für das erste Fluid zur Verfügung zu stellen, die durch eine phantommäßige Linie 88 in 2 angezeigt ist, die in Strömungsverbindung mit jedem der ersten Fluidströmungskanäle 26 ist. Die kreisringförmige Wand 44 und der ebene Stützteilabschnitt 46 von jedem der ersten Vorsprünge 62 der Wärmetauscherplatten 16 isoliert die zweiten Fluidströmungskanäle 28 von der ersten Fluidströmungskammer 88.
Wie es am besten aus der 3 erkannt werden kann, sind die kreisringförmigen Wände 44 und die ebenen Stützteilabschnitte 46 von jedem der Vorsprünge 62 so bemaßt, dass eine obere Oberfläche des ebenen Stützteilabschnitts 46 des Vorsprungs 62 abdichtend in Eingriff mit einer Bodenfläche des ebenen zentralen Abschnitts von einer benachbarten höheren Platte 18 um den Umfang der ersten Flussöffnung 36 ist. Die Vorsprünge 40, 42 und 64 sind jeweils gleich konfiguriert, um eine gleiche bzw. ähnliche Funktion in der Nähe der anderen drei Ecken des Wärmetauscherstapels 24 zur Verfügung zu stellen.
Der zweite Anschluss 82 für das erste Fluid ist mit den zweiten Flussöffnungen 38 durch die Platten 18 und den Öffnungen 66 durch die zweiten Vorsprünge 64 in abwechselnden Platten 16 ausgerichtet, um eine zweite Flusskammer für das erste Fluid zur Verfügung zu stellen, die in Kommunikationsverbindung mit den ersten Fluidströmungskanälen 26 ist. Eine der ersten Fluidströmungskammer 88 und der zweiten Fluidströmungskammer für das erste Fluid fungiert als Einlasskammer, und die andere als Auslasskammer.
Der erste Anschluss 80 für das zweite Fluid ist mit den Öffnungen 48 durch die ersten Vorsprünge 40 der Wärmetauscherplatten 18 und den Öffnungen 58 der Platten 16 ausgerichtet, um eine Flusskammer für das zweite Fluid zur Verfügung zu stellen, wie es konzeptmäßig durch phantommäßige Linien 90 in 2 angezeigt ist, die in Flusskommunikation mit den zweiten Fluidströmungskanälen 28 und einem weiteren Strömungskanal 30 ist. Der zweite Anschluss 84 für das zweite Fluid richtet sich mit den Öffnungen 52 durch die Vorsprünge 42 der Platten 18 und den Öffnungen 60 der Platten 16 aus, um eine weitere Fluidströmungskammer für das zweite Fluid zur Verfügung zu stellen, die in Kommunikationsverbindung mit den Fluidströmungskanälen 28 und dem weiteren Strömungskanal 30 ist. Eine der Fluidströmungskammern 90 und der weiteren Fluidströmungskammer für das zweite Fluid fungiert ist Einlasskammer und die andere als Auslasskammer.
Der Umfangsflansch 74 der Endplatte 12 steht in einer entgegengesetzten Richtung als der Flansch 70 der Wärmetauscher-Endplatte 16 im Stapel 24 vor. Die Wärmetauscherplatte 12 ist so dimensioniert, dass der Flansch 74 eng innerhalb eines oberen Abschnitts des Flansches 70 der Wärmetauscher-Endplatte aufgenommen werden kann, wobei eine äußere Oberfläche des Flansches 24 eine innere Oberfläche des Flansches 70 überlagert, wie es in 3 dargestellt ist. Hartlötendes Material 92 sichert abdichtend die Flansche 70 und 74 um ihre jeweiligen Umfänge. Die Verstärkungsplatte 14 ist an einer inneren Oberfläche des zentralen ebenen Teilabschnitts der Endplatte 72 hartgelötet, und an den erhobenen Vorsprungteilabschnitten der Platte 16 und an der Turbolizerplatte 22. Wie es oben angegeben ist, ist ein End-Fluidströmungskanal 30 zwischen der Verstärkungsplatte 14 und der Wärmetauscher-Endplatte im Stapel 24 definiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der End-Fluidströmungskanal 30 ein Fluidströmungskanal für das zweite Fluid, jedoch könnte er bei anderen Konfigurationen als ein Strömungskanal für das erste Fluid wirken. Der ebene Stützteilabschnitt 46 des Vorsprungs 62 steht abdichtend in Eingriff mit der Verstärkungsplatte 14, um dadurch sicherzustellen, dass die erste Fluidströmungskammer 88 nicht in Kommunikationsverbindung mit dem End-Fluidströmungskanal 30 ist. Gleichermaßen steht der ebene Stützteilabschnitt des zweiten Vorsprungs 64 der Wärmetauscher-Endplatte 16 auch abdichtend in Eingriff mit der Verstärkungsplatte 14.
Die Verstärkungsplatte 14 und die Endplatte 12 stellen eine kombinierte Stärke bzw. Festigkeit zur Verfügung, die erforderlich ist, um dem Druck standzuhalten, der an dem obersten Ende des Plattenstapels 24 vorhanden ist. Gleichermaßen verstärkt die Anschlussplatte 20 das Bodenende des Stapels 24, um die erforderliche Stärke bzw. Festigkeit an einem solchen Ende zur Verfügung zu stellen. Die kombinierte Verwendung einer Endplatte 14 und einer Verstär kungsplatte 12 kann in einer höheren Druckfestigkeit als eine einzelne Platte von derselben Dicke resultieren, da die Überlappungsverbindung, die zwischen den Flanschen 74 und 70 ausgebildet ist, dazu neigt, stärker als die Anschlussverbindung zu sein, die dann existieren würde, wenn eine dickere einzelne Platte anstelle von separaten Platten 12 und 14 verwendet würde.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht der Flansch 74 von der inneren Oberfläche des ebenen zentralen Endteilabschnitts 72 um einen Abstand vor, der im Wesentlichen gleich der Dicke der Verstärkungsplatte 14 ist. Eine solche Konfiguration lässt zu, dass sich die Turbolizerplatte 22 in dem End-Fluidströmungskanal 30 relativ nahe zu der inneren Oberfläche des Teilabschnitts des Flansches 70 erstreckt, der den Umfang des Strömungskanals 30 definiert.
Nimmt man Bezug auf 1, ist die Fehlernachweisöffnung 76 durch die Endplatte 12 vorgesehen, um zuzulassen, dass ein Fehlernachweis ausgeführt wird, um sicherzustellen, dass die Verstärkungsplatte 14 während seines Zusammenbaus richtig in den Wärmetauscher 10 eingebaut worden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 76 vorzugsweise groß genug, um zuzulassen, dass eine Person durch Schauen durch die Öffnung visuell verifiziert, dass die Verstärkungsplatte 14 vorhanden ist. Gleichzeitig ist die Öffnung 76 vorzugsweise klein genug, um eine Beeinflussung der strukturellen Integrität oder der Stärke der Endplatte 12 zu vermeiden. Zusätzlich zum Bereitstellen einer visuellen Prüfung kann die Fehlernachweisöffnung 76 auch eine funktionelle Verifizierung zur Verfügung stellen, dass die Verstärkungsplatte 14 abdichtend an einer Stelle angeordnet ist, und zwar während eines Tests, bei welchem ein Testfluid unter Druck in den End-Fluidströmungskanal 30 gezwungen wird. Wenn irgendetwas von dem Testfluid durch die Fehlernachweisöffnung 76 austritt, wird ein Problemzustand, wie beispielsweise eine fehlende Verstärkungsplatte oder ein Leckpfad zwischen der Endplatte und der Verstärkungsplatte, angezeigt. Es wird verstanden werden, dass mehr als eine Fehlernachweisöffnungen durch die Endplatte 12 vorgesehen sein könnten.
Bei einem möglichen Einsatz des Wärmetauschers 10 tritt ein erstes Fluid in den Wärmetauscher 10 durch den Anschluss 78 ein und strömt parallel durch die ersten Fluidströmungskanäle 26 und darauf folgend durch den Anschluss 82 in der Anschlussplatte 20 aus dem Wärmetauscher heraus. Ein zweites Fluid tritt durch den Fluidanschluss 80 in den Wärmetauscher ein und strömt parallel durch jeden der zweiten Fluidströmungskanäle 28 und den End-Fluidströmungskanal 30 und verlässt den Wärmetauscher 10 durch den Fluidanschluss 84 in der Anschlussplatte 20. Auf solche Weise wird Wärme zwischen den zwei Fluiden ausgetauscht, wenn sie durch die abwechselnden Strömungskanäle des Stapels 24 strömen.
Es wird somit erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher vom Typ mit gestapelten, schalenförmigen Platten zur Verfügung stellt, wobei die schalenförmige Wärmetauscher-Endplatte im Stapel bei dem Wärmeaustauschprozess aktiv verwendet wird, um dadurch irgendeinen ungenützten Raum zu eliminieren. Die Überlagerungsverbindung zwischen der Endplatte und der schalenförmigen Wärmetauscher-Endplatte stellt eine druckbeständige Konfiguration zur Verfügung. Der freigelegte Rand des Flansches der letzten Wärmetauscherplatte im Stapel wird minimiert. Bei dem dargestellten Beispiel ist, wie es in 3 gezeigt ist, die Endplatte 12 im Wesentlichen mit einem oberen Rand des Flansches 70 ausgerichtet, um dadurch die Chance einer Verletzung zu reduzieren, die aufgrund eines vorstehenden Flansches auftritt.
Es wird erkannt werden, dass eine Anzahl von Variationen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich ist. Beispielsweise sind die Platten als rechteckförmig dargestellt worden, jedoch könnten andere Plattenkonfigurationen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie beispielsweise kreisförmige oder länglich geformte Platten. Die abwechselnden Strömungskanäle sind derart dargestellt worden, dass sie dieselbe Höhe haben. Jedoch könnten die abwechselnden Platten unterschiedliche Flanschhöhen haben, so dass die abwechselnden Strömungskanäle entsprechend unterschiedliche Höhen haben. Bei einigen Konfigurationen könnten separate Krägen anstelle von Vorsprüngen 62, 64, 40 und 42 verwendet werden. Die Stellen der Flussöffnungen und der Vorsprünge könnten beispielsweise variiert werden, die Flussöffnungen durch jede Platte könnten relativ zueinander in Längsrichtung positioniert werden, eher als diagonal angeordnet, oder könnten Seite an Seite angeordnet werden, getrennt durch eine Grenze, die einen indirekten U-förmigen Strömungspfad erzwingt.
Die Turbolizerplatten 22 könnten sich von Ende-zu-Ende des Wärmetauschers erstrecken und könnten vor den Flussöffnungen enden. Bei einigen Ausführungsbeispielen könnten integral ausgebildete Vertiefungen oder Rippen an Platten 16, 18 anstelle von Turbolizerplatten 22 für eine Strömungsvergrößerung und eine strukturelle Stütze verwendet werden, und bei einigen Ausführungsbeispielen können Turbolizer 22 von einigen oder von allen der Strömungskanäle gänzlich weggelassen werden. Obwohl der Wärmetauscher oben unter dem Gesichtspunkt eines Handhabens von zwei Wärmetransferfluiden beschrieben worden ist, wird es erkannt werden, dass mehr als zwei Fluide einfach durch Verschachteln bzw. Unterbringen oder ein Erweitern um die beschriebenen Strukturen unter Verwendung von Prinzipien gleich denjenigen, die oben beschrieben sind, untergebracht werden können. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Verstärkungsplatte nicht erforderlich sein, solange die Endplatte 12 dick genug ist, oder auf andere Weise ausreichend gestützt wird, um irgendeinen Druck auszuhalten, der auf sie ausgeübt wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Verstärkungsplatte 14 vertieft oder gerippt sein oder mit gerippten Windungen ausgebildet sein.
Obwohl Ausführungsbeispiele des oben beschriebenen Wärmetauschers einen Kernstapels einer Vielzahl von Platten vom schalenförmigen Typ 16, 18 enthalten haben, und zwar mit einer schließlichen Endplatte vom invertierten schalenförmigen Typ 12, könnte bei einigen Ausführungsbeispielen die Endplatte vom invertierten schalenförmigen Typ 12 mit oder ohne Verstärkungsplatte 14 und mit oder ohne Turbolizer 22 in Kombination mit genau einer einzigen Platte vom schalenförmigen Typ 16 oder 18 verwendet werden (in welchem Fall die Platte vom schalenförmigen Typ 16 oder 18 keine erhöhten Vorsprünge mit dadurch ausgebildeten Öffnungen haben muss). Eine solche Konfiguration könnte beispielsweise für einen Wärmetauscher mit niedrigem Profil mit einem einzigen eingeschlossenen Fluidströmungskanal zwischen der Endplatte 12 und der benachbarten einzigen Platte vom schalenförmigen Typ 16 oder 18 verwendet werden.
Wie es Fachleuten auf dem Gebiet angesichts der vorangehenden Offenbarung klar sein wird, sind viele Abänderungen und Modifikationen bei der Ausführung dieser Erfindung möglich, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen.
Demgemäß soll es so verstanden werden, dass der Schutzumfang der Erfindung gemäß der Substanz ist, die durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Wärmetauscher mit: einer ersten Wärmetauscherplatte (16) mit einem zentralen ebenen Abschnitt (54) und einem von diesem vorstehenden Umfangsflansch (70), und einer Endplatte (12) mit einem zentralen ebenen Abschnitt (72) und einem von diesem vorstehenden Umfangsflansch (74), dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsflansch (74) der Endplatte (12) in einer entgegengesetzten Richtung vorsteht als der Umfangsflansch (70) der ersten Wärmetauscherplatte (16) und abdichtend in den Umfangsflansch (74) eingesetzt ist, wobei ein Fluidkanal (30) zwischen den zentralen ebenen Abschnitten (54, 72) der ersten Wärmetauscherplatte und den Endplatten (16, 12) angeordnet ist; und dass eine ebene Verstärkungsplatte (14) an einer inneren Fläche der Endplatte (12) befestigt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Mehrzahl weiterer Wärmetauscherplatten (16, 18), die jeweils einen zentralen Abschnitt (54, 32) und einen von diesem vorstehenden Umfangsflansch (70, 34) aufweisen und eine neben der anderen und mit der ersten Wärmetauscherplatte (16) angeordnet sind, um einen ineinander gesteckten bzw. verschachtelten Wärmetauscherplattenstapel auszubilden, wobei die erste Wärmetauscherplatte (16) an einem Ende des Stapels angeordnet ist, wobei eine Mehrzahl erster und zweiter Fluidströmungskanäle (26, 28) zwischen den Wärmetauscherplatten (16, 18) jeweils für erste und zweite Fluide ausgebildet ist; erste und zweite Fluidkammern (88, 90), die in dem Stapel ausgebildet sind und jeweils mit den ersten und zweiten Fluidkanälen (26, 28) in Verbindung stehen, wobei eine der ersten und zweiten Fluidkammern (88, 90) mit dem Fluidkanal (30) in Verbindung steht, der zwischen den zentralen ebenen Abschnitten (32, 72) des ersten Wärmetauschers und den Endplatten (16, 12) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der zwischen den zentralen ebenen Abschnitten (54, 72) des ersten Wärmetauschers und den Endplatten (16, 12) angeordnete Fluidkanal (30) zwischen der ebenen Verstärkungsplatte (14) und dem zentralen ebenen Abschnitt (54) der ersten Wärmetauscherplatte (16) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsplatte (14) im Wesentlichen die gesamte innere Fläche des zentralen ebenen Abschnitts (72) der Endplatte abdeckt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlernachweisöffnung (76) durch den zentralen ebenen Abschnitt (72) der Endplatte an einer solchen Stelle vorgesehen ist, dass eine innere Seite der Fehlernachweisöffnung durch die Verstärkungsplatte (14) abdichtend abgedeckt wird, wobei die Fehlernachweisöffnung (76) eine Überprüfung bzw. Bestätigung erlaubt, dass die Verstärkungsplatte (14) vorhanden ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlernachweisöffnung (76) ausreichend bemaßt ist, um eine visuelle Überprüfung bzw. Bestätigung des Vorhandenseins der Verstärkungsplatte (14) zuzulassen.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlernachweisöffnung (76) ausreichend bemaßt ist, um zuzulassen, dass ein Testfluid von dem Fluidkanal (30) zwischen der ersten Wärmetauscherplatte (16) und der Endplatte (12) durch sie hindurch läuft, wenn die Verstärkungsplatte (14) nicht vorhanden ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsplatte (14) dicker als der zentrale ebene Abschnitt (72) der Endplatte ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsflansch (74) der Endplatte von einer inneren Fläche des zentralen ebenen Abschnitts (72) der Endplatte um einen Abstand vorsteht, der im Wesentlichen gleich der Dicke der ebenen Verstärkungsplatte (14) ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Strömungsvergrößerungsmittel (22), das wenigstens in einigen der Strömungskanäle angeordnet ist, um die Fluidströmung durch diese zu vergrößern.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine äußere Fläche des Umfangsflanschs (74) der Endplatte (12) eine innere Fläche des Umfangsflanschs (34) der ersten Wärmetauscherplatte (16) überlagert, wobei die sich überlagernden Flächen abdichtend miteinander verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei Fluideinlass- und -auslassdurchgänge (36, 68, 58, 60) durch voneinander beabstandete Bereiche der zentralen ebenen Abschnitte (54, 32) jeder der ersten und der weiteren Wärmetauscherplatten (16, 18) ausgebildet sind, wobei die erste und die weiteren Wärmetauscherplatten (16, 18) weiterhin erste und zweite voneinander beabstandete Vorsprünge (40, 42, 60, 64) aufweisen, die sich von einer Oberfläche des zentralen ebenen Abschnitts (54, 32) in der gleichen Richtung wie der Umfangsflansch (70) der ersten Wärmetauscherplatte (16) erstrecken, wobei jeder der Vorsprünge (40, 42, 60, 64) eine ebene Stützfläche (46) aufweist, die eine Strömungsöffnung umgibt, wobei die erste und die weiteren Wärmetauscherplatten (16, 18) so angeordnet sind, dass die Strömungsöffnung durch den ersten Vorsprung in jeder Wärmetauscherplatte zu dem Einlassdurchgang in der benachbarten Wärmetauscherplatte (16, 18) ausgerichtet ist, wobei die ebene Stütz fläche (46) des ersten Vorsprungs abdichtend um den Einlassdurchgang an der benachbarten Wärmetauscherplatte in Eingriff steht, und wobei die Strömungsöffnung durch den zweiten Vorsprung in jeder Wärmetauscherplatte zu dem Auslassdurchgang in der benachbarten Wärmetauscherplatte ausgerichtet ist, wobei die ebene Stützfläche des zweiten Vorsprungs abdichtend um den Auslassdurchgang an der benachbarten Wärmetauscherplatte in Eingriff steht, wobei die ausgerichteten Strömungsöffnungen und Durchgänge erste Einlass- und erste Auslassströmungskammern bilden, damit das erste Fluid in die Fluidkanäle (26) für das erste Fluid eintritt bzw. aus diesen austritt, und zweite Einlass- und zweite Auslassströmungskammern, damit das zweite Fluid in die Fluidkanäle (28) für das zweite Fluid eintritt bzw. aus diesen austritt, wobei die Fluidkanäle für das erste und zweite Fluid durch den gesamten Stapel abwechseln.
Wärmetauscher nach Anspruch 12, der weiterhin eine Basisplatte (20) enthält, die mit einer der Wärmetauscherplatten (16, 18) in dem Stapel verbunden ist, um den Wärmetauscher an einer Stützfläche anzubringen, wobei die Basisplatte (20) erste Fluideinlass- und -auslassdurchgänge und zweite Fluideinlass- und -auslassdurchgänge (78, 80, 82 und 84) aufweist, die durch sie in Verbindung mit den entsprechenden ersten Einlass- und ersten Auslassströmungskammern (88, 90) und zweiten Einlass- und zweiten Auslassströmungskammern (88, 90) stehen.