DE69017689T2

DE69017689T2 - Plattenwärmetauscher.

Info

Publication number: DE69017689T2
Application number: DE69017689T
Authority: DE
Inventors: Anthony Joseph Union Ville Ontario Cesaroni
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2010-07-28
Also published as: CA2063718A1; AU632842B2; EP0486506A1; JPH04506994A; CA2063718C; AU6042990A; GB8917240D0; EP0486506B1; DE69017689D1; WO1991002209A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärinetauscher mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Scheiben- oder Plattenwärmetauscher, die aus Thermoplastpolymeren hergestellt sind, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Wärmetauscher sind in den EP-A-0 286 399 und EP-A-0 286 400 von A.J. Cesaroni und J.P. Shuster, der EP-A-0 304 261 von A.J. Cesaroni und der EP-A-0 337 802 von A.H. Cesaroni und J.P. Shuster offenbart, die am 18. Oktober 1989 veröffentlicht wurden. Diese Anmeldungen offenbaren Plattenwärmetauscher, die aus Polyamidzusammensetzungen gebildet sind, und die EP-A-0 286 399 zeigt einen Wärmetauscher mit den im Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Die DE-A-2 322 730 zeigt eine Metallwellplatte zwischen Metallwärmetauscherplatten, die in Längsrichtung entlang der Flußrichtung zwischen Einlaß- und Auslaßverteilern angeordnet und nicht mit den Platten verbunden ist. Die US-A-3 157 229 zeigt eine im wesentlichen ebene "Schalenscheibe", die eine perforierte Zwischentafel ist, die durch die Wirkung von gegenseitig versetzten Wellmetallplatten wellig verformt ausgebildet ist.
Polyamide bieten als Material zur Konstruktion von Thermoplastplattenwärmetauschern eine Reihe von Vorteilen. Polyamide können insbesondere ausreichende Festigkeits- Zähigkeits- und chemische Beständigkeitseignschaften bei hohen Temperaturen liefern, um die Verwendung von aus Polyamiden gebildeten Plattenwärmetauschern bei so aufreibenden Anwendungen wie im Automobilbereich zu ermöglichen. Ölkühler können der Atmosphäre ausgesetzt sein, wo dann der Wärmetauscher mit der Benutzung des Fahrzeugs verbundenen Umweltbedingungen wie Steinen, Splitt und ähnlichem ausgesetzt wird, oder aber der Ölkühler kann innerhalb des Radiators des Automobils liegen, wo dann die Außenseite des Ölkühlers Wasser, Glykolen und anderen Zusätzen in der Flüssigkeit des Radiatorkühlsystems ausgesetzt ist.
Allerdings bestehen Schwierigkeiten bei der wirksamen Herstellung von Plattenwärmetauschern aus Polyamiden, insbesondere bezüglich der Bildung von Fluiddurchgängen und anderen Abschnitten des Plattewärmetauschers sowie beim Verbinden der Teile des Wärmetauschers.
Nun wurden ein aus Thermoplastpolymerzusammensetzungen gebildeter Plattenwärmetauscher, der eine Zwischenplatte mit Fluidflußdurchgängen enthält, sowie Verfahren zu seiner Herstellung gefunden.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände gekrümmt oder eben sind, wobei ihre Innenflächen jeweils mit entgegengesetzten Seiten der selbsttragenden Zwischenwellplatte verbunden sind, wo sie in Kontakt stehen, wobei die selbsttragende Wellplatte aus einem Thermoplastpolymeren gebildet ist, wobei die Platte eine Vielzahl von Fluidflußdurchgängen durch gegenüberliegende schiefe Ebenen jeder Welle aufweist, um den Fluß zwischen den Einlaß - und Auslaßverteilerbereichen zuzulassen, wobei die Wellen quer zu dem Fluß angeordnet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Fluidflußdurchgänge der Wellplatte in axialer Richtung zwischen den Einlaß- und Auslaßbereichen versetzt.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Fluidflußdurchgänge an jeder schiefen Ebene jeder Welle bezüglich der Durchgänge an der angrenzenden Welle versetzt.
Außerdem weist die Wellplatte bei einer weiteren Ausführungsform mehrere Wellen mit Öffnungen auf, die Fluidflußdurchgänge an beiden schiefen Ebenen jeder Welle bilden, wobei die Durchgänge durch mehrere Schlitze in Nebeneinanderanordnung mit relativer Verschiebung von durch aufeinanderfolgende Schlitze gebildeten Bereichen des Thermoplastpolymeren gebildet sind, um die Fluidflußdurchgänge auszubilden.
Bei einer anderen Ausführungsform weisen die Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche Einlaß- bzw. Auslaßverteilerringe auf.
Darüberhinaus ist die Wellplatte bei einer weiteren Ausführungsform aus einer Polyamidzusammensetzung gebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Plattenwärmetauscher aus zwei Platten aus dem Thermoplastpolymeren gebildet, die am Umfang fluiddicht miteinander verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers vor, der eine Platte mit einem Paar einheitlich ebener oder gekrümmter Außenwände aufweist, die Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche in beabstandeter Beziehung und dazwischen Fluidflußdurchgänge bilden und aus einer Zusammensetzung aus einem Thermoplastpolymeren ausgebildet sind sowie eine Dicke im Bereich von 0,07 bis 0,7 mm aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
(a) Setzen einer Platte aus Thermoplastpolymer mit Öffnungen, die Einlaß- und Auslaßmitteln entsprechen, auf eine Hälfte einer Form mit Stecklokalisierungsmitteln, die den Orten der Öffnungen entsprechen;
(b) Setzen eines Einlaßverteilerrings über ein Stecklokalisierungsmittel und eines Auslaßverteilerrings über das andere Stecklokalisierungsmittel;
(c) Setzen einer selbsttragenden Wellplatte aus einem Thermoplastpolymeren mit mehreren Fluidflußdurchgängen durch gegenüberliegende schiefe Ebenen jeder Welle an der Platte zwischen die Einlaß- und Auslaßverteilerringe;
(d) Setzen einer zweiten Platte aus einer Thermoplastpolymerzusammensetzung mit Öffnungen, die den Einlaß- und Auslaßverteilermitteln entsprechen, über das Stecklokalisierungsmittel;
(e) Setzen einer zweiten Hälfte der Form über die zweite Platte und die Einlaß- und Auslaßverteilungsringe, wobei die zweite Hälfte Buchsenlokalisierungsmittel aufweist, die bezüglich der Stecklokalisierungsmittel der ersten Hälfte der Form zusammenwirkend lokalisiert sind; und
(f) Aufbringen von Wärme und Druck, um eine Verbindung von entgegengesetzten Flächen der Platten aus der Thermoplastpolymerzusammensetzung mit jeweils entgegengesetzten Seiten der selbsttragenden Wellplatte zu bewirken, wo sie jeweils in Kontakt stehen, und die Platten aus Thermoplastpolymer am Umfang miteinander zu verbinden; wobei die Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche des so gebildeten Plattenwärmetauschers über die Fluidflußdurchgänge in Fluidflußverbindung stehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus einer Thermoplastpolymerzusammensetzung gebildeten Plattenwärmetauscher sowie dessen Herstellung und insbesondere einen solchen Wärmetauscher, bei dem das Thermoplastpolymere Polyamid ist. Die Erfindung wird insbesondere in bezug auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele und speziell die Verwendung von Polyamid als dem Thermoplastpolymeren und der Wellplatte als der selbsttragenden Netzstruktur beschrieben. In den Zeichnungen sind
Fig. 1 eine Explosionsansicht eines Endabschnitts einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers nach der Erfindung;
Fig. 2A und 2B Draufsichten von Endabschnitten von Ausführungsformen eines Plattenwärmetauschers von Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer bei dem Plattenwärmetauscher von Fig. 1 verwendeten Wellplatte; und
Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen von Draufsichten auf Ausführungsformen der Wellplatte von Fig. 3.
Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers, der länglich und im wesentlichen eben ist. Es versteht sich allerdings, daß der Plattenwärmetauscher andere Formen aufweisen kann, also z.B. aus Platten ausgebildet sein kann, die nicht länglich sind, die Seiten aufweisen, die nicht parallel zueinander sind und/oder im wesentlichen nicht eben, d.h. gekrümmt sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besteht der Plattenwärmetauscher, der allgemein mit 1 angegeben ist und von dem nur ein Ende gezeigt ist, aus zwei Platten 2 und 3, die aus einer Polyamidzusammensetzung gebildet sind, einem Verteilerring 4 sowie einer selbsttragenden Gitterstruktur, die in Form einer Wellplatte 5 gezeigt ist; der Verteilerring 4 ist nicht wesentlich für den Plattenwärmetauscher, aber der Wärmetauscher weist bevorzugt Verteilerringe auf. Der Verteilerring 4 und die Wellplatte 5 befinden sich beide zwischen den Polyamidplatten 2 und 3. Die Polyamidplatten 2 und 3 weisen Kanten 6 bzw. 7 auf, die bei dem zusammengebauten Plattenwärmetauscher miteinander versiegelt sind, um die Umfangsdichtung des Wärmetauschers zu bilden. Jede Polyamidplatte 2 und 3 weist einen Abschnitt 8 bzw. 9 auf, der den Verteilerring 4 und die Wellplatte 5 unterbringt; die Polyamidplatten 2 und 3 sind zwar allgemein eben, aber bevorzugt zu einer Gestalt geformt, die zum Unterbringen der Verteilerringe und der Wellplatte erforderlich ist.
Der Verteilerring 4 weist eine axial oder zentral angeordnete Öffnung 10 auf, die mit den Öffnungen 11 und 12 in den Polyamidtafeln 2 und 3 ausgerichtet ist, um dadurch einen Fluidflußdurchgang zu oder von dem Verteilerring 4 von außen zu dem Plattenwärmetauscher zu bilden. Der Verteilerring 4 weist zusätzlich einen Kanal 13 auf, der sich von der Öffnung 10 zum Bereich der Wellplatte 5 erstreckt. Der Verteilerring 4 kann in der Praxis eine Vielzahl von Kanälen 13 aufweisen und sich bei einigen im folgenden erörterten Ausführungsformen wie der Ausführungsform von Fig. 2B von der Öffnung 10 in einer Anzahl von Richtungen erstrecken, die 180º voneinander beabstandet sein können; allerdings ist die Ausführungsform von Fig. 2A bevorzugt. Der Kanal 13 könnte im wesentlichen einen rohrförmigen Querschnitt aufweisen; insbsondere wenn nur ein Kanal verwendet wird, könnte er aber auch fächerförmig sein, wobei sich der äußere Abschnitt des Fächers über einen wesentlichen Abschnitt der Breite des Wärmetauschers erstreckt.
Die Wellplatte 5 weist mehrere Wellen 14 auf, von denen zwei teilweise gezeigt sind. Jede Welle weist mehrere Durchgänge 15 und 16 auf, die bezüglich der Längsrichtung zwischen dem Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers nicht ausgerichtet sind. Die Durchgänge 15 und 16 befinden sich an den schiefen Ebenen der Wellen, wobei an jeder schiefen Ebene Durchgänge erforderlich sind, um den Einlaß und den Auslaß in Fluidflußverbindung zu bringen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Wellplatte ist in der EP-A-0 484 350 von A.J. Cesaroni beschrieben.
Fig. 2A und 2B zeigen Draufsichten des Plattenwärmetauschers, wobei die obere Platte zur Verdeutlichung weggelassen ist. Bei der bevorzugteren Ausführungsform von Fig. 2A weist der allgemein mit 21 angegebene Plattenwärmetauscher einen Verteilerring 22 in nebeinanderliegender Beziehung mit der Wellplatte 23 auf. Der Verteilerring 22 und die Wellplatte 23 sind zwischen einer ersten (unteren) Polyamidplatte 24 und einer zweiten (oberen) Polyamidplatte untergebracht (die nicht gezeigt ist). Die erste und zweite Polyamidplatte sind am Umfang versiegelt, um die äußere Begrenzung des Plattenwärmetauschers zu bilden. Der Verteilerring 22 weist eine axial angeordnete Öffnung 26 auf, von der mehrere Kanäle 27 nach außerhalb des Verteilerrings 22 verlaufen, um Fluidflußdurchgänge zwischen der Öffnung 26 und dem Bereich der Wellplatte 23 innerhalb des Plattenwärmetauschers 21 zu bilden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2B weist der allgemein mit 31 angegebene Plattenwärmetauscher einen Verteilerring 32 in nebeneinanderliegender Beziehung zu einer Wellplatte 33 auf, die als 33A und 33B gezeigt ist. Der Verteilerring 32 und die Wellplatte 33 sind zwischen zwei Polyamidplatten aufgenommen, von denen zur Verdeultichung nur die untere (34) gezeigt ist. Die Polyamidplatten sind am Umfang versiegelt, um die äußere Begrenzung des Plattenwärmetauschers zu bilden. Der Verteilerring 32 weist eine axial angeordnete Öffnung 36 auf, von der mehrere Kanäle 37 nach außerhalb des Verteilerrings 32 verlaufen, um Fluidflußdurchgänge zwiscchen der Öffnung 36 und dem Bereich der Wellplatte 33 zu bilden. Der Plattenwärmetauscher von Fig. 2B unterscheit sich von der bevorzugteren Ausführungsform von Fig. 2A darin, daß die Wellplatte 33 an beiden Seiten des Verteilerrings 32 angeordnet ist. Kanäle 37 verlaufen durch den Verteilerring von der Öffnung 26 zu den Bereichen der Wellplatte 33A und 33B. Der Verteilerring 36 weist zusätzlich Kanäle 38 auf, die direkt von dem Bereich der Wellplatte 33A zu dem Bereich der Wellplatte 3B verlaufen und damit die Öffnung 36 umgehen.
Die Ausführungsform von Fig. 2B ist für eine Verwendung gedacht, bei der die Anordnung der Öffnung 36 innerhalb des Plattenwärmetauschers aus Gründen festgelegt oder vorbestimmt ist, die nicht mit der Herstellung des Plattenwärmetauschers verknüpft sind, sondern wo Erweiterungen der Wärmeaustauschfläche über den Abschnitt zwischen dem Einlaß und dem Auslaß hinaus möglich sind. Die von einer Automobilfirma geforderte Spezifizierung für einen Plattenwärmetauscher wird beispielsweise wahrscheinlich den Abstand zwischen Öffnungen in dem Plattenwärmetauscher angeben, aber die Anordnung des Plattenwärmetauschers bei der Verwendung kann eine Möglichkeit bieten, einen erweiteren Bereich für die Wärmeübertragung vorzusehen, und es könnten Bereiche verwendet werden, die den Wellplatten 33A und 33B entsprechen.
In Fig. 3 ist die Wellplatte allgemein mit 41 angegeben und im Seitenaufriß gezeigt. Die Platte 42 weist mehrere Wellen auf, von denen eine (43) gezeigt ist. Die schiefen Ebenen an beiden Ende der Welle enthalten Öffnungen 44 und 45. Die Öffnungen 44 und 45 liegen aus der Sicht rechtwinklig zu der Welle an einer nicht ausgerichteten Position, d.h. nicht ausgerichtet bezüglich der Achse zwischen den Einlaß- und Auslaßverteilerbereichen. Die Öffnung 44 und 45 können jede zweckmäßige Gestalt einschließlich kreisförmig und rechteckig aufweisen; ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der speziellen Gestalt der Öffnungen 44 und 45 liegt in der bequemen Herstellung der Wellplatte. Die Öffnungen weisen dann eine Größe und Gestalt auf, die den Fluß von Fluid ermöglichen, wobei das nicht ausgerichtete Aussehen dazu gedacht ist, Turbulenzen in dem durch den Wärmetauscher fließenden Fluid zu verursachen und es zu mischen, womit sich eine wirksamere Wärmeübertragung ergibt. Wie oben bemerkt, ist in der EP-A-0 484 350 eine bevorzugte Ausführungsform der Wellplatte zusammen mit ihrer Herstellung beschrieben.
Fig. 4 zeigt eine Wellplatte 51 in Draufsicht. Die Platte 51 weist eine Vielzahl von Öffnungen 52 auf, die in der Sicht quer zu der Platte in ausgerichteter Position, aber in der Sicht in Richtung der Länge der Platte, d.h. der Achse zwischen den Einlaß- und Auslaßverteilerbereichen der Platte in nicht ausgerichteter Position liegen. Die in Fig. 4 gezeigten Öffnungen sind kreisförmig.
Fig. 5 zeigt eine Wellplatte 61 in Draufsicht. Die Platte 61 weist eine Vielzahl von Öffnungen 62 auf, die in der Sicht quer zu der Platte in ausgerichteter Position, aber in der Sicht in Richtung der Länge der Platte in nicht ausgerichteter Position liegen. Die in Fig. 5 gezeigten Öffnungen sind rechteckig.
Der Plattenwärmetauscher der vorliegenden Erfindung kann insbesondere in Abhängigkeit von den Betriebsanforderungen für den Wärmetauscher mit oder ohne Verwendung von Dichtungen oder ähnlichem zusammengebaut werden.
Die Erfindung wurde oben unter Bezug auf einen einzigen Plattenwärmetauscher beschrieben. Allerdings kann eine Vielzahl von Wärmetauschern verwendet werden, wobei die Wärmetauscher in Reihe oder wahrscheinlicher parallel angeordnet sein können. Bevorzugt können Abstandshalter zwischen den einzelnen Plattenwärmetauschern eines Stapels von Wärmetauschern verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist jede bei der Herstellung des Wärmetauschers verwendete Platte mit einer Beschichtungszusammensetzung beschichtet, um die Verbindung der Wellplatte beim Umfangsverbinden miteinander und/oder beim Verbinden mit Endflächen jedes Verteilerrings zu vereinfachen. Je nach den Betriebserfordernissen werden wahrscheinlich Bindemittel benötigt werden, um insbesondere für die Umfangsverbindung Verbindungen von geeigneter Festigkeit zu erhalten. Beispiele für solche Beschichtungen sind im folgenden sowie in den oben erwähnten veröffentlichten europäischen Patentanmeldungen von A.H. Cesaroni und J.P. Shuster offenbart.
Bei der Herstellung des Wärmetauschers wird eine erste Platte aus der Polymerzusammensetzung, die normalerweise in die Gestalt des herzustellenden Plattenwärmetauschers vorgeformt ist, auf eine Hälfte einer Form mit Stecklokalisierungsmitteln gesetzt, die den Einlaß- und Auslaßöffnungen des Plattenwärmetauschers entsprechen. Die Stecklokalisierungsmittel können auch Abgabemittel, z.B. eine Öffnung für Fluid, z.B. Luft oder Stickstoff bzw. Fluidaufnahmemittel aufweisen, um beispielsweise das Abführen von Gasen vom Inneren des Plattenwärmetauschers während oder nach der Herstellung zu ermöglichen. Ein Einlaßverteilerring wird dann bevorzugt über ein Stecklokalisierungsmittel und ein Auslaßverteilerring über das andere gesetzt. Die Endflächen des Verteilerrings sind normalerweise mit einer Beschichtungszusammensetzung beschichtet, um die Verbindung des Verteilerrings mit den Platten des Wärmetauschers zu erleichtern, insbesondere wenn das Polymere ein Polyamid ist. Wie oben beschrieben, wird dann ein Streifen der Wellplatte auf die erste Platte zwischen die Verteilerringe gesetzt; bei Ausführungsformen, bei denen der Wärmetauscher auch Wellplatten in Bereichen gegenüber Eingriffsbereichen zwischen den Verteilerringen aufweist, würden dann Wellplatten auch in solche Bereiche gesetzt. Dann wird eine zweite Platte aus der Polymerzusammensetzung über die Wellplatte gesetzt, wobei die zweite komplementär und bei den Ausführungsformen mit der ersten Platte identisch ist. Dann wird die zweite Hälfte der Form hinzugefügt, wobei die zweite Hälfte Buchsenlokalisierungsmittel aufweist, die den Stecklokalisierungsmitteln der ersten Hälfte der Form entsprechen. Dann werden Wärme und Druck aufgebracht, um die Verbindung zwischen den Platten und der Wellplatte sowie die Umfangsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Platte zu bewirken. Es können auch Verbindungen mit den Verteilerringen, insbesondere mit den Endflächen der Verteilerringe gebildet werden. Für die Umfangsverbindung ist eine fluiddichte Versiegelung erforderlich; die anderen Verbindungen können weniger strikten Anforderungen genügen. Die Kanten des Wärmetauschers können eine Putzoperation benötigen.
Die Temperatur des hergestellten Plattenwärmetauschers wird vor dem Entfernen des Plattenwärmetauschers aus der Form über die erwartete Betriebstemperatur des sich ergebenden Wärmetauschers erhöht, um die Verwindung des Wärmetauschers während der nachfolgenden Verwendung zu verringern.
Hier ist offenbart, daß die Verbindung der Platten unter dem Einfluß von Wärme und Druck durchgeführt wird. Es sei zu verstehen, daß der Verbindungszyklus des Verfahrens nur teilweise unter dem Einfluß von Wärme und Druck durchgeführt werden kann und der Druck ein relativ niedriger Druck sein kann.
Jede auf die Platten und Verteilerringe aufgebrachte Beschichtung sollte eine Beschichtung sein, die die Verbindung zwischen den Polymerzusammensetzungen der Platten fördert, die normalerweise aus dem gleichen Polymeren bestehen. Solche Beschichtungen sind bekannt und umfassen einen weiten Bereich von Klebstoffen. Beispiele sind in den oben erwähnten veröffentlichten europäischen Patentanmeldungen erörtert; so kann beispielsweise eine homogene Beimischung von Benzylalkohol, Phenol und Polyamid bei der Verbindung der Polyamidzusammensetzungen verwendet werden.
Die Platten können aus einem weiten Bereich von Polyamidzusammensetzungen gebildet sein. Die ausgewählte Zusammensetzung wird hauptsächlich von der gewünschten Endverwendung des Wärmetauschers, insbesondere der Verwendungstemperatur und der Verwendungsumgebung einschließlich des durch den Wärmetauscher geführten Fluids und des Fluids, z.B. Luft, außerhalb des Wärmetauschers abhängen. Im Falle der Verwendung bei einem Fahrzeug kann das Fluid Luft sein, die zeitweilig Salz oder eine andere korrosive oder abreibende Substanz enthält, oder das Fluid kann flüssig sein, z.B. ein Radiatorenfluid
Beispiele für Polyamide sind die Polyamide, die durch die Kondensationspolymerisation einer aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 - 12 Kohlenstoffatomen mit einem aliphatischen Primärdiamin mit 6 - 12 Kohlstoffatomen gebildet sind. Das Polyamid kann alternativ durch die Kondensationspolymerisation eines aliphatischen Laktams oder einer Alpha-, Omegaaminocarbonsäure mit 6 - 12 Kohlenstoffatomen gebildet sein. Außerdem kann das Polyamid durch Copolymerisation von Gemischen solcher Dicarbonsäuren, Diaminen, Laktame und Aminocarbonsäuren gebildet sein. Beispiele für Dicarbonsäuren sind 1,6-Hexandisäure (Adipinsäure), 1,7- Heptandisäure (Pimelinsäure), 1,8-Oktandisäure (Suberinsäure), 1,9-Nonandisäure (Azelainsäure), 1,10-Dekandisäure (Sebazinsäure) sowie 1,12-Dodekandisäure. Beispiele für Diamine sind 1,6-Hexamethylendiamin, 1,8-Octamethylendiamin, 1,10-Decamethylendiamin und 1,12-Dodekamethylendiamin. Ein Beispiel für ein Laktam ist Caprolaktam. Beispiele für Alpha-, Omegaaminocarbonsäuren sind Aminooktansäure, Aminodekansäure und Aminododekansäure. Bevorzugte Beispiel für die Polyamide sind Polyhexamethylenadipamid und Polycaprolaktam, die auch als Nylon 66 bzw. Nylon 6 bekannt sind.
Die Platten und Tafeln wurden unter speziellem Bezug auf die Verwendung von Polyamiden als dem bei ihrer Herstellung verwendeten Polymeren beschrieben. Allerdings ist zu verstehen, daß andere Thermoplastpolymere verwendet werden können, wobei die Hauptüberlegung die Verwendungsumgebung des Plattenwärmetauschers betrifft, z.B. die Eigenschaften des durch und über den Plattenwärmetauschers fließenden Fluids, die Verwendungstemperatur und den Verwendungsdruck etc. und ähnliches. Beispiele für weitere zu verwendende Thermoplastpolymere sind Polyethylen, Polypropylen, Fluorkohlenwasserstoffpolymere, Polyester, Thermoplastelastomere und wärmeaushärtende Elastomere, z.B. Polyetheresterelastomere, Neopren, chlorsulfoniertes Polyethylen sowie Etyhlen-/Propylen-/Dien-(EPDM)-Elastomere, Polyvinylchloriid und Polyurethan.
Die bei der Herstellung des Plattenwärmetauschers verwendeten Platten weisen Dicken von weniger als 0,7 mm und speziell im Bereich von 0,07 - 0,50 mm, insbesondere 0,12 - 0,30 mm auf. Allerdings hängt die Dicke der Platte zu einem beträchtlichen Teil von der vorgeschlagenen Endverwendung und insbesondere den für diese Endverwendung erforderlichen Eigenschaften ab.
Der Fachmann wird einschätzen, daß die bei der Herstellung der Plattenwärmetauscher verwendeten Polymerzusammensetzungen Stabilisatoren, Pigmente, Füllstoffe einschließlich Glasfasern und ähnliches enthalten können.
Die Polymerzusammensetzung des Verteilerrings und der Wellplatte kann ähnlich der Zusammensetzung der Platten oder die gleiche sein, obwohl unterschiedliche Polymere verwendet werden können. Nichtsdestotrotz ist der Verteilerring bei bevorzugten Ausführungsformen aus einem sogenannten Designerpolymeren, insbesondere einem Polyamid des oben erörterten Typs hergestellt.
Die Erfindung wurde zwar hier unter Bezug auf die Verbindung der Endflächen des Verteilerrings mit den Platten beschrieben, dies ist aber nicht wesentlich. Bei einer Alternative kann eine fluiddichte Versiegelung zwischen dem Verteilerring und der Platte durch andere Mittel erhalten werden, z.B. durch den Druck, der von den am Einlaß oder Auslaß des Plattenwärmetauschers angebrachten Verteilermitteln ausgeübt wird, so daß der sich ergebende Wärmetauscher für viele Endverwendungen geeignet ist.
Laminierte oder beschichtete Materialien können bei der Herstellung des Plattenwärmetauschers verwendet werden. Solche Materialien könnten eine Schicht aufweisen, die die notwendige physische Beständigkeit liefern, sowie innere und/oder äußere Schichten, um eine Beständigkeit gegenüber den Arbeitsfluids oder Verschmutzungen zu liefern. In die Platten kann ein Drahtgitter oder eine Metallfolie eingebettet sein, oder es kann als getrennte Schicht zwischen den Polyamidplatten und der Wellplatte vorgesehen sein, um sowohl die physischen Eigenschaften, z.B. die Berstfestigkeit als auch die Wärmeleitung durch die Platte zu verbessern. Zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften der Platten kann auch ein Glasfasergewebe in die Polyamidplatten eingebettet sein. An der Oberfläche der Platte können auch Mikroturbulenzen erzeugt werden, indem Vorsprünge, Knötchen- oder andere Oberflächeneffekte vorgesehen werden.
Im Betrieb tritt ein Fluid, das erwärmt oder gekühlt werden soll, in den Plattenwärmetauscher durch die Öffnung am Einlaßverteiler ein, fließt durch den Einlaßverteilerring und tritt dann in die Fluidflußkanäle zwischen den Einlaß- und Auslaßverteilern ein. Die Kanäle bestehen aus der Wellplatte, die dazu dient, das durchfließende Fluid zu mischen und darin eine Turbulenz zu verursachen. Das Fluid tritt dann in den Auslaßverteilerring ein und verläßt den Plattenwärmetauscher. Eine solche Beimischung würde günstige Wirkungen zeigen, so die Reduzierung der Strömung des Fluids zwischen dem Einlaß und dem Auslaß und damit eine Verbesserung der Wirksamkeit des Wärmetauschers. Ein zweites Fluid mit einer anderen Temperatur als derjenigen des Fluids, das man durch die Platte des Plattenwärmetauschers fließen läßt, würde dann über die Oberfläche des Plattenwärmetauschers strömen.
Bei kaltem Wetter, insbesondere unter etwa - 15ºC wird Öl tendenziell sehr viskos. Beim Starten eines Motors unter solchen Bedingungen kann der erhaltene Öldruck wesentlich über den normalen Betriebsdrücken liegen. Um die Möglichkeit eines Schadens an dem Plattenwärmetauscher unter solchen Umständen zu verringern, kann der Wärmetauscher mit einem Umführungssystem ausgestattet sein, so daß kaltes viskoses Öl ohne Durchgang durch die Fluidflußkanäle vom Einlaß zum Auslaß gelangt. Dies läßt sich durch Verwendung eines wärmeaktiviertes Umführungsventils erreichen, so daß kaltes Öl durch alternative Durchgänge strömt, die direkt vom Einlaß zum Auslaß verlaufen, bis das Öl eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wobei das Ventil zu diesem Zeitpunkt dann das Öl durch die Fluidflußkanäle des Wärmetauschers leiten würde.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert eine vielseitige und relativ einfache Methode zur Herstellung von Wärmetauschern, die mögliche Verfahrensprobleme in Verbindung mit den Schmelzcharakteristika bestimmter Polymere, insbesondere von Polyamiden umgeht. Einfache Formen und Herstellungstechniken werden verwendet.
Die Wärmetauscher können je nach dem Polymeren, aus dem der Wärmetauscher hergestellt wurde, und der geplanten Verwendungsumgebung für den Wärmetauscher bei einer ganzen Reihe von Endverwendungen benützt werden. Bei den Ausführungsformen können die Plattenwärmetauscher beispielsweise bei Endverwendungen im Automobilbereich als Teil des Wasser- und Ölkühlsystems verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel I

Eine zweiteilige Form wurde aus Aluminium gearbeitet, wobei der erste oder untere Teil eine Dicke von 2,54 cm und der zweite oder obere Teil eine Dicke von 0,94 cm aufwies. In jedem Teil der Form wurde ein länglicher Formhohlraum mit der Gestalt der in Fig. 2A veranschaulichten Ausführungsform des Wärmetauschers herausgearbeitet; jeder Hohlraum wies eine Länge von etwa 40 cm und eine Tiefe von etwa 0,15 mm auf. Die Stecklokalisierungsmittel des ersten Teils der Form befanden sich etwa in einem Abstand von 29 cm zwischen ihren Zentren und hatten einen Durchmesser von 2,2 cm. Die Stecklokalisierungsmittel waren für das Einbringen von Gas durch das eine und die Abführung durch das andere geeignet.
Der erste Teil der Form wurden in eine Presse gesetzt, worauf zwei Platten aus Polyamid folgten, die jeweils Öffnungen aufwiesen, die den Stecklokalisierungsmitteln entsprachen, eine Dicke von 0,375 hatten und aus einer Schmelzmischung von Zytel HSB Polyamid mit hohem Molekulargewicht und CFE 8008 Polyamid mit verbesserter Schmelzfestigkeit von DuPont Canada Inc. in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 geformt waren, die 9 % Glasfasern enthielten, worauf der zweite Teil der Form folgte. Die Presse wurde geschlosen, und die Form wurde auf eine Temperatur von etwa 120ºC erhitzt; ein Druck von 1,05 mPa wurde unter Verwendung von Stickstoff aufgebracht. Nach etwa 30 Sekunden wurde die Form wieder geöffnet. Die Platten waren in die Gestalt der Form geformt, aber nicht miteinander verbunden.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Teile der Form wurde der erste Teil in eine Presse gesetzt, worauf die entsprechende vorgeformte Platte aus Polyamid folgte. Dann wurden über die Stecklokalisierungsmittel Verteilerringe gesetzt. Teile aus der Polyamidwellplatte, die der Gestalt des Hohlraums der Form entsprechen, wurden zwischen die Verteilerringe gesetzt; die Wellplatte war wie in Fig. 3 und 4 beschrieben. Die zweite vorgeformte Polyamidplatte und dann die zweite Hälfte der Form wurden daraufgesetzt. Beide Teile der Polyamidplatte und der Wellplatte waren mit einem Gemisch aus Phenol (80 %), Benzylalkohol (12 %) und Methanol (8 %) beschichtet, um die Haftung in den zu verbindenden Bereichen zu fördern.
Die Presse wurde geschlossen, und ein Druck von 5,9 mPa wurde bei einer Formtemperatur von etwa 177ºC aufgebracht; Stickstoff wurde auf die Form mit einem Druck von etwa 1,7 mPa aufgebracht. Nach etwa drei Minuten wurde der geformte Plattenwärmer aus der Form entfernt und um die Kanten geputzt.

Beispiel II

Das Verfahren von Beispiel I wurde wiederholt, davon abgesehen, daß die Formen für die Herstellung von Wärmetauschern mit der in Fig. 2 gezeigten Gestalt angepaßt waren. Die Platte wurde aus einer Nylon 66-Polymerzusammensetzung gebildet. Ein Wärmetauscher wurde geformt.

Beispiel III

Das Verfahren von Beispiel I wurde unter Verwendung jeder der folgenden Platten wiederholt:
(a) Eine Platte, die aus einer Schinelzmischung aus CFE 8008 und schinelzverbesserten CFE 8004-Polyamiden in einem Gew.-Verhältnis von 1:1 mit einem Gehalt von 9 Gew.% Glasfasern geformt wurde.
(b) Eine Platte, die aus einem 105 Mesh-Edelstahlschirm mit einer Dicke von 0,15 mm in Laminierung zwischen zwei Filmen aus Nylon 66 mit einer Dicke von 0,10 mm geformt wurde.
(c) Eine Platte, die aus einem 20 Mesh-Aluminiumschirm mit einer Dicke von 0,20 mm in Laminierung mit einer Platte an einer Seite (Außenseite) mit einer Dicke von 0,254 mm geformt wurde, wie dies in Beispiel I beschrieben wurde.
(d) Eine Platte aus gewebtem Glasfasergewebe mit einer Dicke von 0,127 mm in Laminierung zwischen zwei Filmen aus Nylon 66 mit einer Dicke von 0,0762 mm.
In jedem Fall wurden Plattenwärmetauscher geformt.

Beispiel IV

Das Verfahren von Beispiel I wurde wiederholt, davon abgesehen, daß zwischen die Polyamidplatten und die Wellplatte Aluminiumschirme gesetzt wurden. Die Aluminiumschirme wiesen eine Dicke von 0,16 mm auf und waren durch Kompression eines Schirms aus technischem Aluminium mit einer Dicke von 0,5 mm gebildet. Ein Plattenwärmetauscher wurde gebildet.

Claims

1. Plattenwärmetauscher mit einer Platte mit einheitlichen Außenwänden (2, 3), die am Umfang (6, 7) fluiddicht miteinander verbunden sind und Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche in beabstandeter Beziehung mit dem Fluidfluß zwischen diesen Bereichen bilden, sowie mit einer Zwischenplatte (5, 23, 33, 41, 51, 61), die zwischen diesen Wänden sandwichartig angeordnet ist, wobei die Wände eine Dicke im Bereich von etwa 0,07 bis 0,7 mm aufweisen und aus einer Zusammensetzung eines Thermoplastpolymeren gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände gekrümmt oder eben sind, wobei ihre Innenflächen jeweils mit entgegengesetzten Seiten der selbsttragenden Zwischenplatte (5, 23, 33, 41, 51, 61) verbunden sind, wo sie in Kontakt stehen, wobei die selbsttragende Wellplatte aus einem Thermoplastpolymeren gebildet ist, wobei die Platte eine Vielzahl von Fluidflußdurchgängen (15, 16) durch gegenüberliegende schiefe Ebenen jeder Welle (14) aufweist, um den Fluß zwischen den Einlaß- und Auslaßverteilerbereichen zuzulassen, wobei die Wellen (14) quer zu dem Fluß angeordnet sind.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, bei welchem die Fluidflußdurchgänge (15, 16) der Wellplatte in axialer Richtung zwischen den Einlaß- und Auslaßbereichen versetzt sind.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Fluidflußdurchgänge an jeder schiefen Ebene jeder Welle bezüglich der Durchgänge an der angrenzenden Welle versetzt sind.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei welchem die Wellplatte mehrere Wellen mit Öffnungen aufweist, die Fluidflußdurchgänge an beiden schiefen Ebenen jeder Welle bilden, wobei die Durchgänge durch mehrere Schlitze in Nebeneinanderanordnung mit relativer Verschiebung von durch aufeinanderfolgende Schlitze gebildeten Bereichen des Thermoplastpolymeren gebildet sind, um die Fluidflußdurchgänge auszubilden.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei welchem die Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche Einlaß- bzw. Auslaßverteilungsringe aufweisen.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei welchem die Wellplatte aus einer Polyamidzusammensetzung gebildet ist.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 6, bei welchem die Außenwände aus einer Polyamidzusammensetzung gebildet sind.

8. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei welchem die Platte aus Polyamid besteht und ein Edelstahldrahtgitter umfaßt.

9. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei welchem die Platte aus Polyamid besteht und ein Glasfasergewebe umfaßt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers, der eine Platte mit einem Paar einheitlich ebener oder gekrümmter Außenwände (2, 3) aufweist, die Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche in beabstandeter Beziehung und dazwischen Fluidfußdurchgänge bilden und aus einer Zusammensetzung aus einem Thermoplastpolymeren ausgebildet sind sowie eine Dicke im Bereich von 0,07 bis 0,7 mm aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Setzen einer Platte (3) aus Thermoplastpolymer mit Öffnungen, die Einlaß- und Auslaßmitteln entsprechen, auf eine Hälfte einer Form mit Stecklokalisierungsmitteln, die den Orten der Öffnungen entsprechen;

(b) Setzen eines Einlaßverteilerrings (4, 33) über ein Stecklokalisierungsmittel und eines Auslaßverteilerrings (4) über das andere Stecklokalisierungsmittel;

(c) Setzen einer selbsttragenden Wellplatte (5, 23, 33, 41, 51, 61) aus einem Thermoplastpolymeren mit mehreren Fluidflußdurchgängen (15, 16) durch gegenüberliegende schiefe Ebenen jeder Welle an der Platte zwischen die Einlaß- und Auslaßverteilerringe, so daß die Wellen quer zu der Richtung zwischen den Verteilungsringen (4, 33) liegen;

(d) Setzen einer zweiten Platte (2) aus einer Thermoplastpolymerzusammensetzung mit Öffnungen, die den Einlaß- und Auslaßverteilermitteln entsprechen, über das Stecklokalisierungsmittel;

(e) Setzen einer zweiten Hälfte der Form über die zweite Platte und die Einlaß- und Auslaßverteilungsringe, wobei die zweite Hälfte Buchsenlokalisierungsmittel aufweist, die bezüglich der Stecklokalisierungsmittel der ersten Hälfte der Form zusammenwirkend lokalisiert sind; und

(f) Aufbringen von Wärme und Druck, um eine Verbindung von entgegengesetzten Flächen der Platten aus der Thermoplastpolymerzusammensetzung mit jeweils entgegengesetzten Seiten der selbsttragenden Wellplatte zu bewirken, wo sie jeweils in Kontakt stehen, und die Platten aus Thermoplastpolymer miteinander zu verbinden; wobei die Einlaß- und Auslaßverteilerbereiche des so gebildeten Plattenwärmetauschers über die Fluidflußdurchgänge in Fluidflußverbindung stehen.