DE69125819T2 - LAMINATE HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Mehrschichten-Wärmetauscher mit einer ersten flachen, rechteckigen Platte, die zwischen Trennstegen eine Mehrzahl von Kanälen für den Durchfluß von Kühlmittel, eine erste Öffnung an einem Ende der Kanäle und eine weitere Öffnung auf einer Diagonallinie zur ersten Öffnung auf einer anderen Seite der Platte aufweist; mit einer zweiten flachen, rechteckigen Platte, die zwischen Trennstegen eine Mehrzahl von Kanälen für den Durchfluß von Kühlmittel, eine erste, an einem Ende der Kanäle und an die entsprechende Öffnung der ersten Platte anschließend getrennt angeordnete erste Öffnung sowie eine weitere Öffnung auf einer Diagonallinie zur ersten Öffnung auf einer anderen Seite der Platte an die erste Öffnung der ersten Platte anschließend aufweist; und mit einer Abdichtungsplatte zwischen der ersten und der zweiten Platte. Ein solcher Wärmetauscher ist aus der JP-A-61-243297 bekannt.The invention relates to a multi-layer heat exchanger with a first flat, rectangular plate, which has a plurality of channels for the flow of coolant between separating webs, a first opening at one end of the channels and a further opening on a diagonal line to the first opening on another side of the plate; with a second flat, rectangular plate, which has a plurality of channels for the flow of coolant between separating webs, a first opening arranged separately at one end of the channels and adjacent to the corresponding opening of the first plate, and a further opening on a diagonal line to the first opening on another side of the plate adjacent to the first opening of the first plate; and with a sealing plate between the first and second plates. Such a heat exchanger is known from JP-A-61-243297.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise angewandt in einem Radiator für Kühlöl in Werkzeugmaschinen oder in einem Luft-Klimagerät.The present invention is preferably applied in a radiator for cooling oil in machine tools or in an air conditioning device.
Es besteht ein Bedarf für Mehrschichten-Wärmetauscher, die als Kühlmittel Chlorfluorcarbone (CFC) und Wasser sowie Öl in Kombination als erste und zweite Kühlmittel zum Wärmeaustausch zwischen CFC und CFC, CFC und Wasser, Wasser und Wasser, oder Öl und Wasser verwenden. Nachfolgend wird in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.61- 243297) ein konventioneller Mehrschichten-Wärmetauscher beschrieben.There is a need for multilayer heat exchangers using chlorofluorocarbons (CFC) and water as coolants and oil in combination as first and second coolants for heat exchange between CFC and CFC, CFC and water, water and water, or oil and water. A conventional multilayer heat exchanger is described below in conjunction with Figures 1 to 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-243297).
Wie aus den Figuren hervorgeht, enthält der konventionelle Mehrschichten-Wärmetauscher 1 eine Mehrzahl von ersten Platten 2, Abdichtplatten 3 und zweiten Platten 4 zwischen Endplatten 5a und 5b. Die Einlaßrohre 6, 8 und Auslaßrohre 7, 9 für das erste bzw. zweite Kühlmittel sind mit einer Endplatte 5b verbunden. Die erste Platte 2 hat eine Rechteckform mit zwei runden Öffnungen 10, die an jedem Ende der Platte gegenüber der Mitte versetzt angeordnet und für den Fluß des ersten Kühlmittels vorgesehen sind. Eine Reihe von parallelen und gewundenen Kanälen 11 werden durch Trennstege 12 gebildet, um das Kühlmittel von einer Position in der Nähe der runden Öffnung 10 an einem Ende der ersten Platte 2 an eine Position in der Nähe der runden Öffnung 10 am anderen Ende zu führen. Öffnungen 13 für den Fluß des zweiten Kühlmittels werden auf einer Diagonallinie auf der ersten Platte 2 derjenigen Seiten gebildet, die von denen im Bereich der runden Öffnungen 10 unterschiedlich sind. Jede Öffnung 13 hat einen rechteckförmigen Bereich 14 und einen halbkreisförmigen Bereich 15 in der Mitte der längeren Seite des rechteckförmigen Bereiches 14.As is apparent from the figures, the conventional multilayer heat exchanger 1 includes a plurality of first plates 2, sealing plates 3 and second plates 4 between end plates 5a and 5b. The inlet pipes 6, 8 and outlet pipes 7, 9 for the first and second refrigerants, respectively, are connected to an end plate 5b. The first plate 2 has a rectangular shape with two circular openings 10 arranged at each end of the plate offset from the center for the flow of the first refrigerant. A series of parallel and winding channels 11 are formed by dividers 12 to guide the refrigerant from a position near the circular opening 10 at one end of the first plate 2 to a position near the circular opening 10 at the other end. Openings 13 for the flow of the second coolant are formed on a diagonal line on the first plate 2 of the sides different from those in the area of the round openings 10. Each opening 13 has a rectangular portion 14 and a semicircular portion 15 in the middle of the longer side of the rectangular portion 14.
Die zweite Platte 14 hat eine ähnliche Rechteckform mit einer Reihe von parallelen und gewundenen Kanälen 16, die durch Trennstege 17 gebildet sind und das Kühlmittel zwischen den beiden runden Öffnungen 18 führen. Diese runden Öffnungen 18 sind entsprechend den Öffnungen 13 in der ersten Platte 2 geformt, wobei ein Teil jeder Öffnung 18 den gleichen Bogen des halbkreisförmigen Bereiches 15 der entsprechenden Öffnung 13 in der ersten Platte 2 folgen. Öffnungen 19 sind ebenfalls entsprechend den runden Öffnungen 10 in der ersten Platte 2 vorgesehen. Jede Öffnung 19 besteht ebenfalls aus einem rechteckförmigen Bereich 20 und einem halbkreisförmigen Bereich 21 in der Mitte der längeren Seite des rechteckförmigen Bereiches 20, so daß ein Teil jedes halbkreisförmigen Bereiches 21 dem selben Bogen der runden Öffnung in der ersten Platte 2 folgt. Die Abdichtungsplatte 13 weist Öffnungen 22 und 23 ähnlich den entsprechenden Öffnungen 13 und 19 in der ersten bzw. der zweiten Platte 2 bzw. 4 auf. Die Länge des rechteckförmigen Bereiches 14 bzw. 20 der Öffnungen 13 und 19 ist groß genug, um die Enden jedes der Kanäle 13 und 16 zu bedecken.The second plate 14 has a similar rectangular shape with a series of parallel and winding channels 16 formed by dividers 17 which guide the coolant between the two round openings 18. These round openings 18 are shaped corresponding to the openings 13 in the first plate 2, with a part of each opening 18 following the same arc of the semi-circular region 15 of the corresponding opening 13 in the first plate 2. Openings 19 are also provided corresponding to the round openings 10 in the first plate 2. Each opening 19 also consists of a rectangular region 20 and a semi-circular region 21 in the middle of the longer side of the rectangular region 20, so that a part of each semi-circular region 21 follows the same arc of the round opening in the first plate 2. The sealing plate 13 has openings 22 and 23 similar to the corresponding openings 13 and 19 in the first and second plates 2 and 4, respectively. The length of the rectangular area 14 and 20 of the openings 13 and 19 is large enough to cover the ends of each of the channels 13 and 16.
Die Platten werden dann in entsprechender Schichtfolge montiert, und zwar jeweils eine erste Platte 2, eine Abdichtplatte 3, eine zweite Platte 4, eine Abdichtplatte 3, eine erste Platte 2, eine Abdichtplatte 3, usw., wie in Figur 5 gezeigt ist. Die Platten werden dann zwischen der Abdichtendplatte 5a an einem Ende und der Endplatte Sb, die mit ersten und zweiten Kühlmitteleinlaßrohren 6, 8 und -auslaßrohren 7, 9 versehen sind, abgedichtet.The plates are then assembled in the appropriate layer sequence, namely a first plate 2, a sealing plate 3, a second plate 4, a sealing plate 3, a first plate 2, a sealing plate 3, etc., as shown in Figure 5. The plates are then sealed between the sealing end plate 5a at one end and the end plate Sb, which are provided with first and second coolant inlet pipes 6, 8 and outlet pipes 7, 9.
Mit diesem Aufbau wird es ermöglicht, daß das erste Kühlmittel durch das Einlaßrohr 6 hineinfließt, sich über die Kanäle 11 der ersten Platte 2 zum rechteckigen Bereich der Öffnung 22 der Abdichtungsplatte 3 verteilt und anschließend durch die Kanäle 11 zur Öffnung 22 auf der entgegengesetzten Seite zum Auslaßrohr 7 fließt. In ähnlicher Weise fließt das zweite Kühlmittel in das Einlaßrohr 8 hinein, wird auf die Kanäle 16 der zweiten Platte 4 zum rechteckigen Bereich der Öffnung 23 in der Abdichtungsplatte 3 verteilt und fließt über die Öffnung 23 auf der entgegengesetzten Seite zum Auslaßrohr 8. Wärme wird zwischen den ersten und zweiten Kühlmitteln durch die Abdichtungsplatte 3 übertragen, die aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit besteht, um eine gute Wärmeübertragung zu ermöglichen.This structure allows the first coolant to flow in through the inlet pipe 6, spread out through the channels 11 of the first plate 2 to the rectangular area of the opening 22 of the sealing plate 3, and then flow through the channels 11 to the opening 22 on the opposite side to the outlet pipe 7. Similarly, the second coolant flows in through the inlet pipe 8, spread out through the channels 16 of the second plate 4 to the rectangular area of the opening 23 in the sealing plate 3, and then flow through the opening 23 on the opposite side to the outlet pipe 8. Heat is transferred between the first and second coolants through the sealing plate 3, which is made of a material with good thermal conductivity to enable good heat transfer.
Besteht zwischen den ersten und beiden Kühlmitteln eine Druckdifferenz, so neigt die Abdichtungsplatte 3 zu Deformationen, wenn die Kanäle 11 der ersten Platte 2 und die Kanäle der zweiten Platte 4 übereinander mit dazwischen liegender Abdichtungsplatte 3 liegen, weil diese das einzige Teil ist, das die Kanäle 11 und 16 der ersten und zweiten Platten 2 und 4 voneinander trennt. Diese Deformation behindert den Kühlmittelfluß. Es ist aus diesem Grunde notwendig, die Dicke H der Abdichtungsplatte 3 zu erhöhen, um diese Deformation zu vermeiden. Dies führt jedoch zu einer Erhöhung der Gesamtmaße und Kosten des WärmetauschersIf there is a pressure difference between the first and both coolants, the sealing plate 3 tends to deform when the channels 11 of the first plate 2 and the channels of the second plate 4 are located one above the other with the sealing plate 3 in between, because this is the only part that separates the channels 11 and 16 of the first and second plates 2 and 4 from each other. This deformation hinders the flow of coolant. It is therefore necessary to increase the thickness H of the sealing plate 3 in order to avoid this deformation. However, this leads to an increase in the overall dimensions and costs of the heat exchanger.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrschichten- Wärmetauscher der beschriebenen Art vorzuschlagen, der beschriebenen Art vorzuschlagen, der nicht die Nachteile einer Deformation der Abdichtungsplatte unter dem Druck der Kühlmittel in den Kanälen der Platten hat.The present invention is based on the object of proposing a multi-layer heat exchanger of the type described, which does not have the disadvantages of deformation of the sealing plate under the pressure of the coolant in the channels of the plates.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Mehrschichten-Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstege der Kanäle der zweiten Platte gegenüber den Kanälen in der ersten Platte angeordnet und die Trennstege der ersten Platte gegenüber den Kanälen der zweiten Platte angeordnet sind, wobei die Abdichtungsplatte dazwischen liegt.According to the present invention, a multi-layer heat exchanger according to the preamble of the patent claim is characterized in that the separating webs of the channels of the second plate are arranged opposite the channels in the first plate and the separating webs of the first plate are arranged opposite the channels of the second plate, with the sealing plate lying between them.
Figur 1 zeigt eine Schrägansicht eines konventionellen Mehrschichten-Wärmetauschers;Figure 1 shows an oblique view of a conventional multi-layer heat exchanger;
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die erste Platte des Wärmetauschers nach Figur 1;Figure 2 shows a plan view of the first plate of the heat exchanger according to Figure 1;
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Abdichtungsplatte des Wärmetauschers nach Figur 1;Figure 3 shows a plan view of the sealing plate of the heat exchanger according to Figure 1;
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die zweite Platte des Wärmetauschers nach Figur 1;Figure 4 shows a plan view of the second plate of the heat exchanger according to Figure 1;
Figur 5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IV - IV nach Figur 1;Figure 5 shows a cross-section along the line IV - IV of Figure 1;
Figur 6 zeigt einen Querschnitt ähnlich der Figur 5 eines Mehrschichten-Wärmetauschers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Figure 6 shows a cross section similar to Figure 5 of a multi-layer heat exchanger according to an embodiment of the present invention;
Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf die erste Platte des Wärmetauschers nach Figur 6;Figure 7 shows a plan view of the first plate of the heat exchanger according to Figure 6;
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf die Abdichtungsplatte des Wärmetauschers nach Figur 6;Figure 8 shows a plan view of the sealing plate of the heat exchanger according to Figure 6;
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf die zweite Platte des Wärmetauschers nach Figur 6.Figure 9 shows a plan view of the second plate of the heat exchanger according to Figure 6.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren 6 bis 9 beschrieben. Es wird bemerkt, daß gleiche Teile der bevorzugten Ausführungsform und des vorstehend beschriebenen Standes der Technik mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, gleichzeitig entfällt die weitere Beschreibung dieser gleichen Teile in der nachfolgenden Erläuterung.A preferred embodiment of the present invention is described below in conjunction with the attached Figures 6 to 9. It is noted that the same parts of the preferred embodiment and the above-described prior art are provided with the same reference numerals, and at the same time the further description of these same parts is omitted in the following explanation.
Wie in den Zeichnungen zu sehen ist, ist der Mehrschichten-Wärmetauscher 31 gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von ersten Platten 32, Abdichtungsplatten 3 und zweiten Platten 33, die abwechselnd gestapelt und mit einer ersten Endplatte 5a und einer zweiten Endplatte 5b verschlossen werden, wobei letztere die Einlaß- und Auslaßrohre 6 und 8 aufweisen, so daß ein Kühlmittel die erste Platte 32 und die zweite Platte 33 ohne Leckverluste durchfließen können.As seen in the drawings, the multilayer heat exchanger 31 according to the present invention is composed of a plurality of first plates 32, sealing plates 3 and second plates 33 which are alternately stacked and closed with a first end plate 5a and a second end plate 5b, the latter having the inlet and outlet pipes 6 and 8, so that a coolant can flow through the first plate 32 and the second plate 33 without leakage.
Die erste Kühlflüssigkeit fließt von dem Einlaßrohr 6 in die Mehrzahl von Kanäle 36, die in der ersten Platte 32 durch Trennstege 34 gebildet werden, und fließt anschließend zum Auslaßrohr 7. In ähnlicher Weise fließt das zweite Kühlmittel vom Einlaßrohr (nicht gezeigt) über die Mehrzahl von Kanäle 37, die durch Trennstege 35 in der zweiten Platte 33 gebildet werden, zum Auslaßrohr (nicht gezeigt). Durch die Abdichtungsplatte 3 wird Wärme zwischen den beiden verschiedenen Kühlmitteln im Bereich der oberen und unteren Platten übertragen.The first cooling liquid flows from the inlet pipe 6 into the plurality of channels 36, which are formed in the first plate 32 by dividers 34, and then flows to the outlet pipe 7. Similarly, the second cooling liquid flows from the inlet pipe (not shown) via the plurality of channels 37, which are formed by dividers 35 in the second plate 33, to the outlet pipe (not shown). Through the sealing plate 3, heat is transferred between the two different coolants in the region of the upper and lower plates.
Da die Kanäle 37 der zweiten Platte 33 über den Trennstegen 34 der ersten Platte 32 liegen und die Kanäle 36 der ersten Platte 32 über den Trennstegen 35 der zweiten Platte 33 liegen, befinden sich zwei Abdichtungsplatten 3 und der Trennsteg 34 einer zweiten Platte 33 oder der Trennsteg 35 einer ersten Platte 32 zwischen jeweils zwei Kanälen 36 oder 37. Die Dicke des massiven Materials zwischen den Kanälen 36 oder 37 wird auf diese Weise groß, so daß eine Deformation der Abdichtungsplatte 3 auch dann vermieden wird, wenn zwischen den ersten und zweiten Kühlmitteln eine hohe Druckdifferenz besteht. Somit kann also der Kühlmittelfluß ungestört aufrechterhalten werden.Since the channels 37 of the second plate 33 are located above the separating webs 34 of the first plate 32 and the channels 36 of the first plate 32 are located above the separating webs 35 of the second plate 33, two sealing plates 3 and the separating web 34 of a second plate 33 or the separating web 35 of a first plate 32 are located between two channels 36 or 37. The thickness of the solid material between the channels 36 or 37 is thus large, so that deformation of the sealing plate 3 is avoided even when there is a high pressure difference between the first and second coolants. The coolant flow can therefore be maintained without disruption.
Da die Kanäle 37 der zweiten Platte 33 über den Trennstegen 34 der ersten Platte 32 liegen und die Kanäle 36 der ersten Platte 32 über den Trennstegen 35 der zweiten Platte 33 liegen, befinden sich zwei Abdichtungsplatten 3 und ein Trennsteg 34 einer zweiten Platte 3 oder ein Trennsteg 35 einer ersten Platte 32 zwischen jeweils zwei Kanälen 37 oder 36. Hierdurch wird die gesamte Dicke der Abdichtungsplatte 3 zwischen den Kanälen 37 oder 36 vergrößert und verhindert somit eine Deformation der Abdichtungsplatte 3 auch dann, wenn zwischen den ersten und zweiten Kühlmitteln eine hohe Druckdifferenz besteht, so daß der Kühlmittelfluß also ungestört aufrechterhalten werden kann.Since the channels 37 of the second plate 33 lie above the separating webs 34 of the first plate 32 and the channels 36 of the first plate 32 lie above the separating webs 35 of the second plate 33, two sealing plates 3 and a separating web 34 of a second plate 3 or a separating web 35 of a first plate 32 are located between two channels 37 or 36. This increases the total thickness of the sealing plate 3 between the channels 37 or 36 and thus prevents deformation of the sealing plate 3 even when there is a high pressure difference between the first and second coolants, so that the coolant flow can be maintained without disruption.
Ein Mehrschichten-Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Wärmeaustausch geeignet zwischen ersten und zweiten Kühlmitteln eines Luft- Klimagerätes. Er ist ebenfalls für einen Wärmeaustausch zwischen einem Arbeitsöl einer Werkzeugmaschine oder anderer Maschinen durch Zirkulation mit einem anderen Kühlmittel wie z. B. Wasser geeignet.A multilayer heat exchanger according to the present invention is suitable for heat exchange between first and second coolants of an air conditioner. It is also suitable for heat exchange between a working oil of a machine tool or other machines by circulation with another coolant such as water.
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