EP1152204A2 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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EP1152204A2
EP1152204A2 EP01107118A EP01107118A EP1152204A2 EP 1152204 A2 EP1152204 A2 EP 1152204A2 EP 01107118 A EP01107118 A EP 01107118A EP 01107118 A EP01107118 A EP 01107118A EP 1152204 A2 EP1152204 A2 EP 1152204A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
plate
channels
guide channels
openings
Prior art date
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Granted
Application number
EP01107118A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1152204A3 (de
EP1152204B1 (de
Inventor
Reinhard Wehrmann
Klaus Feldmann
Ralf Beck
Jens Nies
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Publication of EP1152204A2 publication Critical patent/EP1152204A2/de
Publication of EP1152204A3 publication Critical patent/EP1152204A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1152204B1 publication Critical patent/EP1152204B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger for heat-exchanging media in separate circuits, consisting of individual heat exchanger plates stacked one inside the other and metallically connected and having openings, which form a package which is formed vertically by flow channels for the heating or cooling medium formed by the openings and of flow channels for the / the is pierced other / s medium / media, which are separated from one another and starting from which the heating or cooling medium and / the other / propagates n medium / media formed by two heat exchanger plates channels, of which at least some have an inner insert.
  • a plate heat exchanger of this type is known for example from EP 819 907 B1.
  • This Plate heat exchangers are in the heat exchanger plates, which are the horizontal channels for heating or form cooling medium, knobs or similar projections have been impressed.
  • the knobs of neighboring Heat exchanger plates touch and are soldered together to ensure the strength of the plate heat exchanger to raise.
  • Such knobs have generally proven themselves and will continue to do so very often because they cause practically no noticeable loss of pressure. It has it turned out, however, that the durability of such a design for extreme loads, due to temperature shocks as well as extreme operational vibrations, not always is sufficient.
  • the object of the invention is to improve the durability of the plate heat exchanger inside, without significantly increasing the pressure loss of the medium flowing through the channels.
  • the inner insert is an additional plate, the guide channels with at least one inlet and one outlet, that of a flow channel of one medium lead to the other flow channel of the same medium, the guide channels free sections of the additional plate with an adjacent heat exchanger plate and the guide channels with the other adjacent heat exchanger plate of the same channel metallic are connected.
  • the plate heat exchanger according to the invention leads to the following advantages.
  • the durability against temperature shocks and extreme Changes in temperature and mechanical stress are significantly improved because the additional plate is connected on both sides, that is, to both heat exchanger plates.
  • the connection areas are much larger than in the prior art, which means for durability, for example of soldered connections.
  • the majority of the guide channels should be from one Flow channel of one medium directed to the other flow channel of the same medium his.
  • the additional plates of the plate heat exchanger according to the invention can be in all of its Channels.
  • the additional plate has four openings, which are in relation to their position with the flow channels openings in the heat exchanger plates. Regarding their function, they are two openings in the additional plate connected by means of the guide channels are larger than the corresponding ones Openings in the heat exchanger plates and with one on the arrangement of the guide channels adapted form. It has been determined through extensive testing that this measure played a significant part in the fact that the pressure loss could be reduced further.
  • the shape of the openings mentioned and the arrangement of the guide channels should be adapted to one another his. In a preferred exemplary embodiment, these openings have a shape that deviates from the circular shape Shape up. In particular, the openings have bulges in the direction of the indentations. or exits of selected guide channels.
  • the other two openings in the additional plate, which are intended for another medium and which are not connected by means of guide channels are identical in shape to the openings in the heat exchanger plates.
  • the claim 4 provides that the additional plate in at least one of the channels for heating - or cooling medium. It has been shown in practice that mainly the channels for the Heating or cooling medium against extreme temperature shocks and temperature changes were problematic in terms of durability. Claim 4 counteracts this.
  • Claim 5 provides that at least the channels in plate heat exchangers for more than two media for the heating or cooling medium connected to a channel of one medium on one side and on the other border on the other side to a channel of the other medium equipped with an additional plate are. This is advantageous because in the transition areas from one medium to another the temperature differences and thus the stresses are greatest.
  • some guide channels have branches and others Guide channels are formed without branches. This allows the arrangement of the guide channels be adapted and optimized to the respective application.
  • the branches can be between the edge of the heat exchanger plate and the flow channels are located.
  • the corner regions are in the case of essentially rectangular heat exchanger plates of the heat exchanger is intensively involved in the heat exchange, which increases the performance of the same is improved.
  • Investigations carried out by the applicant show a very homogeneous distribution heat exchange over all areas of the heat exchanger plates and the additional plates.
  • Claim 8 describes an advantageous arrangement of the guide channels, which consists in that some Guide channels formed continuously from one flow channel to the other flow channel and other leadership channels are significantly shorter, with their exit and entry away from the flow channels is arranged.
  • Claim 9 represents an advantageous additional measure and stipulates that the additional plate knobs or similar projections should have the same height as the guide channels and which are connected to the adjacent heat exchanger plate.
  • the knobs are near the Flow channels or arranged in surfaces of the additional plate not so closely occupied with guide channels and therefore support these areas additionally.
  • the additional plate according to the invention can be much thinner than the heat exchanger plates and thus be designed to save material and weight.
  • the thickness is Heat exchanger plates 0.5 mm and those of the additional plates only 0.3 mm.
  • the additional plate is in a channel 5 of the plate heat exchanger 1st Of the two heat exchanger plates 2, which form the channel 5, 1, the lower plate 2 can be seen in Fig..
  • the top plate 2 was not drawn in this view in order to be able to see the details of the additional plate 6 .
  • the additional design of the additional plate 6 corresponds approximately to that of the heat exchanger plates 2 .
  • the heat exchanger plates 2 have a raised edge 13 , while the edge 7 of the additional plate 6 in the exemplary embodiment is smooth and the additional plate 6 is dimensioned such that it fits straight into between two heat exchanger plates 2 .
  • the heat exchanger plates 2 have four openings 15 to 18 which, together with the openings 32 to 35 in the additional plate 6, form the flow channels 4 which pass vertically through the heat exchanger 1 .
  • the openings 15 and 16 and 32 and 34 form the flow channels 4 for the heating or cooling medium K.
  • the arrows 21 indicate that it is assumed that the heating or cooling medium K enters the channel 5 , in which the additional plate 6 shown in FIG. 1 is located, from the opening 15 or the corresponding flow channel 4 .
  • the heating or cooling medium K leaves the channel 5 again in order to flow through the plate heat exchanger 1 further.
  • the openings 17 and 18 arranged in the other two corner areas 23 and 25 in the heat exchanger plates 2 and 33 and 35 in the additional plate 6 are intended for another medium which is in heat exchange with the heating or cooling medium K.
  • These openings 17 and 18 ( 33 and 35 ), which in turn form flow channels 4 each have a ring 20 in the exemplary embodiment, which is connected to the openings 17 and 18 in adjacent heat exchanger plates 2 , so that the channels 5 are separated from one another for different media are. (Fig. 4)
  • collars could also be formed on the openings 17 and 18 .
  • media separation this is the usual design for plate heat exchangers 1 .
  • EP 819 907 B1 by the applicant, from which information that is not given here can be obtained if necessary.
  • a multiplicity (11 pieces) of guide channels 8 which have the shape of longitudinal beads, have now been embossed into the additional plate 6 .
  • the guide channels 8 each have an inlet 9 and an outlet 10.
  • the inlet and outlet 9 ; 10 were optimized in terms of flow technology. They are roughly egg-shaped oval, which supports an exceptionally low pressure drop.
  • the arrows 21 already mentioned indicate that the heating or cooling medium K flows both through the guide channels 8 and through the free sections 11 arranged between them. It can be seen from Fig. 1 that the plurality of the guide channels 8 leads directly from the space formed by the openings 15 to the flow channel 4 formed by the openings 16 flow channel 4. Most of the guide channels 8 are provided with a slight curvature. Some guide channels 8 connect the openings 15 and 16 directly.
  • the openings 32 and 34 in the additional plate 6 are not circular like the openings 33 and 35 , but they have bulges 40 which lead to the entrances or exits 9 and 10 of the longer or the continuous guide channels 8 .
  • knobs 14 were arranged, which are also soldered to the adjacent heat exchanger plate 2 .
  • 3 shows a section through such a knob 14 . In this sectional view, both adjacent heat exchanger plates 2 have been drawn.
  • the non-deformed area in the additional plate 6 around the openings 33 and 35 was reinforced by the knobs 14 .
  • the guide channels 8 are connected to one heat exchanger plate 2 of the channel 5 , while the sections 11 arranged therebetween are connected to the other heat exchanger plate 2 .
  • the bent edge 13 of the heat exchanger plates 2 was not drawn. However, this can be clearly seen in FIGS. 4 and 5 described below.
  • FIG. 4 shows different variants of a retarder oil cooler which is intended for use in trucks in order to cool the brake oil.
  • a retarder oil cooler which is intended for use in trucks in order to cool the brake oil.
  • Fig. 4 shows a cross section through the plate heat exchanger 1 with a total of four separate circuits.
  • the flow channel 4 for the cooling or heating medium K is located on the left in FIG. 4 .
  • Flow channel 4 for oil 1, oil 2 and oil 3 can be seen on the right.
  • the flow channels 4 have connecting flanges 3.
  • the connecting flange 3 for oil 1 has a connecting channel, not shown, so that the oil 1 enter through this connecting channel and is in heat exchange with the coolant K in the upper channels 5.
  • All channels 5 for oil 1 ; Oil 2 and oil 3 have the usual fins 53 .
  • the oil 2 also enters the plate heat exchanger 1 at the connecting flange 3, namely through the pipe section 50 with a flange which has been firmly soldered between two heat exchanger plates 2 .
  • the oil 3, on the other hand, is supplied or removed from the underside of the plate heat exchanger 1 .
  • a separation plate 51 is located in the flow channel 4 in order to keep oil 2 separated from oil 3 . Further information can be found in EP 819 907 B1.
  • all channels 5 for the coolant K have now been equipped with an additional plate 6 , as a result of which the durability of the plate heat exchanger 1 has been significantly improved.
  • only the channels 5 for the coolant K, which adjoin the sections a for oil 1, b for oil 2 and c for oil 3, have been equipped with additional plates 6 .
  • FIG. 5 shows a plate heat exchanger 1 with a circuit for the coolant K and an oil circuit oil . Only the two upper and the two lower channels 5 for the coolant K were provided with additional plates 6 , because it has been found that the outer channels 5 are exposed to the greatest temperature differences.
  • the heat exchanger plates 2 of the remaining channels 5 for the coolant K were, as usual, formed with knobs 52 which touch and are soldered to one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher (1) für wärmeaustauschende Medien in getrennten Kreisläufen, bestehend aus ineinandergestapelten und metallisch verbundenen, Öffnungen (15 - 18) besitzenden, einzelnen Wärmetauscherplatten (2), die ein Paket bilden, das vertikal von mittels der Öffnungen (15 - 18) gebildeten Strömungskanälen (4) für den Zu - und Ablauf des Heiz - oder Kühlmediums (K) und von Strömungskanälen (4) für das / die andere/n Medium / Medien durchbrochen ist, die voneinander getrennt sind und von denen ausgehend sich das Heiz- oder Kühlmedium (K) und das / die andere/n Medium / Medien in von je zwei Wärmetauscherplatten (2) gebildeten Kanälen (5) ausbreitet, wovon wenigstens einige einen Inneneinsatz (6) aufweisen. Um die Haltbarkeit des Plattenwärmetauschers im Inneren zu verbessern, ohne den Druckverlust des durch die Kanäle strömenden Mediums wesentlich zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Inneneinsatz (6) eine Zusatzplatte ist, die Führungskanäle (8) mit mindestens einem Ein - und einem Austritt (9; 10) besitzt, die von einem Strömungskanal (4) des einen Mediums zum anderen Strömungskanal (4) desselben Mediums hinführen, wobei die von Führungskanälen (8) freien Abschnitte (11) der Zusatzplatte (6) mit der einen angrenzenden Wärmetauscherplatte (2) und die Führungskanäle (8) mit der anderen angrenzenden Wärmetauscherplatte (2) desselben Kanals (5) metallisch verbunden sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für wärmeaustauschende Medien in getrennten Kreisläufen, bestehend aus ineinandergestapelten und metallisch verbundenen sowie Öffnungen besitzenden einzelnen Wärmetauscherplatten, die ein Paket bilden, das vertikal von mittels der Öffnungen gebildeten Strömungskanälen für das Heiz - oder Kühlmedium und von Strömungskanälen für das / die andere/n Medium / Medien durchbrochen ist, die voneinander getrennt sind und von denen ausgehend sich das Heiz- oder Kühlmedium und das / die andere/n Medium / Medien in von je zwei Wärmetauscherplatten gebildeten Kanälen ausbreitet, wovon wenigstens einige einen Inneneinsatz aufweisen.
Ein Plattenwärmetauscher dieser Art ist beispielsweise aus dem EP 819 907 B1 bekannt. Bei diesem Plattenwärmetauscher sind in den Wärmetauscherplatten, die die horizontalen Kanäle für das Heiz - oder Kühlmedium bilden, Noppen oder ähnliche Vorsprünge eingeprägt worden. Die Noppen benachbarter Wärmetauscherplatten berühren sich und sind miteinander verlötet, um die Festigkeit des Plattenwärmetauschers anzuheben. Solche Noppen haben sich im allgemeinen bewährt und werden auch deshalb sehr häufig vorgesehen, weil sie praktisch keinen spürbaren Druckverlust verursachen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Haltbarkeit einer solchen Ausgestaltung für extreme Belastungen, sowohl durch Temperaturschocks als auch durch extreme betriebsbedingte Vibrationen, nicht immer ausreichend ist.
Um die Festigkeit beziehungsweise Haltbarkeit gegenüber den genannten Einflüssen anzuheben, wurde in dem aus dem EP 258 236 B1 bekannten Plattenwärmetauscher vorgesehen, die äußeren, dickeren Stützplatten (obere und untere Abdeckplatte) mit einer wellenförmigen Struktur auszubilden. Damit wird eine verbesserte Haltbarkeit erreicht, jedoch nur zwischen den erwähnten Platten und den angrenzenden Wärmetauscherplatten. Eine ähnliche Problemlage findet sich in der DE 197 11 258 A1, in der zwischen der Grundplatte und der untersten Wärmetauscherplatte eine Verstärkungsplatte mit einem Bord eingefügt wurde. Den auch im Inneren des Plattenwärmetauschers wirkenden Belastungen kann mit den Lehren dieser beiden Veröffentlichungen nicht begegnet werden.
Um die Festigkeit im Inneren anzuheben, aber vor allem, um Turbulenzen im Medium zu erzeugen, setzt man gewöhnlich entsprechende Inneneinsätze (Lamellen) in die Kanäle ein, die mit den Wärmetauscherplatten verlötet sind. Diese führen jedoch häufig zu hohem Druckverlust.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Haltbarkeit der Plattenwärmetauscher im Inneren zu verbessern, ohne den Druckverlust des durch die Kanäle strömenden Mediums wesentlich zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Inneneinsatz eine Zusatzplatte ist, die Führungskanäle mit mindestens einem Ein - und einem Austritt besitzt, die von einem Strömungskanal des einen Mediums zum anderen Strömungskanal desselben Mediums hinführen, wobei die von Führungskanälen freien Abschnitte der Zusatzplatte mit der einen angrenzenden Wärmetauscherplatte und die Führungskanäle mit der anderen angrenzenden Wärmetauscherplatte desselben Kanals metallisch verbunden sind.
Dadurch führt der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher zu folgenden Vorteilen. Die mit mindestens einem Eintritt und einem Austritt versehenen Führungskanäle und die Ausrichtung der Mehrzahl der Führungskanäle von einem Strömungskanal auf den anderen, bewirken einen sehr geringen Druckverlust, dessen Höhe, je nach Betriebsbedingungen, durchaus vergleichbar ist, mit den im Stand der Technik beschriebenen Noppen. Die Haltbarkeit gegenüber Temperaturschocks und extremen Temperaturwechselbelastungen sowie mechanischen Beanspruchungen ist wesentlich verbessert worden, weil die Zusatzplatte beidseitig, das heißt, mit beiden Wärmetauscherplatten, verbunden ist. Die Verbindungsflächen sind wesentlich größer als beim Stand der Technik, was für die Haltbarkeit, beispielsweise von Lötverbindungen, entscheidend ist. Die Mehrzahl der Führungskanäle soll von einem Strömungskanal des einen Mediums zum anderen Strömungskanal desselben Mediums gerichtet sein. Das bedeutet, daß die allgemeine Ausrichtung der Mehrzahl der Führungskanäle von einem Strömungskanal zum anderen Strömungskanal wie beschrieben ausgeführt sein soll, wobei die Führungskanäle, insbesondere bei quaderförmigen Plattenwärmetauschern mit in den Ecken angeordneten Strömungskanälen, durchaus bogenartig verlaufen können, also nicht geradlinig von einem zum anderen Strömungskanal verlaufen müssen.
Die Zusatzplatten des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers können sich in sämtlichen seiner Kanäle befinden.
Die Zusatzplatte weist vier Öffnungen auf, die bezüglich ihrer Position mit den die Strömungskanäle bildenden Öffnungen in den Wärmetauscherplatten übereinstimmen. Bezüglich ihrer Funktion sind die mittels der Führungskanäle verbundenen zwei Öffnungen in der Zusatzplatte größer als die korrespondierenden Öffnungen in den Wärmetauscherplatten und mit einer an die Anordnung der Führungskanäle angepaßten Form versehen. Es wurde durch umfangreiche Versuche ermittelt, daß diese Maßnahme einen wesentlichen Anteil daran hat, daß der Druckverlust weiter gesenkt werden konnte. Die Form der erwähnten Öffnungen und die Anordnung der Führungskanäle sollen aneinander angepaßt sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen diese Öffnungen eine von der Kreisform abweichende Gestalt auf. Insbesondere sind die Öffnungen mit Ausbuchtungen in Richtung auf die Ein - bzw. Austritte ausgewählter Führungskanäle versehen. Die anderen beiden Öffnungen in der Zusatzplatte, die für ein anderes Medium vorgesehen sind und die nicht mittels Führungskanäle verbunden sind, können in ihrer Form identisch mit den Öffnungen in den Wärmetauscherplatten sein.
Der Anspruch 4 sieht vor, daß sich die Zusatzplatte in wenigstens einem der Kanäle für das Heiz - oder Kühlmedium befindet. Es hat sich in der Praxis erwiesen, daß hauptsächlich die Kanäle für das Heiz - oder Kühlmedium gegenüber extremen Temperaturschocks und Temperaturwechselbelastungen bezüglich der Haltbarkeit problematisch waren. Der Anspruch 4 wirkt dem entgegen.
Anspruch 5 sieht vor, daß bei Plattenwärmetauschern für mehr als zwei Medien wenigstens die Kanäle für das Heiz - oder Kühlmedium, die auf einer Seite an einen Kanal des einen Mediums und auf der anderen Seite an einen Kanal des anderen Mediums angrenzen mit einer Zusatzplatte ausgerüstet sind. Das ist deshalb vorteilhaft, weil in den Übergangsbereichen von einem Medium auf ein anderes die Temperaturdifferenzen und damit die Beanspruchungen am größten sind.
Nach Anspruch 6 ist von Vorteil, daß einige Führungskanäle Abzweigungen aufweisen und andere Führungskanäle ohne Abzweigungen ausgebildet sind. Dadurch kann die Anordnung der Führungskanäle dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt und optimiert werden.
Insbesondere in der Nähe der Abzweigungen werden strömungstechnische Vorteile, beispielsweise eine gleichmäßigere Verteilung der Strömung bzw. des Wärmeaustausches, dadurch erreicht, daß dort zusätzliche Ein - bzw. Austrittsöffnungen in den Führungskanälen angeordnet sind.
Die Abzweigungen können sich zwischen dem Rand der Wärmetauscherplatte und den Strömungskanälen befinden. Dadurch werden bei im wesentlichen rechteckigen Wärmetauscherplatten die Eckbereiche des Wärmetauschers intensiv am Wärmeaustausch beteiligt, wodurch die Leistung desselben verbessert wird. Von der Anmelderin durchgeführte Untersuchungen zeigen eine sehr homogene Verteilung des Wärmeaustausches über alle Bereiche der Wärmetauscherplatten und der Zusatzplatten.
Anspruch 8 beschreibt eine vorteilhafte Anordnung der Führungskanäle, die darin besteht, daß einige Führungskanäle von einem Strömungskanal zum anderen Strömungskanal durchgehend ausgebildet sind und andere Führungskanäle wesentlich kürzer sind, wobei ihr Austritt und ihr Eintritt entfernt von den Strömungskanälen angeordnet ist.
Anspruch 9 stellt eine vorteilhafte Zusatzmaßnahme dar und schreibt vor, daß die Zusatzplatte Noppen oder dergleichen Vorsprünge aufweisen soll, die die gleiche Höhe wie die Führungskanäle besitzen und die mit der angrenzenden Wärmetauscherplatte verbunden sind. Die Noppen sind in der Nähe der Strömungskanäle bzw. in nicht so eng mit Führungskanälen belegten Flächen der Zusatzplatte angeordnet und stützen deshalb diese Flächen zusätzlich ab.
Die erfindungsgemäße Zusatzplatte kann wesentlich dünner als die Wärmetauscherplatten und damit material - und gewichtssparend ausgeführt sein. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Wärmetauscherplatten 0, 5 mm und die der Zusatzplatten lediglich 0, 3 mm.
Weitere Merkmale und Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels enthalten. Die beiliegenden Figuren zeigen Folgendes:
Fig. 1
Draufsicht auf die eingelegte Zusatzplatte;
Fig. 2
Teil - Schnitt A - A aus Fig. 1;
Fig. 3
Teil - Schnitt B - B aus Fig. 1;
Fig. 4
Schnitt durch den Plattenwärmetauscher, der Zusatzplatten aufweist;
Fig. 5
Variante zu Fig. 4;
In Fig. 1 liegt die Zusatzplatte in einem Kanal 5 des Plattenwärmetauschers 1. Von den jeweils zwei Wärmetauscherplatten 2, die den Kanal 5 bilden, ist in Fig. 1 die untere Platte 2 zu erkennen. Die obere Platte 2 wurde in dieser Ansicht nicht gezeichnet, um die Details der Zusatzplatte 6 erkennen zu können. Die Zusatzplatte 6 entspricht in ihrer äußeren Gestaltung etwa den Wärmetauscherplatten 2. Die Wärmetauscherplatten 2 weisen jedoch einen hochgestellten Rand 13 auf, während der Rand 7 der Zusatzplatte 6 im Ausführungsbeispiel glatt und die Zusatzplatte 6 so dimensioniert ist, daß sie zwischen zwei Wärmetauscherplatten 2 gerade hineinpaßt. Die Wärmetauscherplatten 2 besitzen vier Öffnungen 15 bis 18, die gemeinsam mit den Öffnungen 32 bis 35 in der Zusatzplatte 6 die Strömungskanäle 4 bilden, die vertikal durch den Wärmetauscher 1 hindurchgehen. (siehe auch Fig. 4 und 5) Im gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Öffnungen 15 und 16 sowie 32 und 34 die Strömungskanäle 4 für das Heiz - oder Kühlmedium K. Die Pfeile 21 zeigen an, daß angenommen ist, daß aus der Öffnung 15 bzw. dem entsprechenden Strömungskanal 4 das Heiz - oder Kühlmedium K in den Kanal 5 eintritt, in dem sich die in Fig. 1 gezeigte Zusatzplatte 6 befindet. Über die Öffnung 16 bzw. den zugehörigen Strömungskanal 4, der in dem diagonalen Eckbereich 24 des Plattenwärmetauschers 1 angeordnet ist, verläßt das Heiz - oder Kühlmedium K den Kanal 5 wieder, um den Plattenwärmetauscher 1 weiter zu durchströmen. Die in den anderen beiden Eckbereichen 23 und 25 angeordneten Öffnungen 17 und 18 in den Wärmetauscherplatten 2, bzw. 33 und 35 in der Zusatzplatte 6, sind für ein mit dem Heiz- oder Kühlmedium K im Wärmeaustausch befindliches anderes Medium gedacht. Diese Öffnungen 17 und 18 (33 und 35), die wiederum Strömungskanäle 4 ausbilden, weisen im Ausführungsbeispiel je einen Ring 20 auf, der mit den Öffnungen 17 und 18 in benachbarten Wärmetauscherplatten 2 verbunden ist, so daß die Kanäle 5 für verschiedene Medien voneinander getrennt sind. (Fig. 4) Anstelle der Ringe 20 könnten auch Kragen an den Öffnungen 17 und 18 angeformt sein. Bezüglich der Medientrennung ist das die übliche Konstruktion bei Plattenwärmetauschern 1. Wir verweisen dazu auf das von der Anmelderin stammende EP 819 907 B1, aus dem im Bedarfsfall hier nicht gemachte Angaben hervorgehen.
In die Zusatzplatte 6 wurde nun eine Vielzahl (11 Stück) von Führungskanälen 8 eingeprägt, die die Form von Längssicken haben. Die Führungskanäle 8 besitzen je einen Eintritt 9 und einen Austritt 10. Die Ein - und Austritte 9; 10 wurden strömungstechnisch optimiert. Sie sind etwa eiförmig oval, wodurch ein ausnehmend geringer Druckverlust unterstützt wird. Die bereits erwähnten Pfeile 21 zeigen an, daß das Heiz - oder Kühlmedium K sowohl durch die Führungskanäle 8 als auch durch die dazwischen angeordneten freien Abschnitte 11 strömt. Es ist aus Fig. 1 zu erkennen, daß die Mehrzahl der Führungskanäle 8 direkt von dem durch die Öffnungen 15 gebildeten Strömungskanal 4 zum durch die Öffnungen 16 gebildeten Strömungskanal 4 hinführt. Die meisten Führungskanäle 8 sind mit einer leichten Krümmung versehen. Einige Führungskanäle 8 verbinden die Öffnungen 15 und 16 direkt. Andere sind kürzer, sie beginnen und enden mit einigem Abstand von den Öffnungen 15 und 16. Auch in den Eckbereichen 22; 23; 24 und 25 wurde je ein Führungskanal 8 vorgesehen, der über eine Abzweigung 30 mit einem anderen Führungskanal 8 verbunden ist. Da die freien Abschnitte 11 mit der Seite 31 der unteren Wärmetauscherplatte 2 und die Führungskanäle 8 mit der oberen Wärmetauscherplatte 2 des Kanals 5 verlötet sind, sorgt diese Konstruktion dafür, daß die Eckbereiche 22 bis 25 intensiv am Wärmeaustausch beteiligt sind und ferner dafür, daß auch dort eine hervorragende Festigkeit im Plattenwärmetauscher 1 vorhanden ist. Im Bereich der Abzweigungen 30 sind zusätzliche Ein - und Austritte 9a; 10a vorgesehen worden, um die Strömung in diesem Bereich zu vergleichmäßigen.
Die Öffnungen 32 und 34 in der Zusatzplatte 6 sind nicht kreisförmig wie die Öffnungen 33 und 35, sondern sie weisen Ausbuchtungen 40 auf, die zu den Ein - bzw. Austritten 9 und 10 der längeren, bzw. der durchgehenden Führungskanäle 8 hinführen.
In der Nähe der Öffnungen 33 und 35 wurden Noppen 14 angeordnet, die ebenfalls mit der angrenzenden Wärmetauscherplatte 2 verlötet sind. Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine solche Noppe 14. In dieser Schnittdarstellung wurden beide angrenzenden Wärmetauscherplatten 2 eingezeichnet.
Der um die Öffnungen 33 und 35 vorhandene nicht verformte Bereich in der Zusatzplatte 6 wurde durch die Noppen 14 verstärkt.
Aus der Fig. 2 ist die Gestaltung der Führungskanäle 8 zu erkennen, die sickenartig ausgebildet sind.
Die Führungskanäle 8 sind mit der einen Wärmetauscherplatte 2 des Kanals 5 verbunden, während die dazwischen angeordneten Abschnitte 11 mit der anderen Wärmetauscherplatte 2 metallisch verbunden sind. Der abgebogene Rand 13 der Wärmetauscherplatten 2 wurde nicht gezeichnet. Dieser ist jedoch in den nachfolgend beschriebenen Figuren 4 und 5 gut zu erkennen.
In der Fig. 4 ist der Rand 13 der Wärmetauscherplatten 2, in Einbaulage des Plattenwärmetauschers 1 gesehen, nach oben gerichtet und in Fig. 5 nach unten. Beide Ausführungsbeispiele zeigen unterschiedliche Varianten eines Retarder - Ölkühlers, der für den Einsatz bei Lastkraftwagen gedacht ist, um das Bremsöl zu kühlen. In solchen Ölkühlern treten extrem hohe Öltemperaturen von mehr als 200 °C auf. Je nach Betriebssituation treten hohe Temperaturschockbelastungen auf, denen der Ölkühler gewachsen ist, wie umfangreiche Versuchsreihen bewiesen haben. Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Plattenwärmetauscher 1 mit insgesamt vier getrennten Kreisläufen.
Der Strömungskanal 4 für das Kühl - oder Heizmedium K befindet sich in Fig. 4 auf der linken Seite.
Rechts ist der Strömungskanal 4 für Öl 1, Öl 2 und Öl 3 zu erkennen. Es gibt weitere zwei nicht gezeigte Strömungskanäle 4 für den Austritt der Medien. Die Strömungskanäle 4 besitzen Anschlußflansche 3. Der Anschlußflansch 3 für Öl 1 besitzt einen nicht gezeigten Verbindungskanal, so daß das Öl 1 durch diesen Verbindungskanal eintreten und in den oberen Kanälen 5 mit dem Kühlmittel K im Wärmeaustausch ist. Sämtliche Kanäle 5 für Öl 1; Öl 2 und Öl 3 besitzen übliche Lamellen 53. Das Öl 2 tritt ebenfalls am Anschlußflansch 3 in den Plattenwärmetauscher 1 ein und zwar durch das Rohrstück 50 mit einem Flansch, der zwischen zwei Wärmetauscherplatten 2 fest eingelötet wurde. Das Öl 3 hingegen wird von der Unterseite des Plattenwärmetauschers 1 zu - bzw. abgeführt. Im Strömungskanal 4 befindet sich eine Trennplatte 51 um Öl 2 von Öl 3 getrennt zu halten. Weitere Informationen dazu befinden sich im EP 819 907 B1. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wurden nun sämtliche Kanäle 5 für das Kühlmittel K mit einer Zusatzplatte 6 ausgerüstet, wodurch die Haltbarkeit des Plattenwärmetauschers 1 deutlich verbessert wurde. Bei einem anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind nur die Kanäle 5 für das Kühlmittel K, die an die Abschnitte a für Öl 1, b für Öl 2 und c für Öl 3 angrenzen mit Zusatzplatten 6 ausgerüstet worden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein Plattenwärmetauscher 1 mit einem Kreislauf für das Kühlmittel K und einem Ölkreislauf Öl dargestellt. Nur die beiden oberen und die beiden unteren Kanäle 5 für das Kühlmittel K wurden mit Zusatzplatten 6 versehen, weil sich herausgestellt hat, daß die äußeren Kanäle 5 den stärksten Temperaturdifferenzen ausgesetzt sind. Die Wärmetauscherplatten 2 der übrigen Kanäle 5 für das Kühlmittel K wurden wie üblich mit Noppen 52 ausgebildet, die sich berühren und miteinander verlötet sind.

Claims (9)

  1. Plattenwärmetauscher (1) für wärmeaustauschende Medien in getrennten Kreisläufen, bestehend aus ineinandergestapelten und metallisch verbundenen, Öffnungen (15 - 18) besitzenden, einzelnen Wärmetauscherplatten (2), die ein Paket bilden, das vertikal von mittels der Öffnungen (15 - 18) gebildeten Strömungskanälen (4) für den Zu - und Ablauf des Heiz - oder Kühlmediums (K) und von Strömungskanälen (4) für das / die andere/n Medium / Medien durchbrochen ist, die voneinander getrennt sind und von denen ausgehend sich das Heiz- oder Kühlmedium (K) und das / die andere/n Medium / Medien in von je zwei Wärmetauscherplatten (2) gebildeten Kanälen (5) ausbreitet, wovon wenigstens einige einen Inneneinsatz (6) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Inneneinsatz (6) eine Zusatzplatte ist, die Führungskanäle (8) mit mindestens einem Ein - und einem Austritt (9; 10) besitzt, die von einem Strömungskanal (4) des einen Mediums zum anderen Strömungskanal (4) desselben Mediums hinführen, wobei die von Führungskanälen (8) freien Abschnitte (11) der Zusatzplatte (6) mit der einen angrenzenden Wärmetauscherplatte (2) und die Führungskanäle (8) mit der anderen angrenzenden Wärmetauscherplatte (2) desselben Kanals (5) metallisch verbunden sind.
  2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzplatte (6) vier Öffnungen (32 bis 35) aufweist, die bezüglich ihrer Position mit den die Strömungskanäle (4) bildenden Öffnungen (15 bis 18) in den Wärmetauscherplatten (2) übereinstimmen.
  3. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels der Führungskanäle (8) verbundenen zwei Öffnungen (32; 34) in der Zusatzplatte (6) eine an die Anordnung der Führungskanäle (8) angepaßte Form besitzen, wobei die Öffnungen (32; 34) Ausbuchtungen (40) in Richtung auf den Ein - bzw. Austritt (9; 10) der Führungskanäle (8) aufweisen.
  4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zusatzplatte (6) in wenigstens einem der Kanäle (5) für das Heiz - oder Kühlmedium (K) befindet.
  5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Plattenwärmetauschern (1) für mehr als zwei Medien wenigstens die Kanäle (5) für das Heiz - oder Kühlmedium, die auf einer Seite an einen Kanal (5) des einen Mediums und auf der anderen Seite an einen Kanal (5) des anderen Mediums angrenzen oder sich in deren Nähe (Abschnitte a, b, c) befinden mit einer Zusatzplatte (6) ausgerüstet sind.
  6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (8) sickenartig ausgebildet sind, wobei die Sickenhöhe dem Abstand der den jeweiligen Kanal (5) bildenden Wärmetauscherplatten (2) voneinander entspricht und daß einige Führungskanäle (8) Abzweigungen (30) aufweisen und andere Führungskanäle (8) ohne Abzweigungen (30) ausgebildet sind.
  7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abzweigungen (30) zusätzliche Ein - bzw. Austritte ( 9a; 10a) in den Führungskanälen (8) angeordnet sind und daß (bei quaderförmigen Plattenwärmetauschern (1)) wenigstens ein abgezweigter Führungskanal (8) zwischen dem Rand (13) der Wärmetauscherplatte (2) und den Strömungskanälen (4), bzw. in den Eckbereichen (22 - 25) des Plattenwärmetauschers (1), vorgesehen ist.
  8. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einige Führungskanäle (8) von einem Strömungskanal (4) zum anderen Strömungskanal (4) durchgehend ausgebildet sind und andere Führungskanäle (8) wesentlich kürzer sind, wobei ihr Austritt (10) und ihr Eintritt (9) entfernt von den Strömungskanälen (4) angeordnet ist.
  9. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzplatte (6) Noppen (14) oder dergleichen Vorsprünge aufweist, die die gleiche Höhe wie die Führungskanäle (8) besitzen und die mit der angrenzenden Wärmetauscherplatte (2) verbunden sind.
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