EP1308685A2 - Wärmeübertrager - Google Patents

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EP1308685A2
EP1308685A2 EP02023318A EP02023318A EP1308685A2 EP 1308685 A2 EP1308685 A2 EP 1308685A2 EP 02023318 A EP02023318 A EP 02023318A EP 02023318 A EP02023318 A EP 02023318A EP 1308685 A2 EP1308685 A2 EP 1308685A2
Authority
EP
European Patent Office
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plates
heat exchanger
exchanger according
heat transfer
openings
Prior art date
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EP02023318A
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English (en)
French (fr)
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EP1308685B1 (de
EP1308685A3 (de
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Hans-H. Dr. Angermann
Herbert Dr.-Ing. Damsohn
Klaus Dipl.-Ing. Luz
Conrad Dr. Ing. Pfender
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1308685A2 publication Critical patent/EP1308685A2/de
Publication of EP1308685A3 publication Critical patent/EP1308685A3/de
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    • 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
    • F28D9/0012—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 apparatus having an annular form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/916—Oil cooler

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular in cross-flow design, the flowed through by at least two separate media is, with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • Heat exchangers of the generic type are for example from the DE 199 09 881 A1.
  • This known heat exchanger has each other stacked plates which are partially spaced apart are in contact and in some areas. This will between each adjacent plates in a heat transfer area, respectively Flow path for a medium, such as a fluid formed. So that Plates spaced from each other can be arranged at these Nubs and beads formed.
  • the plates further include the heat transfer areas adjacent Inlet channel breakthroughs and exit channel breakthroughs.
  • sandwiching the plates becomes the heat exchanger educated.
  • the plates are in this case by 90 ° to each other twisted - with respect to a central axis of the plates - arranged so that it is to each other sealed flow channels comes.
  • the plates are at the abutting Braids and / or beads soldered. It is disadvantageous that a considerable Manufacturing cost is given. Furthermore, even minor Height tolerances in the beads and / or nubs to form a gap, by soldering only with a considerable extra effort or in the Extreme case can not be compensated.
  • a plate heat exchanger is known in which trough-shaped heat exchanger plates are stacked in one another. Between the heat exchanger plates are for the formation of flow channels Turbulence inserts can be arranged. The heat exchanger plates with each other are soldered together in their peripheral edge regions. For training the sealed flow paths is the arrangement provided additional sealing washers. This results in addition an increased cost of materials a high production cost.
  • the invention is based on the object, a heat exchanger of generic type to create, which is characterized by a simple structure and related ease of production features.
  • the plates cup-shaped with a bottom extending from a bottom edge are, wherein the edge is preferably conical to the ground. hereby is advantageously possible, the plates for completion of the heat exchanger self-aligning to arrange one above the other. Furthermore, this will a minimal gap geometry between adjacent plates received, so that this particularly easily and safely pressure-tight joined can be.
  • the breakthrough areas via steps in the heat transfer area pass over, the stages preferably substantially perpendicular to the heat transfer area.
  • the Heat exchanger resulting plates can be due to the simple geometry especially easy to produce in one piece.
  • the desired distance of the adjacent plates can be to each other.
  • that diametrically opposite breakthroughs of the plates are the same size are, preferably in superimposed plates an upper Breakthrough designed to double the material thickness is greater than a lower breakthrough.
  • the openings each surrounded by a peripheral bead This can be done very advantageous the plates for training against each other sealed Insert flow paths pressure-tight. Due to the circumferential beads is a minimum Gap geometry between adjacent plates obtained in easy to seal pressure-tight.
  • Figure 1 shows a plan view of a generally designated 10 Heat exchanger.
  • Figure 2 shows a longitudinal section along the line A-A through the heat exchanger 10
  • Figure 3 is a longitudinal section along the line B-B through the heat exchanger 10 shows.
  • cover plate to be explained later and connection plate not marked.
  • the heat exchanger 10 consists of plates 12 stacked on one another. According to the embodiment shown, four plates 12 are provided, it being understood that the number of plates 12 corresponds to the number of plates Requirements for the heat exchanger 10 may be smaller or larger.
  • the structure of the plates 12 is based on the plan view in Figure 1 on the upper plate 12 of the heat exchanger 10 explained.
  • the plate 12 is in Essentially disc-shaped and has a bottom 14, the is encompassed by a bevelled edge 16. This creates a, in the sectional views clearly becoming cup-shaped shape of the plates 12th
  • the base 14 forms a heat transfer area 18, which differs from Areas 20, 22, 24 and 26 is encompassed.
  • the areas 20, 22, 24 and 26 are arranged in a clockwise direction around the heat transfer area 18 and thus border on the one hand via inner edges 28 to the heat transfer area 18 and outer edges 30 to the edge 16 at. to better clarification of the still to be explained construction of the plates
  • the areas 20 and 24 associated inner edges with 28 and Outside edges with 30 and the areas 22 and 26 associated inner edges denoted by 28 'and the outer edges with 30'.
  • the heat transfer area 18 coincides with the plane of the bottom 14 of FIG Plate 12 together. According to the drawing in Figure 1 is Assume that the heat transfer area 18 in the paper plane lies.
  • the opposite regions 20 and 24 are formed in such a way that this below the level of the heat transfer area 18th lie while the opposing portions 22 and 26 formed in such a way These are above the level of the heat transfer area 18 lie.
  • the inner edges 28, 28 'thus form a kind of step, over which the areas 20, 22, 24, 26 in the heat transfer area 18th pass. As the sectional views make clear, the inner edges 28, 28 'in this case substantially not perpendicular to the plane of Heat transfer region 18 is formed.
  • the area 24 has a Breakthrough 34, while the area 20 has a breakthrough 32.
  • the region 26 has a breakthrough 36 and the region 22 a breakthrough 38.
  • the apertures 32, 34, 36 and 38 have an im Essentially oval shape, on each of the heat transfer area 18 facing side is flattened.
  • the breakthroughs 32 and 34 have the same size and the apertures 36 and 38 also have the same size.
  • the openings 32 and 34 are larger than the openings 36 and 38 and that according to a double Material thickness of the plate 12 is formed. This point of view becomes With reference to Figure 4 in more detail.
  • the openings 32, 34, 36, 38 are each of a peripheral bead 40th encompassed, which - according to the illustration in Figure 1- each upwards abkragen.
  • FIG. 4 there are four partially stacked plates 12 shown. It becomes clear that the plates 12 each with their edges 16 mesh. The edges 16 are conical, so that a Self-aligned stacking of the plates 12 is possible.
  • the heat exchanger 10 can be made identical Achieve plates 12. Due to the 90 ° turned arrangement to a imaginary central axis 42 ( Figure 1) of the plates 12 is achieved that a Area 24 of the top plate 12 on an area 22 of the underneath arranged plate 12 comes to rest. Analogously, the area 26 the top plate 12 on a portion 24 (not shown) of the underneath following plate 12 comes to rest. Over the circumference of the plates 12 results this arrangement is analog.
  • the Flow paths 44 and 46 angeordet such that flowing through them Media intersect, making it to form a cross-flow heat exchanger comes.
  • turbulence elements 48 for example turbulence sheets, arranged for a swirling of the flowing through Medium and thus a good heat transfer through the heat transfer areas 18 lead.
  • the arrangement and function of the turbulence elements 48 and the heat transfer between the flow paths 44 and 46 are well known, so that in the context of the present Description will not be discussed in detail.
  • the beads 40 of the lower plates 12 engage positively in the Beads 40 of the upper plates 12 a.
  • the Plates 12 are at the same time between the heat transfer areas 18 inserted turbulence elements 48 fixed without them must be added in addition to the plates 12.
  • the plates 12 in the area the heat transfer planes 18 at least one, preferably two Nubs 50 ( Figures 5a and 5b) have, in the form-fitting the Profiling the turbulence elements 48 engage.
  • FIGS. 6a and 6b each show a schematic exploded view the heat exchanger 10 is shown.
  • a cover plate 56 and a connection plate 58 is shown.
  • Cover plate 56 and connection plate 58 have at their respective the Plates 12 facing sides corresponding to the plates 12 Structure, that is, there are the areas 20, 22, 24 and 26 in the Plane corresponding offset to a heat transfer area 18 educated. This allows in the area of the cover plate 56 a dense Closing the openings 30, 32, 34, 36 and in the area of Connection plate 58, the supply of the media, between which the Heat exchange should take place.
  • the cover plate 56 is formed closed to the outside, while the Connection plate 58, the entrances or exits for the Has flow paths.
  • the discs 12 and 56 and 58 and the turbulence inserts 48 may be made Metal, for example aluminum, copper, stainless steel and / or plastic consist. The choice of material depends in particular on a resistance relative to the media 52 guided between the heat exchanger 10 or 66.
  • a wall thickness of the plates 12 is, for example between 0.1 and 1 mm.
  • a height of the turbulence inserts 48 may for example, be between 1 and 10 mm.
  • FIGS. 1 to 6 The illustration in FIGS. 1 to 6 is merely exemplary. So can instead of a circular design also an oval or square, for example square version of the plates 12, 56 and 58 are provided his. Furthermore, by appropriate training the over the circumference the plates provided, the breakthrough areas a Heat exchanger with more than two entries 54 and 62 and more than two outlets 60 and 64 are formed.
  • the heat exchanger 10 can be used for example as a capacitor be used to condense water out of damp air with its help, without this discharges ions from a capacitor material.
  • a Another possible use of the heat exchanger 10 is in one Gas generating system of a fuel cell powered motor vehicle, wherein the heat exchanger 10 designed for this purpose as a chemical reactor is, in each case every second fluid path as a reaction channel with a Catalyst coating is provided and the remaining fluid paths to Cooling or heating of the reaction channels serve.
  • a catalytic reactor is an oil cooler or fuel cooler possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere in Kreuzstrom-Bauweise, der von wenigstens zwei voneinander getrennten Medien durchströmbar ist, mit aufeinander gestapelten Platten, die bereichsweise voneinander beabstandet sind und bereichsweise in Kontakt stehen, so dass zwischen jeweils benachbarten Platten in einem Wärmeübertragungsbereich Strömungspfade gebildet sind, wobei benachbart zu dem Wärmeübertragungsbereich die Platten Durchbrüche umfassen, und die Platten durch Ausformungen der Platten voneinander beabstandet sind. Es ist vorgesehen, dass über den Umfang der Platten (12) aufeinander folgende Bereiche (20, 22, 24, 26), die die Durchbrüche (32, 34, 36, 38) aufweisen, alternierend aus der Ebene der Platten (12) entgegengesetzt ausgeformt sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere in Kreuzstrom-Bauweise, der von wenigstens zwei voneinander getrennten Medien durchströmbar ist, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der DE 199 09 881 A1 bekannt. Dieser bekannte Wärmeübertrager besitzt aufeinander gestapelte Platten, die bereichsweise voneinander beabstandet sind und bereichsweise in Kontakt stehen. Hierdurch wird zwischen jeweils benachbarten Platten in einem Wärmeübertragungsbereich jeweils ein Strömungspfad für ein Medium, beispielsweise ein Fluid, gebildet. Damit die Platten beabstandet zueinander angeordnet werden können, sind an diesen Noppen und Sicken ausgeformt.
Die Platten umfassen ferner den Wärmeübertragungsbereichen benachbarte Eintrittskanal-Durchbrüche und Austrittskanal-Durchbrüche. Durch schichtweise, sandwichartige Anordnung der Platten wird der Wärmetauscher gebildet. Die Platten werden hierbei um 90° zueinander verdreht - in Bezug auf eine Mittelachse der Platten - angeordnet, so dass es zu voneinander abgedichteten Strömungskanälen kommt. Um eine Abdichtung der Strömungskanäle zu erzielen, sind die Platten an den aneinander aufliegenden Noppen und/oder Sicken verlötet. Hierbei ist nachteilig, dass ein erheblicher Herstellungsaufwand gegeben ist. Ferner führen schon geringfügige Höhentoleranzen bei den Sicken und/oder Noppen zu einer Spaltbildung, die durch Verlöten nur mit einem erheblichen Zusatzaufwand oder im Extremfall gar nicht ausgeglichen werden kann.
Aus der EP 0 623 798 B1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, bei dem wannenförmige Wärmetauscherplatten ineinander gestapelt werden. Zwischen den Wärmetauscherplatten sind zur Ausbildung von Strömungskanälen Turbulenzeinlagen anordbar. Die Wärmetauscherplatten untereinander sind in ihren Umfangs-Randbereichen miteinander verlötbar. Zur Ausbildung der gegeneinander abgedichteten Strömungspfade ist die Anordnung zusätzlicher Dichtscheiben vorgesehen. Hierdurch ergibt sich neben einem erhöhten Materialaufwand ein hoher Herstellungsaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau und damit verbundene einfache Herstellungsmöglichkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wärmeübertrager mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass über den Umfang der Platten aufeinander folgende Bereiche, die jeweils Durchbrüche aufweisen, alternierend aus der Ebene der Platten entgegengesetzt ausgeformt sind, lassen sich in einfacher Weise durch Stapeln derartiger Platten Wärmeübertrager mit benachbarten, gegeneinander abgedichteten Strömungspfaden ausbilden. Die aus der Ebene der Platten alternierend ausgeformten Bereiche benachbarter Platten kommen bei Stapelung der Platten in Anlagekontakt und bestimmen somit einerseits die Ausbildung der Strömungspfade zwischen den Platten und dienen andererseits gleichzeitig der Abdichtung benachbarter Strömungspfade. Durch eine insbesondere relativ großflächige Ausbildung der alternierend ausgeformten Bereiche wird gleichzeitig eine große Abstützfläche zwischen den benachbarten Platten erhalten, so dass ein diese Platten aufweisender Wärmeübertrager eine große Stabilität besitzt. Gleichzeitig wird hierdurch das dichte Fügen der benachbarten Platten vereinfacht. Insbesondere können so Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen nicht zu einer Spaltbildung zwischen benachbarten Platten führen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Platten topfförmig mit einem sich von einem Grund erstreckenden Rand ausgebildet sind, wobei der Rand vorzugsweise konisch zu dem Grund verläuft. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, die Platten zur Komplettierung des Wärmeübertragers selbstjustierend übereinander anzuordnen. Ferner wird hierdurch eine minimale Spaltgeometrie zwischen benachbarten Platten erhalten, so dass diese besonders einfach und sicher druckdicht gefügt werden können.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die die Durchbrüche aufweisenden Bereiche über Stufen in den Wärmeübertragungsbereich übergehen, wobei die Stufen vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zum Wärmeübertragungsbereich verlaufen. Derartige den Wärmeübertrager ergebenden Platten lassen sich durch die einfache Geometrie besonders einfach einstückig herstellen. Durch die Höhe der Stufen lässt sich darüber hinaus der gewünschte Abstand der benachbarten Platten zueinander festlegen.
Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass diametral gegenüberliegende Durchbrüche der Platten gleich groß sind, wobei vorzugsweise bei übereinander angeordneten Platten ein oberer Durchbruch um die doppelte Materialstärke größer ausgebildet ist als ein unterer Durchbruch. Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass die Durchbrüche jeweils von einer Umfangssicke umgeben werden. Hierdurch lassen sich sehr vorteilhaft die Platten zur Ausbildung gegeneinander abgedichteter Strömungspfade druckdicht fügen. Durch die Umfangssicken wird eine minimale Spaltgeometrie zwischen benachbarten Platten erhalten, die sich in einfacher Weise druckdicht verschließen lässt.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Draufsicht auf eine Platte eines Wärmeübertragers;
Figur 2
eine Schnittdarstellung durch eine Anordnung von vier übereinander gestapelten Platten gemäß Linie A-A aus Figur 1;
Figur 3
eine Schnittdarstellung durch vier übereinander gestapelte Platten gemäß Schnittlinie B-B gemäß Figur 1;
Figur 4
eine Detailvergrößerung;
Figur 5a
Perspektivansichten gestapelter Platten
und 5b und Figur 6a und 6b
Perspektivansichten in Explosionsdarstellung eines Wärmetauschers.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen insgesamt mit 10 bezeichneten Wärmeübertrager. Figur 2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie A-A durch den Wärmeübertrager 10, während Figur 3 einen Längsschnitt entlang der Linie B-B durch den Wärmeübertrager 10 zeigt. Bei den Darstellungen in den Figuren 1, 2 und 3 sind die später noch zu erläuternde Abdeckplatte und Anschlussplatte nicht mitgezeichnet.
Der Wärmeübertrager 10 besteht aus aufeinander gestapelten Platten 12. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Platten 12 vorgesehen, wobei klar ist, dass die Anzahl der Platten 12 entsprechend den Anforderungen an den Wärmeübertrager 10 kleiner oder größer sein kann.
Der Aufbau der Platten 12 wird anhand der Draufsicht in Figur 1 auf die obere Platte 12 des Wärmeübertragers 10 erläutert. Die Platte 12 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und besitzt einen Grund 14, der von einem abkragenden Rand 16 umgriffen wird. Hierdurch entsteht eine, in den Schnittansichten deutlich werdende, topfförmige Gestalt der Platten 12. Der Grund 14 bildet einen Wärmeübertragungsbereich 18 aus, der von Bereichen 20, 22, 24 und 26 umgriffen wird. Die Bereiche 20, 22, 24 und 26 sind in Uhrzeigerrichtung um den Wärmeübertragungsbereich 18 angeordnet und grenzen somit einerseits über Innenkanten 28 an den Wärmeübertragungsbereich 18 und Außenkanten 30 an den Rand 16 an. Zur besseren Verdeutlichung des noch zu erläuternden Aufbaus der Platten sind hierbei die den Bereichen 20 und 24 zugeordneten Innenkanten mit 28 und Außenkanten mit 30 und die den Bereichen 22 und 26 zugeordneten Innenkanten mit 28' beziehungsweise die Außenkanten mit 30' bezeichnet.
Der Wärmeübertragungsbereich 18 fällt mit der Ebene des Grundes 14 der Platte 12 zusammen. Gemäß der zeichnerischen Darstellung in Figur 1 wird angenommen, dass der Wärmeübertragungsbereich 18 in der Papierebene liegt. Die gegenüberliegenden Bereiche 20 und 24 sind derart ausgeformt, dass diese unterhalb der Ebene des Wärmeübertragungsbereiches 18 liegen, während die gegenüberliegenden Bereiche 22 und 26 derart ausgeformt sind, dass diese oberhalb der Ebene des Wärmeübertragungsbereiches 18 liegen. Die Innenkanten 28, 28' bilden somit quasi eine Stufe, über die die Bereiche 20, 22, 24, 26 in den Wärmeübertragungsbereich 18 übergehen. Wie die Schnittdarstellungen verdeutlichen, sind die Innenkanten 28, 28' hierbei im Wesentlichen nicht senkrecht zur Ebene des Wärmeübertragungsbereiches 18 ausgebildet. Der Bereich 24 besitzt einen Durchbruch 34, während der Bereich 20 einen Durchbruch 32 besitzt. Analog besitzt der Bereich 26 einen Durchbruch 36 und der Bereich 22 einen Durchbruch 38. Die Durchbrüche 32, 34, 36 und 38 besitzen eine im Wesentlichen ovale Form, die auf der jeweils dem Wärmeübertragungsbereich 18 zugewandten Seite abgeflacht ist. Die Durchbrüche 32 und 34 besitzen die gleiche Größe und die Durchbrüche 36 und 38 besitzen ebenfalls die gleiche Größe. Die Durchbrüche 32 und 34 sind hierbei größer als die Durchbrüche 36 und 38 und zwar entsprechend einer doppelten Materialstärke der Platte 12 ausgebildet. Auf diesen Gesichtspunkt wird anhand von Figur 4 noch näher eingegangen.
Die Durchbrüche 32, 34, 36, 38 werden jeweils von einer Umfangssicke 40 umgriffen, die - entsprechend der Darstellung in Figur 1- jeweils nach oben abkragen.
Aufbau, Funktion und Montage des Wärmeübertragers 10 sollen anhand der Detailvergrößerung in Figur 4 näher erläutert werden.
In Figur 4 sind ausschnittsweise vier übereinander gestapelte Platten 12 dargestellt. Es wird deutlich, dass die Platten 12 jeweils mit ihren Rändern 16 ineinander greifen. Die Ränder 16 sind konisch ausgebildet, so dass eine selbstjustierte Stapelung der Platten 12 möglich ist. Beim Stapeln der Platten 12 wird jede zweite Platte - gegenüber der Darstellung in Figur 1 - um 90° gedreht angeordnet. Hierdurch lässt sich der Wärmeübertrager 10 aus baugleichen Platten 12 erzielen. Durch die um 90° gedrehte Anordnung zu einer gedachten Mittelachse 42 (Figur 1) der Platten 12 wird erreicht, dass ein Bereich 24 der obersten Platte 12 auf einen Bereich 22 der darunter angeordneten Platte 12 zu liegen kommt. Analog gilt, dass der Bereich 26 der obersten Platte 12 auf einen Bereich 24 (nicht dargestellt) der darunter folgenden Platte 12 zu liegen kommt. Über den Umfang der Platten 12 ergibt sich diese Anordnung analog.
Da die Bereiche 20, 22, 24, 26 alternierend zur Ebene der Platten 12 entgegengesetzt ausgeformt sind, ergibt sich hierdurch, dass bei aufeinander liegenden Bereichen 20, 22, 24 beziehungsweise 26 die Wärmeübertragungsbereiche 18 zweier benachbarter Platten 12 beabstandet zueinander sind und jeweils einen Strömungspfad 44 beziehungsweise 46 ausbilden. Entsprechend der Anzahl der Platten 12 ergibt sich hierbei eine Vielzahl von Strömungspfaden 44 beziehungsweise 46. Die Strömungspfade 44 und 46 sind gegeneinander abgedichtet, während die Strömungspfade 44 untereinander beziehungsweise die Strömungspfade 46 untereinander über die Durchbrüche 32, 34, 36 beziehungsweise 38 - je nach Anordnung der Platten 12 - miteinander in Verbindung stehen. Hierdurch sind die Strömungspfade 44 und 46 mit getrennten Medien, beispielsweise Fluiden, beaufschlagbar. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Strömungspfade 44 und 46 derart angeordet, dass durch sie strömende Medien sich kreuzen, so dass es zur Ausbildung eines Kreuzstrom-Wärmeübertragers kommt. Innerhalb der Strömungspfade 44 beziehungsweise 46 sind hier angedeutete Turbulenzelemente 48, beispielsweise Turbulenzbleche, angeordnet, die für eine Verwirbelung des durchströmenden Mediums und damit einen guten Wärmeübergang über die Wärmeübertragungsbereiche 18 führen. Die Anordnung und Funktion der Turbulenzelemente 48 sowie der Wärmeübertragung zwischen den Strömungspfaden 44 und 46 sind allgemein bekannt, so dass hierauf im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher eingegangen werden soll.
Anhand der Darstellung in Figur 4 wird deutlich, dass beim Aufeinanderstapeln der Platten 12 die Umfangssicken 40 der Durchbrüche 32, 34, 36 beziehungsweise 38 entsprechend der Anordnung der Platten 12 ineinander greifen. Dieses wird dadurch möglich, da die Durchbrüche 32 und 34 um die doppelte Materialstärke der Platten 12 größer ausgebildet sind als die Durchbrüche 36 und 38.
Hierdurch greifen die Sicken 40 der unteren Platten 12 formschlüssig in die Sicken 40 der oberen Platten 12 ein. Analog greift der Rand 16 der oberen Platten 12 in den Rand 16 der unteren Platten 12 ebenfalls formschlüssig ein. Somit wird zum Herstellen einer druckdichten Anordnung lediglich ein Fügen der aufeinander liegenden Platten 12 im Bereich der Ränder 16 beziehungsweise im Bereich der Sicken 40 notwendig. Dies kann durch an sich bekannte Verfahren, wie Kleben, Löten, Laserschweißen oder andere geeignete Verfahren erfolgen. Diese werden insbesondere anhand der Materialeigenschaften der Platten 12 ausgewählt. Durch dieses Fügen der Platten 12 werden gleichzeitig die zwischen den Wärmeübertragungsbereichen 18 eingelegten Turbulenzelemente 48 fixiert, ohne dass diese zusätzlich mit den Platten 12 gefügt werden müssen. Zur Justierung während der Montage kann vorgesehen sein, dass die Platten 12 im Bereich der Wärmeübertragungsebenen 18 wenigstens eine, vorzugsweise zwei Noppen 50 (Figuren 5a und 5b) aufweisen, in die formschlüssig die Profilierung der Turbulenzelemente 48 eingreifen.
In Figur 4 ist ferner die Strömungsrichtung eines Mediums 52 angedeutet. Dieses wird - über die in Figur 4 nicht dargestellte Anschlussplatte - dem Wärmeübertrager 10 zugeführt. Entsprechend der Anordnung der Platten 12 ergeben sich hierbei zwei voneinander getrennte Strömungspfade, die jeweils einen Eintritt und jeweils einen Austritt besitzen. In Figur 4 ist der Eintritt 54 eines Strömungspfades dargestellt. Dieser wird durch die übereinander angeordneten Durchbrüche 34 und 38 der Platten 12 gebildet. Das in den Eintritt 54 einströmende Medium 52 gelangt somit in den Strömungspfad beziehungsweise die Strömungspfade 46. Das zweite Medium wird - in Figur 4 nicht dargestellt - durch die Strömungspfade 44 in analoger Weise geführt. Die Führung der Medien durch den Wärmeübertrager 10 ist dem Fachmann allgemein geläufig, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Anhand der Figur 4 wird somit deutlich, dass zur Erzielung der voneinander druckdicht geführten Strömungspfade 44 und 46 lediglich die baugleichen Platten 12 jeweils um 90° verdreht zueinander übereinander geschichtet und an den Rändern 16 und den Umfangssicken 40 gefügt werden. Durch das zumindest teilweise Ineinandergreifen der Ränder 16 beziehungsweise der Umfangssicken 40 der Scheiben 12 ergeben sich minimale Spalte zwischen den Platten 12, so dass auch bei Fertigungstoleranzen des Wärmeübertragers 10, beispielsweise durch schwankende Höhen der Turbulenzeinlagen 48, jeweils eine minimale Spaltgeometrie gewährleistet ist. Diese kann mittels bekannter Fügeverfahren in einfacher Weise geschlossen werden.
In den Figuren 5a und 5b sind schematisch nochmals die vier übereinander gestapelten Scheiben 12 dargestellt. Anhand dieser Perspektivansicht wird deutlich, dass mittels des Stapelns der Scheiben 12 eine sehr kompakte Bauform der Wärmeübertrager 10 erzielbar ist.
In den Figuren 6a und 6b ist jeweils in einer schematischen Explosionsdarstellung der Wärmeübertrager 10 gezeigt. Zusätzlich zu den Platten 12 ist hier eine Abdeckplatte 56 und eine Anschlussplatte 58 dargestellt. Abdeckplatte 56 und Anschlussplatte 58 besitzen an ihren jeweils den Platten 12 zugewandten Seiten einen zu den Platten 12 korrespondierenden Aufbau, das heißt, auch dort sind die Bereiche 20, 22, 24 und 26 in der Ebene entsprechend versetzt zu einem Wärmeübertragerbereich 18 ausgebildet. Dies ermöglicht im Bereich der Abdeckplatte 56 ein dichtes Verschließen der Durchbrüche 30, 32, 34, 36 und im Bereich der Anschlussplatte 58 die Zuführung der Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfinden soll.
Die Abdeckplatte 56 ist nach außen geschlossen ausgebildet, während die Anschlussplatte 58 die Eintritte beziehungsweise Austritte für die Strömungspfade besitzt. Hierbei ist der Eintritt 54 und ein Austritt 60 für das Medium 52 sowie ein Eintritt 62 und ein Austritt 64 für ein Medium 66 dargestellt.
Die Scheiben 12 sowie 56 und 58 und die Turbulenzeinlagen 48 können aus Metall, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Edelstahl und/oder aus Kunststoff bestehen. Die Materialwahl richtet sich insbesondere nach einer Resistenz gegenüber den zwischen dem Wärmeübertrager 10 geführten Medien 52 beziehungsweise 66. Eine Wandstärke der Platten 12 beträgt beispielsweise zwischen 0,1 und 1 mm. Eine Höhe der Turbulenzeinlagen 48 kann beispielsweise zwischen 1 und 10 mm betragen.
Die Darstellung in den Figuren 1 bis 6 ist lediglich beispielhaft. So kann anstelle einer kreisrunden Ausführung auch eine ovale oder eckige, beispielsweise quadratische Ausführung der Platten 12, 56 und 58 vorgesehen sein. Ferner kann durch entsprechende Ausbildung der über den Umfang der Platten vorgesehenen, die Durchbrüche aufweisenden Bereiche ein Wärmeübertrager mit mehr als zwei Eintritten 54 beziehungsweise 62 und mehr als zwei Austritten 60 beziehungsweise 64 ausgebildet werden.
Der Wärmeübertrager 10 kann beispielsweise als Kondensator eingesetzt werden, um mit seiner Hilfe aus feuchter Luft Wasser auszukondensieren, ohne dass dieses aus einem Kondensatorwerkstoff Ionen austrägt. Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Wärmeübertragers 10 besteht in einem Gaserzeugungssystem eines brennstoffzellenbetriebenen Kraftfahrzeuges, wobei der Wärmeübertrager 10 hierzu als chemischer Reaktor ausgeführt ist, in dem jeweils jeder zweite Fluidpfad als Reaktionskanal mit einer Katalysatorbeschichtung versehen ist und die übrigen Fluidpfade zur Kühlung oder Heizung der Reaktionskanäle dienen. Ebenso ist ein Einsatz als katalytischer Reaktor möglich. Des Weiteren ist ein Einsatz als Ölkühler oder Kraftstoffkühler möglich.

Claims (15)

  1. Wärmeübertrager, insbesondere in Kreuzstrom-Bauweise, der von wenigstens zwei voneinander getrennten Medien durchströmbar ist, mit aufeinander gestapelten Platten, die bereichsweise voneinander beabstandet sind und bereichsweise in Kontakt stehen, so dass zwischen jeweils benachbarten Platten in einem Wärmeübertragungsbereich Strömungspfade gebildet sind, wobei benachbart zu dem Wärmeübertragungsbereich die Platten Durchbrüche umfassen, und die Platten durch Ausformungen der Platten voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang der Platten (12) aufeinander folgende Bereiche (20, 22, 24, 26), die die Durchbrüche (32, 34, 36, 38) aufweisen, alternierend aus der Ebene der Platten (12) entgegengesetzt ausgeformt sind.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (12) topfförmig mit einem sich von einem Grund (14) erstreckenden Rand (16) ausgebildet sind.
  3. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund (14) den Wärmeübertragungsbereich (18) bildet.
  4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (20, 22, 24, 26) über Stufen (28, 28') in den Wärmeübertragungsbereich (18) übergehen.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (28, 28') im Wesentlichen senkrecht zum Wärmeübertragungsbereich (18) verlaufen.
  6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (28, 28') und somit die Bereiche (20, 24 beziehungsweise 22, 26) entgegengesetzt von dem Wärmeübertragungsbereich (18) entspringen.
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einander diametral zu einer Mittelachse (42) der Platten (12) gegenüberliegenden Durchbrüche (32, 34 beziehungsweise 36, 38) gleich groß sind.
  8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (32, 34) entsprechend einer doppelten Materialstärke der Platte (12) größer ausgebildet sind als die Durchbrüche (36, 38).
  9. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (32, 34, 36, 38) jeweils von einer Umfangssicke (40) umgriffen werden.
  10. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (32, 34, 36, 38) eine im Wesentlichen ovale Form besitzen.
  11. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (16) der Platten (12) konisch zum Grund (14) verlaufen.
  12. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Platten (12) jeweils Turbulenzelemente (48) angeordnet sind.
  13. Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (12) in ihrem Wärmeübertragungsbereich (18) wenigstens einen Noppen (50) zur formschlüssigen Positionierung der Turbulenzelemente (48) aufweisen.
  14. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (10) eine Abdeckplatte (56) und eine Anschlussplatte (58) umfasst, zwischen denen die gestapelten Platten (12) angeordnet sind.
  15. Wärmeübertrager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (56) und die Anschlussplatte (58) einen zu den Platten (12) korrespondierenden Aufbau besitzen, insbesondere einseitig ebenfalls in der Höhe zueinander versetzte Bereiche (20, 22, 24, 26) aufweisen.
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