EP1654507A1 - Heat exchanger and plate used in a heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger and plate used in a heat exchanger

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Publication number
EP1654507A1
EP1654507A1 EP04763599A EP04763599A EP1654507A1 EP 1654507 A1 EP1654507 A1 EP 1654507A1 EP 04763599 A EP04763599 A EP 04763599A EP 04763599 A EP04763599 A EP 04763599A EP 1654507 A1 EP1654507 A1 EP 1654507A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
section
flow channel
cross
openings
Prior art date
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Ceased
Application number
EP04763599A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Richter
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.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1654507A1 publication Critical patent/EP1654507A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular an oil cooler for a vehicle, with a plurality of plates in the form of a shell, which are placed one on top of the other and are tightly connected at their peripheral edge and are provided with through openings, wherein essentially through openings lying one above the other pass through the plate Form flow channel. Furthermore, the invention relates to a particularly suitable plate for a heat exchanger.
  • Such a heat exchanger also called plate or stacked disc heat exchanger
  • plate or stacked disc heat exchanger is known for example from DE 100 49 890 A1.
  • trough-shaped metallic plates are soldered directly to one another with their peripheral edges.
  • the plates have the same or identical shape, so that the number of necessary components is kept low.
  • the heat transfer surface will result determines the length of the flow channel as well as by the dimensions of the flow channel itself by the 'An convinced of the plates and therefrom. The larger the number of plates and the dimensions of the flow channel, the greater the heat transfer area with a simultaneous decrease in the number of Reynoids.
  • Effective heat transfer is therefore limited, since with a maximum number of plates an increase in heat transfer due to the advantage of a larger heat transfer area due to the disadvantage of less heat transfer due to the lower Reynoids number can no longer be achieved.
  • the more plates are used the higher the manufacturing costs.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a heat exchanger which enables an increase in heat transfer with essentially the same or similar external dimensions of the heat exchanger and good use of the heat transfer surface.
  • the invention is based on the concept that a more intensive heat transfer should be made possible with a largely constant design, ie dimensions, in particular external dimensions, of the heat exchanger. It should be ensured that a structural adjustment of the heat exchanger cancels the conflicting criteria - increasing the heat transfer area with a decreasing number of reynoids - in such a way that the number of reynoids does not decrease as far as possible.
  • a heat exchanger with a plurality of plates in the form of a bowl, which are provided with through-openings is geometrically simplified to the extent that a flow channel formed essentially through through-openings lying one above the other and passing through the plates has an elongated, in particular an elongated, cross section.
  • the respective flow channel has an oval or rectangular cross section. In this way, advantageous use of space is achieved.
  • flow channels can have different cross-sectional shapes.
  • a flow channel designed as a feed line can have an oval cross section and a flow channel designed as a discharge line can have a rectangular cross section.
  • a flow channel for a first medium can have a longer cross section than a flow channel for a second medium.
  • the flow channels can run straight through the heat exchanger in different directions and / or entangled with and / or without deflection.
  • the cross section of a flow channel preferably has a length-to-width ratio L / B of between 1.5 and 12, preferably between 1.5 and 6, where L is a length and B is a width of the flow channel cross section.
  • the heat exchanger is particularly suitable for use as a stacked disc cooler, in particular as a stacked disc oil cooler for a vehicle.
  • the respective plates for such a heat exchanger are of essentially identical design and, in the simplest form, have through openings arranged next to one another with an essentially elongated, in particular elongated cross section, for example a rectangular or oval cross section or a dome-shaped cross section.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a heat exchanger, in particular a plate heat exchanger with flow channels,
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment for a plate of a heat exchanger a) according to the prior art and b) according to the present invention
  • FIG. 3 shows a diagram with a representation of the course of the specific heat output Q / dTe as a function of the time flow volume V / t of the media flowing through the heat exchanger
  • FIG. 4 shows a connection element for a heat exchanger according to FIG. 1 in a schematic illustration.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 1, which is used for example as an oil cooler in a vehicle for an internal combustion engine.
  • the heat exchanger 1 is designed as a plate or stacked disk heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 comprises a plurality of disks or plates 2a to 2z (in particular dish-shaped) (hereinafter referred to as plates 2).
  • the plates 2 are stacked or placed on one another and tightly connected to one another at their peripheral edges, for example soldered.
  • the plates 2 are provided with through openings 4.
  • the plates 2 are essentially identical.
  • the through openings 4 are, if arranged one above the other, preferably at the same position. sition is provided so that when the plates 2 are stacked one above the other through the stacked through openings 4, a flow channel 6 is formed.
  • the through openings 4 of the plates 2 lying one above the other thus have essentially identical dimensions and cross-sectional shapes.
  • Passage openings 4 arranged next to one another, which are provided to form a plurality of separate flow channels 6, can have different dimensions and different cross-sectional shapes.
  • the respective shape and length of the flow channel 6 is determined in particular by a medium M flowing through the flow channel 6.
  • a first flow channel 6a is flowed through by a first medium M1 in the flow direction R1.
  • the first flow channel 6a serves as a supply channel or supply line from which the first medium M1 flows along the respective plate 2 to an opposite second flow channel 6b designed as a collecting channel and is discharged from the heat exchanger 1 there again with the reverse flow direction R2.
  • the first medium M1 is, for example, an engine oil to be cooled.
  • the first medium M1 is supplied or removed via an inlet connection 8a and an outlet connection 10a in the exemplary embodiment arranged on the upper side of the heat transfer 1.
  • the supply and discharge can also take place on the underside of the heat exchanger 1 or on another side or else on separate sides.
  • a coolant for cooling the oil is supplied to or removed from the heat exchanger 1 via the associated inlet connection 8b and outlet connection 10b.
  • the respective plates 2 have the second medium M2 to flow through the heat exchanger 1 in the flow direction R3 further through openings 4, which form further flow channels 6c and 6d.
  • the coolant flows in an analogous manner to the oil through the associated flow channel 6c with deflection of the flow direction R3 into a flow direction R4 and / or without deflection (not shown).
  • the respective flow channels 6a, 6b, 6c, 6d have an elongated, in particular an elongated, cross section QS.
  • the cross section QS is preferably rectangular or oval.
  • Flow channels 6a, 6b, 6c and / or 6d lying next to one another and thus the associated passage openings 4 can have different cross-sectional shapes.
  • the respective flow channel 6a, 6b, 6c and / or 6d in cross section has a length I of 10 mm to 20 mm and a width b of 5 mm to 10 mm.
  • the plate 2 has four through openings 4, which form one of the flow channels 6a to 6d by stacking several plates 2 one above the other. Due to the elongated cross section QS - rectangular and oval - of the through openings 4, while maintaining the outer dimensions of the heat exchanger 1 compared to a conventional heat exchanger with round through openings, as seen in FIG. 2 a, the heat transfer surface A, which extends between the through openings 4 , enlarged. The areas between the through openings 4 and the edge of the plate 2 contribute only to a small extent to heat transfer and therefore do not count here to the heat transfer surface A.
  • the specific thermal output Q / dTe is the normalized heat output to a temperature difference dTe at the radiator inlet.
  • the volume throughput Qv is defined as the flow volume V of the medium M1 or M2 flowing through the respective flow channel 6a to 6d in time t.
  • Figure 3 shows a diagram with a representation of the course of the specific heat output Q / dTe as a function of the temporal flow volume V1 / t of the medium M1 flowing through the heat exchanger 1 according to the heat exchanger 1 according to the invention (measuring points with solid connecting lines) and according to the prior art (Measuring points with interrupted connecting lines), each for different fixed temporal flow volumes V2 / t of the other medium M2 flowing through the heat exchanger.
  • the increase in the heat transfer surface area A according to the present invention makes it possible to increase the specific heat output by up to about 20% in an exemplary heat exchanger type.
  • FIG. 1 shows a diagram with a representation of the course of the specific heat output Q / dTe as a function of the temporal flow volume V1 / t of the medium M1 flowing through the heat exchanger 1 according to the heat exchanger 1 according to the invention (measuring points with solid connecting lines) and according to the prior art (Measuring points with interrupted connecting lines
  • connection element 12 which is adapted to the changed cross section QS of the respective flow channel 6a to 6d of the heat exchanger 1.
  • the connection element 12 also has an elongated cross-sectional shape on the side facing the heat exchanger 1; on the side facing away, the connection element 12 has, for example, a round cross-sectional shape for connecting lines or pipes for supplying and / or discharging the first medium M1 and / or of the second medium M2.

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Abstract

The aim of the invention is to provide a heat exchanger, in particular a stacked-plate cooler for a vehicle, which increases the heat transfer, thus maximising the utilisation of the heat transfer surface. To achieve this, the inventive heat exchanger (1) is equipped with several tray-shaped plates (2a to 2z). Said plates (2a to 2z) are placed on top of one another, are sealed together on their peripheral edge and are provided with passages (4). The passages (4) lying essentially above one another form a continuous flow channel (6a to 6d) that traverses the plates (2a to 2z) and adjacent flow channels (6a to 6d) are traversed by different media (M1, M2) from an inflow side to an outflow side, the respective flow channel (6a to 6d) having an elongated cross-section (QS).

Description

Wärmeübertrager sowie Platte für einen Wärmeübertrager Heat exchanger and plate for a heat exchanger
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ölkühler für ein Fahrzeug, mit mehreren schalenförmig ausgebildeten Platten, die aufeinander gesetzt sind und an ihrem umlaufenden Rand dicht ver- bunden sowie mit Durchgangsoffnungen versehen sind, wobei im wesentlichen übereinander liegende Durchgangsoffnungen einen die Platte durchlaufenden Strömungskanal bilden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine besonders geeignete Platte für einen Wärmeübertrager.The invention relates to a heat exchanger, in particular an oil cooler for a vehicle, with a plurality of plates in the form of a shell, which are placed one on top of the other and are tightly connected at their peripheral edge and are provided with through openings, wherein essentially through openings lying one above the other pass through the plate Form flow channel. Furthermore, the invention relates to a particularly suitable plate for a heat exchanger.
Ein derartiger Wärmeübertrager, auch Platten- oder Stapelscheiben- Wärmeübertrager genannt, ist beispielsweise aus der DE 100 49 890 A1 bekannt. Bei der Stapelbauweise werden wannenartig ausgebildete metallische Platten mit ihren umlaufenden Rändern unmittelbar miteinander verlötet. Dabei weisen die Platten die gleiche oder identische Form auf, so dass die Anzahl der notwendigen Bauteile gering gehalten ist. Die Wärmeübertragungsfläche wird durch die'Anzähl der Platten und daraus resultierend die Länge des Strömungskanals sowie durch die Abmessungen des Strömungskanals selbst bestimmt. Je größer die Anzahl der Platten und die Abmessungen des Strömungskanals desto größer ist daher die Wärmeübertra- gungsfläche bei gleichzeitig sinkender Reynoidszahl. Somit ist eine effektive Wärmeübertragung begrenzt, da mit einer maximalen Anzahl von Platten eine Steigerung der Wärmeübertragung bedingt durch den Vorteil einer größeren Wärmeübertragungsfläche durch den Nachteil einer geringeren Wärmeübertragung aufgrund der geringeren Reynoidszahl nicht mehr erzielt werden kann. Darüberhinaus sind die Herstellungskosten umso höher, je mehr Platten verwendet werden.Such a heat exchanger, also called plate or stacked disc heat exchanger, is known for example from DE 100 49 890 A1. In the stacked construction, trough-shaped metallic plates are soldered directly to one another with their peripheral edges. The plates have the same or identical shape, so that the number of necessary components is kept low. The heat transfer surface will result determines the length of the flow channel as well as by the dimensions of the flow channel itself by the 'Anzähl of the plates and therefrom. The larger the number of plates and the dimensions of the flow channel, the greater the heat transfer area with a simultaneous decrease in the number of Reynoids. Effective heat transfer is therefore limited, since with a maximum number of plates an increase in heat transfer due to the advantage of a larger heat transfer area due to the disadvantage of less heat transfer due to the lower Reynoids number can no longer be achieved. In addition, the more plates are used, the higher the manufacturing costs.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager anzugeben, der eine Erhöhung der Wärmeübertragung bei im wesentlichen gleichen oder ähnlichen Außenabmessungen des Wärmeübertragers und guter Nutzung der Wärmeübertragungsfläche ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a heat exchanger which enables an increase in heat transfer with essentially the same or similar external dimensions of the heat exchanger and good use of the heat transfer surface.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a heat exchanger of the type mentioned at the outset with the features of claim 1.
Die Erfindung beruht dabei auf dem Konzept, dass eine intensivere Wärmeübertragung unter weitestgehend gleich bleibender Bauform, d.h. Abmessungen, insbesondere äußeren Abmessungen, des Wärmeübertragers ermöglicht sein sollte. Dabei sollte sichergestellt werden, dass eine bauliche Anpassung des Wärmeübertragers die an sich widersprechenden Kriterien - Steigerung der Wärmeübertragungsfläche bei sinkender Reynoidszahl - dahingehend aufhebt, dass die Reynoidszahl möglichst nicht sinkt. Hierzu ist ein Wärmeübertrager mit mehreren schalenförmig ausgebildeten Platten, die mit Durchgangsoffnungen versehen sind, dahingehend geometrisch vereinfacht, dass ein im wesentlichen durch übereinander liegende Durch- gangsöffnungen gebildeter und die Platten durchlaufender Strömungskanal einen gestreckten, insbesondere einen lang gestreckten Querschnitt aufweist. Durch eine derart einfache geometrische Änderung des Wärmeübertragers ist bei gleich bleibendem Bauvolumen des Wärmeübertragers eine intensivere Kühlung durch einen höheren Wärmeübergang, ohne dass die Reynoidszahl absinkt, sichergestellt. ln einer bevorzugten Ausführungsform weist der jeweilige Strömungskanal einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt auf. Dadurch wird eine vorteilhafte Raumausnutzung erreicht.The invention is based on the concept that a more intensive heat transfer should be made possible with a largely constant design, ie dimensions, in particular external dimensions, of the heat exchanger. It should be ensured that a structural adjustment of the heat exchanger cancels the conflicting criteria - increasing the heat transfer area with a decreasing number of reynoids - in such a way that the number of reynoids does not decrease as far as possible. For this purpose, a heat exchanger with a plurality of plates in the form of a bowl, which are provided with through-openings, is geometrically simplified to the extent that a flow channel formed essentially through through-openings lying one above the other and passing through the plates has an elongated, in particular an elongated, cross section. Such a simple geometric change in the heat exchanger ensures a more intensive cooling by means of a higher heat transfer without the Reynoid number falling, while the overall volume of the heat exchanger remains the same. In a preferred embodiment, the respective flow channel has an oval or rectangular cross section. In this way, advantageous use of space is achieved.
Zweckmäßigerweise können verschiedene, insbesondere nebeneinander liegende oder benachbarte Strömungskanäle unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Beispielsweise kann ein als Zufuhrleitung ausgebildeter Strömungskanal einen ovalen und ein als Abfuhrleitung ausgebildeter Strömungskanal einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Ebenso kann ein Strömungskanal für ein erstes Medium einen länger gestreckten Querschnitt aufweisen als ein Strömungskanal für ein zweites Medium. Je nach Art und Aufbau des Wärmeübertragers können die Strömungskanäle den Wärmeübertrager in verschiedene Richtungen geradlinig und/oder verschlungen mit und/oder ohne Umlenkung durchlaufen.Appropriately, different, in particular juxtaposed or adjacent, flow channels can have different cross-sectional shapes. For example, a flow channel designed as a feed line can have an oval cross section and a flow channel designed as a discharge line can have a rectangular cross section. Likewise, a flow channel for a first medium can have a longer cross section than a flow channel for a second medium. Depending on the type and structure of the heat exchanger, the flow channels can run straight through the heat exchanger in different directions and / or entangled with and / or without deflection.
Bevorzugt weist der Querschnitt eines Strömungskanals ein Länge-zu- Breite-Verhältnis L/B zwischen 1 ,5 und 12, vorzugsweise zwischen 1 ,5 und 6 auf, wobei L eine Länge und B eine Breite des Strömungskanalquerschnitts ist. Besonders bevorzugt beträgt das Länge-zu-Breite-Verhältnis L/B, insbe- sondere bei kleinen Wärmeübertragern ie beispielsweise Kraftfahrzeugöl- kühlern mit 15mm <= L <= 25mm, zwischen 1 ,5 und 3 oder, insbesondere bei größeren Wärmeübertragern wie beispielsweise Industriekühlem mit 50mm <= L <= 80mm, zwischen 4 und 6.The cross section of a flow channel preferably has a length-to-width ratio L / B of between 1.5 and 12, preferably between 1.5 and 6, where L is a length and B is a width of the flow channel cross section. The length-to-width ratio L / W, particularly in the case of small heat exchangers, for example motor vehicle oil coolers with 15 mm <= L <= 25 mm, is particularly preferably between 1, 5 and 3 or, in particular in the case of larger heat exchangers such as industrial coolers with 50mm <= L <= 80mm, between 4 and 6.
Der Wärmeübertrager ist besonders geeignet zum Einsatz als Stapelscheibenkuhler, insbesondere als Stapelscheibenölkühler für ein Fahrzeug. Die jeweiligen Platten für einen derartigen Wärmeübertrager sind dabei im wesentlich identisch ausgeführt und weisen in einfachster Form nebeneinander angeordnete Durchgangsoffnungen mit einem im wesentlichen gestreckten, insbesondere lang gestreckten Querschnitt, z.B. einem rechteckigen oder ovalen Querschnitt oder einem domförmigen Querschnitt auf. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:The heat exchanger is particularly suitable for use as a stacked disc cooler, in particular as a stacked disc oil cooler for a vehicle. The respective plates for such a heat exchanger are of essentially identical design and, in the simplest form, have through openings arranged next to one another with an essentially elongated, in particular elongated cross section, for example a rectangular or oval cross section or a dome-shaped cross section. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing. In it show:
Figur 1 in schematischer Darstellung einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Platten-Wärmeübertrager mit Strömungskanälen,FIG. 1 shows a schematic representation of a heat exchanger, in particular a plate heat exchanger with flow channels,
Figur 2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform für eine Platte eines Wärmeübertragers a) gemäß dem Stand der Technik und b) gemäß der vorliegenden Erfindung,FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment for a plate of a heat exchanger a) according to the prior art and b) according to the present invention,
Figur 3 ein Diagramm mit einer Darstellung des Verlaufs der spezifischen Wärmeleistung Q/dTe in Abhängigkeit vom zeitlichen Strömungsvolumen V/t der den Wärmeübertrager durchströmenden Medien,FIG. 3 shows a diagram with a representation of the course of the specific heat output Q / dTe as a function of the time flow volume V / t of the media flowing through the heat exchanger,
Figur 4 in schematischer Darstellung ein Anschlusselement für einen Wärmeübertrager gemäß Figur 1.FIG. 4 shows a connection element for a heat exchanger according to FIG. 1 in a schematic illustration.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Be- zugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Figur 1 zeigt einen Wärmeübertrager 1 , der beispielsweise als Ölkühler in einem Fahrzeug für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird. Der Wärmeübertrager 1 ist als ein Platten- oder Stapelscheiben-Wärmeübertrager aus- gebildet. Dazu umfasst der Wärmeübertrager 1 mehrere, insbesondere schalenförmig ausgestaltete Scheiben oder Platten 2a bis 2z (im weiteren kurz Platten 2 bezeichnet). Die Platten 2 sind aufeinander gestapelt oder gesetzt und an ihren umlaufenden Rändern dicht miteinander verbunden, z.B. verlötet. Die Platten 2 sind mit Durchgangsoffnungen 4 versehen. Dabei sind die Platten 2 im wesentlichen identisch ausgeführt. Die Durchgangsoffnungen 4 sind bei einer übereinander Anordnung möglichst an gleicher Po- sition vorgesehen, so dass bei einer übereinander Stapelung der Platten 2 durch die übereinander liegenden Durchgangsoffnungen 4 ein Strömungskanal 6 gebildet ist. Die übereinander liegenden Durchgangsoffnungen 4 der Platten 2 weisen somit im wesentlichen identische Abmessungen und Querschnittsformen auf. Nebeneinander angeordnete Durchgangsoffnungen 4, welche zur Bildung mehrerer separater Strömungskanäle 6 vorgesehen sind, können andere Abmessungen und andere Querschnittsformen aufweisen. Die jeweilige Form und Länge des Strömungskanals 6 wird insbesondere bestimmt durch ein den Strömungskanal 6 durchströmendes Medium M.Figure 1 shows a heat exchanger 1, which is used for example as an oil cooler in a vehicle for an internal combustion engine. The heat exchanger 1 is designed as a plate or stacked disk heat exchanger. For this purpose, the heat exchanger 1 comprises a plurality of disks or plates 2a to 2z (in particular dish-shaped) (hereinafter referred to as plates 2). The plates 2 are stacked or placed on one another and tightly connected to one another at their peripheral edges, for example soldered. The plates 2 are provided with through openings 4. The plates 2 are essentially identical. The through openings 4 are, if arranged one above the other, preferably at the same position. sition is provided so that when the plates 2 are stacked one above the other through the stacked through openings 4, a flow channel 6 is formed. The through openings 4 of the plates 2 lying one above the other thus have essentially identical dimensions and cross-sectional shapes. Passage openings 4 arranged next to one another, which are provided to form a plurality of separate flow channels 6, can have different dimensions and different cross-sectional shapes. The respective shape and length of the flow channel 6 is determined in particular by a medium M flowing through the flow channel 6.
Wie in Figur 1 an einer möglichen Ausführungsform für einen Wärmeübertrager 1 gezeigt, wird ein erster Strömungskanal 6a von einem ersten Medium M1 in Strömungsrichtung R1 durchströmt. Der erste Strömungskanal 6a dient dabei als Zufuhrkanal oder Zufuhrleitung von dem entlang der jeweili- gen Platte 2 das erste Medium M1 zu einem gegenüberliegenden als Sammelkanal ausgebildeten zweiten Strömungskanal 6b strömt und dort wieder mit umgekehrter Strömungsrichtung R2 aus dem Wärmeübertrager 1 abgeführt wird.As shown in FIG. 1 in a possible embodiment for a heat exchanger 1, a first flow channel 6a is flowed through by a first medium M1 in the flow direction R1. The first flow channel 6a serves as a supply channel or supply line from which the first medium M1 flows along the respective plate 2 to an opposite second flow channel 6b designed as a collecting channel and is discharged from the heat exchanger 1 there again with the reverse flow direction R2.
Das erste Medium M1 ist beispielsweise ein zu kühlendes Öl des Motors. Das erste Medium M1 wird über einen Zulaufstutzen 8a und einen Ablaufstutzen 10a im Ausführungsbeispiel auf der Oberseite des Wärmeübertrages 1 angeordnet zu- bzw. abgeführt. Je nach Art und Aufbau des Wärmeübertragers 1 kann die Zu- und Abfuhr auch auf der Unterseite des Wärmeüber- tragers 1 oder auf einer anderen Seite oder aber auch auf getrennten Seiten erfolgen.The first medium M1 is, for example, an engine oil to be cooled. The first medium M1 is supplied or removed via an inlet connection 8a and an outlet connection 10a in the exemplary embodiment arranged on the upper side of the heat transfer 1. Depending on the type and structure of the heat exchanger 1, the supply and discharge can also take place on the underside of the heat exchanger 1 or on another side or else on separate sides.
Als zweites Medium M2 wird dem Wärmeübertrager 1 über zugehörige Zulaufstutzen 8b und Ablaufstutzen 10b ein Kühlmittel zum Kühlen des Öls zu- bzw. abgeführt. Zum Durchströmen des Wärmeübertragers 1 mit dem zweiten Medium M2 in Strömungsrichtung R3 weisen die jeweiligen Platten 2 weitere Durchgangsoffnungen 4 auf, welche weitere Strömungskanäle 6c und 6d bilden. Dabei strömt das Kühlmittel in analoger Weise zum Öl durch den zugehörigen Strömungskanal 6c mit Umlenkung der Strömungsrichtung R3 in eine Strömungsrichtung R4 und/oder ohne Umlenkung (nicht darge- stellt).As a second medium M2, a coolant for cooling the oil is supplied to or removed from the heat exchanger 1 via the associated inlet connection 8b and outlet connection 10b. The respective plates 2 have the second medium M2 to flow through the heat exchanger 1 in the flow direction R3 further through openings 4, which form further flow channels 6c and 6d. In this case, the coolant flows in an analogous manner to the oil through the associated flow channel 6c with deflection of the flow direction R3 into a flow direction R4 and / or without deflection (not shown).
Für einen möglichst guten Wärmeübergang weisen die jeweiligen Strömungskanäle 6a, 6b, 6c, 6d einen gestreckten, insbesondere einen lang gestreckten Querschnitt QS auf. Bevorzugt ist der Querschnitt QS rechteckig oder oval. Dabei können nebeneinander liegende Strömungskanäle 6a, 6b, 6c und/oder 6d und somit die zugehörigen Durchgangsoffnungen 4 unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Bevorzugt weist der jeweilige Strömungskanal 6a, 6b, 6c und/oder 6d im Querschnitt eine Länge I von 10 mm bis 20 mm und eine Breite b von 5 mm bis 10 mm auf.For the best possible heat transfer, the respective flow channels 6a, 6b, 6c, 6d have an elongated, in particular an elongated, cross section QS. The cross section QS is preferably rectangular or oval. Flow channels 6a, 6b, 6c and / or 6d lying next to one another and thus the associated passage openings 4 can have different cross-sectional shapes. The respective flow channel 6a, 6b, 6c and / or 6d in cross section has a length I of 10 mm to 20 mm and a width b of 5 mm to 10 mm.
Im Detail ist in Figur 2b eine der Platten 2 dargestellt. Die Platte 2 weist vier Durchgangsoffnungen 4 auf, welche durch Stapeln mehrerer Platten 2 übereinander einen der Strömungskanäle 6a bis 6d bildet. Bedingt durch den gestreckten Querschnitt QS - rechteckig und oval - der Durchgangsöffnun- gen 4 wird unter Beibehaltung der äußeren Abmessungen des Wärmeübertragers 1 gegenüber einem herkömmlichen Wärmeübertrager mit runden Durchgangsoffnungen wie in Figur 2a zu sehen die wärmeübertragende Fläche A, die sich zwischen den Durchgangsoffnungen 4 erstreckt, vergrößert. Die Bereiche zwischen den Durchgangsoffnungen 4 und dem Rand der Platte 2 tragen nur in geringem Maße zu einem Wärmeübertrag bei und zählen hier deshalb nicht zur wärmeübertragenden Fläche A.One of the plates 2 is shown in detail in FIG. 2b. The plate 2 has four through openings 4, which form one of the flow channels 6a to 6d by stacking several plates 2 one above the other. Due to the elongated cross section QS - rectangular and oval - of the through openings 4, while maintaining the outer dimensions of the heat exchanger 1 compared to a conventional heat exchanger with round through openings, as seen in FIG. 2 a, the heat transfer surface A, which extends between the through openings 4 , enlarged. The areas between the through openings 4 and the edge of the plate 2 contribute only to a small extent to heat transfer and therefore do not count here to the heat transfer surface A.
Die Veränderung der Größe der kühlenden Oberfläche des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 gegenüber einem herkömmlichen Wärmeüber- • trager ist nachfolgend anhand eines vorgegebenen Beispiels für gleiche äußere Abmessungen der beiden Wärmeübertrager dargestellt: Oberfläche - Wärmeübertrager nach dem 6384 mm2 Stand der Technik - Wärmeübertrager gemäß 7600 mm2 der ErfindungThe change in the size of the cooling surface of the heat exchanger 1 according to the invention compared to a conventional heat exchanger is shown below using a given example for the same external dimensions of the two heat exchangers: Surface - heat exchanger according to the 6384 mm 2 state of the art - heat exchanger according to 7600 mm 2 of the invention
Durch die Vergrößerung der kühlenden Oberfläche mit einem gestreckten Querschnitt QS für die Durchgangsoffnungen 4 der Strömungskanäle 6a bis 6d wird eine Steigerung der spezifischen Wärmeleistung Q/dTe in Abhängigkeit vom Volumendurchsatz Qv erreicht. Nachfolgend ist ein Vergleich der Änderung der spezifischen Wärmeleistung Q/dTe eines herkömmlichen Wärmeübertragers gegenüber dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 dargestellt. Dabei ist die spezifische Wärmeleistung Q/dTe die auf eine Temperaturdifferenz dTe am Kühlereintritt normierte Wärmeleistung. Des Weiteren wird der Volumendurchsatz Qv definiert als das in der Zeit t durch den jeweiligen Strömungskanal 6a bis 6d strömende Strömungsvolumen V des Mediums M1 oder M2.By increasing the cooling surface with an elongated cross section QS for the passage openings 4 of the flow channels 6a to 6d, an increase in the specific thermal output Q / dTe is achieved depending on the volume flow rate Qv. A comparison of the change in the specific heat output Q / dTe of a conventional heat exchanger compared to the heat exchanger 1 according to the invention is shown below. The specific heat output Q / dTe is the normalized heat output to a temperature difference dTe at the radiator inlet. Furthermore, the volume throughput Qv is defined as the flow volume V of the medium M1 or M2 flowing through the respective flow channel 6a to 6d in time t.
Figur 3 zeigt ein Diagramm mit einer Darstellung des Verlaufs der spezifische Wärmeleistung Q/dTe in Abhängigkeit vom zeitlichen Strömungsvolumen V1/t des den Wärmeübertrager 1 durchströmenden Mediums M1 gemäß dem Wärmeübertrager 1 nach der Erfindung (Meßpunkte mit durchgezogenen Verbindungslinien) und nach dem Stand der Technik (Meßpunkte mit unterbrochenen Verbindungslinien), jeweils für verschiedene feste zeitliche Strömungsvolumina V2/t des jeweils anderen den Wärmeübertrager durchströmenden Mediums M2. Es ist aus Fig. 3 zu entnehmen, daß durch die Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche Ä gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem beispielhaft ausgewählten Wärmeübertragertyp eine Steigerung der spezifischen Wärmeleistung um bis zu etwa 20% möglich ist. Figur 4 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform für ein Anschlusselement 12, welches an den geänderten Querschnitt QS des jeweiligen Strömungskanals 6a bis 6d des Wärmeübertrager 1 angepasst ist. Dabei weist das Anschlusselement 12 auf der dem Wärmeübertrager 1 zugewandten Seite ebenfalls eine lang gestreckte Querschnittsform auf, auf der abgewandten Seite weist das Anschlusselement 12 beispielsweise eine runde Querschnittsform zum Anschluss von Leitungen oder Rohren zum Zuführen und/oder Abführen des ersten Mediums M1 und/oder des zweiten Medi- ums M2 auf. Figure 3 shows a diagram with a representation of the course of the specific heat output Q / dTe as a function of the temporal flow volume V1 / t of the medium M1 flowing through the heat exchanger 1 according to the heat exchanger 1 according to the invention (measuring points with solid connecting lines) and according to the prior art (Measuring points with interrupted connecting lines), each for different fixed temporal flow volumes V2 / t of the other medium M2 flowing through the heat exchanger. It can be seen from FIG. 3 that the increase in the heat transfer surface area A according to the present invention makes it possible to increase the specific heat output by up to about 20% in an exemplary heat exchanger type. FIG. 4 shows an example of a possible embodiment for a connection element 12 which is adapted to the changed cross section QS of the respective flow channel 6a to 6d of the heat exchanger 1. Here, the connection element 12 also has an elongated cross-sectional shape on the side facing the heat exchanger 1; on the side facing away, the connection element 12 has, for example, a round cross-sectional shape for connecting lines or pipes for supplying and / or discharging the first medium M1 and / or of the second medium M2.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Wärmeübertrager 2 Platten1 heat exchanger 2 plates
4 Durchgangsoffnung4 passage opening
6a bis 6d Strömungskanal6a to 6d flow channel
8a, 8b Zulaufstutzen8a, 8b inlet connection
10a, 10b Ablaufstutzen 12 Anschlusselement10a, 10b drain connector 12 connecting element
b Breite einer Durchgangsoffnung dP1 Druckverlust für Medium M1 dP2 Druckverlust für Medium M2 dTe Temperaturdifferenzb Width of a passage opening dP1 pressure loss for medium M1 dP2 pressure loss for medium M2 dTe temperature difference
I Länge einer DurchgangsoffnungI length of a passage opening
M1 erstes MediumM1 first medium
M2 zweites MediumM2 second medium
Q WärmeübertragungsmengeQ heat transfer volume
QS QuerschnittQS cross section
Qv StrömungsvolumenQv flow volume
R1 bis R4 Strömungsrichtung R1 to R4 flow direction

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Wärmeübertrager (1) mit mehreren schalenförmig ausgebildeten Platten (2a bis 2z), die aufeinander gesetzt und an ihrem umlaufenden Rand dicht verbunden sowie mit Durchgängsöffnungen (4) versehen sind, wobei im wesentlichen übereinander liegende Durchgangsoffnungen (4) einen die Platten (2a bis 2z) durchlaufenden Strömungskanal (6a bis 6d) bilden und neben- einander liegende Strömungskanäle (6a bis 6d) von unterschiedlichen Medium (M1 , M2) von einer Zulaufseite zu einer Ablaufseite durchströmt sind, wobei der jeweilige Strömungskanal (6a bis 6d) einen gestreckten Querschnitt (QS) aufweist.1. Heat exchanger (1) with a plurality of dish-shaped plates (2a to 2z), which are placed on top of one another and tightly connected at their circumferential edge, and are provided with through openings (4), whereby essentially through-openings (4) one above the other form the plates (2a to 2z) flow through flow channel (6a to 6d) and adjacent flow channels (6a to 6d) of different medium (M1, M2) flows through from an inlet side to an outlet side, the respective flow channel (6a to 6d) an elongated Cross section (QS).
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , wobei der jeweilige Strömungskanal (6a bis 6d) einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt (QS) aufweist.2. Heat exchanger according to claim 1, wherein the respective flow channel (6a to 6d) has an oval or rectangular cross section (QS).
3. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei verschiedene, insbesondere benachbarte Strömungskanäle (6a bis 6d) un- terschiedliche Querschnittsformen aufweisen.3. Heat exchanger according to one of the preceding claims, wherein different, in particular adjacent flow channels (6a to 6d) have different cross-sectional shapes.
4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gestreckte Querschnitt eines Strömungskanals eine Länge L und eine Breite B aufweist und ein Länge-zu-Breite-Verhältnis L/B zwischen 1 ,5 und 12, be- vorzugt zwischen 1,5 und 6, besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 und 3 oder zwischen 4 und 6 beträgt. 4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, wherein the elongated cross section of a flow channel has a length L and a width B and a length-to-width ratio L / B between 1, 5 and 12, preferably between 1.5 and 6, particularly preferably between 1, 5 and 3 or between 4 and 6.
5. Verwendung eines Wärmeübertragers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Stapelscheibenkuhler für ein Fahrzeug.5. Use of a heat exchanger (1) according to one of the preceding claims as a stacked disc cooler for a vehicle.
6. Platte (2a bis 2z) für einen Wärmeübertrager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Durchgangsoffnungen (4), welche im wesentlichen einen gestreckten Querschnitt (QS) aufweisen.6. plate (2a to 2z) for a heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, with through openings (4) which have a substantially elongated cross section (QS).
7. Platte nach Anspruch 6, wobei die Durchgangsoffnungen (4) einen recht- eckigen oder ovalen Querschnitt (QS) aufweisen.7. Plate according to claim 6, wherein the through openings (4) have a rectangular or oval cross section (QS).
8. Platte nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei verschiedene, insbesondere benachbarte Durchgangsoffnungen unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen.8. Plate according to one of claims 6 and 7, wherein different, in particular adjacent passage openings have different cross-sectional shapes.
9. Platte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der gestreckte Querschnitt einer Durchgangsoffnung eine Länge L und eine Breite B aufweist und ein Länge-zu-Breite-Verhältnis L/B zwischen 1 ,5 und 12, bevorzugt zwischen 1,5 und 6, besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 und 3 oder zwischen 4 und 6 beträgt. 9. Panel according to one of claims 6 to 8, wherein the elongated cross section of a through opening has a length L and a width B and a length-to-width ratio L / B between 1, 5 and 12, preferably between 1.5 and 6, particularly preferably between 1, 5 and 3 or between 4 and 6.
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