EP2376861A2 - Wärmeübertragereinheit - Google Patents

Wärmeübertragereinheit

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Publication number
EP2376861A2
EP2376861A2 EP10721309A EP10721309A EP2376861A2 EP 2376861 A2 EP2376861 A2 EP 2376861A2 EP 10721309 A EP10721309 A EP 10721309A EP 10721309 A EP10721309 A EP 10721309A EP 2376861 A2 EP2376861 A2 EP 2376861A2
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
unit according
exchanger unit
space
plate
Prior art date
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Application number
EP10721309A
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English (en)
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EP2376861B1 (de
Inventor
Reinhard Stoll
Alfredo Ghidini
Stefan MÜLLER-LUFFT
Stefan Laux
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Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2376861B1 publication Critical patent/EP2376861B1/de
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    • 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
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
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    • F01M5/002—Cooling
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    • 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
    • F28F9/0234—Header boxes; End plates having a second heat exchanger disposed there within, e.g. oil cooler
    • 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
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    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/06—Adapter frames, e.g. for mounting heat exchanger cores on other structure and for allowing fluidic connections

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger unit which has heat exchanger channels formed by plates for a coolant stream and for a stream to be cooled or tempered and which is equipped with corresponding inlets and outlets for the streams.
  • Such heat transfer units are known for example from EP 916 816 B1.
  • This heat exchanger unit has been used as an oil cooler in a motor vehicle.
  • the coolant is usually the coolant of the automobile engine.
  • a partial flow is branched off and used for oil cooling, which is added to the coolant flow after the heat has been exchanged with the oil, and then recooled in a radiator.
  • the branching of the partial flow is usually carried out by means of appropriate valves or the like.
  • the branched partial flow is often transported by means of lines to the heat exchanger back and forth.
  • From EP 653 043B another, constructed of plates, compact, caseless heat exchanger unit is known which has an adapter plate. Through this heat exchanger unit flows a previously branched coolant partial flow. It is also known to mix coolant streams of different temperatures and to send them through the heat exchanger in order to always be able to provide an optimum, resulting oil temperature. (EP 787 929 B1, US 2 070,092)
  • the object of the invention is to provide a compact, cost-effective heat exchanger unit to which a fairly large volume flow can be supplied.
  • the solution according to the invention results from a heat exchanger unit having the features of claim 1.
  • the unit according to the invention may either have a housing or it may be designed as a housing-less construction, which is currently the preferred variant.
  • the heat exchanger unit is equipped with an inlet space for a first stream, from which a partial flow branchable through the associated heat exchanger channels and before the exit, ie within the unit in the first Electricity is traceable.
  • the partial flow should be about 20-80% of the coolant flow.
  • the inlet space is laterally of the plates or laterally of the heat exchanger formed therefrom. scherkanäle arranged. This is true in a preferred, but not necessary, also for the exit space.
  • the construction described represents a compact, cost-effective unit, because they are connected directly to an example, for example, main coolant line and can branch off the required coolant partial flow from the main coolant flow without complex circuit arrangements.
  • the partial flow is still returned to the heat exchange unit within the heat exchanger unit after the heat exchange in the main coolant flow, and then for example, a radiator for cooling to be supplied.
  • This proposal differs from the oil cooler according to DE 196 54 365 A1, in which a heat exchanger with bypasses is shown and described, characterized in that the proposed heat exchanger is a unit into which a much larger stream (for example, a coolant flow, namely preferably the entire Coolant flow, which, for example, flows through an internal combustion engine) is introduced, as the partial flow, which finally flows through the channels of the actual heat exchanger.
  • a much larger stream for example, a coolant flow, namely preferably the entire Coolant flow, which, for example, flows through an internal combustion engine
  • the space is preferably a motor housing space into which the plate stack of the heat exchanger unit is inserted.
  • the motor housing space is thereby closed by means of a diaphragm plate fastened to the plate stack and / or mounting plate or adapter plate.
  • FIG. 1a and 1b show, partially in exploded view, a preferred embodiment of the invention
  • Figs. 2a and 2b show sections through the heat exchanger unit of the preferred embodiment
  • Fig. 3 shows another section through the heat exchanger unit
  • Figs. 4a and 4b show a section similar to Fig. 2a;
  • Figs. 5a and 5b show another section AB
  • FIGS. 6 a and 6 b show a heat exchanger unit according to a second embodiment of the invention.
  • Figs. 7a, 7b and 7c show a third embodiment.
  • FIG. 8 shows a section through a heat exchanger unit according to a further exemplary embodiment.
  • Fig. 9 shows an exploded view of the heat exchanger unit of Fig. 8.
  • Fig. 10 shows another section through the heat exchanger unit of Fig. 8.
  • Figs. 11 and 12 show another embodiment, wherein Fig. 11 is also a sectional drawing and Fig. 12 is an exploded view.
  • a heat exchanger unit which has heat exchanger channels 10, 11 formed by plates 1n for a coolant flow K and for a flow S to be cooled or for a flow S to be tempered, and which has a corresponding inlet - And exits 2, 3, 4, 5 is equipped for the streams.
  • the heat exchanger unit is equipped with a coolant inlet space 6, from which a coolant partial flow KT comprising approximately 20-80% of the coolant flow can be branched off, conducted through the associated heat exchanger passages 10 and can be returned to the coolant flow K before it exits.
  • the coolant partial flow averages about 60% of the coolant flow.
  • the heat exchanger unit is used as an oil cooler. Above the heat exchanger unit there is an unmarked oil filter, through which the oil flows. The uppermost cover plate provides a circular sealing surface 50 for the oil filter.
  • the diversion of the coolant partial flow KT takes place in a preferred manner by means of a diaphragm plate 8, which is arranged between the inlet space 6 and an outlet space 13.
  • a diaphragm plate 8 which is arranged between the inlet space 6 and an outlet space 13.
  • the aperture plate 8 has, as mentioned, at least one aperture 80 whose opening edge is reinforced.
  • the opening edge is provided by means of a plastic coating or by means of a stainless steel lining.
  • a rubber or plastic collar 82 can be attached to the opening edge.
  • the aperture plate 8 which, like all other plates 1n or parts, is preferably made of appropriately solder coated aluminum sheets , quite strong erosion forces act, which should be met in the way described, (see Fig. 1, 2, 4 or 8)
  • the coolant inlet chamber 6 receives the total coolant flow, for example, a liquid-cooled internal combustion engine, not shown.
  • the outlet space 13 or the outlet 3 of the coolant is arranged approximately vis-à-vis the inlet 2 of the coolant, whereby channels for forwarding are not required.
  • the inlet space 6 and the outlet space 13 and the aperture 80 of the diaphragm plate 8 are located laterally, that is, relatively close to the plate stack 1 or next to the stack of plate pairs.
  • the unit also includes a plate as a lower terminal plate 20a with an opening at the edge of a nozzle 21 is formed. This is shown for example in FIGS. 2a and 2b.
  • the molding of the nozzle 21 reduces the number of items.
  • the nozzle 21 is created by pulling the opening edge and curling thereof to provide a sealing groove in which a sealing ring 22 is located.
  • the coolant flow K together with the cooling medium partial flow KT, is returned to the coolant circulation system (not shown) by means of this connection piece 21.
  • the nozzle 21 was used as a single part, which is soldered into the opening of the connection plate 20a.
  • the nozzle 2 is shown as a single part.
  • the heat exchanger unit according to FIGS. 6 a and 6 b has a housing 30, on which the coolant inlet 2 and the coolant outlet 3 are arranged.
  • the associated heat exchanger ducts 10 each extend between two pairs of plates, with the flow to be cooled or the temperature to be controlled flowing in the individual pairs of plates 11.
  • An aperture plate 8 with an opening 80 is located between the inlet space 6 and the outlet space 13 for the coolant.
  • the aperture plate 8 in this embodiment is not completely flat, like a plate, but it has adapted folds to be able to be fixed in the space 6 accordingly.
  • Corresponding arrows, dotted for the flow of the coolant and solid for the oil, have also been drawn in and illustrate the above description.
  • the coolant partial flow KT enters the associated heat exchanger channels 10, which are shown in this embodiment as laterally open channels between each pair of plate pairs, flows through the same and enters below the aperture plate 8 in the outlet space 13 to the heat exchanger unit in the coolant flow K, about to leave the outlet 3. Also in this embodiment, the entrance and the exit are laterally adjacent to the plates 1n. Preferably, however, the unit is formed without housing 30, as shown in the remaining figures.
  • the associated heat exchanger channels 10 for the coolant partial flow KT and the heat exchanger channels 11 for the current to be cooled or tempered formed from stacked trough-shaped plates 1n having an obliquely projecting edge on which the plates 1n abut each other and to be connected by soldering.
  • the plate stack 1 also has at least one aperture plate 8 and an adapter plate 90.
  • the coolant inlet space 6 and the coolant outlet space 13 partially separated from the diaphragm plate 8 are formed in the adapter plate 90.
  • at least one supply channel 91 is arranged from the coolant inlet space 6 to a distribution space formed by openings in the plates, passing through the plate stack for the coolant partial flow KT.
  • the distributor space is in flow communication with the associated heat exchanger ducts 10 and with a collecting space formed in the same way.
  • the plates 1n have further openings, which in the tenstapel 1 provide the said collection space.
  • at least one discharge channel 92 is provided which leads to the outlet space 13.
  • the exit space 13 is formed in the adapter plate 90.
  • the size of the inlet space 6, the outlet space 13 and the inlet and outlet channels 91, 92 can be adapted by layering a plurality of adapter plates 90a, 90b, 90c and 90d.
  • the adapter plate / s is / are soldered to the plate stack, which, as can be seen from the figures (for example, Fig.
  • the diaphragm plate 8 is located between each two adapter plates.
  • Figures 1a, 2a, and 4 also include an annular seal 25 which can be plugged into corresponding openings on the underside of the unit with protrusions to be held securely therein and to render the heat exchanger unit operational.
  • the adapter plate 90 is replaced by an example cast connection adapter 90, in which the functions described are integrated.
  • the terminal adapter 90 is then mechanically fastened to the soldered plate stack with insertion of a gasket.
  • a discharge channel 92 which, however, is not visible in the representations gen.
  • the heat exchanger plates 1n can be formed identical to the preferred embodiment of FIG. 1 in this embodiment.
  • FIGS. 8-12 show a further heat exchanger unit of the housing-less construction, the heat exchanger channels 10, 11 formed by plates 1n in a plate stack 1 for a coolant flow K (solid arrows) and for a flow S (FIG. dashed arrows) and which is equipped with corresponding inlets and outlets 2, 3, 4, 5 for the streams.
  • the heat exchanger unit has been provided with a coolant inlet space 6, from which a partial coolant flow KT comprising approximately 50% of the coolant flow can be branched off, routed through the associated heat exchanger channels 11 and returned to the coolant flow K.
  • the coolant partial flow KT leaves the plate stack 1 on the opposite side of the inlet 2, through an opening forming a collecting channel 17 in the plates 1n.
  • the coolant partial stream KT enters there into a space 100 and preferably already merges in the space 100 with the coolant stream K flowing through the space 100 and around the plate stack 1.
  • the entire coolant stream K leaves the space 100 via an outlet 3 in the motor housing, for example, to be supplied to a radiator, not shown, for re-cooling.
  • an aperture plate 8 is used with the advantages described.
  • the coolant inlet space 6 also receives here the total coolant flow, for example, a liquid-cooled internal combustion engine, not shown.
  • the arrangement of the plate stack 1 in the space 100 has been made such that the obliquely projecting edges of the plates 1n point into the space 100.
  • the diaphragm plate 8 and a space 100 closing the adapter plate 90 are therefore arranged on the side of the plate stack 1, away from the oblique edges.
  • the plates 1n also have four openings which form four corresponding collection or distribution spaces for both media streams in the stack 1.
  • the collection or distribution channels formed by means of the plate openings have been partially visible and have been provided with the reference numerals 14-17.
  • the preferably soldered plate stack 1 also has the mentioned aperture plate 8 and, in the case shown, two adapter plates 90a, 90b. Furthermore, at least one supply channel 91 to the mentioned, the plate stack 1 passing through the distribution space for the coolant partial flow KT is arranged, starting from the coolant inlet chamber 6.
  • the distributor space is in flow communication with the associated heat exchanger channels 11 and with the collecting space formed in the same way.
  • the oil comes from the motor housing via an inlet 4, flows through a channel in the adapter plate 90 to its intended entry (distribution space) in the plate stack 1, flows through the addressed heat exchanger channels 10 in the plate stack 1, then to the associated collecting space and by another Channel in the adapter plate 90 to the outlet 5, that is, to get back into the motor housing. (Fig. 9) As can be seen, the oil thus enters and exits the same side of the plate stack 1.
  • the adapter plate 90a, 90b is replaced by an example cast connection adapter 90, in which the functions described are integrated. In such embodiments, the terminal adapter 90 is then mechanically fastened to the soldered plate stack 1 with the insertion of an annular seal 70.
  • the aperture 80 has not been shown here as a through hole through the aperture plate 8, but, as it were, as a cutout on the aperture plate 8.
  • the cut-open portion provides the aperture 80, since a corresponding difference in size between the recess in the motor housing (space 100) and the aperture plate 8 is present.
  • the seal 70 is located above the orifice plate 8, while it can be seen from FIGS. 8 and 9 that the seal 70 is arranged below the orifice plate 8. Because of some missing reference numerals in FIG. 11, reference is made to FIG.
  • corresponding fasteners in the form of screws or the like including corresponding holes through the adapter plate 90 and the aperture plate 8 through, available and shown in the drawing.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragereinheit, die mittels Platten (1 n) gebildete Wärmetauscherkanäle (10, 11) für einen Kühlmittelstrom (K) und für einen zu kühlenden bzw. für einen zu temperierenden Strom (S) aufweist und die mit entsprechenden Ein- und Austritten (2, 3, 4, 5) für die Ströme ausgestattet ist. Eine kompakte und kostengünstige Einheit wird erfindungsgemäß dadurch zur Verfügung gestellt, dass die Wärmeübertragereinheit mit einem Kühlmitteleintrittsraum (6) versehen ist, aus dem ein Kühlmittelteilstrom (KT) abzweigbar, durch die zugeordneten Wärmetauscherkanäle (10) leitbar und zum Austritt des Kühlmittelstroms (K) rückführbar ist.

Description

Wärmeübertragereinheit
Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragereinheit, die mittels Platten gebildete Wärmetauscherkanäle für einen Kühlmittelstrom und für einen zu kühlenden bzw. zu temperierenden Strom aufweist und die mit entsprechenden Ein - und Austritten für die Ströme ausgestattet ist.
Solche Wärmeübertragereinheiten sind beispielsweise aus dem EP 916 816B1 bekannt. Diese Wärmeübertragereinheit ist als Ölkühler in einem Kraftfahrzeug eingesetzt worden. Das Kühlmittel ist gewöhnlich die Kühlflüssigkeit des Kraftfahrzeugmotors. Von dem den Motor kühlenden Kühlmittelstrom wird ein Teilstrom abgezweigt und zur ölkühlung herangezogen, der nach erfolgtem Wärmeaustausch mit dem Öl dem Kühlmittelstrom wieder hinzugefügt wird, um dann in einem Radiator rückgekühlt zu werden. Das Abzweigen des Teilstroms erfolgt gewöhnlich mittels entsprechender Ventile oder dergleichen. Der abgezweigte Teilstrom wird oft mittels Leitungen zum Wärmeübertrager hin und zurück transportiert. Aus dem EP 653 043B ist eine andere aus Platten aufgebaute, kompakte, gehäuselose Wärmeübertragereinheit bekannt, die eine Adapterplatte aufweist. Durch diese Wärmeübertragereinheit strömt ein vorher abgezweigter Kühlmittelteilstrom. Es ist auch bekannt, Kühlmittelströme unterschiedlicher Temperatur zu mischen und durch den Wärmeübertrager zu schicken, um stets eine optimale, resultierende öl- temperatur zur Verfügung stellen zu können. (EP 787 929 B1 , US 2 070,092)
Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer kompakten, kostengünstigen Wärmeübertragereinheit, der ein recht großer Volumenstrom zuleitbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich mit einer Wärmeübertragereinheit, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die erfindungsgemäße Einheit kann entweder ein Gehäuse aufweisen oder sie kann als gehäuselose Konstruktion konzipiert sein, was gegenwärtig die bevorzugte Variante darstellt.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung wird gemäß einem wichtigen Aspekt dadurch erreicht, dass die Wärmeübertragereinheit mit einem Eintrittsraum für einen ersten Strom ausgestattet ist, aus dem ein Teilstrom abzweigbar, durch die zugeordneten Wärmetauscherkanäle leitbar und vor dem Austritt, also innerhalb der Einheit, in den ersten Strom rückführbar ist. Um eine entsprechende Wärmetauschwirkung zu erzielen, wurde gefunden, dass der Teilstrom etwa 20 - 80 % des Kühlmittelstroms betragen sollte. Der Eintrittsraum ist gemäß einem weiteren Unterscheidungsmerkmal seitlich der Platten bzw. seitlich der daraus gebildeten Wärmetau- scherkanäle angeordnet. Das trifft in bevorzugter jedoch nicht in notwendiger Weise auch für den Austrittsraum zu.
Die beschriebene Konstruktion stellt eine kompakte, kostengünstige Einheit dar, weil sie unmittelbar an eine beispielsweise Hauptkühlmittelleitung angeschlossen werden und ohne aufwändige Schaltungsanordnungen den benötigten Kühlmittelteilstrom aus dem Hauptkühlmittelstrom abzweigen kann. Der Teilstrom wird nach erfolgtem Wärmeaustausch noch innerhalb der Wärmeübertragereinheit in den Hauptkühlmittelstrom zurückgeführt, um dann beispielsweise einem Radiator zur Kühlung zugeführt zu werden. Dieser Vorschlag unterscheidet sich von dem Ölkühler gemäß DE 196 54 365 A1 , in der ein Wärmeübertrager mit Bypässen gezeigt und beschrieben wird, dadurch, dass der vorschlagsgemäße Wärmeübertrager eine Einheit darstellt, in die ein wesentlich größerer Strom (beispielsweise ein Kühlmittelstrom, nämlich vorzugsweise der gesamte Kühlmittelstrom, der beispielsweise eine Brennkraftmaschine durchströmt) eingeleitet wird, als derjenige Teilstrom, der schließlich durch die Kanäle des eigentlichen Wärmeübertragers strömt. In der erwähnten Referenz strömt der gesamte in den Wärmeübertrager eingeleitete Strom, der dort bereits ein Kühlmittelteilstrom ist, durch die Kanäle, einschließlich der Bypässe. Eine vorteilhafte Weiterbildung bezüglich der gehäuselosen Konstruktion sieht vor, dass ein Plattenstapel in einem Raum angeordnet ist und der erste Strom den Plattenstapel im Raum umströmt oder wenigstens teilweise umströmt bzw. umspült und sich mit dem durch die zugeordneten Wärmetauscherkanäle geströmten Teilstrom wieder vereinigt. Der Raum ist bevorzugt ein Motorgehäuseraum, in den der Plattenstapel der Wärmeübertragereinheit eingesetzt wird. Der Motorgehäuseraum wird da- bei mittels einer am Plattenstapel befestigten Blendenplatte und/oder Montageplatte bzw. Adapterplatte verschlossen. Durch das Umströmen bzw. durch das Umspülen des Plattenstapels mittels des ersten Stroms innerhalb des erwähnten Raumes können sich auch thermodynamische Vorteile einstellen. Weiterbildende Merkmale der Erfindung sind Inhalt der abhängigen Ansprüche 2 - 28, die durch diesen Hinweis als an dieser Stelle einzeln aufgeführt angesehen werden sollen.
Darüber hinaus ergeben sich diese und andere, unter Umständen, wichtige Merkmale und deren Wirkungen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Die Figuren zeigen Folgendes:
Fig. 1a und 1b zeigen, teilweise in Explosionsdarstellung, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2a und 2b zeigen Schnitte durch die Wärmetauschereinheit der bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 3 zeigt einen anderen Schnitt durch die Wärmeübertragereinheit;
Fig. 4a und 4b zeigen einen Schnitt, ähnlich Fig. 2a;
Fig. 5a und 5b zeigen eine andere Schnittführung AB;
Die Fig. 6a und 6b zeigen eine Wärmeübertragereinheit gemäß einer zweiten Aus- führungsform der Erfindung.
Die Fig. 7a, 7b und 7c zeigen eine dritte Ausführungsform.
Die Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch eine Wärmeübertragereinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Fig. 9 zeigt eine Explosionsdarstellung der Wärmeübertragereinheit aus Fig. 8. Die Fig. 10 zeigt einen anderen Schnitt durch die Wärmeübertragereinheit aus Fig. 8. Die Fig. 11 und 12 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 11 ebenfalls eine Schnittzeichnung ist und Fig. 12 eine Explosionsdarstellung.
Aus den Fig. 1a, 1b sowie 6a, 6b ist eine Wärmeübertragereinheit ersichtlich, die mit- tels Platten 1n gebildete Wärmetauscherkanäle 10, 11 für einen Kühlmittelstrom K und für einen zu kühlenden bzw. für einen zu temperierenden Strom S aufweist und die mit entsprechenden Ein - und Austritten 2, 3, 4, 5 für die Ströme ausgestattet ist. Die Wärmeübertragereinheit ist mit einem Kühlmitteleintrittsraum 6 ausgestattet, aus dem ein etwa 20 - 80 % des Kühlmittelstroms umfassender Kühlmittelteilstrom KT abzweigbar, durch die zugeordneten Wärmetauscherkanäle 10 leitbar und vor dem Austritt in den Kühlmittelstrom K rückführbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Kühlmittelteilstrom durchschnittlich etwa 60% des Kühlmittelstroms. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Wärmeübertragereinheit als Ölkühler eingesetzt. Oberhalb der Wärmeübertragereinheit befindet sich ein nicht gezeich- neter ölfilter, der vom öl durchströmt wird. Die oberste Abdeckplatte stellt eine kreisrunde Dichtfläche 50 für den Ölfilter zur Verfügung.
Die Abzweigung des Kühlmittelteilstroms KT erfolgt in bevorzugter Weise mittels einer Blendenplatte 8, die zwischen dem Eintrittsraum 6 und einem Austrittsraum 13 angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass durch einfaches Ersetzen der Blendenplatte 8 durch eine andere Blendenplatte mit einer größeren oder kleineren Öffnung die Wärmeübertragereinheit in gewissem Rahmen an verschiedene Einsatzbedingungen angepasst werden kann. Der Rest der Wärmeübertragereinheit kann unverändert bleiben. Die Blendenplatte 8 besitzt, wie erwähnt, wenigstens eine Blendenöffnung 80, deren Öffnungsrand verstärkt ist. Der Öffnungsrand ist mittels einer Kunststoffbe- schichtung oder mittels einer Edelstahlauskleidung versehen. Dazu kann ein Gummi - oder Kunststoffkragen 82 am Öffnungsrand befestigt werden. Alternativ kann man auch einen Kragen 82 aus Edelstahl am Öffnungsrand einpressen oder gar eingießen. Es wurde gefunden, dass bei einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als etwa 2 m/s, die bei einigen Anwendungen auftreten kann, an der Blendenplatte 8, die bevorzugt, wie alle anderen Platten 1n bzw. Einzelteile auch, aus zweckmäßig mit Lot beschichteten Aluminiumblechen hergestellt ist, recht starke Erosionskräfte wirken, denen auf dem beschriebenen Weg begegnet werden soll, (siehe Fig. 1, 2, 4 oder 8) Der Kühlmitteleintrittsraum 6 empfängt den Gesamtkühlmittelstrom, beispielsweise einer nicht dargestellten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine. Der Austrittsraum 13 bzw. der Austritt 3 des Kühlmittels ist etwa vis - a - vis vom Eintritt 2 des Kühlmittels angeordnet, wodurch Kanäle zur Weiterleitung nicht erforderlich sind. Der Eintrittsraum 6 und der Austrittsraum 13 sowie die Blendenöffnung 80 der Blendenplatte 8 befinden sich seitlich, das heißt, relativ dicht neben dem Plattenstapel 1 bzw. neben dem Stapel aus Plattenpaaren.
Die Einheit enthält auch eine Platte als untere Anschlussplatte 20a mit einer Öffnung, an deren Rand ein Stutzen 21 angeformt ist. Das wird beispielsweise in den Fig. 2a und 2b gezeigt. Das Anformen des Stutzens 21 verringert die Anzahl der Einzelteile. Der Stutzen 21 wird mittels Durchziehens des Öffnungsrandes und Einrollens desselben geschaffen, um eine Dichtungsnut bereitzustellen, in der sich ein Dichtring 22 befindet. Damit ist ein abdichtendes Einstecken des Stutzens 21 in eine anlagensei- tige Strömungsöffnung ermöglicht worden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird mittels dieses Stutzens 21 der Kühlmittelstrom K, gemeinsam mit dem Kühlmit- telteilstrom KT, in den nicht gezeigten Kühlmittelkreislauf zurückgeführt. In den anderen Figuren wurde der Stutzen 21 als Einzelteil eingesetzt, der in die Öffnung der Anschlussplatte 20a eingelötet wird. Es gibt ferner.eine weitere Platte als obere Anschlussplatte 20b, die den Eintrittsstutzen 2 aufweist. Bezüglich deren Gestaltung kann die vorstehende Beschreibung ebenfalls zutreffen, obwohl in den Zeichnungen der Stutzen 2 als Einzelteil dargestellt ist.
Die Wärmeübertragereinheit gemäß den Fig. 6a und 6b weist ein Gehäuse 30 auf, an dem der Kühlmitteleintritt 2 und der Kühlmittelaustritt 3 angeordnet sind. In die- sem Fall erstrecken sich die zugeordneten Wärmetauscherkanäle 10 jeweils zwischen zwei Plattenpaaren, wobei in den einzelnen Plattenpaaren 11 der zu kühlende bzw. der zu temperierende Strom strömt. Eine Blendenplatte 8 mit einer Öffnung 80 befindet sich zwischen dem Eintrittsraum 6 und dem Austrittsraum 13 für das Kühlmittel. Wie aus der Fig. 6a erkannt werden kann, ist die Blendenplatte 8 in dieser Ausführung nicht komplett eben, wie eine Platte, sondern sie besitzt angepasste Abkantungen, um im Raum 6 entsprechend befestigt werden zu können. Entsprechende Pfeile, die gepunkteten für die Strömung des Kühlmittels und die durchgezogenen für das Öl, wurden auch hier eingezeichnet und veranschaulichen die vorstehende Beschreibung. Der Kühlmittelteilstrom KT tritt in die zugeordneten Wärmetauscher- kanäle 10 ein, die in diesem Ausführungsbeispiel als seitlich offene Kanäle zwischen jeweils zwei Plattenpaaren dargestellt sind, durchströmt dieselben und tritt unterhalb der Blendenplatte 8 in den Austrittsraum 13 ein, um die Wärmeübertragereinheit im Kühlmittelstrom K, über den Austritt 3 zu verlassen. Auch bei dieser Ausführung befinden sich der Eintritt und der Austritt seitlich neben den Platten 1n. Vorzugsweise ist die Einheit jedoch ohne Gehäuse 30 ausgebildet, wie es in den restlichen Figuren gezeigt wird. Dabei werden die zugeordneten Wärmetauscherkanäle 10 für den Kühlmittelteilstrom KT und die Wärmetauscherkanäle 11 für den zu kühlenden bzw. zu temperierenden Strom, wie an sich bekannt, aus gestapelten wannenförmigen Platten 1n gebildet, die einen schräg abstehenden Rand aufweisen, an dem die Platten 1n aneinander anliegen und mittels Lötens zu verbinden sind. Der Plattenstapel 1 weist auch wenigstens eine Blendenplatte 8 und eine Adapterplatte 90 auf. Der Kühlmitteleintrittsraum 6 und der von der Blendenplatte 8 teilweise separierte Kühlmittelaustrittsraum 13 sind in der Adapterplatte 90 ausgebildet. Weiterhin ist vom Kühlmitteleintrittsraum 6 abgehend wenigstens ein Zuführkanal 91 zu einem aus Öffnungen in den Platten gebildeten, den Plattenstapel durchsetzenden Verteilerraum für den Kühlmittelteilstrom KT angeordnet. Der Verteilerraum steht in Strömungsverbindung mit den zugeordneten Wärmetauscherkanälen 10 und mit einem in gleicher Weise gebildeten Sammelraum. In gleicher Weise bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Platten 1n weitere Öffnungen aufweisen, die im Plat- tenstapel 1 den besagten Sammelraum bereitstellen. Außerdem ist, vom Sammelraum abgehend, wenigstens ein Abführkanal 92 vorgesehen, der zum Austrittsraum 13 führt. Auch der Austrittsraum 13 ist in der Adapterplatte 90 ausgebildet. Die Größe des Eintrittsraums 6, des Austrittsraums 13 sowie des Zu - und Abführkanals 91 , 92 kann durch Schichtung mehrerer Adapterplatten 90a, 90b, 90c und 9Od angepasst werden. Die Adapterplatte/n ist/sind mit dem Plattenstapel verlötet, was, wie aus den Figuren (beispielsweise Fig. 5a) ersichtlich, auch für die gesamte Einheit zutrifft. Im Ausführungsbeispiel befindet sich die Blendenplatte 8 zwischen je zwei Adapterplatten. Die Fig. 1a, 2a, und 4 enthalten auch eine ringartige Dichtung 25, die an der Unterseite der Einheit mit Vorsprüngen in entsprechende Öffnungen eingesteckt werden kann, um darin sicher gehalten zu werden, und um die Wärmetauschereinheit betriebsbereit zu machen. In einer in den Fig. 7a, 7b und 7c gezeigten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Adapterplatte 90 durch einen beispielsweise gegossenen Anschlussadapter 90 ersetzt, in dem die beschriebenen Funktionen integriert sind. Bei solchen Ausgestaltungen wird der Anschlussadapter 90 dann mechanisch, mit Einfügen einer Dichtung, am gelöteten Plattenstapel befestigt. Auch bei dieser Ausführung befindet sich unterhalb der Blendenöffnung 80 ein Abführkanal 92, der jedoch in den Darstellun- gen nicht sichtbar ist. Die Wärmeübertragerplatten 1n können bei dieser Ausführungsform identisch mit der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ausgebildet sein.
Aus den Figuren 8 - 12 ist eine weitere Wärmeübertragereinheit der gehäuselosen Konstruktion ersichtlich, die mittels Platten 1n in einem Plattenstapel 1 gebildete Wärmetauscherkanäle 10, 11 für einen Kühlmittelstrom K (durchgezogene Pfeile) und für einen zu kühlenden bzw. für einen zu temperierenden Strom S (gestrichelte Pfeile) aufweist und die mit entsprechenden Ein - und Austritten 2, 3, 4, 5 für die Ströme ausgestattet ist. Die Wärmeübertragereinheit ist mit einem Kühlmitteleintritts- räum 6 versehen worden, aus dem ein etwa 50 % des Kühlmittelstroms umfassender Kühlmittelteilstrom KT abzweigbar, durch die zugeordneten Wärmetauscherkanäle 11 leitbar und in den Kühlmittelstrom K rückführbar ist. Der Kühlmittelteilstrom KT verlässt den Plattenstapel 1 auf der dem Eintritt 2 gegenüberliegenden Seite, durch eine einen Sammelkanal 17 bildende Öffnung in den Platten 1n. (siehe auch Fig. 12) Der Kühlmittelteilstrom KT tritt dort in einen Raum 100 ein und vereinigt sich vorzugsweise bereits in dem Raum 100 mit dem durch den Raum 100 und um den Plattenstapel 1 herum strömenden Kühlmittelstrom K. Der gesamte Kühlmittelstrom K verlässt den Raum 100 über einen Austritt 3 im Motorengehäuse, um beispielsweise einem nicht gezeigten Radiator zur Rückkühlung zugeführt zu werden.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel kommt eine Blendenplatte 8 mit den beschriebenen Vorteilen zum Einsatz. Der Kühlmitteleintrittsraum 6 empfängt auch hier den Gesamtkühlmittelstrom, beispielsweise einer nicht dargestellten flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine. Die Anordnung des Plattenstapels 1 im Raum 100 wurde so getroffen, dass die schräg abstehenden Ränder der Platten 1n in den Raum 100 hineinweisen. Die Blendenplatte 8 und eine den Raum 100 verschließende Adapterplatte 90 sind demnach an der Seite des Plattenstapels 1 angeordnet, von der die schrägen Ränder wegweisen. Weiterhin besitzen die Platten 1n auch in diesem Ausführungsbeispiel vier Öffnungen, die im Stapel 1 vier entsprechende Sammel - bzw. Verteilerräume für beide Medienströme bilden. In der Fig. 9 sind die mittels der Plattenöffnungen gebildeten Sammel - bzw. Verteilerkanäle teilweise sichtbar und mit den Bezugszeichen 14 - 17 versehen worden. Sollte ein dritter Medienstrom am Wärmeaustausch teilnehmen, wären entsprechend sechs Öffnungen in den Platten 1n vorhanden. Der vorzugsweise gelötete Plattenstapel 1 weist auch die angesprochene Blendenplatte 8 und im gezeigten Fall zwei Adapterplatten 90a, 90b auf. Weiterhin ist, vom Kühlmitteleintrittsraum 6 abgehend, wenigstens ein Zuführkanal 91 zum erwähnten, den Plattenstapel 1 durchsetzenden Verteilerraum für den Kühlmittelteilstrom KT angeordnet. Der Verteilerraum steht in Strömungsverbindung mit den zugeordneten Wärmetauscherkanälen 11 und mit dem in gleicher Weise gebildeten Sammelraum.
Das öl kommt aus dem Motorengehäuse über einen Einlass 4, strömt durch einen Kanal in der Adapterplatte 90 zu seinem vorgesehenen Eintrittsort (Verteilerraum) in den Plattenstapel 1, durchströmt die angesprochenen Wärmetauscherkanäle 10 im Plattenstapel 1, um danach über den zugeordneten Sammelraum und durch einen weiteren Kanal in der Adapterplatte 90 zum Auslass 5, das heißt, zurück in das Motorgehäuse zu gelangen. (Fig. 9) Wie erkennbar ist, tritt das Öl also an derselben Seite des Plattenstapels 1 ein und auch wieder aus. In einer in den Fig. 11 und 12 gezeigten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Adapterplatte 90a, 90b durch einen beispielsweise gegossenen Anschlussadapter 90 ersetzt, in dem die beschriebenen Funktionen integriert sind. Bei solchen Ausgestaltungen wird der Anschlussadapter 90 dann mechanisch, mit Einfügen einer ringartigen Dichtung 70, am gelöteten Plattenstapel 1 befestigt. Auch zur Ausnehmung im Motorengehäuse hin muss selbstverständlich eine Abdichtung vorhanden sein. Als weiterer Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen wurde hier die Blendenöffnung 80 nicht als Durchgangsloch durch die Blendenplatte 8 dargestellt, sondern, sozusagen, als Freischnitt an der Blendenplatte 8. Der freige- schnittene Abschnitt stellt die Blendenöffnung 80 zur Verfügung, da ein entsprechender Größenunterschied zwischen der Ausnehmung im Motorengehäuse (Raum 100) und der Blendenplatte 8 vorliegt. Infolge davon befindet sich in der Fig. 11 die Dichtung 70 oberhalb der Blendenplatte 8, während aus den Fig. 8 und Fig. 9 erkennbar ist, dass die Dichtung 70 unterhalb der Blendenplatte 8 angeordnet ist. Wegen eini- ger in Fig. 11 fehlender Bezugszeichen wird auf Fig. 8 verwiesen.
In der Darstellung gemäß Fig. 12 wurde der Motorgehäuseraum 100 weggelassen, obwohl er tatsächlich vorhanden ist.
In diesen Ausführungen sind zur Befestigung des Plattenwärmetauschers 1 im Raum 100 entsprechende Befestigungsmittel in Gestalt von Schrauben oder dergleichen, einschließlich entsprechender Bohrungen durch die Adapterplatte 90 und die Blendenplatte 8 hindurch, vorhanden und zeichnerisch abgebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeübertragereinheit, die mittels Platten (1n) gebildete Wärmetauscherkanäle (10, 11) für einen ersten Strom (K), beispielsweise für einen Kühlmittelstrom (K), und für einen zweiten Strom (S), beispielsweise für einen zu kühlenden bzw. zu temperie- renden Strom (S), aufweist und die mit entsprechenden Ein - und Austritten (2, 3, 4, 5) für die Ströme (K, S) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragereinheit einen Eintrittsraum (6) für den ersten Strom (K) aufweist, aus dem ein Teilstrom (KT) abzweigbar, durch die zugeordneten Wärmetauscherkanäle (10) leitbar und innerhalb der Einheit zum Austritt (3) des ersten Stroms (K) rückführbar ist.
2. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (KT) mittels einer Blendenplatte (8) abzweigbar ist, die zwischen dem Eintrittsraum (6) und einem Austrittsraum (13) angeordnet ist.
3. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenplatte (8) wenigstens eine Blendenöffnung (80) besitzt, deren Öffnungsrand verstärkt ist.
4. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsrand mittels einer Gummi - oder Kunststoffbeschichtung oder mittels einer Edelstahlauskleidung vor Erosion geschützt ist.
5. Wärmeübertragereinheit nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleintrittsraum (6) den Gesamtstrom einer beispielsweise flüssig- keitsgekühlten Brennkraftmaschine empfängt.
6. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (3) des ersten Stroms etwa vis - a - vis vom Eintritt (2) des ers- ten Stroms (K) angeordnet ist.
7. Wärmeübertragereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit wenigstens eine Platte (20) mit einer Öffnung enthält, an deren Rand ein Stutzen (21) angeformt ist, der in eine Strömungsöffnung einsteckbar ist.
8. Wärmeübertragereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Eintrittsraum (6) seitlich der Platten (1n) bzw. der Wärmetauscherkanäle (10, 11) angeordnet ist.
9. Wärmeübertragereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit ein Gehäuse (30) aufweist, an dem der Eintritt (2) und der Austritt (3) angeordnet sind.
10. Wärmeübertragereinheit nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeordneten Wärmetauscherkanäle (10) sich jeweils zwischen Plattenpaaren erstrecken, wobei in den Plattenpaaren der zu kühlende bzw. der zu temperie- rende Strom strömt.
11. Wärmeübertragereinheit nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit ohne Gehäuse (30) ausgebildet ist.
12. Wärmeübertragereinheit nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeordneten Wärmetauscherkanäle (10) für den Teilstrom (KT) und die Wärmetauscherkanäle (11) für den zu kühlenden bzw. zu temperierenden Strom (S) aus gestapelten wannenförmigen Platten (1n) gebildet sind.
13. Wärmeübertragereinheit nach den Ansprüchen 1 , 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenstapel (1) wenigstens eine Blendenplatte (8) und eine A- dapterplatte (90) umfasst.
14. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenplatte (8) eine Rückströmöffnung (81) aufweist.
15. Wärmeübertragereinheit nach den Ansprüchen 1 und 11 -14 dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsraum in der Adapterplatte (90) ausgebildet ist.
16. Wärmeübertragereinheit nach den Ansprüchen 1 und 11 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass vom Eintrittsraum wenigstens ein Zuführkanal (91) zu einem aus Öffnungen in den Platten (1n) gebildeten, den Plattenstapel (1) durchsetzenden Verteilerraum angeordnet ist, wobei der Verteilerraum in Strömungsverbindung mit den zugeordneten Wärmetauscherkanälen (10) und mit einem in gleicher Weise gebildeten Sammelraum steht.
17. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vom Sammelraum wenigstens ein Abführkanal (92) zum Austrittsraum führt.
18. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsraum in der Adapterplatte ausgebildet ist.
19. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 11- 18, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Adapterplatte (90) aus mehreren einzelnen Platten (90a, b, c, d) besteht.
20. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 11- 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenplatte (8) zwischen mehreren Adapterplatten angeordnet ist.
21. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 11- 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal und der Abführkanal in mehreren Adapterplatten ausgebildet ist.
22. Wärmeübertragereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Platten als Anschlussplatte (20) ausgebildet ist, an deren Öffnung ein Stutzen (21) angeformt ist.
23. Wärmeübertragereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatte (90) mit dem Plattenstapel (1) entweder verlötet oder mechanisch dicht verbunden ist.
24. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 - 5 und 1 1 - 23 dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenstapel (1) in einem Raum (100) angeordnet ist und der erste Strom (K) den Plattenstapel (1) im Raum (100) wenigstens teilweise umströmt und sich mit dem abgezweigten, durch die zugeordneten Wärmetauscherka- näle (11) geströmten Teilstrom (KT) wieder vereinigt.
25. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinigung des ersten Stroms (K) mit dem Teilstrom (KT) bevorzugt in dem Raum (100) stattfindet, wobei der Raum (100) bevorzugt durch eine Ausnehmung in einem Motorgehäuse oder dergleichen gebildet ist, in die der Plattenstapel (1) einsetzbar ist.
26. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 - 5 und 11 - 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenplatte (8) mit der Blendenöffnung (80) zwischen dem Eintrittsraum (6) und dem Raum (100) angeordnet ist.
27. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 - 5 und 11 - 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (3) des ersten Stroms (K) durch eine Öffnung (3) im Raum (100) dargestellt ist.
28. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 - 5 und 11 - 27 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der wannenförmigen Platten (1 n) in den Raum (100) weisen.
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