EP2425196A2 - Vorrichtung zum austausch von wärme mit einem plattenpaket und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Vorrichtung zum austausch von wärme mit einem plattenpaket und verfahren zu deren herstellung

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Publication number
EP2425196A2
EP2425196A2 EP10716315A EP10716315A EP2425196A2 EP 2425196 A2 EP2425196 A2 EP 2425196A2 EP 10716315 A EP10716315 A EP 10716315A EP 10716315 A EP10716315 A EP 10716315A EP 2425196 A2 EP2425196 A2 EP 2425196A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plates
plate
recesses
adjacent
shape
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10716315A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Huber
Michael Meinert
Armin Rastogi
Karsten Rechenberg
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2425196A2 publication Critical patent/EP2425196A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for exchanging heat and a method for the production thereof.
  • the device has a plate pack comprising at least a first, a second and a third plate.
  • the at least three plates are stacked on top of each other and have recesses formed throughout the entire thickness of the respective plate.
  • the recesses are arranged in a plane of the respective plate in the form of a regular pattern.
  • the cooling plates consist of a stack of plates, which is made up of at least two plates with recesses. The plates are arranged such that the recesses partially overlap and form a cooling channel. A fluid, e.g. Water flowing through the cooling channel cools the plate and removes excess heat from the device.
  • a problem with the device described is the temperature distribution within a cooling plate.
  • a strong temperature difference prevails.
  • this can negatively affect proper operation.
  • Object of the device according to the invention is to provide a cooling device in which the aforementioned problems are at least reduced.
  • it is an object to provide a device for exchanging heat, which enables a standardization of the temperature in a device.
  • the stated object is achieved with respect to the device for exchanging heat with the features of claim 1 and with respect to the method for producing the device with the features of claim 11.
  • the heat exchange device has a plate pack comprising at least a first, a second and a third plate.
  • the at least three plates are stacked on top of each other and have recesses formed throughout the entire thickness of the respective plates.
  • the recesses are arranged in a plane of the respective plate in the form of a regular pattern.
  • the first and second plates, and the second and third plates are each adjacent, stacked one over the other such that the adjacent plates each form at least one common cooling channel accessible to a fluid along a direction in the plate plane.
  • the at least two cooling channels are formed by means of partially, but not completely overlapping recesses arranged in the adjacent plates.
  • the at least one cooling channel of the first and the second plate is complete spatially separated from the at least one cooling channel of the second and the third plate.
  • a fluid By forming separate cooling channels, a fluid can be introduced from different sides of the device and e.g. in a countercurrent principle absorb heat of the device. By flowing the fluid for cooling from different sides, an equalization of the cooling effect is achieved. A temperature gradient between inlet and outlet of the fluid in the device is reduced.
  • the device is cooled more evenly in their spatial extent.
  • the device can be used as a heat exchanger between two fluids of different temperature.
  • the recesses of the plate may have a same shape, in particular a Y-shape.
  • the Y-shape can be composed of rotated by 120 degrees, equal parts.
  • the recesses may be arranged so that they overlap only in the region of the ends of the Y-shape.
  • the device can be particularly easy to produce and the recesses can be easily overlap.
  • Each end of a Y-shaped recess of a plate may be overlapped with one end of a Y-shaped recess of an adjacent plate, in particular each with one end of a Y-shaped recess of an adjacent plate.
  • the cooling channels formed have such favorable flow conditions.
  • a plate can be constructed from a plurality of identically shaped, congruently stacked sub-plates. Relating to cooling surfaces with edge lengths in the range of some
  • the thickness of the plate may be in the range of 0.5 mm - 20 mm and the channels may have a thickness in the range of 0.5 mm to 20 mm.
  • Kleinstküh- Large or very large cold plates may have correspondingly changed channel dimensions.
  • the plates may consist of a metal, in particular magnetizable iron. Furthermore, the plates may be partially or completely coated with an electrically insulating lacquer and / or be electrically insulated from one another.
  • the plate pack may be part of a generator or a motor and / or be part of a rotor or a stator.
  • the plates may consist of a metal, in particular aluminum or copper.
  • the plate pack can be used to cool electrical power components, such as for cooling electrical energy storage or power electronics components.
  • An inventive method for producing a device described above is given by the fact that at least three plates are stacked to form a plate package such that at least a first cooling channel through a first and a second plate of the
  • Plate stack arises.
  • the result is at least one second cooling channel completely separated from the at least first cooling channel, through the second and a third plate of the plate stack.
  • the cooling channels are formed along at least one direction in a plane of the plate through recesses in the at least three plates.
  • the recesses of adjacent plates are arranged partially but not completely overlapping.
  • the recesses may be punched out of the plates and / or drilled and / or milled and / or etched and / or formed by means of a laser.
  • the recesses in each of the plates may be arranged in a plane of the respective plate in the form of a regular pattern.
  • the first and third plates are formed with the same pattern rotated 90 degrees against each other.
  • the second plate arranged between the first and the third plate is formed with a pattern which results in a superposition of the pattern of the first plate with the pattern of the third plate, in particular with a displacement of the two patterns relative to one another by a half distance of the recesses of a plate to one another ,
  • All plates of the plate pack can be arranged so that recesses of adjacent plates overlap one another and are not congruently arranged.
  • the panels may be joined by gluing and / or snap connection and / or by soldering and / or by screws.
  • the cooling channels formed by the recesses can be traversed by a fluid, in particular air, water or oils, antifreeze and corrosion inhibitors.
  • the at least two cooling channels can also each be traversed by a fluid, wherein the at least two fluid streams differ in their temperature and takes place on the plates, a heat exchange between the separate fluids.
  • Fig. 1 is an oblique view of a plate pack with a cooling channel according to the prior art
  • Fig. 2 is a plan view of a plate pack with two plates according to the prior art, as shown in Fig. 1, and
  • FIG. 3 is a plan view of an inventive plate package with 3 plates, wherein two spatially separated from each other cooling channels are formed, and
  • Fig. 4 is a first plate of the plate pack, as shown in Fig. 3, and
  • Fig. 5 shows a second plate of the plate pack, as shown in Fig. 3, and
  • FIG. 6 shows a third plate of the plate pack, as shown in FIG.
  • Fig. 7 shows a plate without a pattern of recesses, which is arranged as a cover plate on or under the plate pack, and
  • Fig. 8 is a side view of the plate pack with a cover plate on and one under the plate pack and connections for the supply and removal of fluids to and from cooling channels.
  • Fig. 1 shows an oblique view of a plate package 1 with
  • Recesses 7 according to the prior art, which has a contiguous cooling channel 8 or channel for a fluid.
  • the plate pack 1 is made of two stacked th plates 4 and 5 constructed and sandwiched by an upper cover plate 2 and a lower cover plate 3 under the plate pack 1.
  • the two plates 4 and 5 of the plate pack 1 each have Y-shaped recesses 7, which are arranged at regular intervals from each other, without touching each other.
  • the recesses 7 each result in a plate 4 or 5 a regular pattern.
  • Adjacent plates 4 and 5 are arranged with their recesses 7 so that the recesses 7 overlap only in their margins.
  • Each end of a Y-shaped recess 7 of a plate 4 or 5 overlaps with one end, in particular with exactly one end, a Y-shaped recess 7 of the adjacent plate 5 and 4.
  • a Y-shaped recess 7 of the adjacent plate 5 and 4 By the overlapping recesses 7 adjacent plates 4 and 5 is a through the plate 4 and 5 completely along the plane of the plate continuous cooling channel 8 is formed.
  • the cooling channel 8 thus formed can be flowed through by the fluid, wherein the fluid can absorb and dissipate waste heat of the plate 2 and 3.
  • Cooling is given by water.
  • the cooling water flows in the channel 8 parallel to a plane of the plates 2 to 5.
  • the overlapping recesses 7 of adjacent plates 4 and 5 form a pattern which gives a large common surface between the plates 4 and 5 and the fluid.
  • effective cooling becomes possible.
  • Fig. 2 is a plan view of a plate pack shown, as shown in Fig. 1.
  • the hatched recesses 7a are formed in the first plate 4 in a top plate 4 in a first plane
  • the dotted recesses 7b are formed in the second plate 5 in the plate stack in a second plane.
  • the recesses 7a and 7b of the first and the second plate 4 and 5 all overlap, but only in the marginal area, ie at the ends of their Y-shape.
  • the pattern of the recesses 7a in the first plate 4 and the same pattern of recesses 7b in the second plate 5 displaced therefrom results in a cooling channel 8 extending continuously along the plane of the plate, which has the form of a network.
  • Fig. 3 is a plan view of an inventive plate package 1 with 3 plates 4, 5, and 6 is shown.
  • the three plates 4 to 6 are stacked on top of each other and each have a pattern of recesses 7.
  • the recesses 7 are arranged in the plates 4 to 6 such that form two spatially separated, partially superimposed cooling channels 8a and 8b.
  • the first plate 4 is shown individually, with a pattern of the recesses 7a.
  • an inflow 9 and an outflow channel 10 are shown.
  • the inflow channel 9 serves to introduce fluid into the first channel 8a.
  • the discharge channel 10 serves the fluid to leave the first channel 8a or escape. Circles indicated by dashed lines are in each case connections 11 on the inflow channel 9 and on the outflow channel 10.
  • Fig. 5 the pattern of the recesses 7b of the second plate 5 is shown.
  • the pattern of the recesses 7b of the second plate 5 results as a superposition of the pattern of the recesses 7a of the first plate 4 (see Fig. 4) with the same pattern, rotated 180 degrees and shifted from each other by half a distance of the recesses 7a.
  • Dashed lines indicated on the right and left side in the plane of the figure are respectively the Anström- 9 and the outflow channel 10 of the below the second plate 5 arranged third plate 6 (see Fig. 6).
  • Circular bores in the second plate 5 are introduced to pass through connections 11 through the first and second plates 4 and 5, fluid in the inflow passage 9 and the outflow channel 10th the third plate 6 (see dashed lines and Fig. 6) to bring or transported away.
  • Fig. 6 the third plate 6 is shown individually, with a pattern of the recesses 7c.
  • an inflow 9 and an outflow channel 10 are shown on the right and left side in the plane of the figure.
  • the inflow channel 9 serves to introduce fluid into the second channel 8b.
  • the outflow channel 10 serves the fluid in order to be able to leave or escape the second channel 8b. Circles indicated in each case are connections 11 to the inflow channel 9 and to the outflow channel 10 in FIG. 6.
  • a cover plate 2 (analogous to the cover plate 3) is shown, which has no pattern of recesses 7. With the help of the cover plate 2 and 3, the channels 8 are sealed upwards or downwards.
  • a cover plate 2 is on and a cover plate 3 is disposed under the plate package 1. The plates 4 to 6 with recesses are sandwiched between the cover plates 2 and 3.
  • the plate pack 1 is shown in Fig. 8 from the side.
  • Fig. 7 circularly indicated connections are shown in Fig. 8 connected to inlet and outlet lines 12.
  • two fluid circuits can be operated separately by means of the first and second channels 8a and 8b.
  • the two circuits can be used for more uniform cooling of the plate pack 1, since cool fluid can flow into the plate pack 1 from two different sides.
  • the plate pack 1 may be used as a heat exchanger between a fluid having a temperature Ti and a fluid having a higher temperature T2.
  • the plates 2 to 6 shown in the figures typically have a thickness in the range of 1 mm.
  • the channels 8a and 8b thus typically also have a thickness of 1 mm (2 mm at points of overlap of recesses 7) in the direction perpendicular to the plane of the plate.
  • the plates 2 to 6 and cooling channels 8a and 8b may also be other sizes, e.g. in the range of a few centimeters thick.
  • the width of the recesses 7, and thus of the channels 8a and 8b, is preferably in the range of 5 to 30 mm. But there are also channel widths in the range of centimeters possible.
  • the thickness of the plates may be in the range of 0.5 mm - 20 mm and the channels may have a thickness in the range of 0.5 mm to 20 mm.
  • Micro-coolers or very large cooling plates can have correspondingly changed channel dimensions.
  • the plates 2 to 6 are preferably made of a metal, in particular aluminum or copper. However, other pure metals or metal alloys are also suitable.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme mit einem Plattenpaket 1 von wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten Platte 4, 5, 6. Die wenigstens drei Platten 4 bis 6 sind übereinander gestapelt und weisen Ausnehmungen 7 auf, welche in einer Ebene der jeweiligen Platten 4 bis 6 in Form eines regelmäßigen Musters angeordnet sind. Die erste und die zweite Platte 4 und 5 sowie die zweite und die dritte Platte 5 und 6 sind jeweils derart übereinander gestapelt, dass die benachbarten Platten jeweils wenigstens einen für ein Fluid zugänglichen gemeinsamen Kühlkanal 8 entlang einer Richtung in der Plattenebene ausbilden. Die wenigstens zwei Kühlkanäle 8a und 8b sind mit Hilfe von teilweise, aber nicht vollständig überlappend angeordneten Ausnehmungen 7 in den benachbarten Platten ausgebildet. Der wenigstens eine Kühlkanal 8a der ersten und der zweiten Platte 4 und 5 ist vollständig räumlich getrennt vom wenigstens einen Kühlkanal 8b der zweiten und der dritten Platte 5 und 6. Ein Verfahren zur Herstellung des Plattenpaketes 1 durch Übereinanderstapeln der Platten 2 bis 6 ist ebenfalls beschrieben.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Austausch von Wärme mit einem Plattenpaket und Verfahren zu deren Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Vorrichtung weist ein Plattenpaket auf, welches wenigstens eine erste, eine zweite und eine dritte Platte um- fasst. Die wenigstens drei Platten sind übereinander gestapelt und weisen Ausnehmungen auf, welche durchgehend durch die gesamte Dicke der jeweiligen Platte ausgebildet sind. Die Ausnehmungen sind in einer Ebene der jeweiligen Platte in Form eines regelmäßigen Musters angeordnet.
In vielen Anwendungen, wie sie z.B. durch elektrische Maschinen gegeben sind, fällt beim Transport und der Umwandlung von elektrischem Strom Wärme an. Die Wärme kann den Betrieb der elektrischen Einrichtung negativ beeinflussen und unter Um- ständen zur Zerstörung der Einrichtung führen. Um dies zu verhindern, werden in den Einrichtungen Vorrichtungen zur Entwärmung vorgesehen. Eine mögliche Vorrichtung ist durch Kühlplatten, wie sie z.B. aus der DE 10 2006 036 833 Al bekannt sind, gegeben. Die Kühlplatten bestehen aus einem Sta- pel von Platten, welcher aus wenigstens zwei Platten mit Ausnehmungen aufgebaut ist. Die Platten sind angeordnet, dass sich die Ausnehmungen teilweise überlappen und einen Kühlkanal ausbilden. Ein Fluid, z.B. Wasser, welches durch den Kühlkanal strömt, kühlt die Platte und transportiert über- schüssige Wärme aus der Einrichtung ab.
Ein Problem bei der beschriebenen Vorrichtung ist die Temperaturverteilung innerhalb einer Kühlplatte. So herrscht zwischen dem Ein- und dem Austritt des Kühlfluids in und aus der Kühlplatte eine starke Temperaturdifferenz. Bei temperaturempfindlichen Einrichtungen kann dies den ordnungsgemäßen Betrieb negativ beeinflussen. Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, eine Kühlvorrichtung anzugeben, bei welcher die zuvor genannten Probleme zumindest vermindert sind. Insbesondere ist es Aufgabe, eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme anzugeben, welche eine Vereinheitlichung der Temperatur in einer Einrichtung ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung anzugeben.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung zum Austausch von Wärme mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich- tung und des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche mit Merkmalen eines jeweils zugeordneten Unteranspruchs oder vorzugsweise auch mit Merkmalen mehrerer zugeordneter Unter- ansprüche kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austausch von Wärme weist ein Plattenpaket auf, welches wenigstens eine erste, eine zweite und eine dritte Platte umfasst. Die wenigstens drei Platten sind übereinander gestapelt und weisen Ausnehmungen auf, welche durchgehend durch die gesamte Dicke der jeweiligen Platten ausgebildet sind. Die Ausnehmungen sind in einer Ebene der jeweiligen Platte in Form eines regelmäßigen Musters angeordnet. Die erste und die zweite Platte sowie die zweite und die dritte Platte sind jeweils benachbart, derart übereinander gestapelt, dass die benachbarten Platten jeweils wenigstens einen für ein Fluid zugänglichen gemeinsamen Kühlkanal entlang einer Richtung in der Platteebene ausbilden. Die wenigstens zwei Kühlkanäle sind mit Hilfe von teilweise, aber nicht vollständig überlappend angeordneten Ausnehmungen in den benachbarten Platten ausgebildet. Der wenigstens eine Kühlkanal der ersten und der zweiten Platte ist vollständig räumlich getrennt vom wenigstens einen Kühlkanal der zweiten und der dritten Platte.
Durch die Ausbildung von getrennten Kühlkanälen kann ein FIu- id von unterschiedlichen Seiten der Vorrichtung eingebracht werden und z.B. in einem Gegenstromprinzip Wärme der Vorrichtung aufnehmen. Durch das Einströmen des Fluids zum Kühlen von verschiedenen Seiten wird eine Vergleichmäßigung des Kühleffekts erreicht. Ein Temperaturgradient zwischen Ein- und Austritt des Fluids in der Vorrichtung wird verringert.
Die Vorrichtung wird in ihrer räumlichen Ausdehnung gleichmäßiger gekühlt. Alternativ kann bei einem Gegenstromprinzip die Vorrichtung als Wärmetauscher zwischen zwei Fluiden unterschiedlicher Temperatur genutzt werden.
Bevorzugt können die Ausnehmungen der Platte eine gleiche Form aufweisen, insbesondere eine Y-Form. Dabei kann die Y-Form aus um jeweils 120 Grad gedrehten, gleichen Teilen zusammengesetzt sein. In benachbarten Platten können die Aus- nehmungen so angeordnet sein, dass sie sich nur im Bereich der Enden der Y-Form überlappen. Bei dieser Form der Ausnehmungen lässt sich die Vorrichtung besonders einfach herstellen und die Ausnehmungen lassen sich einfach in Überlappung bringen .
Jedes Ende einer Ausnehmung mit Y-Form einer Platte kann mit jeweils einem Ende einer Ausnehmung mit Y-Form einer benachbarten Platte überlappt angeordnet sein, insbesondere mit jeweils genau einem Ende einer Ausnehmung mit Y-Form einer be- nachbarten Platte. Die gebildeten Kühlkanäle weisen so günstige Strömungsverhältnisse auf.
Eine Platte kann aus mehreren identisch geformten, deckungsgleich übereinander gestapelten Teilplatten aufgebaut sein. Bezogen auf Kühlflächen mit Kantenlängen im Bereich einiger
Zentimeter bis etwa einem Meter, kann die Dicke der Platte im Bereich von 0.5 mm - 20 mm liegen und die Kanäle können eine Dicke im Bereich von 0.5 mm bis 20 mm aufweisen. Kleinstküh- ler oder sehr große Kühlplatten können entsprechend veränderte Kanalabmessungen aufweisen.
Die Platten können aus einem Metall, insbesondere magneti- sierbarem Eisen, bestehen. Weiterhin können die Platten mit einem elektrisch isolierenden Lack teilweise oder vollständig überzogen sein und/oder gegeneinander elektrisch isoliert sein .
Das Plattenpaket kann Teil eines Generators oder eines Motors sein und/oder Teil eines Rotors oder eines Stators sein.
Die Platten können aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, bestehen.
Das Plattenpaket kann zur Kühlung von elektrischen Leistungskomponenten verwendet werden, wie beispielsweise zur Kühlung von elektrischen Energiespeichern oder Komponenten der Leistungselektronik.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer zuvor beschriebenen Vorrichtung ist gegeben, dadurch dass wenigstens drei Platten zu einem Plattenpaket derart übereinander gestapelt werden, dass wenigstens ein erster Kühlkanal durch- gehend durch eine erste und durch eine zweite Platte des
Plattenstapels entsteht. Es entsteht wenigstens ein vollständig räumlich vom wenigstens ersten Kühlkanal getrennter zweiter Kühlkanal, durchgehend durch die zweite und eine dritte Platte des Plattestapels. Die Kühlkanäle werden entlang we- nigstens einer Richtung in einer Plattenebene durch Ausnehmungen in den wenigstens drei Platten gebildet. Die Ausnehmungen benachbarter Platten werden teilweise, aber nicht vollständig überlappend angeordnet.
Die Ausnehmungen können aus den Platten ausgestanzt und/oder ausgebohrt und/oder gefräst und/oder geätzt und/oder mit Hilfe eines Lasers ausgebildet werden. Die Ausnehmungen in jedem der Platten können in einer Ebene der jeweiligen Platte in Form eines regelmäßigen Musters angeordnet werden. Dabei werden die erste und die dritte Platte mit gleichem, um 90 Grad gegeneinander gedrehtem Muster aus- gebildet. Das zwischen der ersten und der dritten Platte angeordnete zweite Platte wird mit einem Muster ausgebildet, welches eine Überlagerung des Musters der ersten Platte mit dem Muster der dritten Platte ergibt, insbesondere mit einer Verschiebung der beiden Muster gegeneinander um einen halben Abstand der Ausnehmungen einer Platte zueinander.
Es können alle Platten des Plattenpaketes so angeordnet werden, dass Ausnehmungen von benachbarten Platten sich gegenseitig überlappen und nicht deckungsgleich angeordnet sind.
Die Platten können durch Klebung und/oder durch Schnappverbindung und/oder durch Lötung und/oder durch Schrauben verbunden werden.
Die von den Ausnehmungen gebildeten Kühlkanäle können von einem Fluid, insbesondere Luft, Wasser oder Öle, Frostschutz- und Korrosionsschutzmitteln durchströmt werden.
Die wenigstens zwei Kühlkanäle können auch jeweils von einem Fluid durchströmt werden, wobei die wenigstens zwei Fluid- ströme sich in ihrer Temperatur unterscheiden und über die Platten ein Wärmeaustausch zwischen den voneinander getrennten Fluiden stattfindet.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung ergeben sich die vorstehend erwähnten, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Vorteile.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Nicht näher aus- geführte Teile entsprechen Teilen, welche aus der DE 10 2006 036 833 Al bekannt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schrägansicht eines Plattenpaketes mit einem Kühlkanal nach dem Stand der Technik, und
Fig. 2 eine Aufsicht auf ein Plattenpaket mit zwei Platten nach dem Stand der Technik, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und
Fig. 3 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Plattenpaket mit 3 Platten, wobei zwei räumlich voneinander ge- trennte Kühlkanäle ausgebildet sind, und
Fig. 4 eine erste Platte des Plattenpaketes, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und
Fig. 5 eine zweite Platte des Plattenpaketes, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und
Fig. 6 eine dritte Platte des Plattenpaketes, wie es in Fig.
3 dargestellt ist, und
Fig. 7 eine Platte ohne ein Muster von Ausnehmungen, welches als Deckplatte auf oder unter dem Plattenpaket angeordnet ist, und
Fig. 8 eine Seitenansicht des Plattenpaketes mit einer Deckplatte auf und einem unter dem Plattenpaket und Anschlüssen für das An- und Abführen von Fluiden zu und von Kühlkanälen.
Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht auf ein Plattenpaket 1 mit
Ausnehmungen 7 nach dem Stand der Technik, welches einen zusammenhängenden Kühlkanal 8 bzw. Kanal für ein Fluid aufweist. Das Plattenpaket 1 ist aus zwei übereinander gestapel- ten Platten 4 und 5 aufgebaut und von einer oberen Deckplatte 2 auf und einer unteren Deckplatte 3 unter dem Plattenpaket 1 sandwichförmig eingeschlossen. Die zwei Platten 4 und 5 des Plattenpaketes 1 weisen jeweils Y-förmige Ausnehmungen 7 auf, welche in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, ohne sich gegenseitig zu berühren. Die Ausnehmungen 7 ergeben jeweils in einer Platte 4 oder 5 ein regelmäßiges Muster. Benachbarte Platten 4 und 5 sind mit ihren Ausnehmungen 7 so angeordnet, dass sich die Ausnehmungen 7 nur in ihren Randbe- reichen überlappen. Jedes Ende einer Y-förmigen Ausnehmung 7 einer Platte 4 bzw. 5 überlappt mit einem Ende, insbesondere mit genau einem Ende, einer Y-förmigen Ausnehmung 7 der benachbarten Platte 5 bzw. 4. Durch die überlappenden Ausnehmungen 7 benachbarter Platten 4 und 5 wird ein durch die Platte 4 und 5 vollständig entlang der Plattenebene durchgehender Kühlkanal 8 gebildet.
Der so gebildete Kühlkanal 8 kann von dem Fluid durchströmt werden, wobei das Fluid Abwärme der Platte 2 und 3 aufnehmen und abtransportieren kann. Ein häufig verwendetes Fluid zum
Kühlen ist durch Wasser gegeben. Das Kühlwasser strömt in dem Kanal 8 parallel zu einer Ebene der Platte 2 bis 5. Die überlappenden Ausnehmungen 7 benachbarter Platten 4 und 5 bilden ein Muster, welches eine große gemeinsame Oberfläche zwischen den Platten 4 und 5 und dem Fluid ergibt. So wird bei einem kompakten, einfachen Aufbau eine effektive Kühlung möglich. Durch die Ausbildung des Kühlkanals 8 durch überlappende Ausnehmungen 7 in benachbarten Platten 4 und 5 ist eine einfache Herstellung des Kanals 8 möglich bei Übereinanderstapeln der Platten 2 bis 5.
In Fig. 2 ist eine Aufsicht auf ein Plattenpaket gezeigt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die schraffierten Ausnehmungen 7a sind in der ersten, im Plattenstapel oberen Platte 4 in einer ersten Ebene ausgebildet, und die durch Punkte gekennzeichneten Ausnehmungen 7b sind in der zweiten, im Plattenstapel unteren Platte 5 in einer zweiten Ebene ausgebildet. Die Ausnehmungen 7a und 7b der ersten und der zweiten Platte 4 und 5 überlappen sich alle, jeweils aber nur im Randbereich, d.h. an den Enden ihrer Y-Form. Durch das Muster der Ausnehmungen 7a in der ersten Platte 4 und das dazu verschobene gleiche Muster von Ausnehmungen 7b in der zweiten Platte 5, ergibt sich ein längs der Plattenebene durchgehender Kühlkanal 8, welcher die Form eines Netzwerkes aufweist.
In Fig. 3 ist eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Plattenpaket 1 mit 3 Platten 4, 5, und 6 gezeigt. Die drei Plat- ten 4 bis 6 sind übereinander gestapelt und weisen jeweils ein Muster von Ausnehmungen 7 auf. Die Ausnehmungen 7 sind in den Platten 4 bis 6 derart angeordnet, dass sich zwei räumlich voneinander getrennte, teilweise übereinanderliegende Kühlkanäle 8a und 8b ausbilden.
In der Fig. 4 ist die erste Platte 4 einzeln dargestellt, mit einem Muster der Ausnehmungen 7a. Auf der rechten und linken Seite in der Figurenebene sind jeweils ein Anström- 9 und ein Abströmkanal 10 dargestellt. Der Anströmkanal 9 dient dem Einbringen von Fluid in den ersten Kanal 8a. Der Abströmkanal 10 dient dem Fluid, um den ersten Kanal 8a verlassen bzw. entweichen zu können. Kreisförmig gestrichelt angedeutet sind jeweils Anschlüsse 11 an dem Anströmkanal 9 und an dem Abströmkanal 10.
In der Fig. 5 ist das Muster der Ausnehmungen 7b der zweiten Platte 5 dargestellt. Das Muster der Ausnehmungen 7b der zweiten Platte 5 ergibt sich als eine Überlagerung des Musters der Ausnehmungen 7a der ersten Platte 4 (siehe Fig. 4) mit dem gleichen Muster, um 180 Grad gedreht und um einen halben Abstand der Ausnehmungen 7a jeweils voneinander verschoben. Gestrichelt angedeutet auf der rechten und linken Seite in der Figurenebene sind jeweils der Anström- 9 und der Abströmkanal 10 des sich unterhalb der zweiten Platte 5 ange- ordneten dritten Platte 6 (siehe Fig. 6) . Kreisförmig sind Bohrungen in der zweiten Platte 5 eingebracht, um über Anschlüsse 11 durch die erste und zweite Platte 4 und 5 hindurch, Fluid in den Anströmkanal 9 und den Abströmkanal 10 der dritten Platte 6 (siehe gestrichelte Linien und Fig. 6) einzubringen bzw. abzutransportieren.
In der Fig. 6 ist die dritte Platte 6 einzeln dargestellt, mit einem Muster der Ausnehmungen 7c. Auf der rechten und linken Seite in der Figurenebene sind jeweils ein Anström- 9 und ein Abströmkanal 10 dargestellt. Der Anströmkanal 9 dient dem Einbringen von Fluid in den zweiten Kanal 8b. Der Abströmkanal 10 dient dem Fluid, um den zweiten Kanal 8b ver- lassen bzw. entweichen zu können. Kreisförmig angedeutet sind jeweils Anschlüsse 11 an den Anströmkanal 9 und an den Abströmkanal 10 in Fig. 6.
In Fig. 7 ist eine Deckplatte 2 (analog der Deckplatte 3) dargestellt, welches kein Muster von Ausnehmungen 7 aufweist. Mit Hilfe der Deckplatte 2 und 3 werden die Kanäle 8 nach oben hin oder nach unten hin abgedichtet. Eine Deckplatte 2 ist auf und eine Deckplatte 3 ist unter dem Plattenpaket 1 angeordnet. Die Platten 4 bis 6 mit Ausnehmungen liegen sand- wichförmig zwischen den Deckplatten 2 und 3.
Das Plattenpaket 1 ist in Fig. 8 von der Seite her dargestellt. In Fig. 7 kreisförmig angedeutete Anschlüsse sind in Fig. 8 mit Zu- und Abflussleitungen 12 verbunden gezeigt. Für jeden der zwei Kanäle 8a und 8b (in Fig. 8 der Einfachheit halber nicht im Detail dargestellt) sind jeweils ein Zu- und ein Abfluss 12 vorgesehen, welche in gegenüberliegenden Ecken des Plattenpaketes angeordnet sind. Somit können zwei Fluid- Kreisläufe getrennt voneinander mit Hilfe des ersten und zweiten Kanals 8a und 8b betrieben werden. Die zwei Kreisläufe können zum gleichmäßigeren Kühlen des Plattenpaketes 1 verwendet werden, da von zwei unterschiedlichen Seiten kühles Fluid in das Plattenpaket 1 strömen kann. Alternativ kann das Plattenpaket 1 als Wärmetauscher zwischen einem Fluid mit einer Temperatur Ti und einem Fluid mit einer höheren Temperatur T2 verwendet werden. Die in den Figuren dargestellten Platten 2 bis 6 weisen in der Regel eine Dicke im Bereich von 1 mm auf. Die Kanäle 8a und 8b weisen somit typischer Weise ebenfalls eine Dicke von 1 mm (2 mm an Stellen der Überlappung von Ausnehmungen 7) auf in Richtung senkrecht zur Plattenebene. Durch eine Stapelung von identischen Platten können auch Dicken der Kühlkanäle in Richtung senkrecht zur Plattenebene von 3 bis 30 mm oder mehr verwirklicht werden.
Die Platten 2 bis 6 und Kühlkanäle 8a und 8b können aber auch andere Größen, z.B. im Bereich von einigen Zentimetern Dicke aufweisen .
Die Breite der Ausnehmungen 7, und somit der Kanäle 8a und 8b, liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 mm. Es sind aber auch Kanalbreiten im Bereich von Zentimetern möglich.
Bezogen auf Kühlflächen mit Kantenlängen im Bereich einiger Zentimeter bis etwa einem Meter, kann die Dicke der Platten im Bereich von 0.5 mm - 20 mm liegen und die Kanäle können eine Dicke im Bereich von 0.5 mm bis 20 mm aufweisen. Kleinstkühler oder sehr große Kühlplatten können entsprechend veränderte Kanalabmessungen aufweisen.
Die Platten 2 bis 6 bestehen bevorzugt aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer. Es sind aber auch weitere reine Metalle oder Metall-Legierungen geeignet.
Eine Verwendung des Plattenpakets 1 als Wärmetauscher oder als Ständerplattenpaket in einem Stator einer Maschine, wie z.B. einem elektrischen Motor oder Generator, ist möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Austausch von Wärme mit einem Plattenpaket (1), welches wenigstens eine erste, eine zweite und eine dritte Platte (4, 5, 6) umfasst, wobei die wenigstens drei Platten (4, 5, 6) übereinander gestapelt sind und Ausnehmungen (7) aufweisen, welche durchgehend durch die gesamte Dicke der jeweiligen Platte (4, 5, 6) ausgebildet sind und in einer Ebene der jeweiligen Platte (4, 5, 6) in Form eines regelmäßigen Musters angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Platte (4, 5) sowie die zweite und die dritte Platte (5, 6) jeweils benachbart, derart übereinander gestapelt sind, dass die benachbarten Platten jeweils wenigstens einen gemeinsamen, für ein Fluid zugänglichen
Kühlkanal (8a, 8b) entlang einer Richtung in der Plattenebene ausbilden, mit Hilfe von teilweise, aber nicht vollständig überlappend angeordneten Ausnehmungen (7) in den benachbarten Platten, und dass der wenigstens eine Kühlkanal (8a) der ersten und der zweiten Platte (4, 5) vollständig räumlich getrennt ist vom wenigstens einen Kühlkanal (8b) der zweiten und der dritten Platte (5, 6) .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) eine gleiche Form aufweisen, insbesondere eine Y-Form.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Y-Form der Ausnehmungen (7) die Y-Form aus um jeweils 120 Grad gedrehten gleichen Teilen zusammengesetzt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Ausnehmungen (7), welche die Form eines Y aufweisen und in benachbarten Platten angeordnet sind, sich nur im Bereich der Enden der Y-Form überlappen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende einer Ausnehmung (7) mit Y-Form einer Platte (4,
5. 6) mit jeweils einem Ende einer Ausnehmung (7) mit Y-Form einer benachbarten Platte überlappt angeordnet ist, insbeson- dere mit jeweils genau einem Ende einer Ausnehmung (7) mit Y- Form einer benachbarten Platte.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte (2 bis 6) aus mehreren identisch geformten, deckungsgleich übereinander gestapelten Teilplatten aufgebaut ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2 bis 6) eine Dicke im Bereich von 0.5 bis 20 Millimeter aufweisen und die Kanäle (8a, 8b) eine Dicke im Bereich von 1 bis 30 Millimeter aufweisen, oder dass die Platten (2 bis 6) eine Dicke im Bereich von 50 Mikrometer bis 1 Millimeter aufweisen und die Kanäle (8a, 8b) eine Dicke im Bereich 0.1 bis 5 Millimeter aufwei- sen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2 bis 6) aus einem Metall, insbesondere magnetisierbarem Eisen, Aluminium oder Kupfer bestehen oder ein Metall enthalten.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck-Platten (2, 6) aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, bestehen oder ein Metall enthalten und die weiteren Platten (3 bis 5) aus einem Kunststoff bestehen oder einen Kunststoff enthalten.
10. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass we- nigstens drei Platten (4, 5, 6) zu einem Plattenpaket derart übereinander gestapelt werden, dass wenigstens ein erster Kühlkanal (8a) durchgehend durch eine erste und durch eine zweite Platte (4, 5) des Plattenstapels entsteht und wenigs- tens ein vollständig räumlich vom wenigstens ersten Kühlkanal (8a) getrennter zweiter Kühlkanal (8b) durchgehend durch die zweite und die dritte Platte (5, 6) des Plattenstapels (1) entsteht, wobei die Kühlkanäle (8a, 8b) entlang wenigstens einer Richtung in einer Plattenebene durch Ausnehmungen (7) in den wenigstens drei Platten (4, 5, 6) gebildet werden, und die Ausnehmungen (7) benachbarter Platten teilweise, aber nicht vollständig überlappend angeordnet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) aus den Platten (4, 5, 6) ausgestanzt und/oder ausgebohrt und/oder gefräst und/oder geätzt und/oder mit Hilfe eines Lasers ausgebildet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) in jeder der Platten (4, 5, 6) in einer Ebene der jeweiligen Platte (4, 5, 6) in Form eines regelmäßigen Musters angeordnet werden, und dass die erste und die dritte Platte (4, 6) mit gleichem, um 90 Grad gegen- einander gedrehtem Muster ausgebildet werden, und dass die zwischen der ersten und dritten Platte (4, 6) angeordnete zweite Platte (5) mit einem Muster ausgebildet wird, welches sich als eine Überlagerung des Musters der ersten Platte (4) mit dem Muster der dritten Platte (6) ergibt, vorzugsweise mit einer Verschiebung der beiden Muster gegeneinander.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass alle Platten (2 bis 6) des Plattenpaketes so angeordnet werden, dass Ausnehmungen (7) von benachbarten Platten sich gegenseitig überlappen und nicht deckungsgleich angeordnet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2 bis 6) durch Klebung und/oder durch Schnappverbindung und/oder durch Lötung und/oder durch Schrauben verbunden werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Ausnehmungen (7) gebildeten Kühlkanäle (8a, 8b) von einem Fluid, insbesondere Wasser oder Luft durchströmt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kühlkanäle (8a, 8b) jeweils von einem Fluid durchströmt werden, wobei die wenigstens zwei Fluid- ströme sich in ihrer Temperatur unterscheiden und über die Platten (2 bis 6) ein Wärmeaustausch zwischen den voneinander getrennten Fluiden stattfindet.
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