WO2015185213A1 - Stapelscheibenwärmeübertrager - Google Patents

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WO2015185213A1
WO2015185213A1 PCT/EP2015/001129 EP2015001129W WO2015185213A1 WO 2015185213 A1 WO2015185213 A1 WO 2015185213A1 EP 2015001129 W EP2015001129 W EP 2015001129W WO 2015185213 A1 WO2015185213 A1 WO 2015185213A1
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heat exchanger
stacked
stapelscheibenwärmeübertragers
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flange
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PCT/EP2015/001129
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English (en)
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Inventor
Andreas Dränkow
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • 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
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • 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 stacked plate heat exchanger, consisting of a plurality of trough-shaped plates, which are stacked to form adjacent hollow chambers with their upstanding edges nesting at a distance and materially connected.
  • Such heat exchangers are generally fastened directly to the mating flange, for example an engine block, and are subjected to comparatively high lateral acceleration forces during operation.
  • the trough-shaped stacking disks are oriented in such a way that the edges of the individual pan disks point away from the counter flange.
  • the lowermost trough-shaped plate closest to the mating flange constitutes the weakest member in terms of strength.
  • this trough-shaped plate is exposed to the risk of deforming during operation, so that in the worst case, the heat exchanger is damaged and is no longer functional.
  • the lowest of the number of plates mounted on a base plate wherein the base plate in the base plate main plane has a recess into which the
  • Stacked disk heat exchanger can be used and connected to the base plate, as described in EP 2 295 916 A2. This base plate is used in addition to the stabilization of the stacking disks for attachment of the heat exchanger to a counter flange.
  • the base plate described must be much thicker and heavier than the individual stacking disks of the heat exchanger.
  • the object of the invention is to reduce the weight of the entire device and the production easier to design. This object is achieved by a stacked plate heat exchanger with the features of claim 1.
  • the base plate described can be dispensed with by replacing the outermost trough-shaped plate on the side of the heat exchanger facing the raised edges of the trough-shaped stacking disks with a somewhat more stable, likewise trough-shaped reinforcing disk, and by repositioning the stacked disk heat exchanger on the counter flange , Otherwise, it is customary to fasten the heat exchanger so that the edges of the trough-shaped plate point away from the counter flange. Here, however, they point to the counterflange. This makes it possible to use the edges and / or corresponding extensions of the edges of the reinforcing disk closest to the counterflange as fastening lugs for the entire component on the mating flange. By saving material and simplifying the manufacturing process, the production costs for the component can be reduced.
  • An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 2.
  • a further advantageous embodiment of the invention relates to the tightness of the system of stacked disk heat exchanger and counter flange, is specified in claim 4.
  • radial seals can be used with appropriate shaping of the mating flange.
  • the inventive use of these, the connecting piece circumferential radial seals reduces or avoids leakage loss during operation, which can occur in a prior art embodiment in the case of lifting the base plate of Stapelaminuza- transformer from the counter flange. In this process, the axial seals used in the prior art may lose their effect. This is avoided in an embodiment according to claim 3.
  • Fig. 1 shows a stacked disk heat exchanger according to the invention
  • suitable counterflange 2 shows a cross section of the Stapelaminebenübertragers and the mating flange of FIG. 1st
  • FIG. 1 In the upper part of Fig. 1, an embodiment of a stack Scheibenebenebenterrorismschreibers invention is shown.
  • the edges of trough-shaped, stacked plates 1 point down to a mating flange 7.
  • On the upper side of the stacked plate heat exchanger is completed with a reinforced plate 2.
  • the lower end is completed with a reinforced plate 3.
  • At the edges of this plate 3 there are tab-like extensions 4, with which the stacked plate heat exchanger can be mounted on a mating flange 7 shown in the lower part of Fig. 1.
  • two sockets 5 When assembling the Stapelaminkorübertragers and the mating flange two sockets 5 are fitted into corresponding holes in the flange 7. This results in a cavity for radial seals 6.
  • the assembly is facilitated by a sunken into the mating flange 7 groove 9, in which the edge of the reinforcing plate 3 is fitted.
  • Fig. 2 shows a cross section of the two nested components of Fig. 1.
  • a cavity is visible in which the radial seal 6 is located after the connection of the Stapelaminkorübertragers and the mating flange.
  • screws 8 are visible, with which the tabs 4 can be attached to the flange 7, as proposed in claim 5.

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  • Thermal Sciences (AREA)
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Abstract

Stapelscheibenwärmeübertrager, bestehend aus einer Anzahl von ineinander gestapelten Platten (1), der an beiden Enden mit Verstärkungsplatten (2, 3) verstärkt ist. Die Ränder der gegenflanschseitigen Verstärkungsplatte (3) zeigen zum Gegenflansch (7) hin und können an diesem befestigt werden. Fakultativ dienen hierzu laschenartige Fortsätze (4) des Randes der unteren Verstärkungsscheibe (3). Es besteht die Möglichkeit, ein zu kühlendes Fluid über Stutzen (5) in den Stapelscheibenwärmeübertrager ein- oder auszulassen. Die Dichtung kann hierbei über Radialdichtungen (6) realisiert werden.

Description

Stapelscheibenwärmeübertrager
Die Erfindung betrifft einen Stapelscheibenwärmeübertrager, bestehend aus mehreren wannenförmigen Platten, die zur Bildung von benachbarten Hohlkammern mit ihren hochstehenden Rändern ineinander liegend auf Abstand gestapelt und stoffschlüssig verbunden sind.
Stapelscheibenwärmeübertrager dieser Art sind aus der EP 0 623 798 A2 bekannt.
Solche Wärmeübertrager werden im Allgemeinen unmittelbar am Gegenflansch, beispielsweise einem Motorblock, befestigt und sind im Betrieb vergleichsweise hohen Querbeschleunigungskräften unterworfen. Die wannenförmigen Stapelscheiben sind da- bei so orientiert, dass die Ränder der einzelnen Wannenscheiben vom Gegenflansch wegzeigen. Bei solchen Bauarten bildet die unterste, dem Gegenflansch am nächsten befindliche wannenförmige Platte das schwächste Glied im Hinblick auf die Festigkeit. Insbesondere diese wannenförmige Platte ist der Gefahr ausgesetzt, sich im Betrieb zu verformen, so dass im schlimmsten Fall der Wärmeübertrager beschädigt wird und nicht mehr funktionsfähig ist. Zur Erhöhung der Stabilität wird nach dem Stand der Technik die unterste der Anzahl von Platten auf einer Grundplatte befestigt, wobei die Grundplatte in der Grundplattenhauptebene eine Vertiefung aufweist, in die der
Stapelscheibenwärmeübertrager eingesetzt und mit der Grundplatte verbunden werden kann, wie es in der EP 2 295 916 A2 beschrieben ist. Diese Grundplatte dient neben der Stabilisierung der Stapelscheiben zur Befestigung des Wärmeübertragers an einem Gegenflansch.
Die beschriebene Grundplatte muss aus Stabilitätsgründen sehr viel dicker und schwerer sein als die einzelnen Stapelscheiben des Wärmeübertragers. Aufgabe der Erfindung ist es, das Gewicht des gesamten Bauelements zu reduzieren und die Herstellung einfacher zu gestalten. Diese Aufgabe wird durch einen Stapelscheibenwärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Auf die beschriebene Grundplatte kann verzichtet werden, indem die äußerste wannen- förmige Platte auf der Seite des Wärmetauschers, zu der die hochgebogenen Ränder der wannenförmigen Stapelscheiben hinzeigen, durch eine etwas stabilere, ebenfalls wannenförmige Verstärkungsscheibe ersetzt wird und der Stapelscheibenwärmeübertrager umgedreht auf dem Gegenflansch befestigt wird. Sonst ist es üblich, den Wärmeübertrager so zu befestigen, dass die Ränder der wannenförmigen Platte vom Gegenflansch wegzeigen. Hier hingegen zeigen sie zum Gegenflansch hin. Dadurch wird es möglich, die Ränder und/oder entsprechende Fortsätze der Ränder der dem Gegenflansch am nächsten befindlichen Verstärkungsscheibe als Befestigungslaschen für das gesamte Bauelement am Gegenflansch zu nutzen. Durch die Materialeinsparung und die vereinfachte Herstellungsweise können die Produktionskosten für das Bauteil gesenkt werden.
Neben der erwünschten Gewichtsreduzierung ergibt sich als weiterer Vorteil eine geringere Belastung für die dem Gegenflansch am nächsten befindliche Verstärkungs- scheibe, da dieses Teil durch die andere Art der Befestigung im Vergleich zum Stand der Technik keiner Biegespannung mehr ausgesetzt ist, sondern lediglich einer Zugbeanspruchung unterliegt.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist eine Reduzierung der Häufig- keit von druckbedingten Undichtigkeiten. Beim Betrieb eines Stapelscheibenwärmeübertragers kommt es zu einer Erhöhung des Innendrucks. Bei einer Anbringung des Stapelscheibenwärmeübertragers an einem Gegenflansch nach dem Stand der Technik führt dies zu einer Biegewechselspannung in den Verbindungsstellen zwischen dem Stapelscheibenblock und der Grundplatte, die auf dem Gegenflansch beispielsweise mit Schrauben befestigt ist. Risse in dieser Verbindungsstelle können die Dichtigkeit des gesamten Wärmeübertragers beeinflussen und so dessen Funktion in Frage stellen. Dieses Problem wird bei einer
erfindungsgemäßen Ausführung eines Stapelscheibenwärmeübertragers und der hier vorgeschlagenen Anbringung am Gegenflansch vollständig vermieden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Durch das Vorhandensein einer Nut im Gegenflansch, in die der Rand und/oder auch eventuell vorhandene Laschen der gegenflanschseitigen Verstärkungsplatte ganz oder teilweise passen, werden die Positionierung des Stapelscheibenwärmetauschers bei seiner Anbringung und die spätere Befestigung am Gegenflansch erleichtert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung die Dichtigkeit des Systems aus Stapelscheibenwärmeübertrager und Gegenflansch betreffend, ist im Anspruch 4 angegeben. Durch das Einstecken von am Wärmeübertrager befestigten Stutzen in den Gegenflansch können bei entsprechender Ausformung des Gegenflansches Radialdichtungen eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Einsatz von diesen, die Verbindungsstutzen umlaufenden Radialdichtungen, reduziert bzw. vermeidet einen Dichtigkeitsverlust während des Betriebs, zu dem es bei einer Ausführung nach dem Stand der Technik im Falle eines Abhebens der Grundplatte des Stapelscheibenwärme- Übertragers vom Gegenflansch kommen kann. Bei diesem Vorgang können die nach dem Stand der Technik verwendeten axialen Dichtungen ihre Wirkung verlieren können. Dies wird bei einer Ausführung nach Anspruch 3 vermieden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher er- läutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmeübertrager und den dazu
passenden Gegenflansch, Fig. 2 einen Querschnitt des Stapelscheibenwärmeübertragers und des Gegenflansches aus Fig. 1.
Im oberen Teil von Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stapel- Scheibenwärmeübertragers gezeigt. Die Ränder von wannenförmigen, ineinander gestapelten Platten 1 zeigen nach unten zu einem Gegenflansch 7 hin. An der oberen Seite ist der Stapelscheibenwärmeübertrager mit einer verstärkten Platte 2 abgeschlossen. Auch das untere Ende ist mit einer verstärkten Platte 3 abgeschlossen. An den Rändern dieser Platte 3 befinden sich laschenartige Fortsätze 4, mit denen der Stapelscheiben- Wärmeübertrager auf einem im unteren Teil von Fig. 1 abgebildeten Gegenflansch 7 befestigt werden kann. Beim Zusammenfügen des Stapelscheibenwärmeübertragers und des Gegenflansches werden zwei Stutzen 5 in entsprechende Löcher im Gegenflansch 7 eingepasst. Dabei entsteht ein Hohlraum für Radialdichtungen 6. Das Zusammenfügen wird durch eine in den Gegenflansch 7 eingelassene Nut 9, in die der Rand der Ver- stärkungsplatte 3 eingepasst wird, erleichtert.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der beiden ineinandergefügten Bauteile aus Fig. 1. Dabei wird insbesondere ein Hohlraum sichtbar, in dem sich die Radialdichtung 6 nach der Verbindung des Stapelscheibenwärmeübertragers und des Gegenflansches befindet. Außerdem sind Schrauben 8 sichtbar, mit denen die Laschen 4 am Gegenflansch 7 befestigt werden können, wie in Anspruch 5 vorgeschlagen.

Claims

Ansprüche
1. Stapelscheibenwärmeübertrager, aufweisend:
- eine Anzahl von warzenförmigen Platten (1) mit einem hochstehenden Rand, wobei die Platten zur Bildung von benachbarten Hohlkammern mit dem Rand ineinander liegend auf Abstand gestapelt und gefügt sind, und
- an beiden Enden des Stapelscheibenwärmeübertragers abschließende, ebenfalls wannenförmige, Verstärkungsplatten (2, 3), vorgesehen sind; dadurch gekennzeichnet, dass an den Rändern der einem Gegenflansch (7) zugewandten Verstärkungsplatte (3), deren Ränder vom Stapel weg zeigen, eine Vorrichtung vorgesehen ist, um den gesamten Wärmeübertragerstapel an dem Gegenflansch (7) zu befestigen.
2. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch ,
dadurch gekennzeichnet, dass die gegenflanschseitige der Verstärkungsplatten (3) des Stapelscheibenwärmeübertragers und der Gegenflansch (7) so geformt sind, dass der Rand der Verstärkungsplatte in eine nicht notwendiger Weise ganz umlaufende Nut (9) am Gegenflansch passt.
3. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die gegenflanschseitige Verstärkungsplatte (3) so dimensioniert ist, dass ein Teil des Randes oder der gesamte Rand den Gegenflansch (7) formschlüssig überlappt. Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der gegenflanschseitigen der beiden
Verstärkungsplatten (3) mindestens ein Stutzen (5) angebracht ist, durch den das zu kühlende Fluid in den Stapelscheibenwärmeübertrager geführt oder aus diesem abgeleitet wird und zwischen dem Stutzen (5) und einer Bohrung im Gegenflansch (7), in die der Stutzen gesteckt wird, eine umlaufende Radialdichtung angeordnet ist.
Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des
Stapelscheibenwärmeübertragers am Gegenflansch (7) sich am Rand der unteren Verstärkungsplatte (3) befindet.
Stapelscheibenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des Stapelscheibenwärmeübertragers am Gegenflansch mindestens eine am Rand der unteren Verstärkungsplatte (3) des Stapelscheibenwärmeübertragers angeformte Lasche (5) umfasst.
Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des
Stapelscheibenwärmeübertragers mittels durch entsprechende Gewindebohrungen am Gegenflansch (7) gedrehte Schrauben (8) befestigt ist.
Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des Stapelscheibenwärmeübertragers durch Verstiften mit dem Gegenflansch (7) verbunden wird.
9. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des
Stapelscheibenwärmeübertragers durch Crimpen mit dem Gegenflansch (7) ver- bunden wird.
10. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des Stapelscheibenwärmeübertragers durch Klipsen mit dem Gegenflansch (7) verbunden wird.
11. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des Stapelscheibenwärmeübertragers durch mindestens einen Splint mit dem Gegenflansch (7) verbunden wird.
12. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des Stapelscheibenwärmeübertragers durch Einrasten mit dem Gegenflansch (7) ver- bunden wird.
13. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Befestigung des Stapelscheibenwärmeübertragers stoffschlüssig mit dem Gegenflansch (7) verbunden wird.
14. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Radialdichtung (6) einen O-Dichtring umfasst.
15. Stapelscheibenwärmeübertrager nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Radialdichtung (6) einen X-Dichtring umfasst.
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