WO2022074078A1

WO2022074078A1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: WO2022074078A1
Application number: PCT/EP2021/077617
Authority: WO
Inventors: Hans-Jürgen Palm; Angelique LEIFER; Erik ROSENTHAL
Original assignee: Akg Verwaltungsgesellschaft Mbh
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2022-04-14
Also published as: DE202020105759U1

Abstract

Ein Wärmeaustauscher (1) weist einen zwischen zwei Endplatten (2, 3, 11) angeordneten Stapel von ersten Rahmen (4), zweiten Rahmen (5, 7) und zwischen den Rahmen (4, 5, 7) angeordneten ersten Trennplatten (6) zur Ausbildung von medienführenden Mediumpassagen zur Durchleitung von wenigstens zwei verschiedenen Medien sowie zwischen den Mediumpassagen von diesen getrennt angeordneten Leckagepassagen sowie in den Mediumpassagen und/oder den Leckagepassagen aufgenommene Turbulatoren (12, 13) auf, wobei die Endplatten (2, 3, 11) Einlässe (25) zur Zuführung der Medien in die Passagen und Auslässe (25) zur Abführung aus den Passagen aufweisen, wobei jeder der ersten Rahmen (4) einen äußeren geschlossenen ersten Rahmenabschnitt (26) und den ersten Rahmenabschnitt (26) in eine zentrale Durchflusskammer (17) sowie wenigstens zwei Sammelkanäle (18) unterteilende zweite Rahmenabschnitte (27) aufweist, wobei jede der ersten Trennplatten (6) wenigstens vier auf die Einlässe (25) und Auslässe (25) ausgerichtete Durchgänge (24) zum Durchlass der Medien aufweist, wobei jeder der ersten Rahmen (4) dritte Rahmenabschnitte (28) aufweist, die den ersten Rahmen (4) in die Durchflusskammer (17), die wenigstens zwei Sammelkanalbereiche (18) und zwei Leckagebereiche (19) unterteilen, und dass jeder der zweiten Rahmen (5, 7) einen einen Leckagebereich (20) bildenden ersten Rahmenabschnitt (29) und wenigstens zwei Sammelkanalbereiche (18) bildende geschlossene zweite Rahmenabschnitte (30) aufweist, die auf jeweilige Durchgänge (24) der ersten Trennplatten (6) zum Durchlass der Medien ausgerichtet sind.

Description

Wärmeaustauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Ein gattungsgemäßer Wärmeaustauscher ist beispielsweise aus der DE 20 2009 015 586 U1 bekannt. Der darin beschriebene Wärmeaustauscher besteht aus einer Vielzahl von zwischen Endplatten angeordneten Rahmen und dazwischen angeordneten Trennplatten zur Ausbildung von zwei voneinander getrennten Fluidkanälen für zwei bevorzugt in Gegen- oder Gleichstrom relativ zueinander geführten Medien zum Austausch von Wärmeenergie zwischen den Medien.

Um zu verhindern, dass die beiden Medien im Falle einer Leckage in den Durchflussbereich des jeweils anderen Mediums gelangen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zwischen den Medienpassagen Leckagepassagen vorzusehen, beispielsweise durch Anordnung von Doppelwandungen zwischen den einzelnen Mediumpassagen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Wärmeaustauscher dahingehend weiterzuentwickeln, dass auch im Bereich der Sammelkanäle, die mit jeweiligen Mediumpassagen fluidisch verbunden sind, eine Trennung der Medien erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher weist einen zwischen zwei Endplatten angeordneten Stapel von ersten Rahmen, zweiten Rahmen und zwischen den Rahmen angeordneten Trennplatten zur Ausbildung von medienführenden Mediumpassagen zur Durchleitung von wenigstens zwei verschiedenen Medien sowie zwischen den Mediumpassagen von diesen getrennt angeordneten Leckagepassagen auf.

Der Wärmeaustauscher weist des Weiteren in den Mediumpassagen und/oder den Leckagepassagen aufgenommene Turbulatoren auf. Die Endplatten weisen Einlässe zur Zuführung der Medien in die Passagen und Auslässe zur Abführung der Medien aus den Passagen auf.

Jeder der ersten Rahmen weist einen äußeren geschlossenen ersten Rahmenabschnitt auf sowie den ersten Rahmenabschnitt in eine zentrale Durchflusskammer sowie wenigstens zwei Sammelkanäle unterteilende zweite Rahmenabschnitte auf.

Jede der Trennplatten weist wenigstens vier auf die Einlässe und Auslässe ausgerichtete Durchgänge zum Durchlass der Medien auf.

Jeder der ersten Rahmen weist dritte Rahmenabschnitte auf, die den ersten Rahmen in die Durchflusskammer, die wenigstens zwei Sammelkanalbereiche und zwei Leckagebereiche unterteilen.

Jeder der zweiten Rahmen weist einen ersten Rahmenabschnitt, der einen Leckagebereich bildet, und wenigstens zwei Sammelkanalbereiche bildende geschlossene zweite Rahmenabschnitte auf, die auf jeweilige Durchgänge der Trennplatten zum Durchlass der Medien ausgerichtet sind.

Mit einem solchen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher ist neben der zuverlässigen Vermeidung der Mischung der beiden Medien im Fall einer Leckage im Bereich der Trennbleche zwischen den beiden medienführenden Passagen sowie auch eine zuverlässige Verhinderung der Mischung der beiden Medien im Sammlerbereich, d.h. nahe der Sammelkanäle und Durchgänge ermöglicht.

Vorteilhafte Ausführungsvananten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Leckagebereiche der zweiten Rahmen zu Seitenrändern der Ebene, in der die zweiten Rahmen angeordnet sind, hin offen.

Dies ermöglicht ein Abfließen eventuell auftretender Leckagemengen über die seitlichen Öffnungen der zweiten Rahmen.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind in einer Ebene des Stapels zwei zweite Rahmen angeordnet, zwischen denen ein einen ersten Leckagebereich zumindest teilweise ausfüllender Turbulator eingelegt ist, wobei der Turbulator an nicht an die zweiten Rahmen angrenzende Seitenränder hin offen ist.

Die zweiten Rahmen bilden bei dieser Ausführungsvariante im Wesentlichen den Sammlerbereich des Wärmeaustauschers. Tritt eine Leckage unmittelbar im Bereich der Durchflusskammern auf, wird das Leckagefluid in einer zentralen Leckagepassage, in der der Turbulator angeordnet ist, aufgefangen und entlang der Kanäle des Turbulators an die Seitenränder und von dort nach außen geführt.

Tritt die Leckage im Bereich der ersten Rahmen nahe den Sammelkanälen auf, so kann das Leckagefluid über die in diesem Bereich angeordneten Leckagepassagen der zweiten Rahmen entweder in Richtung des Turbulators oder über eine Öffnung im zweiten Rahmen nach außen abgeführt werden.

In einer alternativen Ausführungsvariante sind die Leckagebereiche der zweiten Rahmen zu Seitenrändern der Ebene, in der die zweiten Rahmen angeordnet sind, hin geschlossen.

In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsvariante ist in einer Ebene des Stapels jeweils ein einziger zweiter Rahmen angeordnet, mit einem äußeren geschlossenen ersten Rahmenabschnitt und den ersten Rahmenabschnitt in einen zentralen Leckagebereich sowie wenigstens zwei Sammelkanäle unterteilende zweite Rahmenabschnitte.

An diesen zentralen Leckagebereich schließen sich Leckageöffnungen in den darunter liegenden Trennplatten an, so dass eventuell auftretendes Leckagefluid über diese Leckageöffnungen in den Trennplatten und den gegebenenfalls weiteren Leckagebereichen weiterer darunter liegender Rahmen bis zum Bodenbereich des Wärmeaustauschers abfließen und dort über eine als Bodenplatte ausgebildete Endplatte abfließen kann.

So ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante die Endplatte in einen Bodenbereich des Stapels mit wenigstens einem Leckagedurchlass zur Zuführung von Leckagefluid in einen an der Unterseite der Endplatte befestigten Leckageauslass ausgebildet.

Besonders bevorzugt ist in einem Bodenbereich des Stapels eine unter einem ersten Rahmen angeordnete Leckageplatte mit unter den Leckagebereichen des ersten Rahmens vorgesehenen Leckagedurchlässen angeordnet, an die sich weiter nach unten eine Sammelrinnenplatte mit einer die Leckagedurchlässe verbindenden Sammelrinne anschließt, die auf der als Bodenendplatte ausgebildeten Endplatte mit einem Leckagedurchlass zur Zuführung von Leckagefluid in einen an der Unterseite der Endplatte befestigten Leckageauslass aufliegt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers erstrecken sich in einen Bereich der zweiten Rahmen nahe der Sammelkanalbereiche Rippen.

Diese Rippen dienen dabei insbesondere der Stabilitätsverbesserung des Stapels übereinander angeordneter Rahmen und Trennplatten.

Gemäß einer dazu alternativen Variante ist zumindest ein Teilabschnitt des ersten Rahmenabschnitts der zweiten Rahmen, der durch einen Abschnitt des Leckagebereichs von den zweiten Rahmenabschnitten getrennt ist, als Vollmaterialbereich ausgebildet.

Dieser Vollmaterialbereich dient dabei der nochmals weiteren Stabilisierung des Stapels übereinander angeordneter Rahmen und Trennplatten.

Die Bestandteile des Wärmeaustauschers, insbesondere die Rahmen und die zwischen diesen angeordneten Trennplatten sind bevorzugt stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verlötet, verschweißt, geklebt oder auch gedruckt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers werden die Leckagebereiche zur Befüllung mit einem Wärmespeichermedium anstelle der Nutzung als Leckageraum genutzt.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 a und 1 b isometrische Darstellungen einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers aus unterschiedlichen Perspektiven, Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Wärmeaustauschers gemäß der Fig. 1 a und 1 b,

Fig. 3 und 4 Draufsichten auf eine Ausführungsvariante eines ersten Rahmens, der in dem Stapel abwechselnd in der in Fig. 3 gezeigten Ausrichtung und in der in Fig. 4 gezeigten Ausrichtung eingelegt ist, mit darin eingelegtem Turbulator,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsvariante einer Leckagepassage mit zwei zweiten Rahmen und einem dazwischen angeordneten Turbulator,

Fig. 5a eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsvariante einer Leckagepassage mit zwei zweiten Rahmen und einem dazwischen angeordneten Turbulator,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein erstes Trennblech,

Fig. 7a und 7b isometrische Darstellungen einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers,

Fig. 8 eine der Fig. 2 entsprechende Explosionsdarstellung des in den Fig. 7a und 7b gezeigten Wärmeaustauschers,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvariante eines zweiten Rahmens mit darin eingelegtem Turbulator,

Fig. 10 eine Draufsicht auf ein weiteres Trennblech,

Fig. 11 bis 13 Draufsichten auf der Sammlung von Leckage dienenden weiteren Platten,

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Durchflusses der beiden Medien durch den in den Fig. 7a und 7b dargestellten Wärmeaustauscher,

Fig. 15a und 15b isometrische Darstellungen einer weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, insbe- sondere zur Nutzung in Verbindung mit einem in den Leckagepassagen eingefüllten Wärmespeichermedium,

Fig. 16 eine der Fig. 2 entsprechende Explosionsdarstellung des in den Fig. 15a und 15b gezeigten Wärmeaustauschers,

Figuren 17-20 Draufsichten auf weitere Ausführungsvananten eines ersten Kanals, eines zweiten Kanals mit jeweils darin eingelegten Turbulatoren und eines weiteren Trennblechs,

Fig. 21 und 22 Draufsichten auf eine weitere Ausführungsvariante eines ersten Rahmens zur Ermöglichung einer I-Durchströmung, mit darin eingelegtem Turbulator,

Fig. 23 und 24 Draufsichten auf eine weitere Ausführungsvariante eines ersten Rahmens zur Ermöglichung einer U-Durchströmung, mit darin eingelegtem Turbulator, und

Fig. 25 bis 28 schematische Darstellungen weiterer Durchflussvarianten der beiden Medien durch mit entsprechenden Trennblechen, ersten Rahmen, zweiten Rahmen sowie entsprechend positionierten Ein- und Auslässen ausgestatteten Wärmeaustauschern.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, Endplatten, erste Rahmen, zweite Rahmen, Trennplatte, Turbulatoren und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.

Anhand der Figuren 1 bis 6 wird eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1 beschrieben.

Die Figuren 1 a und 1 b zeigen dabei unterschiedliche perspektivische Ansichten dieser Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers 1. Der Wärmeaustauscher 1 weist, wie in der Explosionsdarstellung in Figur 2 dargestellt ist, einen zwischen zwei Endplatten 2, 3 angeordneten Stapel von ersten Rahmen 4, zweiten Rahmen 5 und zwischen den Rahmen 4, 5 angeordneten Trennplatten 6 zur Ausbildung von medienführenden Mediumpassagen zur Durchleitung von wenigstens zwei verschiedenen Medien sowie zwischen den Mediumpassagen von diesen getrennt angeordneten Leckagepassagen auf.

Wie in Figur 2 zu erkennen ist, wird eine solche Mediumpassage durch einen ersten Rahmen 4 und diesen nach oben und unten abdeckenden Trennplatten 6 bzw. einer Trennplatte 5 und einer Endplatte 2, 3 gebildet.

Eine Detaildarstellung eines solchen ersten Rahmens 4 ist in den Figuren 3 und 4 gezeigt. Die in den Figuren 3 und 4 gezeigten ersten Rahmen 4 sind dabei prinzipiell identisch ausgebildet, wobei der in Figur 4 gezeigte erste Rahmen 4 um 180° um eine gedachte, in der Ebene des ersten Rahmens 4 sich erstreckende Mittelachse gedreht ist.

Der erste Rahmen 4 besteht dabei aus einem äußeren geschlossen ersten Rahmenabschnitt 26, der durch zweite Rahmenabschnitte 27 und dritte Rahmenabschnitte 28 insgesamt fünf Flächenbereiche definiert.

Durch Abschnitte des ersten Rahmenabschnitts 26 und des dritten Rahmenabschnitts 28 begrenzt ist eine zentrale Durchflusskammer 17, die über in den Eckbereichen, wie in Figur 2 zu erkennen ist, mit darüber und/oder darunter befindlichen Durchlässen 24 der Trennplatten 6 und Sammelkanälen 18 in darunter oder darüber liegenden ersten Rahmen 4 oder zweiten Rahmen 5 verbunden ist und einen Verbindungskanal für ein erstes Medium bildet.

Das erste Medium kann dabei beispielsweise über einen in Figur 2 dargestellten unteren vorderen Einlass 15 mit einem an der oberen Endplatte 2 rechts hinten angeordneten Auslass 15 zwei diagonal gegenüber angeordnete Kanäle für das erste Medium bilden.

Ein von diesem getrenntes zweites Medium durchfließt den in Figur 3 gezeigten ersten Rahmen 4 durch die zweiten Rahmenabschnitte 27 separierten Sammelkanäle 18, so dass das zweite Medium nicht in die zentrale Durchflusskammer 17 dieses ersten Rahmens 4 gelangen kann. Bei dem in Figur 4 gezeigten ersten Rahmen 4, der durch zwei Trennplatten 6 und eine Ebene zweiter Rahmen 5 von dem in Figur 3 gezeigten ersten Rahmen 4 getrennt angeordnet ist, gelangt das zweite Medium in die zentrale Durchflusskammer 17, während das erste Medium durch die Sammelkanäle 18 durchgeführt wird, ohne in die zentrale Durchflusskammer 17 des Rahmens 4 zu gelangen.

Das erste bzw. zweite Medium verteilt sich jeweils dabei in der jeweiligen zentralen Durchflusskammer 17.

Zur Verbesserung eines Wärmeübertrags auf darunter oder darüber liegende Ebenen ist in den zentralen Durchflusskammern 17 jeweils ein Turbulator 12 eingelegt. Der Turbulator 12 kann sich dabei, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, über einen zentralen Teilbereich der Durchflusskammern 17 erstrecken. Denkbar ist auch, dass der Turbulator 12 sich bis über die Eintritts- bzw. Austrittskanäle der Durchflusskammer erstreckt.

Die Turbulatoren 12 können dabei beispielsweise in Gestalt von Wellplatten ausgebildet sein, mit runden oder rechteckig geformten Wellrippen.

Die Durchflusskammern 17 sind bevorzugt so gestaltet, dass eine gleichmäßige Verteilung des durchströmenden Mediums auf den Turbulator 12 erfolgt und der Druckverlust im Medium minimiert wird.

Insbesondere im Falle einer X-förmigen Durchströmung der zentrale Durchflusskammern 17, wie sie durch die gemäß den Figuren 3 und 4 ausgebildeten ersten Rahmen 4 bewirkt wird, weisen die Turbulatoren 12 in den Rippenwänden bevorzugt Öffnungen, z.B. in Form von Kiemen oder Löchern, auf. Denkbar ist auch eine Offset-Ausführung der Turbulatoren 12.

Wie weiter in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, begrenzen dritte Rahmenabschnitte 28 jedes der ersten Rahmen 4 zusammen mit den zweiten Rahmenabschnitten 27 und Abschnitten des ersten Rahmenabschnitts 26 zwei Leckagebereiche 19, die der Aufnahme von Leckageflüssigkeit dienen.

Wie in Figur 5 gezeigt, ist die zwischen zwei Trennplatten 6 eingelegte Leckagepassage hier aus zwei in einer Ebene des Stapels angeordnete zweite Rahmen 5 gebildet, zwischen denen ein einen ersten Leckagebereich 20 zumindest teilweise ausfüllender weiterer Turbulator 13 eingelegt ist. Auch dieser Turbulator 13 ist bevorzugt in Gestalt eines Wellrippenbleches ausgebildet, wobei die Wellrippen hier sich in einer Richtung senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den beiden zweiten Rahmen 5 erstrecken und zu den beiden nicht an die zweiten Rahmen 5 angrenzenden Rändern hin offen sind, so dass eventuell auftretende Leckageflüssigkeit, die beispielsweise durch eine Leckage in einer darüber liegenden Trennplatte 6 in den Leckagebereich 20 eintritt, an einer der Längsseiten des Wärmeaustauschers 1 austreten kann.

Wie weiter in Figur 5 erkennbar ist, liegen in einer Richtung senkrecht zu den einzelnen Ebenen die Turbulatoren 12, 13, durch die Trennplatten 6 voneinander getrennt, direkt übereinander, während die zweiten Rahmen 5 direkt unter bzw. über den Leckagebereichen 19, den Sammelkanälen 18 und seitlichen Bereichen der Durchflusskammern 17 positioniert sind.

Die zweiten Rahmen 5 weisen dabei einen ersten Rahmenabschnitt 29, der einen Leckagebereich 20 bildet, und wenigstens zwei geschlossene zweite Rahmenabschnitte 30 auf, die Sammelkanalbereiche 18 bilden, die auf jeweilige Durchlässe 24 der Trennplatten 6 zum Durchlass der Medien ausgerichtet sind.

Die Trennplatten 6 weisen entsprechend vier auf die Einlässe 25 und Auslässe 25 ausgerichtete Durchlässe 24 zum Durchlass der Medien auf.

Zum Durchlass eventueller Leckageflüssigkeit weisen die Trennplatten 6 darüber hinaus zwischen zwei jeweiligen seitlich angeordneten Durchgängen 24 Leckageöffnungen 23 auf.

Bei den in Figur 5 gezeigten zweiten Rahmen 5 ist zentral an der Schmalseite eine Leckageöffnung 21 vorgesehen, durch die in diesen Seitenbereichen gegebenenfalls auftretende Leckageflüssigkeit aus dem Wärmeaustauscher 1 seitlich ausfließen kann.

Wie Figur 5 weiter zu entnehmen ist, ist ein zentraler, dem Turbulator 13 zugewandter Bereich der zweiten Rahmen 5 mit einer Vielzahl von Rippen 31 ausgebildet, die so angeordnet sind, dass gegebenenfalls in diesen Bereich gelangende Leckageflüssigkeit in Richtung des Turbulators 13 abfließen kann. In Figur 5a ist eine alternative Ausführungsvariante der zweiten Rahmen 5 gezeigt, bei der zumindest ein Teilabschnitt des ersten Rahmenabschnitts 29, der durch einen Abschnitt des Leckagebereichs 20 von den zweiten Rahmenabschnitten 30 getrennt ist, als Vollmatenalbereich ausgebildet ist. Dieser Teilabschnitt des ersten Rahmenabschnitts 29 besteht in der hier gezeiogten Ausführungsvariante aus dem zentralen, dem Turbulator 13 zugewandten Bereich der zweiten Rahmen 5. Dadurch wird eine gegenüber der oben beschriebenen Variante nochmals verbesserte Festigkeit des Stapels erreicht.

Insgesamt ermöglicht diese in den Figuren 1 bis 6 gezeigte Ausführung einen jeweiligen seitlichen Austritt von eventuell auftretender Leckageflüssigkeit aus einer der Mediumpassagen über die seitlichen Öffnungen der zweiten Rahmen 5 bzw. durch die zwischen den zweiten Rahmen 5 angeordneten zentralen Leckagebereich 20, in dem der Turbulator 13 platziert ist.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1 wird nun anhand der Figuren 7 bis 14 beschrieben.

Im Gegensatz zu der anhand der Figuren 1 bis 6 beschriebenen ersten Ausführungsvariante kann bei dieser Variante eventuell auftretende Leckageflüssigkeit nicht seitlich aus dem Wärmeaustauscher 1 austreten, sondern wird innerhalb des Wärmeaustauschers 1 bis zu einem Boden des Wärmeaustauschers 1 geführt und kann dort über einen zentralen Leckageauslass 22 austreten.

Die ersten Rahmen 4 entsprechen bei dieser Ausführungsvariante den ersten Rahmen 4 der anhand der Figuren 1 bis 6 beschriebenen ersten Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers 1 .

Bei dieser zweiten Ausführungsvariante sind, wie in den Figuren 7a und 7b sowie in Figur 8 dargestellt ist, ein Einlass und Auslass 14 für ein erstes Medium direkt vertikal übereinander und ein Einlass und Auslass 15 für das zweite Medium ebenfalls direkt vertikal übereinander angeordnet.

Um hier eine Durchströmung in den Durchflusskammern 17 zu erzwingen, ist etwa mittig in dem Stapel eine Trennplatte 8 angeordnet, die anstelle der vier Durchlässe 24 an den Eckbereichen der Trennplatte 6 nur zwei solcher Durchlässe 24 an einer Schmalseite der Trennplatte 6 aufweist, die in der Ebene der Trennplatte 8 betrachtet, an den den Ein- und Auslässen 14, 15 gegenüberliegenden Seite der Trennplatte 8 vorgesehen sind. Im Übrigen weist auch diese Trennplatte 8 zwei an gegenüberliegenden Schmalseiten angeordnete Leckageöffnungen 23 auf.

Die ersten Rahmen 4 entsprechen in ihrer Formgestalt denen des beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, wie es in den Figuren 1 bis 6 gezeigt ist.

Im Gegensatz zu den beiden in einer Ebene durch einen Turbulator 13 voneinander getrennten zwei zweiten Rahmen 5 ist der hier die Leckagepassage bildende zweite Rahmen 7 so ausgebildet, dass er sich über die gesamte Ebene erstreckt.

Dieser zweite Rahmen 7 ist zu den Seitenrändern der Ebene, in der die zweiten Rahmen 5 angeordnet sind hin geschlossen.

Der zweite Rahmen 7 weist, ähnlich dem ersten Rahmen 4, einen äußeren geschlossenen ersten Rahmenabschnitt 29 auf und den ersten Rahmenabschnitt 29 in einem zentralen Leckagebereich 20 sowie wenigstens vier Sammelkanäle 18 unterteilende zweite Rahmenabschnitte 30 auf.

Die vier Sammelkanäle 18 sind auch hier bevorzugt in den Eckbereichen des zweiten Rahmens 7 ausgebildet.

Im zentralen Leckagebereich 20 ist auch in dieser Ausführungsvariante ein Turbulator 12 eingelegt, der bevorzugt dem Turbulator 12 entspricht, die auch in die ersten Rahmen 4 eingelegt sind.

Angrenzend an die Schmalseiten des Turbulators 12 ist auch bei dem zweiten Rahmen 7 eine labyrinthartige Rippenstruktur 31 vorgesehen, wobei der zwischen den Sammelkanälen 18 ausgebildete Leckagebereich 20 mit dem zentralen Leckagebereich 20 fluidisch verbunden ist.

Eventuell auftretendes Leckagefluid fließt hier über den zentralen Leckagebereich 20 und die darunter angeordneten Leckageöffnungen 23 in den Trennplatten 6, 8 und die Leckagebereiche 19 der ersten Rahmen 4 bis hinunter zur unteren Endplatte 11 .

Die untere Endplatte 11 ist im Gegensatz zu der Endplatte 3 mit einem Leckagedurchlass 33 ausgebildet. Bevorzugt ist in einem Bodenbereich des Stapels eine unter einem ersten Rahmen 4 angeordnete Leckageplatte 9, gezeigt in Figur 11 mit unter den Leckagebereichen 19 des ersten Rahmens 4 vorgesehenen Leckagedurchlässen 33 angeordnet. Unter dieser Leckageplatte 9 ist eine Sammelrinnenplatte 10, gezeigt in Figur 12, angeordnet, die neben den Durchgängen 24 für den Durchgang der Medien eine die in der Leckageplatte 9 vorgesehenen Leckagedurchlässe 33 verbindende Sammelrinne 32 aufweist.

Unter dieser Sammelrinnenplatte 10 ist dann die Endplatte 11 angeordnet, mit dem zuvor angesprochenen Leckagedurchlass 33, der die Zuführung von Leckagefluid in den an der Unterseite der Endplatte 11 befestigten Leckageauslass 22 ermöglicht.

Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Durchflusses der beiden Medien durch den Wärmeaustauscher 1 , wobei Si den prinzipiellen Pfad des ersten Mediums und S2 den Pfad des zweiten Mediums beschreibt.

Eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1 wird nun anhand der Figuren 15 bis 20 beschrieben.

Dieser Wärmeaustauscher 1 entspricht prinzipiell dem anhand der Figuren 7 bis 14 beschriebenen Wärmeaustauscher 1 mit den folgenden Unterschieden:

Wie in den Figuren 15a, 15b und 16 gezeigt ist, ist bei diesem Wärmeaustauscher 1 keine Trennplatte 8 eingesetzt, so dass hier der Eintritt und Austritt 14 des ersten Fluides und der Eintritt und Austritt 15 des zweiten Fluides jeweils diagonal gegenüber auf den jeweiligen Endplatten 2, 3 angeordnet sind.

Des Weiteren sind sowohl an der oberen als auch an der unteren Endplatte 2, 3 Leckageein- und auslässe 22 vorgesehen, hier jeweils zwischen den Erlässen und Auslässen 14 und 15.

Die ersten Rahmen 4 entsprechen im Wesentlichen den ersten Rahmen 4 der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten, wobei hier die Leckagebereiche 19 geometrisch geringfügig abgeändert sind.

Die zweiten Rahmen 7 entsprechen ebenfalls im Wesentlichen den zweiten

Rahmen 7 der zweiten Ausführungsvariante (beschrieben in den Figuren 7 bis 14), wobei hier die Anordnung der Rippen 31 sich geometrisch von der Anordnung der Rippen 31 gemäß Figur 9 unterscheidet.

Weiter ist bei dieser Ausführungsvariante der im zentralen Leckagebereich 20 angeordnete Turbulator 34 mit im Querschnitt breiteren Wellen ausgebildet.

Diese Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers 1 eignet sich insbesondere auch dazu, in den Leckagebereichen 20 anstelle der Nutzung als Leckagebereich mit einem Wärmespeichermedium, insbesondere einem PCM (Pha- se-Change-Material) zu befüllen, das über den Leckageeinlass 22 und Leckageauslass 22 in die Leckagebereiche einfüllbar bzw. ableitbar ist.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So sind beispielsweise unterschiedliche Anordnungen der Anschlüsse denkbar, um unterschiedliche Durchströmungen der Mediumpassagen wie Gegen- oder Gleichstrom, I-, X- oder U-durchströmt, eine mäanderförmige Durchströmung, eventuell auch mehrfach mäandrierend oder auch ohne Mäander zu bewirken.

So sind beispielhaft in den Figuren 21 und 22 erste Rahmen 4 dargestellt, die eine sogenannte I-Durchströmung ermöglichen, bei der die Durchflusskammer 17 derart durch die Rahmenabschnitte 28 begrenzt sind, dass die Ein- und Austrittsbereiche für das jeweilige Medium nicht in diagonal gegenüber liegenden Eckbereichen der Durchflusskammer 17, sondern im gleichen Abstand nahe zu einer sich über die gesamte Länge des ersten Rahmens 4, betrachtet in einer in Figur 21 gezeigten Längsrichtung x, erstreckenden, eine Längskante bildenden Teil des ersten Rahmenabschnitts 26 angeordnet sind.

Entsprechend sind bei dieser Ausführungsvariante auch die Sammelkanäle 18 nicht diagonal gegenüberliegend, sondern ebenfalls auf einer parallel zur Längsrichtung x gedachten Linie, hier in den jeweils verbleibenden Ecken des bevorzugt rechteckig geformten Rahmes 4 angeordnet.

In den Figuren 23 und 24 ist eine weitere Ausführungsvariante eines ersten Rahmens 4 dargestellt, der eine sogenannte U-Durchströmung ermöglicht.

Bei dieser Ausführungsvariante sind die Sammelkanäle 18 in Längsrichtung x betrachtet nebeneinander, getrennt durch den Leckagebereich 19, in den jeweiligen Ecken des ersten Rahmens 4 angeordnet. Der die Durchflusskammer 17 von dem Leckagebereich 19 trennende dritte Rahmenabschnitt 28 erstreckt sich hier senkrecht zur Längsrichtung x in einer Querrichtung y über die gesamte Breite des ersten Rahmens 4.

Auf der in Längsrichtung betrachtet anderen Seite des ersten Rahmens sind die Ein- und Austrittsbereiche für das jeweilige Medium getrennt einerseits durch den dritten Rahmenabschnitt 28, der zusammen mit einem Teilstück des äußeren ersten Rahmabschnitts 26 einen hier dreieckigen Leckagebereich 19 formt, der in Querrichtung y betrachtet mittig vom Rahmenabschnitt 26 nach innen vorsteht. Von dem dritten Rahmenabschnitt 28, bevorzugt von der Dreiecksspitze des Leckagebereichs 19 erstreckt sich ein vierter Rahmenabschnitt 35 parallel zur Längserstreckung x in die Durchflusskammer 17.

Die Länge des vierten Rahmenabschnitts 35 ist dabei so bemessen, dass zwischen dem freien Ende des vierten Rahmenabschnitts 35 und dem sich über die gesamte Breite des ersten Rahmens 4 erstreckenden dritten Rahmenabschnitt 28 (nahe den Sammelkanälen 18) ein Spalt verbleibt, um so eine u- förmige Durchströmung der Durchflusskammer 17 vom Eintrittsbereich um den vierten Rahmenabschnitt 35 herum und weiter zum Austrittsbereich zu erzwingen.

In den Figuren 25 bis 28 sind schematisch dargestellte, zur Durchströmung gemäß Figur 14 alternative Durchströmungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1 in Längs- und Vertikalrichtung x, z gezeigt.

Die Pfeilspitzen der mit S1 bzw. S2 bezeichneten Linien stellen dabei die Durchströmungsrichtung des jeweiligen Mediums dar.

So zeigt die Ausführungsvariante in Figur 25 einen Wärmeaustauscher 1 , bei dem drei Gruppen von jeweils drei ersten Rahmen 4 für ein erstes Medium S1 und drei ersten Rahmen 4 für ein zweites Medium S2, die (unter Zwischenlage hier nicht dargestellter zweiter Rahmen 5, 7) so übereinander gestapelt sind, dass sie im Gegenstrom von den beiden Medien durchströmt werden. Die Gruppen sind durch Zwischenlage einer zweiten Trennplatte 8, wie sie beispielhaft in Figur 10 gezeigt ist, von einander getrennt, so dass der Wärmeaustauscher, in Vertikalrichtung z betrachtet, mäanderförmig von beiden Medien S1 , S2 durchströmt wird.

Die Ausführungsvariante in Figur 26 zeigt eine alternative Variante eines Wärmeaustauschers 1 , bei dem im Unterschied zu der in Figur 25 gezeigten Ausführungsvariante nur eines der Medien, hier das Medium S1 , den Wärmeaus- tauscher, in Vertikalrichtung z betrachtet, mäanderförmig durchströmt, während die Durchflusskammern 17 und der Einlass 15 und Auslass 15 für das zweite Medium S2 so angeordnet sind, dass das zweite Medium S2 den Wärmeaustauscher 1 in allen Gruppen in Längsrichtung x in die gleiche Richtung durchströmt.

Die Ausführungsvariante in Figur 27 zeigt eine alternative Variante eines Wärmeaustauschers 1 , bei dem im Unterschied zu der in Figur 25 gezeigten Ausführungsvariante die übereinander liegenden ersten Rahmen nicht stets wechselweise vom ersten Medium S1 und zweiten Medium S2 durchströmt werden, sondern dass es auch denkbar ist, beispielsweise zwei oder drei übereinander liegende erste Rahmen 4 vom ersten Medium S1 durchströmen zu lassen und darauf nur einen ersten Rahmen 4 vom zweiten Medium S2 durchströmen zu lassen S1 .

Die Ausführungsvariante in Figur 28 schließlich zeigt eine weitere alternative Variante eines Wärmeaustauschers 1 , bei dem wie bei der in Figur 26 gezeigten Variante nur eines der Medien, hier das Medium S1 , den Wärmeaustauscher, in Vertikalrichtung z betrachtet, mäanderförmig durchströmt. Außerdem werden, wie bei der in Figur 27 gezeigten Variante, die übereinander liegenden ersten Rahmen nicht stets wechselweise vom ersten Medium S1 und zweiten Medium S2 durchströmt, sondern hier wechseln sich beispielhaft zwei Lagen für das ersten Medium S1 mit einer Lage für das zweite Medium S2 ab.

Denkbar sind selbstverständlich auch weitere Kombinationen oder Alternativen der dargestellten Ausführungsvarianten.

So können die den Figuren 3 und 4 dargestellten Leckagebereiche 19 des ersten Rahmens 4 auch nach außen eine Öffnung im Rahmen 4 haben, ähnlich der Ausbildung des in Figur 5 gezeigten zweiten Rahmens 5.

Weiter könnten beispielsweise die Öffnungen 21 der in Figur gezeigten Ausführungsvariante des zweiten Rahmens 5 durch ein Rahmenstück verschlossen sein. Entsprechend könnte der geschlossenen Rahmen 29 des zweiten Rahmens gemäß Figur 9 auch mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sein, so dass Leckageflüssigkeit in der durch diesen zweiten Rahmen 5 definierten Ebene des Wärmeaustauschers 1 nach außen gelangen kann.

1 Wärmeaustauscher

2 Endplatte

3 Endplatte

4 erster Rahmen

5 zweiter Rahmen

6 erste Trennplatte

7 zweiter Rahmen

8 zweite Trennplatte

9 Leckageplatte

10 Sammmelplatte

11 Endplatte

12 Turbulator

13 Turbulator

14 Einlass/Auslass

15 Einlass/Auslass

16 Lotring

17 Durchflusskammer

18 Sammelkanal

19 Leckagebereich

20 Leckagepassage

21 Öffnung

22 Leckageeinlass/Leckageauslass

23 Leckageöffnung

24 Durchlass

25 Einlass/Auslass

26 erster Rahmenabschnitt

27 zweiter Rahmenabschnitt

28 dritter Rahmenabschnitt

29 erster Rahmenabschnitt

30 zweiter Rahmenabschnitt

31 Rippen

32 Sammelrinne

33 Leckagedurchlass

34 Turbulator

35 vierter Rahmenabschnitt

S1 erstes Medium

S2 zweites Medium x Längsrichtung y Querrichtung z Vertikalrichtung

Claims

Ansprüche Wärmeaustauscher (1 ), aufweisend

- einen zwischen zwei Endplatten (2, 3, 11 ) angeordneten Stapel von ersten Rahmen (4), zweiten Rahmen (5, 7) und zwischen den Rahmen (4, 5, 7) angeordneten ersten Trennplatten (6) zur Ausbildung von medienführenden Mediumpassagen zur Durchleitung von wenigstens zwei verschiedenen Medien sowie zwischen den Mediumpassagen von diesen getrennt angeordneten Leckagepassagen,

- in den Mediumpassagen und/oder den Leckagepassagen aufgenommene Turbulatoren (12, 13),

- wobei die Endplatten (2,

3, 11 ) Einlässe (25) zur Zuführung der Medien in die Passagen und Auslässe (25) zur Abführung der Medien aus den Passagen aufweisen,

- wobei jeder der ersten Rahmen (4) einen äußeren geschlossenen ersten Rahmenabschnitt (26) und den ersten Rahmenabschnitt (26) in eine zentrale Durchflusskammer (17) sowie wenigstens zwei Sammelkanäle (18) unterteilende zweite Rahmenabschnitte (27) aufweist,

- wobei jede der ersten Trennplatten (6) wenigstens vier auf die Einlässe (25) und Auslässe (25) ausgerichtete Durchgänge (24) zum Durchlass der Medien aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

- jeder der ersten Rahmen (4) dritte Rahmenabschnitte (28) aufweist, die den ersten Rahmen (4) in die Durchflusskammer (17), die wenigstens zwei Sammelkanalbereiche (18) und zwei Leckagebereiche (19) unterteilen, und dass

- jeder der zweiten Rahmen (5, 7) einen einen Leckagebereich (20) bildenden ersten Rahmenabschnitt (29) und wenigstens zwei Sammelkanalbereiche (18) bildende geschlossene zweite Rahmenabschnitte (30) aufweist, die auf jeweilige Durchgänge (24) der ersten Trennplatten (6) zum Durchlass der Medien ausgerichtet sind. Wärmeaustauscher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagebereiche (20) der zweiten Rahmen (5) zu Seitenrändern der Ebene, in der die zweiten Rahmen (5) angeordnet sind, hin offen sind. Wärmeaustauscher (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ebene des Stapels zwei zweite Rahmen (5) angeordnet sind, zwischen denen ein einen ersten Leckagebereich (20) zumindest teilweise ausfüllender Turbulator (13) eingelegt ist, wobei der Turbulator (13) an nicht an die zweiten Rahmen (5) angrenzende Seitenränder offen ist.

4. Wärmeaustauscher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagebereiche (20) der zweiten Rahmen (7) zu Seitenrändern der Ebene, in der die zweiten Rahmen (5) angeordnet sind, hin geschlossen sind.

5. Wärmeaustauscher (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ebene des Stapels jeweils ein einziger zweiter Rahmen (7) angeordnet ist, mit einem äußeren geschlossenen ersten Rahmenabschnitt (29) und den ersten Rahmenabschnitt (29) in einen zentralen Leckagebereich (20) sowie wenigstens vier Sammelkanäle (18) unterteilende zweite Rahmenabschnitte (30).

6. Wärmeaustauscher (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (11 ) in einem Bodenbereich des Stapels mit wenigstens einem Leckagedurchlass (33) zur Zuführung von Leckagefluid in einen an der Unterseite der Endplatte (11 ) befestigten Leckageauslass (22) ausgebildet ist.

7. Wärmeaustauscher (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bodenbereich des Stapels eine unter einem ersten Rahmen (4) angeordnete Leckageplatte (9) mit unter den Leckagebereichen (19) des ersten Rahmens (4) vorgesehenen Leckagedurchlässen (33) angeordnet ist, an die sich weiter nach unten eine Sammelrinnenplatte (10) mit einer die Leckagedurchlässe (33) verbindenden Sammelrinne (32) anschließt, die auf der als Bodenendplatte ausgebildete Endplatte (11 ) mit einem Leckagedurchlass (33) zur Zuführung von Leckagefluid in einen an der Unterseite der Endplatte (11 ) befestigten Leckageauslass (22) aufliegt.

8. Wärmeaustauscher (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einen Bereich der zweiten Rahmen (5, 7) nahe der Sammelkanalbereiche (18) Rippen (31 ) erstrecken. Wärmeaustauscher (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilabschnitt des ersten Rahmenabschnitts (29), der durch einen Abschnitt des Leckagebereichs (20) von den zweiten Rahmenabschnitten (30) getrennt ist, als Vollmaterialbereich ausgebildet ist. Wärmeaustauscher (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Richtung senkrecht zu den Ebenen des Stapels etwa mittig eine eine Umkehr der Durchströmungsrichtung der Medien hervorrufende zweite Trennplatte (8) mit der Anzahl der verschiedenen Medien entsprechenden Zahl von Durchgängen (24) angeordnet ist. Wärmeaustauscher (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile des Wärmeaustauschers (1 ), insbesondere die Rahmen (4, 5, 7) und die zwischen diesen angeordneten Trennplatten (6, 8), stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Wärmeaustauscher (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagebereiche (20) mit einem Wärmespeichermedium befüllbar sind.