DE102004010640A1

DE102004010640A1 - Plattenwärmeübertrager

Info

Publication number: DE102004010640A1
Application number: DE102004010640A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Strähle (FH); Daniel Dipl.-Ing. Borst; Frank Dr.rer.nat. Vetter; Herbert Marschner; Daniela Welchner
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-22
Also published as: EP1571407A3; US7600559B2; EP1571407A2; EP1571407B1; US20050194123A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Plattenwärmeübertrager, bestehend aus ersten und zweiten Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) mit mindestens vier Durchbrüchen (5) für zwei Medien, wobei zwischen einer Grundplatte (2) und einer Deckplatte (3) die Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) im Wechsel so gestapelt sind, dass die Durchbrüche (5) durch den Stapel von Wärmeübertragerplatten (4) hindurchgehende Sammel- oder Verteilerkanäle (6, 7, 8, 9) bilden, wobei von den Sammel- oder Verteilerkanälen (6, 7, 8, 9) Zu- bzw. Ausgänge zu Strömungskanälen (10, 11) zwischen den Wärmeübertragerplatten (4) vorhanden sind, in denen die Wärmeübertragung stattfindet, und wobei die Strömungskanäle (11) für das eine Medium von der einen Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a) sowie von der beabstandeten einen Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b) begrenzt sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Strömungskanäle (10, 100) für das andere Medium durch die metallische Verbindung der anderen Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a, 104a) mit der anderen Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b, 104b) gebildet sind, wobei die andere Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a, 104a) Strukturen (20, 120) aufweist und die andere Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b, 104b) entweder ebenfalls Strukturen (20, 120) aufweist oder ohne Strukturen (20, 120) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, bestehend aus ersten und zweiten Wärmeübertragerplatten mit mindestens vier Durchbrüchen für zwei Medien, wobei zwischen einer Grundplatte und einer Deckplatte die Wärmeübertragerplatten im Wechsel so gestapelt sind, dass die Durchbrüche durch den Stapel von Wärmeübertragerplatten hindurchgehende Sammel – oder Verteilerkanäle bilden, wobei von den Sammel – oder Verteilerkanälen Zu – bzw. Ausgänge zu Strömungskanälen zwischen den Wärmeübertragerplatten vorhanden sind, in denen die Wärmeübertragung stattfindet, und wobei die Strömungskanäle für das eine Medium von der einen Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte sowie von der beabstandeten einen Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte

Ein solcher Plattenwärmeübertrager geht aus der nicht vorveröffentlichten europäischen Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP 14 00 772 A2 hervor, die derselben Anmelderin gehört. Dieser Plattenwärmeübertrager ist zur Wärmeübertragung zwischen unter relativ hohem Druck stehende Medien geeignet, wie er beispielsweise in einem Klimatisierungskreislauf auf der Kältemittelseite vorherrscht. In dem angegebenen Dokument wurde eine geeignete, insbesondere druckstabile, Ausbildung der Sammel – und Verteilerkanäle für das Kältemittel, beispielsweise für CO₂, beschrieben. Die Ausbildung der Strömungskanäle für das CO₂ – Gas wurde dort jedoch weder gezeigt noch beschrieben.

Die aus der WO 03/054468 A1 bekannte Vorrichtung zur Wärmeübertragung ist ebenfalls ein Bestandteil eines Klimatisierungskreislaufes. Sämtliche Wärmeübertragerplatten dieser Vorrichtung sind mit einer Struktur versehen, was aus fertigungstechnischer Sicht als zu aufwendig beurteilt werden könnte. Außerdem könnte diese bekannte Vorrichtung als räumlich noch zu ausladend (großbauend) angesehen werden.

Diesbezüglich vorteilhafter scheint der aus WO 01/69157 A2 bekannte Wärmeübertrager für eine Fahrzeugklimaanlage zu sein. Dort ist jedoch ansonsten ein sogenannter Zwischenwärmeübertrager beschrieben, in dem Kältemittel höherer Temperatur mit demselben Kältemittel niedrigerer Temperatur im Wärmeaustausch steht. Deshalb sind dort in sämtlichen Strömungskanälen des Wärmeübertragers feine Kanäle vorgesehen, die, wie es dort heißt, mittels auftragender oder abtragender Fertigungsverfahren auf bzw. in den Wärmeübertagerplatten hergestellt werden sollen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Plattenwärmeübertrager vorzuschlagen, der für unter hohem Druck stehende Medien, beispielsweise zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel in Klimaanlagen und einer Flüssigkeit, einsetzbar und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Plattenwärmeübertrager durch die im Kennzeichen aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß gelöst.

Die Strömungskanäle für das eine Medium sind durch die Verbindung der einen auf einer Oberflächenseite geprägten ersten Wärmeübertragerplatte und einer Oberflächenseite einer ungeprägten oder ebenfalls geprägten zweiten Wärmeübertragerplatte gebildet, und die Strömungskanäle für das andere Medium sind durch die andere ungeprägte Oberflächenseite der geprägten ersten Wärmeübertragerplatte und durch die beabstandete andere Oberflächenseite der ungeprägten oder ebenfalls geprägten zweiten Wärmeübertragerplatte gebildet worden. Bei der umformtechnischen Herstellung der metallischen Wärmeübertragerplatten können die Einprägungen in einem Zug ausgebildet werden, wodurch die kostengünstige Herstellung erreicht wird. Vorzugsweise besteht der Plattenwärmeübertrager aus einseitig geprägten und aus ungeprägten Wärmeübertragerplatten. Durch diese besonders bevorzugte Ausbildung wird ferner erreicht, dass die Plattendicken der beiden Arten von Wärmeübertragerplatten deutlich verschieden voneinander sein können, d. h., vorzugsweise sind die ungeprägten Wärmeübertragerplatten wesentlich dünner ausgebildet, als die geprägten Wärmeübertragerplatten, was zu einer Material – und Gewichtsersparnis führt. Dieser Vorteil ist bei Plattenwärmeübertragern für unter Hochdruck stehende Medien nicht unbedingt zu erwarten gewesen. Ferner gestattet das Einprägen der Strömungskanäle deren beliebig geformte Ausbildung, zur Erzielung gewünschter Wärmetauscheffekte, was mit im Stand der Technik bekannten Extrusionsverfahren nicht erreicht werden kann. Die Einprägungen werden vorzugsweise mittels eines Prägewerkzeuges auf einer Presse hergestellt. Sie werden vorzugsweise mittels Kaltumformung geschaffen, was gut möglich ist, insbesondere dann, wenn die Platten aus einem entsprechenden Aluminiumblech hergestellt werden. Die Herstellung mittels Prägewalzen ist grundsätzlich nicht ausgeschlossen.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die zwei Wärmeübertragerplatten einerseits flächig miteinander zu verbinden und dazwischen die Strömungskanäle für das eine Medium, vorzugsweise für das Hochdruckmedium, in Form von Einprägungen auszubilden und andererseits die zwei Wärmeübertagerplatten mit einem Abstand zueinander anzuordnen, wobei in dem Abstand die Strömungskanäle für das andere Medium ausgebildet sind.

Die Einprägungen stellen Strukturen aus rillenartigen Furchen dar, die in einer Oberflächenseite einer Art Wärmeübertragerplatten vorgesehen sind und die durch flächige Anlage mit einer Wärmeübertragerplatte der anderen Art zu Strömungskanälen für das eine Medium ausgebildet sind. Die rillenartigen Furchen stellen eine hydraulische Verbindung von dem einen Durchbruch des einen Mediums zum anderen Durchbruch desselben Mediums zur Verfügung. Dazu sind die Durchbrüche, bzw. die damit im Stapel der Wärmeübertragerplatten gebildeten Sammel – und Verteilerkanäle, innerhalb eines mit den rillenartigen Furchen (Strukturen) versehenen wesentlichen Abschnitts der Wärmeübertragerplatte angeordnet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die an den Verteiler – bzw. Sammelkanälen vorgesehenen Vorkehrungen zur hydraulischen Trennung der unterschiedlichen Medien vergleichsweise einfach sein können, denn diese sind nur auf einer Medienseite notwendig, in diesem Fall an den Durchbrüchen, die sich innerhalb des erwähnten Abschnitts befinden. Die erwähnten Vorkehrungen können darin bestehen, dass diese Durchbrüche mit Durchzügen ausgebildet sein können, die jeweils die Strömungskanäle für das andere Medium absperren.

Es wurde festgestellt, dass sich der erfindungsgemäße Plattenwärmeübertrager in vorteilhafter Weise auch für den Einsatz als Wasser/Öl – Wärmeübertrager eignet. Die Querschnittsgröße bzw. der hydraulische Durchmesser der Strömungskanäle kann für den jeweiligen Einsatzfall verändert werden. Bevorzugte hydraulische Durchmesser der Strömungskanäle für das Kältemittel liegen etwa zwischen 0,5 und 1,0 mm. Der hydraulische Durchmesser der Strömungskanäle liegt bei Verwendung als Wasser/Öl – Wärmeübertrager oberhalb dieser Werte.

Wegen weiterer Merkmale und Vorteile der Erfindung wird auf die abhängigen Ansprüche und auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen verwiesen.

Die beiliegenden Figuren zeigen Folgendes:
1 Vertikalschnitt durch einen Plattenwärmeübertrager eines ersten Ausführungsbeispiels; der teilweise durch die Kühlmittelseite gelegt wurde;
2 Blick auf eine geprägte Wärmeübertragerplatte;
3 Vertikalschnitt durch den Plattenwärmetauscher auf der Seite des Kältemittels;
4 Vergrößerter Ausschnitt aus der 3;
5 Prinzip eines zweiten Ausführungsbeispiels;
6 – 8 Wärmeübertragerplatten eines dritten Ausführungsbeispiels;
9 Strömungskanäle nach der Lötverbindung zweier Wärmeübertragerplatten;
Der gezeigte Plattenwärmeübertrager dient dem Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel CO₂ (oder ein anderes Kältemittel) und der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeugmotors und wird in bekannter und deshalb nicht gezeigter Weise sowohl in den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage als auch in den Kühlflüssigkeitskreislauf integriert.
Er besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel komplett aus mit Lot beschichteten Aluminiumblechen von sechseckiger Gestalt, wobei die Gestalt zweckentsprechend ausgewählt werden kann. Aus den Aluminiumblechen wurden wannenförmige Wärmeübertragerplatten 4a und 4b hergestellt, die einen einfach abgekanteten Rand 24 aufweisen und die mit jeweils vier Durchbrüchen 5 versehen sind. Die gleiche Gestalt wurde auch für die Deckplatte 3 und für die Grundplatte 2 vorgesehen. Die Grundplatte 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ohne Durchbrüche 5 ausgebildet, da die Zu – und Abführung des CO₂ – Gases und der Kühlflüssigkeit an der Deckplatte 3 vorgesehen ist. Die Wärmeübertragerplatten 4a, 4b werden zu einem Stapel zusammengefügt. Zwischen den Wärmeübertragerplatten 4a, 4b bzw. zwischen deren beabstandeten Oberflächenseiten wurden in den Strömungskanälen 11 in bekannter Art und Weise von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Lamellen 13 eingefügt, die für einen effizienten Wärmeaustausch sorgen. Die Lamellen 13 tragen außerdem zu einer größeren Druckfestigkeit bei, denn sie sind mit den erwähnten Oberflächenseiten verlötet. In den Figuren wurden die Lamellen 13 lediglich angedeutet. In den Ausführungsbeispielen zeigt der Rand 24 der Platten 4a, 4b nach oben. Die vier Durchbrüche 5 der aufeinander gestapelten Wärmeübertragerplatten 4a, 4b bilden vier vertikal durch den Stapel hindurchgehende Sammel – bzw. Verteilerkanäle 6, 7, 8, 9. Die Strömungspfeile in der 1 zeigen, dass die Kühlflüssigkeit in den Verteilerkanal 6 des Plattenwärmetauschers über den Anschlussstutzen 6.1 einströmt und über den Sammelkanal 7 und den Anschlussstutzen 7.1, nach Durchströmung der Strömungskanäle 11, denselben wieder verlässt. Analog strömt gemäß der 3 bei 8 das Kältemittel über einen Anschlusstutzen 8.1 in den Plattenwärmeübertrager ein, welches nach Durchströmung der Strömungskanäle 10 den Plattenwärmeübertrager bei 9 bzw. 9.1 wieder verlässt. Die Anschlussstutzen 8.1 und 9.1 für das Kältemittel sind spezielle Hochdruckfittinge.
Im Ausführungsbeispiel ist jeder zweite Strömungskanal 10 hydraulisch mit dem Verteiler – und mit dem Sammelkanal 8, 9 verbunden. Da sich die durch die Wärmeübertragerplatten 4a, 4b gebildeten Strömungskanäle 10 und 11 abwechseln, sind die ersten Strömungskanäle 11 hydraulisch mit dem Verteiler – und mit dem Sammelkanal 6, 7 verbunden. Es ist aus der 3 erkennbar, dass die Wärmeübertragerplatten 4a um die Durchbrüche 5 herum mit durch Umformung hergestellten Durchzügen 15 ausgebildet sind, die die hydraulische Verbindung vom Verteilerkanal 8 und dem Sammelkanal 9 in den Strömungskanal 11 hinein blockieren. Anstelle der Durchzüge 15 könnten auch Ringe eingelegt werden.
Die Anschlussflansche sind aus der Deckplatte 3 durch Umformung gebildet worden. Die Flanschplatte an der Grundplatte 2 ebenfalls, wobei auch die Flanschplatte ein Reduzierstück 31 aufweist, in dem das untere Ende 32 eines Körpers 12 eingelötet ist, der die benötigte Druckstabiltität zur Verfügung stellt. Im Einzelnen wurde das in der nicht vorveröffentlichten europäischen Anmeldung EP 14 00 772 A2 beschrieben, die zum diesbezüglichen Verständnis herangezogen werden kann. Ein solcher, hier lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel betreffender Körper 12, befindet sich sowohl im Verteilerkanal 8 als auch im Sammelkanal 9, wobei in der 3 lediglich der stabartige Körper 12 im Sammelkanal 9 eingezeichnet wurde, um die Einzelheiten der Strömungskanäle 10 deutlich zu machen, die in den Verteiler – bzw. Sammelkanal 8, 9 münden und auf die weiter unten genauer eingegangen wird. Zwischen dem Körper 12 und dem Rand des Verteiler – bzw. Sammelkanals 8, 9 befindet sich ein Ringspalt 40, durch den das CO₂ strömen kann.
Insbesondere bei einem Ölkühler kann auf den Körper 12 verzichtet werden, weil die dort herrschenden wesentlich niedrigeren Drücke das gestatten.
Die 1 und 3 zeigen, dass die Strömungskanäle 10 für das CO₂ durch die Verbindung der einen Oberflächenseite einer geprägten Wärmeübertragerplatte 4a mit der einen Oberflächenseite einer ungeprägten Wärmeübertragerplatte 4b gebildet sind, und dass die Strömungskanäle 11 für die Kühlflüssigkeit von der anderen Oberflächenseite der geprägten Wärmeübertragerplatte 4a sowie von der anderen beabstandeten Oberflächenseite der ungeprägten Wärmeübertragerplatte 4b begrenzt sind.
Die 2 zeigt eine Ansicht auf eine geprägte Wärmeübertragerplatte 4a, die (in diesem Ausführungsbeispiel) die dickere der beiden Wärmeübertragerplatten 4a, 4b ist. Es sind Strukturen 20 in der gezeigten Oberflächenseite der geprägten Wärmeübertragerplatten 4a erkennbar, die als rillenartige Furchen 20 ausgebildet sind. Diese Oberflächenseite liegt im in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel flächig an der Oberflächenseite einer ungeprägten und im wesentlichen ebenfalls ebenen Wärmeübertragerplatte 4b an, wodurch die rillenartigen Furchen 20 die Strömungskanäle 10 für das CO₂ ausbilden. Wie die 1 und 4 deutlich machen, zeigt die geprägte Oberflächenseite der Platten 4a jeweils nach oben und die zweite Wärmeübertragerplatte 4b liegt mit ihrer einen Oberflächenseite flächig daran an. In der 4 sind die Ausläufer der Strömungskanäle 10 gut zu erkennen.
Ein Blick auf die 2 erweckt vordergründig den Eindruck einer ornamentalen Gestaltung. Diese ist jedoch auf die Erzielung beabsichtigter technischer Wirkungen gerichtet. So soll zum einen der mit den Strukturen 20 bedeckte Abschnitt 21 der Wärmeübertragerplatten 4a so groß wie möglich sein und zum anderen soll dieser gesamte Abschnitt 21 so gut wie möglich zum Wärmeaustausch ausgenutzt werden. Der bestmögliche Wärmeaustausch wird dadurch erreicht, dass in allen Strömungskanälen 10, durch geschickte Wahl der Gestaltung und der Länge eines jeden Strömungskanals, möglichst immer der gleiche Druckverlust vorhanden sein soll. Es ist auch eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Strömungskanäle 10 über den gesamten Abschnitt 21 beabsichtigt, weshalb eine sowohl zu einer vertikalen VA als auch zu einer horizontalen Achse HA symmetrische Gestaltung des Abschnitts 21 vorgesehen wurde. Das führt dazu, dass die Länge aller Strömungskanäle 10 in etwa gleich ist. Den extrem hohen Drücken von bis zu 300 bar wurde dadurch Rechnung getragen, dass innerhalb des wesentlichen Abschnitts 21 zahlreiche inselartige Regionen 22 ohne Einprägungen belassen wurden, in denen eine metallische Verbindung mit der anderen Wärmeübertragerplatte 4b vorgenommen werden kann, die im Übrigen wesentlich dünner ist als die Wärmeübertragerplatte 4a. Eine metallische Verbindung mit der anderen Wärmeübertragerplatte 4b ist natürlich auch an den Wänden 30 zwischen den rillenartigen Furchen 20 vorhanden, die jedoch alleine, wie die Erfinder erkannt haben, wegen der relativ kleinen Flächenanteile, keine ausreichende Festigkeit zur Verfügung stellen kann. Darüber hinaus gibt es außerhalb des wesentlichen Abschnitts 21 liegende Gebiete 25, die ebenfalls flächig mit der anderen Wärmeübertragerplatte 4b verbunden werden. Die Erfinder betonen aber, dass eine exzellente metallische Verbindung zwischen den Wänden 30 (4) oder Stegen und der angrenzenden Wärmeübertragerplatte 4b sehr von Vorteil ist, so dass die Strömungskanäle 10 besonders bevorzugt diskreter Art sind. Das heißt, die parallelen Strömungskanäle 10 sollen untereinander vorzugsweise nicht in kurzschlussartiger hydraulischer Verbindung stehen. Um die Haltbarkeit zu unterstützen, sind die vorstehend beschriebenen zusätzlichen metallischen Verbindungen an den Regionen 22 und den Gebieten 25 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel wurde, wie eingangs bereits erwähnt, eine sechseckige Form der Wärmeübertragerplatten 4a, 4b ausgewählt. Aus der 2 ist erkennbar, dass diese spezielle Formgebung mit der erforderlichen Größe der Gebiete 25 und mit den größeren Durchbrüchen 5 für die Kühlflüssigkeit zusammenhängt, bzw. darin ihre Ursachen hat. Die Durchbrüche 5 für die Kühlflüssigkeit liegen außerhalb des wesentlichen Abschnitts 21, wohingegen die Durchbrüche 5 für das CO₂ innerhalb desselben angeordnet sind.
Zurückkommend auf die bereits erwähnten Regionen 22 soll noch hinzugefügt werden, dass dieselben auch einen fertigungstechnischen Aspekt besitzen, der darin besteht, dass wenigstens in einigen dieser Regionen 22 sogenannte Abstreifer im Prägewerkzeug (nicht gezeigt) ausgebildet sind, die dafür sorgen, dass die Wärmeübertragerplatte 4a nach dem Prägevorgang aus dem Werkzeug entnehmbar ist.
In den 1 und 3 ist weiterhin bemerkenswert, dass die Ränder 24 an den dickeren Wärmeübertragerplatten 4a deutlich kürzer sind als die Ränder 24 an den dünneren Wärmeübertragerplatten 4b. Das konnte deshalb so ausgeführt werden, weil einerseits auf der Kühlflüssigkeitsseite Drücke herrschen, die diese Bauweise zulassen und weil andererseits das unter Hochdruck stehende CO2 – Gas auf der Seite strömt, auf der eine haltbare flächige metallische Verbindung zwischen der dünnen Wärmeübertragerplatte 4b und der dickeren Wärmeübertragerplatte 4a vorhanden ist. Das führt zu einer äußerst kompakten Gestaltung des Plattenwärmeübertragers und zur weiteren Material – und Gewichtseinsparung, die bei einer Vielzahl solcher Platten 4a, 4b nicht unerwähnt bleiben soll.
Die 7 und 8 zeigen einen Blick auf die beiden Oberflächenseiten der Wärmeübertagerplatten 104a und 104b, die zur Bildung der Strömungskanäle 110 metallisch verbunden werden in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Eine der Platten 104a oder 104b wird dazu um 180 ° um die Achse HA gedreht, so dass die gezeigten Oberflächenseiten aneinander zu liegen kommen. Die 6 zeigt in einem Ausschnitt exemplarisch zwei verbundene Wärmeübertragerplatten 104a, 104b, die Vorstehendes verdeutlicht. In diesem Ausführungsbeispiel wurden die links bzw. rechts der vertikalen Symmetrieachse VA liegenden Strukturen 120 auf beide Wärmeübertragerplatten 104a und 104b aufgeteilt. Hierbei können beide Platten 104a, 104b die gleiche Blechdicke aufweisen. Die Symmetrie bezieht sich lediglich auf die Anordnung der Strukturen 120 und der beiden Durchbrüche 105. Die gezeigte äußere Form der Platten ist in den beiden Darstellungen nicht symmetrisch, sollte aber vorzugsweise symmetrisch sein.
In anderen Ausführungsbeispielen wurde vorgesehen, beide Wärmeübertragerplatten 204a und 204b in einem wesentlichen Abschnitt 221 mit einer Struktur zu versehen und miteinander zur Bildung der Strömungskanäle 210 zu verbinden, wie es in der 5 angedeutet wurde. Dabei sind die Wände 230 zwischen den Furchen der einen Platte 204a an den Wänden 230 der anderen Platte 204b metallisch verbunden. Weitere nicht gezeigte Abwandlungen solcher Ausführungsbeispiele können vorgenommen werden.
In der 9 ist gezeigt, wie sich die Form der rillenartigen Furchen 20, die die Strömungskanäle 10 bilden, nach dem Abschluss des Lötprozesses verändert hat. Die Darstellung zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel mit den verschieden dicken Wärmetauscherplatten 4a und 4b. Durch das Prägen werden rillenartige Furchen 20 mit etwa 0,8 mm Breite und etwa 1,0 mm Tiefe erzeugt. Während des Lötvorgangs fließt das Lot in die Kehlen 50, so dass sich ein etwa ellipsen – oder kreisförmiger Querschnitt in jeder rillenartigen Furche 20 bildet. Diese ideale Querschnittsform sorgt für einen möglichst geringen Druckverlust entlang eines jeden Strömungskanals 10. Für Ölkühler können die Tiefe und die Breite der rillenartigen Furchen 20 an die benötigten Bedingungen angepasst werden.

Claims

Plattenwärmeübertrager, bestehend aus ersten und zweiten Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) mit mindestens vier Durchbrüchen (5) für zwei Medien, wobei zwischen einer Grundplatte (3) und einer Deckplatte (2) die Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) im Wechsel so gestapelt sind, dass die Durchbrüche (5) durch den Stapel von Wärmeübertragerplatten (4) hindurchgehende Sammel – oder Verteilerkanäle (6, 7, 8, 9) bilden, wobei von den Sammel – oder Verteilerkanälen (6, 7, 8, 9) Zu – bzw. Ausgänge zu Strömungskanälen (10, 11) zwischen den Wärmeübertragerplatten (4) vorhanden sind, in denen die Wärmeübertragung stattfindet, und wobei die Strömungskanäle (11) für das eine Medium von der einen Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a) sowie von der beabstandeten einen Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b) begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (10, 110) für das andere Medium durch die metallische Verbindung der anderen Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a, 104a) mit der anderen Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b, 104b) gebildet sind, wobei die andere Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a, 104a) Strukturen (20, 120) aufweist und die andere Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b, 104b) entweder mit oder ohne Strukturen (20, 120) ausgebildet ist.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (20) vorzugsweise durch Prägen der Wärmeübertragerplatten (4a, oder 4a und 4b) hergestellt sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen rillenartige Furchen (20) sind, die in der vorzugsweise geprägten Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatten (4a) vorgesehen sind, die durch flächige Anlage mit einer Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b), die keine Strukturen aufweist, zu Strömungskanälen (10) für das andere Medium ausgebildet sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (120) bzw. die rillenartigen Furchen (120) in der vorzugsweise geprägten Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (104a) vorgesehen sind, die durch flächige Anlage mit einer vorzugsweise geprägten Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (104b) zu Strömungskanälen (100) für das andere Medium ausgebildet sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen bzw. die rillenartigen Furchen (20) eine hydraulische Verbindung von dem einen Durchbruch (5) des anderen Mediums zum anderen Durchbruch (5) desselben Mediums zur Verfügung stellen, wozu die Durchbrüche (5) bzw. die damit gebildeten Sammel – und Verteilerkanäle (8, 9) innerhalb eines mit den rillenartigen Furchen (20) versehenen wesentlichen Abschnitts (21) der Wärmeübertragerplatte (4a) angeordnet sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem wesentlichen Abschnitt (21) der Wärmeübertragerplatte (4a) angeordneten Strukturen (20) bzw. die rillenartigen Furchen (20) vorzugsweise ein spiegelsymmetrisches Bild aufweisen, so dass etwa gleich lange Strömungskanäle (10) auf beiden Bildseiten vorliegen.
Plattenwärmeübertrager, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wärmeübertragerplatten (4a) eine deutlich größere Plattendicke aufweisen als die zweiten Wärmeübertragerplatten (4b).
Plattenwärmeübertrager, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, die ersten und zweiten Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) die gleiche Plattendicke aufweisen.
Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Durchbrüche (5) (für das eine Medium), bzw. die damit gebildeten Sammel – und Verteilerkanäle (6, 7) außerhalb des mit den Strukturen (20) versehenen Abschnitts (21) der Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) angeordnet sind.
Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die ersten und zweiten Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) einen umlaufenden umgebogenen Rand (24) aufweisen, an dem angrenzende Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) miteinander metallisch verbunden sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (13) der einen Wärmeübertragerplatten (4b) länger ist als der Rand der anderen Wärmeübertragerplatten (4a).
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Strukturen (20) bzw. mit den rillenartigen Furchen (20) versehene wesentliche Abschnitt (21) der Wärmeübertragerplatte (4a) von einer Vielzahl im wesentlichen paralleler Furchen eingerahmt ist, und dass eine weitere Vielzahl rillenartiger Furchen (20) innerhalb des eingerahmten Abschnitts (23) ausgebildet ist, in dem nicht geprägte Regionen (22) vorhanden sind.
Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Wärmeübertragerplatte (4a) mit einer zweiten Wärmeübertragerplatte (4b) außerhalb des wesentlichen Abschnitts (21) und an den Regionen (22) innerhalb des Abschnitts (21) flächig miteinander metallisch verbunden sind und dass auch eine metallische Verbindung an den rillenartigen Furchen (20) vorhanden ist, so dass die Strömungskanäle (10) druckfest ausgebildet und von diskreter Art sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rillenartigen Furchen (20) innerhalb des eingerahmten Abschnitts (23) einen kurvenreichen Verlauf aufweisen, der teilweise mehrere parallele Furchen und einzelne Furchen (20) aufweist, die um die Regionen (22) herum angeordnet sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungskanälen (11) für das eine Medium, zwischen den beabstandeten Oberflächenseiten der Wärmeübertragerplatten (4a, 4b) vorzugsweise Turbulenzeinlagen (13) angeordnet sind.
Plattenwärmeübertrager insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des wesentlichen Abschnitts (21) vorzugsweise ebene Gebiete (25) vorhanden sind, in denen die Wärmeübertragerplatte (4a) mit der Wärmeübertragerplatte (4b) flächig metallisch verbunden ist.
Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (10), die durch eine vorzugsweise geprägte Oberflächenseite der ersten Wärmeübertragerplatte (4a) und vorzugsweise durch eine ungeprägte Oberflächenseite der zweiten Wärmeübertragerplatte (4b) gebildet sind, für CO₂ als Kältemittel von Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, während durch die anderen Strömungskanäle (11) die Kühlflüssigkleit des Motors strömt.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sammel – bzw. Verteilerkanälen (8, 9) für das Kältemittel ein stabartiger Körper (12) angeordnet ist, der die Druckstabilität des Plattenwärmeübertragers erhöht.
Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 – 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmeübertrager als Wasser/Öl – Wärmeübertrager verwendbar ist.