DE2048010C3 - Heat exchanger with plates arranged one on top of the other in a stack - Google Patents

Description

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Die Erfindur.7 bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit stapelartig übereinander und abwechselnd angeordneten ebenen Platten und Wellplatten, wobei jede Wellplatte mit der benachbarten ebenen Platte Strömungskanäle bildet die quer zur vorherigen Wellplatte durchströmbar und an ihren Seiten durch zu ihnen parallele Endstücke abgeschlossen sind, wobei das heiße Medium und das Kühlmittel jeweils die gleichgerichteten Strömungswege durchströmt -">The Inventur.7 relates to a heat exchanger with flat plates and corrugated plates arranged in a stack on top of one another and alternately, each Corrugated sheet with the adjacent flat sheet forms the flow channels across the previous corrugated sheet flow through and are closed on their sides by parallel to them end pieces, the hot The medium and the coolant flow through the flow paths in the same direction - ">

Ein solcher Wärmetauscher ist aus der GB-PS 7 14 183 bekannt Durch die starken Temperaturgradienten innerhalb des Plattenstapels ergeben sich hierbei Probleme wegen der ungleichmäßigen Wärmedehnung. Insbesondere dadurch, daß die vom heißen ->"> Medium durchströmten Kanäle bis an den Rand der Platten, d. h. bis in die unmittelbare Nähe der benachbarten Endstücke reichen, werden diese mit aufgeheizt und üben eine erhebliche Spannung auf die benachbarten ebenen Platten aus, so daß es auf die ^r>< > Dauer zu Rissen kommt.Such a heat exchanger is known from GB-PS 7 14 183. The strong temperature gradients within the plate stack give rise to problems because of the uneven thermal expansion. In particular, because the channels through which the hot medium flows to the edge of the plates, that is, to the immediate vicinity of the adjacent end pieces, they are also heated and exert considerable tension on the adjacent flat plates, so that it depends on the ^r> <> permanent cracks.

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Wärmetauscher der dem Oberbegriff zugrundeliegenden Art so auszugestalten, daß er eine erheblich verminderte auf durch Wärmespannungen bedingte Ermüdungserschei- >-. nungen zurückzuführende Rißneigung zeigtThe invention has the object of providing a heat exchanger of the type on which the preamble is based designed so that he significantly reduced fatigue caused by thermal stresses > -. shows the tendency to crack due to the effects

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Endstücke der Kühlmittel durchströmten Kanäle C-förmig einen Teil der Wellplatten umfassend ausgebildet sind und daß die vom heißen Medium «> durchströmten Kanäle mit Abstand innerhalb der Ränder der ebenen Platten enden.According to the invention, this object is achieved in that the coolant flows through the end pieces Channels C-shaped are formed including a part of the corrugated sheets and that the hot medium «> through-flow channels end at a distance within the edges of the flat plates.

Hierdurch werden die Temperaturgradienten in dem Plattensatz vermindert und die Wärmeausdehnungen der den Plattensatz bildenden Elemente aneinander ^h'> angeglichen. Die C-förmige Gestaltung der Endstücke erlaubt die Fortsetzung der Rippen für das Kühlmittel bis in das Endstück selbst hinein, so daß die Temperatur des Endstücks vermindert wird. Ferner besitzen die Schenkel der C-förmigen Endstücke eine gewisse Ausdehnung, wodurch die Wärmeübergangsfläche zwischen den Endstücken und den normalerweise dünneren Trennplatten vergrößert wird Dadurch daß die vom heißen Medium durchströmten Kanäle mit Abstand innerhalb der Ränder der ebenen Platten enden, wird der Wärmeübergang an die Endstücke verringert, weil die Wärmeübertragung am Rand des Plattensatzes in dem Bereich weniger intensiv ist, in dem die Rippen für das heiße Medium weggeschnitten sind.Thereby, the temperature gradient is reduced in the disk set and> adjusted the thermal expansions of the plate-forming members each ^h '. The C-shaped design of the end pieces allows the ribs for the coolant to be continued into the end piece itself, so that the temperature of the end piece is reduced. Furthermore, the legs of the C-shaped end pieces have a certain expansion, whereby the heat transfer surface between the end pieces and the normally thinner separating plates is increased reduced because the heat transfer at the edge of the plate set is less intense in the area where the ribs for the hot medium are cut away.

Die Spannungen können weiter vermindert werden, wenn das Material für die C-förrnigen Endstücke einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das der übrigen Teile des Plattensatzes hatThe stresses can be further reduced if the material for the C-shaped end pieces is one has a lower coefficient of thermal expansion than that of the other parts of the plate set

Die Wärmeausdehnung wird dadurch an die der kühleren Teile, insbesondere der kühleren Endplatten angeglichen.The thermal expansion is thereby reduced to that of the cooler parts, especially the cooler end plates adjusted.

Die Reichweite der C-förmigen Endstücke in den Plattenstapel kann von dessen Endplatten schrittweise zu seiner Mitte abnehmen.The reach of the C-shaped end pieces in the plate stack can be incremental from its end plates decrease towards its center.

Die durch die unterschiedliche Wsrmeausdchnung verursachten Spannungen nehmen zur Mitte des Plattensatzes ab. Die C-förmigen Endstücke brauchen daher nur in den ersten Durchgängen für das Kühlmittel, von der Endplatte aus gesehen, und in einer Abstufung der Ausdehnung vorgesehen zu werden, wobei sie in der Nähe der Endplavien breiter sind und zur Mitte des Plattensatzes allmählich an Breite abnehmen.Due to the different heat dimensions stresses caused decrease towards the center of the plate set. Need the C-shaped end pieces therefore only in the first passages for the coolant, seen from the end plate, and in a gradation of extension, being broader near the terminal plasmas and towards the middle of the Gradually decrease in width.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestelltAn embodiment of the invention is shown in the drawing

F i g. 1 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines bekannten Plattensatzes für einen Wärmetauscher;F i g. Fig. 1 is a partially broken away perspective view of a known plate set for a Heat exchanger;

F i g. 2 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines Plattensatzes für einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung;F i g. Fig. 2 is a partially broken away perspective view of a plate set for a heat exchanger according to the invention;

Fig.3 ist eine Seitenansicht auf einen Wärmetauscher entsprechend F i g. 2, bei der Teile weggebrochen sind.Fig. 3 is a side view of a heat exchanger according to FIG. 2, parts of which have broken off.

Der in Fig. 1 dargestellte bekannte Wärmetauscher umfaßt eine Endplatte 2 und eine weitere, nicht dargestellte Endplatte am anderen Ende, Trennplatten 4, Strömungskanäle bildende Wellplatten 6 für das heiße Medium, Strömungskanäle bildende Wellplatten 8 für das Kühlmittel und Endstücke 10. Zur Bildung der gewünschten Wärmetauschergröße kann eine beliebige Zahl von Schichten übereinander vorgesehen werden. Die gesamte Anordnung wird dann zur Bildung einer Einheit hart zusammengelötet. Bei dieser Wärmetauscherkonstruktion besteht ein Problem darin, daß in den Endstücken 10 und Trennplatten 4 Risse entstehen und der Länge nach durch sie hindurchwandern. In Fig. 1 sind Beispiele der üblichen Rißtypen gezeigt: Die Risse 12 und 14 erscheinen in dem der Endplatte 2 am nächsten liegenden Endstück, die Risse 16 und 18 in den Trennplatten 4. Diese Risse bilden Leckverbindungen zwischen den Durchgängen für das heiße Medium und das Kühlmedium bzw. zwischen diesen Durchgängen und der Umgebung.The known heat exchanger shown in FIG comprises an end plate 2 and a further, not shown end plate at the other end, separating plates 4, corrugated sheets 6 forming flow channels for the hot medium, corrugated sheets 8 forming flow channels for the coolant and end pieces 10. Any size can be used to form the desired heat exchanger size Number of layers can be provided one on top of the other. The entire arrangement is then used to form a Unit hard soldered together. A problem with this heat exchanger construction is that in the End pieces 10 and partition plates 4 cracks arise and migrate lengthways through them. In Fig. 1 Examples of the common types of cracks are shown: The cracks 12 and 14 appear in that of the end plate 2 at nearest end piece, the cracks 16 and 18 in the separating plates 4. These cracks form leakage connections between the passages for the hot medium and the cooling medium or between these passages and the environment.

Die Risse sind auf Wärmespannungen zurückzuführen, die in den Endstücken und Trennplatten durch die Temperaturgradienten im Wärmetauscher verursacht werden. Gemäß F i g. 1 strömt die heiße Luft über die Wellplatten 6, während Kühlmittel über die Wellplatten 8 strömt, wobei das Kühlmittel Wärme aus dem heißen Medium abführt. Beim Eintritt des heißen Mediums in den Wärmetauscher beginnt es unverzüglich dieThe cracks are due to thermal stresses created in the end pieces and separator plates by the Temperature gradients are caused in the heat exchanger. According to FIG. 1 the hot air flows over the Corrugated sheets 6, while coolant flows over the corrugated sheets 8, the coolant heat from the hot Medium discharges. When the hot medium enters the heat exchanger, it starts immediately

Endstücke 10 und die Enden der Trennplatten 4 aufzuheizen. Die Endstücke 10 und Trennplatten 4 haben daher die Neigung, sich auszudehnen. Die Endplatte 2 jedoch, die dicker und der kalten Umgebung ausgesetzt ist, widersetzt sich der Ausdehnung der Endstücke 10 und benachbarten Trennplatten 4, Das Ergebnis sind die Risse.Heat the end pieces 10 and the ends of the partition plates 4. The end pieces 10 and partition plates 4 therefore have a tendency to expand. The end plate 2, however, the thicker and the cold environment is exposed, opposes the expansion of the end pieces 10 and adjacent partition plates 4, Das The result is the cracks.

Der Wärmetauscher der F i g. 2 und 3 vermeidet diese Risse. Der Plattensatz umfaßt mehrere übereinander gestapelte Wellplatten 63,65, die eine Oberkreuz-Strömungsanordnung bilden. Die Endstücke 22, 24, 26, 28, 30,32,34,36,38,40,42 für das Kühlmittel sind C-förmig, und die ersten drei oder vier Endstücke, die den Endplatten 20 und 21 am nächsten liegen, sind mit innerhalb des mC« angeordneten Wellplattenteilen 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62 und 64 versehen. Die Endstücke 30 und 44 brauchen keine Wellplattenteile zu enthalten, da sie in ausreichender Entfernung von den Endplatten 20 und 21 gelegen sind, so daß sie der Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen den Endplatten und den Endstücken bzw. Trennplatten nicht beeinträchtigt. Die C-förmigen Endstücke nehmen außerdem von den Endplatten 20 und 21 zur Mitte desThe heat exchanger of FIG. 2 and 3 avoids these cracks. The plate set comprises several one on top of the other stacked corrugated sheets 63,65 having an upper cross flow arrangement form. The end pieces 22, 24, 26, 28, 30,32,34,36,38,40,42 for the coolant are C-shaped, and the first three or four end pieces closest to end plates 20 and 21 are with Corrugated plate parts 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62 and 64 arranged within the mC «are provided. the End pieces 30 and 44 do not need to contain corrugated sheet parts, since they are at a sufficient distance from the End plates 20 and 21 are located so that they show the difference in thermal expansion between the End plates and the end pieces or separating plates are not impaired. Take the C-shaped end pieces also from the end plates 20 and 21 to the center of the

Plattensatzes hin aus dem gleichen Grunde an Breite ab.Plate set decreases in width for the same reason. Die Durchgänge für das heiße Medium sind ebenfallsThe passages for the hot medium are also

durch Wellplatten 65 gebildet, die in der dargestelltenformed by corrugated sheets 65 shown in FIG

Weise mit Abstand vom Rand des WärmetauschersWay at a distance from the edge of the heat exchanger

bzw. der Trennplatten 66 enden. Die Wärmeübertra-or the partition plates 66 end. The heat transfer

lu gung beginnt also nicht am Rand des Wärmetauschers. Die Durchgänge für das heiße Medium sind durch Endstücke 68 geschlossen. Die Durchgänge für das heiße Medium sind von den für das Kühlmittel durch die Trennplatten 66 getrennt Statt der Erzeugung der Durchgänge durch Wellplatten, kommen auch andere Ausführungsformen in Betracht, sofern zwischen den Trennplatten 66 Wärmeübertragungsrippen vorhanden sind.The solution does not begin at the edge of the heat exchanger. The passages for the hot medium are closed by end pieces 68. The passages for that hot medium are separated from those for the coolant by the separating plates 66 instead of generating the Passages through corrugated sheets, other embodiments are also possible, provided that between the Separation plates 66 heat transfer fins are present.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmetauscher mit stapelartig übereinander und abwechselnd angeordneten ebenen Platten und Wellplatten, wobei jede Wellplatte mit der benachbarten ebenen Platte Strömungskanäle bildet, die quer zur vorherigen Wellplatte durchströmbar und an ihren Seiten durch zu ihnen parallele Endstücke abgeschlossen sind, wobei das heiße Medium und das Kühlmittel jeweils die gleichgerichteten Strömungs- ι ο wege durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (22, 24,... 44) der kühlmitteldurchströmten Kanäle (63) C-förmig einen Teil der Wellplatten umfassend ausgebildet sind und daß die vom heißen Medium durchströmten ι ί Kanäle (65) mit Abstand innerhalb der Ränder der ebenen Platten (66) enden.1. Heat exchangers with stacked flat plates and alternately arranged one on top of the other and Corrugated sheets, each corrugated sheet with the neighboring one flat plate forms flow channels that can be flown through and transverse to the previous corrugated plate are closed on their sides by end pieces parallel to them, the hot medium and the Coolant flows through the rectified flow ι ο paths, characterized in that that the end pieces (22, 24, ... 44) of the channels (63) through which coolant flows are C-shaped a part of the corrugated sheets are formed comprising and that the flowed through by the hot medium ι ί Channels (65) end at a distance within the edges of the flat plates (66). 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die C-förmigen Endstücke (22,24,... 44) einen niedrigeren Wärmeausdehnuii^skoeffizienten als das der übrigen Teile des Plattensatzes hat2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the material for the C-shaped End pieces (22,24, ... 44) have a lower coefficient of thermal expansion than that of the rest of the plate set 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reichweite der C-förmigen Endstücke in dem Plattenstapel von dessen Endplatten (20, 21) schrittweise zu seiner Mitte abnimmt3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the range of the C-shaped end pieces in the plate stack from its end plates (20, 21) gradually to its Middle decreases