DE3545278A1 - Plattenfoermiger waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen plattenförmigen Wärmetau­ scher mit einer durchgehenden oberen und unteren Ab­ schlußwand und einer Vielzahl von zwischen den Abschluß­ wänden durch mit diesen einstückig verbundenen, längs­ verlaufenden Stegen getrennten Fließkanälen für das Wärmeübertragungsmedium, in dessen freien Endbereichen Querkanäle bildende Sammelleitungen angeordnet sind, in die die einzelnen Fließkanäle münden, wobei die Sammel­ leitungen nach außen dicht verschlossen sind und inte­ grierte An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeüber­ tragungsmedium aufweisen.

Aus dem deutschen Patent 32 41 842 ist ein derartiger plattenförmiger Wärmetauscher bekannt, bei dem der Anschluß für die Zuflußleitungen in die Querkanäle als Flachdüse ausgebildet ist. Diese Flachdüse mündet in die Querkanäle derart, daß sie mit ihrer Strömungsöffnung in axialer Richtung fluchtend dicht in die freien Enden des Wärmetauschers eingesetzt ist.

Der bekannte Wärmetauscher hat den Nachteil, daß die die Querkanäle bildenden Sammelleitungen an den freien Enden der Wärmetauscherplatten durch partielles Entfernen der längsverlaufenden Stege zwischen der oberen und der unteren Abschlußwand des Wärmetauschers gebildet werden. Dabei werden die Querstege zwischen den beiden Abschluß­ wänden auf entsprechende Länge ausgeschnitten oder weggelassen und die Enden der beiden Abschlußwände werden danach durch Wärme und Druck und ggf. Zwischen­ schaltung von Haftvermittlern dicht miteinander verbun­ den. In diese auf die geschilderte Art und Weise gebil­ deten Querkanäle wird über die Anströmungsleitung das Wärmeübertragungsmedium mittels Druck eingelassen, breitet sich in den Querkanälen aus und strömt anschlie­ ßend durch die von den längsverlaufenden Stegen getrenn­ ten Fließkanäle bis zum Querkanal am gegenüberliegen­ den freien Ende der Wärmetauscherplatten, in den die Ab­ strömungsleitung für das Wärmeübertragungsmedium inte­ griert ist. Die Druckbeaufschlagung der Querkanäle mit dem Wärmeübertragungsmedium kann die nachteilige Folge haben, daß im Bereich der eingeschnittenen Stege bei der Druckbeaufschlagung der Querkanäle der Endbereich der Einschnitte als Sollreißstelle dient und durch den Druck des Wärmeübertragungsmediums in axialer Richtung zum Weiterreißen der die Fließkanäle der Wärmetauscherplatte trennenden Stege führt. Daraus resultiert eine relativ geringe Druckbelastbarkeit der Wärmetauscherplatten insgesamt.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, einen plattenförmigen Wärmetauscher anzu­ geben, bei dem ein axiales Aufschneiden der die Fließka­ näle trennenden Stege im Bereich der freien Enden zur Bildung der Querkanäle vermieden wird, wodurch bei Druckbeaufschlagung ein Weiterreißen der Stege im Be­ reich der Schnittkerbe ausgeschlossen ist. Erfindungsge­ mäß wird dazu vorgeschlagen, daß die Sammelleitungen als langgestreckte Hohlkörper auf die Abschlußwand im zuge­ ordneten Endbereich der Wärmetauscherplatte aufgesetzt sind, und daß ihr Hohlraum mit den Fließkanälen durch gänzliches oder teilweises Entfernen der darunterliegen­ den Abschlußwandbereiche bei Erhaltung der Stege auch in diesem Bereich verbunden ist.

Der langgestreckte Hohlkörper der Sammelleitungen kann dabei vorteilhaft ein rohrförmiges Element sein, welches eine axial verlaufende Wandöffnung aufweist, an deren freien Enden durchgehend flanschartige Fortsätze ange­ formt sind, und welches an seinen Stirnflächen geschlos­ sen ist. Die flanschartigen Fortsätze können sowohl nach innen als auch nach außen gerichtet sein. Dieses rohr­ förmige Element kann planeben auf die zugeordnete Ab­ schlußwand aufgesetzt sein, wobei das Innere des rohr­ förmigen Elementes, welches den Querkanal bildet, über seine axial verlaufende Wandöffnung direkt mit den Fließkanälen der Wärmetauscherplatte verbunden ist. Das rohrförmige Element kann auch abgestuft auf die zugeord­ nete Abschlußwand aufgesetzt sein, wobei gleichzeitig der eine durchgehende Flansch bei der Verbindung des rohrförmigen Elementes mit der Wärmetauscherplatte den dichten Abschluß der Fließkanäle gegen die Umgebung bewirken kann. Die An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium können axial zur Richtung der Fließkanäle dicht in das rohrförmige Element eingelassen sein. Dadurch wird eine optimale Anströmung der einzel­ nen Fließkanäle auch bei breiteren Wärmetauscherplatten bewirkt. Das rohrförmige Element kann im Bedarfsfall beidseitig, also gegenüberliegend, oder alternierend mit den zugeordneten Oberflächen der Wärmetauscherplatte verbunden sein.

Der Vorteil der Erfindung wird insbesondere darin gese­ hen, daß das Weiterreißen der längsverlaufenden Stege, die die Fließkanäle der Wärmetauscherplatte trennen, im Bereich der axialen Einschnitte an den freien Enden der Wärmetauscherplatte, die im eingeschnittenen Bereich nach dem Stand der Technik die Querkanäle bilden, ver­ mieden wird. Erfindungsgemäß werden die Abschlußwände der Wärmetauscherplatten in den Bereichen, in denen die rohrförmigen Elemente, die die Sammelleitungen bilden, aufgesetzt werden, nur an der zugeordneten Oberfläche abgetragen. Dies bedeutet, daß die Abtragung nur inso­ weit erfolgt, bis die zugeordnete Abschlußwand der Wärmetauscherplatte durchbrochen ist. Sobald dabei die Öffnungen in die Fließkanäle der Wärmetauscherplatte hergestellt sind, endet der Vorgang des Durchbrechens, so daß auch im Bereich der Durchbrechungen die Stege, die die Fließkanäle voneinander trennen, stehen bleiben. Mit diesem Vorgang sind also nur die Fließkanäle einsei­ tig geöffnet worden. In dem Bereich dieser einseitigen Öffnungen der Fließkanäle wird nunmehr das rohrförmige Element aufgebracht, wobei die zu diesem rohrförmigen Element axial verlaufende Wandöffnung über die zu den Fließkanälen reichenden Öffnungen gebracht wird. Im Bereich der flanschartigen Fortsätze des rohrförmigen Elementes erfolgt dann die dichte Verbindung zur zuge­ ordneten Abschlußwand der Wärmetauscherplatte. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen erfolgen, wobei jegliche Art der Verschweißung wie Ultraschall­ schweißen, Reibschweißen, Spiegelschweißen usw. verwend­ bar ist. Voraussetzung ist lediglich, daß die Art der Verbindung gegenüber dem Wärmetauschermedium dicht ist. Nachdem dieses Wärmetauschermedium sowohl aus einer Flüssigkeit als auch einem Gas bestehen kann, muß die Verbindung zwischen den flanschartigen Fortsätzen des rohrförmigen Elementes und der zugeordneten Oberfläche der Abschlußwand gas- und flüssigkeitsdicht sein.

Die Verbindung des rohrförmigen Elementes mit der Wärme­ tauscherplatte kann planeben sein, so daß die Wärmetau­ scherplatte an ihrem freien Ende noch gas- und flüssig­ keitsdicht zusätzlich verschlossen sein muß. Die Verbin­ dung des rohrförmigen Elementes kann aber auch derart erfolgen, daß die Wärmetauscherplatte in ihrem freien Endbereich beispielsweise schräg abgeschnitten ist, und daß die flanschartigen Fortsätze des rohrförmigen Ele­ mentes einmal mit der oberen und zum anderen auf der gleichen Schrägebene mit der unteren Abschlußwand der Wärmetauscherplatte dicht verbunden sind. Hierbei ist der obere Flanschansatz mit dem äußeren Schnittbereich der oberen Abschlußwand und der untere Flanschansatz mit dem inneren Schnittbereich der unteren Abschlußwand dicht verbunden. Die Stege der Fließkanäle sind in diesem Fall ebenfalls in der Schrägebene geschnitten.

Die Anordnung des rohrförmigen Elementes auf der Wärme­ tauscherplatte kann aber auch stufenweise erfolgen, wobei der eine Flanschansatz auf der Oberfläche der oberen Abschlußwand und der andere Flanschansatz bei­ spielsweise auf der Innenfläche der unteren Abschlußwand aufgesetzt und in beiden Fällen dicht mit den Abschluß­ wänden verbunden ist.

Es ist selbstverständlich, daß in allen Fällen der Verbindung die Stirnflächen der rohrförmigen Elemente in der gleichen Dichtigkeit mit den zugeordneten Wandflä­ chen der Wärmetauscherplatte verbunden sind und die lichte Weite des jeweiligen rohrförmigen Elementes ebenso dicht nach außen abschließen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfin­ dungsgemäßen Wärmetauscherplatte schematisch dargestellt; es zeigt:

Fig. 1 die Sammelleitung als abgeschlossenen, einseitig offenen Hohlkörper.

Fig. 2 das Ende der Wärmetauscherplatte mit aufgesetzter Sammelleitung im Schnitt.

Fig. 3 das Ende der Wärmetauscherplatte mit abgeschräg­ tem Endbereich und auf die Schräge aufgesetzter Sammel­ leitung im Schnitt.

Fig. 4 das Ende der Wärmetauscherplatte mit abgestuftem Endbereich und auf die Stufe aufgesetzter Sammelleitung im Schnitt.

In Fig. 1 ist die Sammelleitung 1 als einseitig offener Hohlkörper dargestellt. Die Sammelleitung 1 ist halb­ kreisförmig und besitzt im Bereich der Wandöffnung 2 an den freien Enden flanschartige, nach außen gerichtete Fortsätze 3, 4. An den Stirnseiten ist der Hohlkörper in den Bereichen 5, 6 dicht nach außen hin abgeschlossen. Die in Fig. 1 gezeigte Sammelleitung 1 kann beispiels­ weise einstückig als Spritzgußteil hergestellt werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Sammelleitung 1 beispielsweise im Blasverfahren - ebenfalls einstückig - hergestellt werden kann. Hierbei könnte dann eine Dop­ pelleitung hergestellt werden, die im Bereich der Aufla­ gefläche nach der Herstellung getrennt wird. Auch eine Konfektion aus einem Rohr, bei dem anschließend die Stirnflächen dicht durch die Bereiche 5 und 6 verschlos­ sen werden, ist denkbar.

Fig. 2 zeigt das Ende der Wärmetauscherplatte 7 mit aufgesetzter Sammelleitung 1 im Teilschnitt. Hier ist deutlich zu sehen, daß die flanschartigen Fortsätze 3, 4 dicht mit der oberen Abschlußwand 71 der Wärmetauscher­ platte 7 verbunden sind. Die obere Abschlußwand 71 ist im Bereich 72, d.h. unter der Wandöffnung 2 der Sammel­ leitung 1 entfernt, so daß der lichte Bereich der Sam­ melleitung 1 direkt über dem Bereich 72 mit den Fließka­ nälen der Wärmetauscherplatte 7 in Verbindung steht. Das freie Ende 73 der Wärmetauscherplatte 7 ist in der gezeigten Darstellung ebenso gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen wie die Sammelleitung 1 über die flanschar­ tigen Fortsätze 3, 4 mit der oberen Abschlußwand 71 der Wärmetauscherplatte 7 gas- und flüssigkeitsdicht verbun­ den ist.

In Fig. 3 ist das freie Ende 73 der Wärmetauscherplatte 7 mit einem Schrägschnitt versehen und auf die Schräge 74 ist die Sammelleitung 1 dicht aufgesetzt. Dabei ist der flanschartige Fortsatz 3 der Sammelleitung 1 mit dem äußeren Bereich der oberen Abschlußwand 71 dicht verbun­ den, während der flanschartige Fortsatz 4 mit dem inne­ ren Bereich der unteren Abschlußwand 75 ebenfalls dicht verbunden ist. Der Teilschnitt in Fig. 3 zeigt einen Steg 76 in der Wärmetauscherplatte 7, der mit seiner Schnittfläche 74 an den lichten Innenraum 2 der Sammel­ leitung 1 angrenzt. Die anderen Stege 76 der Wärmetau­ scherplatte 7 sind durch den Schrägschnitt ebenso ge­ staltet, so daß sich bei dieser Ausführungsart von oben gesehen im Schnittbereich ein Gebilde ergibt, bei dem die Fließkanäle in den Schrägschnittbereichen 74 der Stege 76 enden.

In Fig. 4 ist schließlich die Sammelleitung 1 gezeigt, wie sie in abgestufter Weise auf das Ende der Wärmetau­ scherplatte aufgesetzt ist. Hierbei ist im Bereich der lichten Öffnung 2 der Sammelleitung 1 die obere Abschluß­ wand 71 derart entfernt, daß nach oben zur lichten Öffnung 2 der Sammelleitung 1 hin die Querschnitte der Stege stehen bleiben und die lichte Öffnung 2 der Sam­ melleitung 1 direkt mit den Fließkanälen zwischen den einzelnen Stegen 76 in Verbindung steht. Der flanschar­ tige Fortsatz 3 ist auf der Oberfläche der oberen Ab­ schlußwand 71 dicht aufgebracht. Der flanschartige Fortsatz 4 ist in abgestufter Ausführungsform mit den Stegen 76 bis in den Bereich der unteren Abschlußwand 75 heruntergezogen und dort ebenfalls gas- und flüssig­ keitsdicht verbunden. Wird für diese Verbindung ein Schweißvorgang gewählt, so können die Stege 76 bei der Verschweißung eingeebnet werden, beispielsweise so lange, bis eine Abstufung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, erreicht wird. Das abgeschweißte Material der Stege 76 fließt dabei im Bereich des flanschartigen Fortsatzes 4 darunterliegend in die Fließkanäle ein und bewirkt so das gas- und flüssigkeitsdichte Abschließen der Sammel­ leitung auch in diesem hinteren Abschluß. Der flanschar­ tige Fortsatz 4 kann auch bis zum Innenbereich der unteren Abschlußwand 75 heruntergeschweißt werden.

Die Verbindung der lichten Öffnung 2 der Sammelleitung 1 zu den Fließkanälen der Wärmetauscherplatte 7 kann beispielsweise so erfolgen, daß die entsprechenden Bereiche der oberen Abschlußwand 71 in der Breite der lichten Öffnung 2 so weit herausgefräst werden, daß die Öffnungen zu den Fließkanälen erfolgt sind, und daß die dabei zutage tretenden Querschnitte der Stege erhalten bleiben. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt. Das nach dem Stand der Technik schädliche Weiterreißen von Kerbbereichen, welche in axialer Richtung der Stege 76 durch das axiale Einschneiden erzeugt wurden, ent­ fällt vollständig bei dieser Bearbeitungsweise. Ähnli­ ches gilt für die Darstellung in Fig. 3, wo die Stege 76 entsprechend der Schräge 74 abgetragen worden sind. In Fig. 2 ist ebenfalls eine Anordnung gezeigt, wo die obere Abschlußwand 71 im Bereich der lichten Öffnung 2 bis zu den Stegen abgetragen wurde.

Es liegt im Bereich der Erfindung, die obere Abschluß­ wand 71 nicht völlig abzutragen, sondern beispielsweise über den Fließkanälen in die Abschlußwand Bohrungen oder Ausstanzungen beliebigen Querschnitts einzubringen, über die dann die Sammelleitung 1 gesetzt wird, welche mit ihrem lichten Innenraum 2 dann über diese Öffnungen mit den Fließkanälen der Wärmetauscherplatte 7 in direkter Verbindung steht.

Die An- und Abströmungsleitungen für die Einbringung des Wärmeübertragungsmediums in die Sammelleitungen 1 gemäß der Erfindung können beispielsweise derart an den Sam­ melleitungen 1 angeordnet sein, daß sie das Wärmeüber­ tragungsmedium axial zu den Strömungsrichtungen der Fließkanäle in die Sammelleitung 1 einbringen. Die An­ und Abströmungsleitungen können aber auch senkrecht zur Strömungsrichtung der Fließkanäle der Wärmetauscherplat­ te 7 bzw. über die Endbereiche 5, 6 in die Sammelleitung 1 münden.

Die einseitige Anordnung der Sammelleitung 1 an der Wär­ metauscherplatte 7 gibt die Möglichkeit, daß solche Wär­ metauscherplatten 7 beispielsweise nach oben planeben veriegt werden können, während die dann im unteren Be­ reich abstehende Sammelleitung 1 in einen vorgefertig­ ten Kanal, der sich z.B. in dem für die Verlegung als Wärmetauscherplatte erforderlichen Isoliermaterial be­ finden kann, hineinragt. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise mit der Wärmetauscherplatte 7 Fußboden­ heizungen über große Flächen verlegen, die nach oben hin völlig planeben liegen. In diesen Fällen sind die ein­ zelnen Wärmetauscherplatten 7 über entsprechende An- und Abströmungsleitungen sowohl untereinander als auch mit dem Wärmeerzeuger über Zuführungs- und Abführungsleitun­ gen für das Wärmeübertragungsmedium verbunden.

Werden die Wärmetauscherplatten 7 in sehr großen Abmes­ sungen eingesetzt, kann es vorteilhaft sein, die Sammel­ leitungen 1 abschnittsweise in räumliche Nähe zueinander zu setzen. So können - was für eine Heizung im Nieder­ temperaturbereich von Bedeutung ist - einzelne Segmente einer langgestreckten Wärmetauscherplatte 7 beheizt wer­ den, ohne daß das Wärmetauschermedium die ganze Länge der Wärmetauscherplatte 7 durchlaufen müßte. Auf diese Weise wird eine übermäßige Abkühlung des Wärmetauscher­ mediums bei zu langen Fließwegen vermieden.

Claims (7)

1. Plattenförmiger Wärmetauscher mit einer durchgehenden oberen und unteren Abschlußwand und einer Vielzahl von zwischen den Abschlußwänden durch mit diesen einstückig verbundenen, längsverlaufenden Stegen getrennten Fließkanälen für das Wärmeübertragungsme­ dium, in dessen freien Endbereichen Querkanäle bil­ dende Sammelleitungen angeordnet sind, in die die einzelnen Fließkanäle münden, wobei die Sammelleitun­ gen nach außen dicht verschlossen sind und integrier­ te An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeübertra­ gungsmedium aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (2) als langgestreckte Hohlkörper auf die Abschlußwand (71) im zugeordneten Endbereich der Wärmetauscherplatte (7) aufgesetzt sind, und daß ihr Hohlraum (2) mit den Fließkanälen durch gänzli­ ches oder teilweises Entfernen der darunterliegen­ den Abschlußwandbereiche (72) bei Erhaltung der Stege (76) auch in diesem Bereich verbunden ist.

2. Plattenförmige Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Hohlkörper der Sammelleitungen (1) ein rohrförmiges Element ist, welches eine axial verlaufende, einseitige Öffnung aufweist, an deren freien Enden durchgehend flansch­ artige Fortsätze (3, 4) angeformt sind, und welches an seinen Stirnflächen (5, 6) dicht verschlossen ist.

3. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) planeben auf die zugeordnete Abschlußwand (71) dicht aufgesetzt sind.

4. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) abgestuft auf die zugeordnete Abschlußwand (71) aufgesetzt sind.

5. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die abgestuft aufgesetzten Sammelleitungen als Verschlußkörper für den dichten Verschluß der freien Enden der Wärmetauscherplatten (7) ausgebildet sind.

6. Plattenförmiger Wärmetauscher nach einem oder mehre­ ren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium axial oder radial zur Richtung der Fließkanäle dicht in die Sammelleitungen (1) eingelassen sind.

7. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) in beliebiger Verteilung auf die Abschlußwand (71) auf­ gesetzt sind.