TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solcher Plattenwärmetauscher ist in der
GB-A-1 204 004 offenbart.
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Die JP-3-4837 (B2) offenbart einen anderen Plattenwärmetauscher mit einer
Mehrzahl von Wärmetauschplatten, die übereinander gestapelt sind. Jede Platte
hat in der Mitte ein Loch zum Aufnehmen eines Befestigungsbolzens, der sich
durch den Plattenstapel erstreckt. Offenbar dient der Bolzen dazu, den
Plattenwärmetauscher zusammenzuhalten und kann daher nicht entfernt werden. Aus
diesem Grunde wird nicht erwähnt, dass die Platten zusammengelötet werden
könnten. Jedes Loch wird von einem konischen Flansch umgeben. Diese
Flansche dienen dazu, auf eine solche Weise einen Kanal für den Bolzen zu bilden,
dass der Kanal gegen die Wärmetauschräume im Plattenwärmetauscher
abgedichtet ist.
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Gelötete Plattenwärmetauscher werden in einer Vielzahl von Anwendungen
zum Einsatz gebracht, zum Beispiel bei Ölkühlern für Fahrzeugmotoren. Wenn
der Plattenwärmetauscher zum Beispiel an einen Motor oder an
Verbindungsrohre angebracht werden soll, treten Probleme im Hinblick auf die Abdichtung
zwischen dem Plattenwärmetauscher und dem Motor oder den Verbindungsrohren
um die Durchgangslochkanäle des Wärmetauschers herum auf. Es ist
oft nötig, weitere Komponenten zu verwenden, die mehr Raum erfordern,
zum Beispiel Klammern mit einem Befestigungsring, der um den
Plattenwärmetauscher herum angezogen werden muss. Weiterhin ist es möglich, den
Plattenwärmetauscher mit Schrauben zu befestigen, die in mit Gewinde versehene
Löcher in einer Endplatte des Plattenwärmetauschers geschraubt werden.
Dabei muss die Endplatte steifer und dicker sein als sonst üblich. Neben der
Tatsache, dass diese vorbekannten Verfahren zum Befestigen eines
Plattenwärmetauschers die Verwendung vieler weiterer Komponenten erforderlich machen,
führen diese Verfahren weiterhin Zeit- und arbeitsintensive
Befestigungsarbeiten mit sich.
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Die WO-A-94 17 354 offenbart einen Plattenwärmetauscher mit einem Stapel
von Wärmeübertragungsplatten, die durch Verbindungsstangen miteinander
verklemmt werden, die sich seitwärts von den Wärmeübertragungsplatten
zwischen zwei Endplatten erstrecken. Der Bereich für das
Wärmeübertragungsmedium zwischen den Wärmeübertragungsplatten wird durch
Dichtungen abgedichtet. Durch diese Dichtungen wird verhindert, dass das
Wärmeübertragungsmedium in einen Bereich in der Nähe des Randes der Platten
eindringt; in diesem Bereich sind Ausschnitte für die Verbindungsstangen und für
Führungen vorgesehen, mit denen die Wärmeübertragungsplatten aufgehängt
werden.
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Die GB-A-2 208 005 offenbart einen ähnlichen Plattenwärmetauscher mit
Wärmeübertragungsplatten, die zwischen zwei Endplatten verklemmt sind, sowie
mit einer kleinen Detektionsöffnung am Rand der Wärmeübertragungsplatten
außerhalb des Wärmeübertragungsbereiches zum Erfassen einer Leckage in
diesem Bereich.
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Die GB-A-1 275 711 offenbart einen ähnlichen Plattenwärmetauscher mit
Wärmeübertragungsplatten, die zwischen zwei Endplatten verklemmt sind, sowie
mit einer kleinen Detektionsöffnung am Rand der Wärmeübertragungsplatten
außerhalb des Wärmeübertragungsbereiches. In diese Öffnung, die
asymmetrisch angeordnet ist, wird eine dünne Stange eingesetzt, um eine geeignete
Orientierung der Wärmeübertragungsplatten während des Befestigens
sicherzustellen.
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Die US-A-4 249 597 offenbart einen Plattenwärmetauscher eines anderen Typs
mit Wärmeübertragungsplatten, die paarweise miteinander verlötet sind.
Danach werden diese Paare übereinander gestapelt und nicht weiter verlötet,
sondern mittels zweier Bolzen miteinander verklemmt, die sich durch die
Wärmetauschplatten erstrecken, sodass man einen Plattenwärmetauscher mit
Doppelwänden zwischen den Wärmeübertragungsdurchgängen erhält.
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Die GB-A-1 204 004 offenbart einen gelöteten Plattenwärmetauscher mit einem
Stapel von Wärmeübertragungsplatten, die zwischen einschließenden
Gehäuseteilen vorgesehen sind. Weiterhin umfasst der Wärmetauscher zwei
Führungsstifte, die in Löchern vorgesehen sind, die sich durch den Wärmetauscher
erstrecken und zum richtigen Positionieren der unterschiedlichen Teile während
des Lötprozesses dienen. Während des Lötprozesses werden die Teile mit
Klammern zusammengehalten, wonach alle Teile, das heißt die
Wärmeübertragungsplatten, die Gehäuseteile und die Führungsstifte, erhitzt und
miteinander verlötet werden. Um Einlass- und Auslassrohre im Plattenwärmetauscher
anzuordnen, kann eine Klammer an mindestens eines der Gehäuseteile gelötet
sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Plattenwärmetauscher
vorzusehen, der auf einfache und kostengünstige Weise an ein Trageelement oder an
eine Befestigungsplatte angesetzt werden kann. Weiterhin zielt die Erfindung
auf einen Plattenwärmetauscher mit Befestigungseinrichtungen, die so klein
und kompakt wie möglich sind.
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Dieses Ziel wird durch einen eingangs definierten Plattenwärmetauscher
erreicht, der die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Durch
einen derartigen Befestigungselementkanal, der von den Öffnungen geformt
wird, ist es möglich, den Plattenwärmetauscher an ein Trageelement in einer
einfachen und kompakten Weise anzubringen. Es ist weiterhin möglich, die
Durchgangslochkanäle des Plattenwärmetauschers in einfacher und kompakter
Weise mit unterschiedlichen Typen von Fluidkanälen zu verbinden. Deshalb
muss der Plattenwärmetauscher nicht mit einer Anzahl weiterer Komponenten
zum Verbinden und/oder Befestigen versehen sein, die weiteren Raum
einnehmen und teuer sind.
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Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein
Kontaktbereich einer Wärmeübertragungsplatte dauerhaft mit einem Kontaktbereich
einer benachbarten Wärmeübertragungsplatte auf eine solche Weise verbunden
sein, dass der Befestigungselementkanal von den
Wärmeübertragungsdurchgängen begrenzt wird. Weiterhin können die Kontaktbereiche einer ersten
Wärmeübertragungsplatte dauerhaft mit benachbarten zweiten und dritten
Wärmeübertragungsplatten auf gegenüberliegenden Seiten der ersten
Wärmeübertragungsplatte verbunden sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der
Wärmeübertragungsbereich des Plattenwärmetauschers nicht weiter verringert
werden soll, hat mindestens einer der Kontaktbereiche die Öffnung in der Nähe
des Randes der Wärmeübertragungsplatte.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
mindestens ein Befestigungselement so angeordnet, dass es sich durch den
Befestigungselementkanal erstreckt und zur Befestigung des Plattenwärmetauschers
am Trageelement oder an die Befestigungsplatte dient. Ein solches
Befestigungselement kann ein bolzenartiges Element umfassen, das sich zur
Befestigung durch den Befestigungselementkanal erstreckt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede
Wärmeübertragungsplatte länglich und hat vier Durchgangslöcher, die
paarweise mit jeweils zwei Durchgangslöchern an jedem Ende der
Wärmeübertragungsplatte vorgesehen sind; weiterhin ist eine Öffnung zwischen den
Durchgangslöchern jedes Paares vorgesehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter anhand verschiedener
Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen offenbart sind, erläutert.
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Fig. 1 offenbart eine schematische Ansicht eines Plattenwärmetauschers
von oben.
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Fig. 2A offenbart eine Seitenansicht des Plattenwärmetauschers aus Fig.
1.
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Fig. 2B offenbart einen Querschnitt eines Teiles des
Plattenwärmetauschers aus Fig. 2A.
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Fig. 3 offenbart eine Ansicht einer Wärmeübertragungsplatte von oben.
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Fig. 4 offenbart eine Ansicht einer Wärmeübertragungsplatte, ähnlich
derjenigen aus Fig. 3, von oben.
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Fig. 5 offenbart eine Ansicht eines Plattenwärmetauschers mit einer
Befestigungsplatte für Verbindungsrohre von oben.
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Fig. 6 offenbart eine Ansicht des Plattenwärmetauschers aus Fig. 5 von
der kurzen Seite.
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Fig. 7 offenbart ein Verbindungsrohr.
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Fig. 8 offenbart eine Seitenansicht, ähnlich derjenigen aus Fig. 6, einer
alternativen Ausführungsform.
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Fig. 9 offenbart eine Seitenansicht eines Plattenwärmetauschers, der an
einem Bodenelement befestigt ist.
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Fig. 10 offenbart eine Seitenansicht, ähnlich derjenigen aus Fig. 6, einer
alternativen Ausführungsform.
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Fig. 11 offenbart ein alternatives Verbindungsrohr.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG UNTERSCHIEDLICHER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig. 1, 2A und 2B offenbaren einen länglichen Plattenwärmetauscher 1 mit vier
Durchgangslochkanälen 2, die Einlässe beziehungsweise Auslässe für die
Wärmeübertragungsdurchgänge für zwei Medien bilden, die durch den
Plattenwärmetauscher 1 geführt werden. Die vier Durchgangslochkanäle 2 des
Plattenwärmetauschers 1 sind paarweise mit zwei Durchgangslochkanälen an
jedem Ende versehen. Zu jedem Paar von Durchgangslochkanälen 2 erstreckt
sich ein Befestigungselementkanal 3 durch den Plattenwärmetauscher 1. Der
Befestigungselementkanal 3 befindet sich in einem Bereich des
Plattenwärmetauschers 1, den keines der Wärmeübertragungsmedien erreichen kann. Durch
den Befestigungselementkanal 3 erstreckt sich ein Befestigungselement 4, wie
etwa ein bolzenartiges Element, zu unterschiedlichen Befestigungszwecken, die
unten genauer beschrieben werden. Der Plattenwärmetauscher 1 umfasst eine
große Anzahl von Wärmeübertragungsplatten 5, die aufeinander gestapelt
einen Plattenstapel ergeben. Die Wärmeübertragungsplatten 5 sind in Bezug auf
eine Referenzebene pressgeformt und haben ein Muster, das genauer in Fig. 3
und 4 offenbart ist, und zwar auf zwei unterschiedliche, jedoch ähnliche, Arten.
Jede Wärmeübertragungsplatte 5 hat eine relativ längliche Form mit zwei
Durchgangslöchern 2a und einer Öffnung in der Form eines Loches 3a an jeder
kurzen Seite. Weiterhin umfasst jede Wärmeübertragungsplatte 5 eine abwärts
gebogene Kante 6 sowie einen ersten Oberflächenabschnitt 8 in einer ersten
Höhe in Bezug auf die Referenzebene und einen zweiten Oberflächenabschnitt
7 in einer zweiten Höhe in Bezug auf die Referenzebene. Die ersten und
zweiten Oberflächenabschnitte 8, 7 befinden sich an der Seite der Referenzebene.
Die Wärmeübertragungsdurchgänge werden auf eine solche Weise durch ein in
Fig. 3 und 4 offenbartes Pfeilmuster gebildet, dass die
Wärmeübertragungsplatten 5 so gestapelt sind, dass das Pfeilmuster in jeder zweiten
Wärmeübertragungsplatte 5 nach rechts zeigt und in den verbleibenden Platten nach links.
Um das Loch 3a herum weist jede Wärmeübertragungsplatte 5 einen
Kontaktbereich 9 auf, der sich in einer anderen Höhe als der umgebende
Oberflächenabschnitt 7, 8 befindet. Wenn sich das Loch 3a am zweiten Oberflächenabschnitt
7 in der zweiten Höhe befindet, befindet sich die Oberfläche des
Kontaktabschnittes 9 dementsprechend in derselben Höhe wie der erste
Oberflächenabschnitt 8, und wenn sich das Loch 3a am ersten Oberflächenabschnitt 8 in der
ersten Höhe befindet, befindet sich die Oberfläche des Kontaktabschnittes 9 in
derselben Höhe wie der zweite Oberflächenabschnitt 7. Wenn die Platten 5
entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren aufeinander gestapelt, und
miteinander verlötet worden sind, stoßen die Kontaktabschnitte 9, wie im
vergrößerten Querschnitt in Fig. 2B offenbart, aneinander an und ergeben einen
Bereich, der von keinem der Wärmeübertragungsdurchgänge her erreichbar ist.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Loch 3a in der Mitte des Kontaktabschnittes
9 vorzusehen, ohne dass das Risiko einer Leckage besteht. Die Löcher 3a der
aufeinander gestapelten Wärmeübertragungsplatten 5 bilden den
Befestigungselementkanal 3.
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Fig. 5 bis 8 offenbaren, wie der Wärmeplattentauscher 1 mit den
Verbindungsrohren 10 über die Durchgangslochkanäle 2 für das Einströmen
beziehungsweise Ausströmen des Wärmeübertragungsmediums zu den
Wärmeübertragungsdurchgängen des Plattenwärmetauschers 1 und von ihnen weg
verbunden ist. Jedes Verbindungsrohr 10 umfasst einen Flansch 11, der radial vorsteht
und sich im offenbarten Beispiel um den gesamten Umfang des
Verbindungsrohres 10 herum erstreckt. Unterhalb des Flansches 11 weist das
Verbindungsrohr 10 einen sich fortsetzenden Abschnitt 12 mit einem solchen Durchmesser
auf, dass er ganz genau in einen der Durchgangslochkanäle 2 eingeführt
werden kann. Um den sich fortsetzenden Abschnitt 12 herum ist ein Dichtungsring
13 vorgesehen, der im offenbarten Beispiel die Form eines O-Ringes hat. Wenn
der sich fortsetzende Abschnitt 12 des Verbindungsrohres 10 in einen
Durchgangslochkanal 2 eingeführt wird, stößt dementsprechend der Dichtungsring
13 an die äußerste Platte 15 an. Die beiden äußersten Platten werden als
Endplatten 14 und 15 bezeichnet und haben eine etwas größere Materialdicke als
die Wärmeübertragungsplatten 5. An den Verbindungsrohren 10 befindet sich
eine Befestigungsplatte 16. Die Befestigungsplatte 16 umfasst einen
vorstehenden Abschnitt 17, der von einer Oberfläche der Befestigungsplatte 16 ungefähr
um die Höhe des Flansches 11 vorsteht und an die Endplatte 15 anstößt. Neben
Öffnungen für die Verbindungsrohre 10 ist in der Befestigungsplatte 16 ein
Loch 18 vorgesehen, das sich durch die Befestigungsplatte 16 in den Bereich des
vorstehenden Abschnittes 17 erstreckt. Um die Verbindungsrohre 10 dicht mit
dem Plattenwärmetauscher 1 zu verbinden, wird das bolzenartige Element, das
im offenbarten Beispiel aus einem Gewindebolzen 19 besteht, durch das Loch
18 und den Befestigungselementkanal 3 geführt, und mittels einer Mutter 20
werden die Befestigungsplatten 16 und somit die Flansche 11 mit den
Dichtungsringen 13 dicht gegen die Endplatte 15 des Plattenwärmetauschers 1
angezogen. Zwischen der Mutter 20 und der Endplatte 14 kann eine Verstärkungsscheibe
21 vorgesehen sein. Natürlich kann der Bolzen 19 auch von der
anderen Seite eingeführt werden, wobei dann die Mutter 20 auf derselben Seite
angeordnet ist wie die Befestigungsplatte 16. Der offenbarte Bolzen 19 mit einer
Schraube und einer Mutter kann auch aus anderen bolzenartigen Elementen
bestehen, zum Beispiel aus einer Stange mit festen Köpfen, einer Stange, die
sich durch den Plattenwärmetauscher 1 erstreckt und mit den Endplatten 14, 15
verschweißt wird etc.. Die Befestigungsplatte 16 kann auf unterschiedlichste
Weisen geformt sein, zum Beispiel wie links in Fig. 5 offenbart, wo die
Öffnungen der Befestigungsplatte 16 die Form von Vertiefungen haben, was in
solchen Fällen von Vorteil ist, wenn die Verbindungsrohre 10 fest sind und
somit nicht in Löcher einer Befestigungsplatte 16, wie sie rechts in Fig. 5
offenbart ist, eingeführt werden können. Weiterhin kann die Befestigungsplatte 16
aus individuellen Platten für jedes Verbindungsrohr 10 bestehen oder aus einer
einzigen Platte für alle Verbindungsrohre 10.
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Fig. 8 offenbart einen Befestigungselementkanal in der Form einer Rille, die
durch Vertiefungen oder Ausschnitte 22a in den Endabschnitten jeder
Wärmeübertragungsplatte 5 gebildet wird. Ein solcher Ausschnitt 22a, der durch
gepunktete Linien in Fig. 4 offenbart ist, ist in derselben Weise wie das Loch 3a
des entsprechenden Kontaktabschnittes 9 umgeben. Somit bilden auch die
Ausschnitte 22a der gestapelten Wärmeübertragungsplatten 5 einen
Befestigungselementkanal 22, der von den Wärmeübertragungsdurchgängen des
Plattenwärmetauschers 1 begrenzt wird und durch den sich der Bolzen 19 erstreckt. Es
ist weiterhin anzumerken, dass das Loch 3a oder der Ausschnitt 22a nicht
notwendigerweise zwischen einem Paar von Durchgangslöchern 2a vorgesehen
sein müssen. Nach der vorliegenden Erfindung ist es zum Beispiel möglich,
einen Plattenwärmetauscher 1 mit nur einem Befestigungselementkanal 3
vorzusehen, der sich in dessen Mitte befindet.
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Fig. 9 offenbart eine andere Art und Weise, den Plattenwärmetauscher 1 nach
der vorliegenden Erfindung anzuordnen. In diesem Beispiel wird der
Plattenwärmetauscher 1 direkt an ein schematisch offenbartes Trageelement 23
angebracht, das zum Beispiel Teil eines Fahrzeugmotors sein kann. Durch das
Trageelement erstrecken sich Verbindungskanäle 24, die mit den
Durchgangslochkanälen des Plattenwärmetauschers 1 ausgerichtet sind. Um ein korrektes
Abdichten der Verbindung zwischen den Durchgangslochkanälen 2 und den
Verbindungskanälen 24 zu erreichen, ist zwischen dem Plattenwärmetauscher 1
und dem Trageelement 23 eine Dichtung 25 vorgesehen. In diesem Fall wird
der Plattenwärmetauscher 1 in einer besonders einfachen Weise durch Bolzen
19, die sich durch den Befestigungselementkanal des Plattenwärmetauschers 1
erstrecken und in die mit Gewinde versehenen Löcher im Trageelement 23
geschraubt werden, angebracht. Es ist anzumerken, dass die Dichtung 25 auch
mehrere Einzeldichtungen umfassen kann, eine für jeden Durchgangslochkanal
2.
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Fig. 10 und 11 offenbaren eine alternative Art und Weise, ein Verbindungsrohr
10 mit dem Durchgangslochkanal 2 des Plattenwärmetauschers 1 zu verbinden.
Um das Verbindungsrohr 10 herum ist ein konisch verjüngter Dichtungsring 27
vorgesehen. Eine Befestigungsplatte 28 mit Öffnungen 29, die konisch in
entsprechender Weise verjüngt sind, liegt dicht am Plattenwärmetauscher 1 mittels
des Bolzens 19 an, indem der Dichtungsring 27 gegen die Endplatte 15 und das
Verbindungsrohr 10 gedrückt wird und somit das Verbindungsrohr 10 mit
dem Plattenwärmetauscher 1 verbunden wird. Gleichzeitig wird ein effektives
Abdichten der Verbindung zwischen dem Durchgangsloch 2 und dem
Verbindungsrohr 10 erzielt.
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Der Plattenwärmetauscher nach der vorliegenden Erfindung kann in vielen
unterschiedlichen Anwendungen Verwendung finden, wo es darauf ankommt,
die Befestigungskosten und die Komponenten auf einem niedrigen Niveau zu
halten. Neben der Anwendung für Verbrennungsmotoren kann der
Plattenwärmetauscher nach der vorliegenden Erfindung auch verwendet werden in
Ölkühlern von Getriebekästen oder Kompressoren sowie für
Heißwassererhitzer oder für zentrale Heizvorrichtungen usw.