EP0742418B1 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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EP0742418B1
EP0742418B1 EP96105405A EP96105405A EP0742418B1 EP 0742418 B1 EP0742418 B1 EP 0742418B1 EP 96105405 A EP96105405 A EP 96105405A EP 96105405 A EP96105405 A EP 96105405A EP 0742418 B1 EP0742418 B1 EP 0742418B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
heat exchanger
fact
type heat
rim
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96105405A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0742418A3 (de
EP0742418A2 (de
Inventor
Victor Brost
Klaus Kalbacher
Rainer Käsinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laengerer and Reich GmbH and Co
Original Assignee
Laengerer and Reich GmbH and Co
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Publication date
Priority claimed from DE1995117174 external-priority patent/DE19517174C1/de
Priority claimed from DE1995119312 external-priority patent/DE19519312A1/de
Application filed by Laengerer and Reich GmbH and Co filed Critical Laengerer and Reich GmbH and Co
Publication of EP0742418A2 publication Critical patent/EP0742418A2/de
Publication of EP0742418A3 publication Critical patent/EP0742418A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0742418B1 publication Critical patent/EP0742418B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger consisting of several stacked trough-shaped heat exchanger plates with stepped, circumferential, outer edge, the edges connected by joining, in particular are soldered.
  • Plate heat exchangers of this type are known for example from EP 0250439 and 0258236 known.
  • the plate heat exchangers are made of individual trough-shaped heat exchanger plates different design, especially different Edge design composed. Such heat exchanger plates are through suitable forming processes, for example deep drawing, are produced. The batch way is designed so that the heat exchanger plates with simply graduated Border design with those with double-tiered border design alternate.
  • the heat exchanger plates also differ in their other design in such a way that they are suitable, stacked on top of one another and joined technically connected to form separate flow channels through which the heat-exchanging fluids can flow.
  • the edge design is unsatisfactory for a quality soldering process. Since they also do not ensure sufficient rigidity of the heat exchanger plates can, the positioning and fixation of the stacked Plates can often be faulty.
  • the object of the invention is a plate heat exchanger of the type described at the outset so that its manufacture becomes easier and in particular a higher quality of the soldering process enables.
  • the plate heat exchanger is provided according to the invention to be equipped with the features of claim 1.
  • the horizontal gradation of the edge is done by moving the material leads to a higher work hardening. This will make every heat exchanger plate a higher stiffness is given, the accurate stacking and positioning before the soldering process.
  • the pressing force is only vertical according to the invention via the horizontal gradation and transferred to the vertical edge so that the heat exchanger plates can not slip during the soldering process, but their target position to keep.
  • connection surface main connection surface
  • the channel-like depression in the bottom of the heat exchanger plates improves the sharpest possible training of the right-angled outer edge. This is also a contribution to correct positioning and to increase the connection area. By also in this Area of material shift is the rigidity of the heat exchanger plates further increased and crack formation inhibited.
  • One particularly too additional effect of the channel-like depression mentioned is that the vertical force F on the edge area or the main connecting surface is concentrated because that between the heat exchanger plates usually arranged slats in the channel-like circumferential recess are pressed and consequently reduce their resistance to the force F.
  • the non-functional outer radii in the area of the horizontal gradation have been chosen relatively large to counteract the risk of cracking.
  • the invention provides heat exchanger plates with uniformly graded Edge design available, leading to manufacturing advantages to lead.
  • the feature of claim 7 causes a more stable design against mechanical Effects, for example rockfall, which occurs relatively frequently, when the plate heat exchanger according to the invention installed in motor vehicles is.
  • Claims 10 to 13 additionally lead to a lower overall height of the heat exchanger and less material. Furthermore, the Arrangement of the horizontal gradation in different heights, in connection with the turbulence-generating embossed in the bottom of the heat exchanger plates Surveys a better adaptation of the plate heat exchanger to different Cooling performance parameters. In known plate heat exchangers, at which the individual heat exchanger plates always with the same vertical distances the cooling capacity can be determined by the number of heat exchanger plates, measures to improve the heat transfer etc. can be varied. The invention provides an additional possibility of adapting the cooling capacity to disposal.
  • the water side of the heat exchanger is the lower one vertical distance. Due to the narrowing of the flow channel on the water side it affects the flow velocity of the medium and therefore also on the performance.
  • all heat exchanger plates are inventive features formed in their bottom with turbulence-generating elevations, these provided in different numbers, design, arrangement and height could be. The height extension within a heat exchanger plate however, should be the same. These features also allow a favorable cooling performance Adaptation.
  • the turbulence-generating surveys, their elevation corresponds to the height of the horizontal gradation of the edge also a distance-generating and stability-improving one Function, because each elevation with its upper end at the bottom of the above arranged heat exchanger plate is connected. The compactness of one such heat exchanger has thus been improved
  • Fig. 1 The edge design in an enlarged partial cross section of one for soldering prepared stack of heat exchanger plates.
  • Fig. 2 partial cross section through two stacked trough-shaped heat exchanger plates with details of the border design
  • Fig. 3 Another embodiment using a single heat exchanger plate
  • Fig. 4 A plate heat exchanger in a cross section
  • Fig. 5 partial cross section of a stack of heat exchanger plates in an enlarged execution
  • Fig. 6 cross section through a plate heat exchanger with flow paths the media
  • Fig. 7 Exploded view of a plate heat exchanger
  • Fig. 8 Enlarged partial cross section of a variant without turbulence inserts
  • the plate heat exchanger 1 is made of aluminum sheet. It is used for heat exchange between oil and water.
  • the external shape of the plate heat exchanger can be arbitrary, i.e. it is the respective purpose and the Installation location adapted.
  • the plate heat exchanger 1 consists of six heat exchanger plates 2, which are stacked and with a vertical Force F are applied by the weight of a metal block placed on it is produced. Fins 13 are arranged between the heat exchanger plates 2, which serve to improve the heat transfer.
  • a quality Soldering all parts of the plate heat exchanger 1 as in Fig.1 is shown is the application of a force F to the stack and in particular of great importance to the marginal area.
  • the slats 13 are in Edge area pressed into the channel-like recess 6 worked into the base 5.
  • the Main connecting surface 3 between the heat exchanger plates 2 is through the lower edge of the respective upper heat exchanger plate 2a and the horizontal Gradation 4 in the edge of the heat exchanger plate located below it 2b formed. On this surface 3, pressure soldering is possible, the one better quality of the solder joint guaranteed.
  • the main interface 3 is due to the vertical connecting surface between the legs 12 has been expanded or enlarged, in which the solder runs and ensures an additional seal.
  • Each heat exchanger plate 2 has the same edge formation, as can be seen particularly from FIGS. 1 and 2. 2 shows further important details. As a convenient dimension for the width b of the circumferential channel-like depression 6 2mm determined and provided.
  • the outer radius 7 of the lower outer edge 8 could be minimized, which had a positive effect on the enlargement of the main connecting area 3 affects.
  • the horizontal one created by material shift Gradation 4 has a sharp edge 41 on the inside and outside a rounding 42 with a correspondingly large radius.
  • the edge design also has a distance from the horizontal gradation 4 a kink outwards.
  • Figure 3 shows a further gradation 10 of the edge with a vertical edge finish 11.
  • training already mentioned such as channel-like deepening 6, horizontal gradation 4 with the inner edge 41 and the rounding 42 from this figure.
  • the Fig.4 shows a plate heat exchanger 1, which is already by brazing is connected to a finished block.
  • existing slats 13 were not drawn.
  • the separation of the Flow channels 14 for example oil and water is in this embodiment this has been ensured that the attachments for the Ein and The fluids run out in opposite directions from a horizontal plane are trained.
  • the flow channels 14 thus sealed off from one another then lead into viewed in the vertical direction, alternating e.g. Oil or water.
  • the area of the heat exchanger 1 is included the coolant inlet side (water).
  • the water flows through the Plate heat exchanger 1 according to the arrows 15 shown.
  • the flow channels 16; 17 have different cross-sectional areas.
  • the flow channel 17 for the water side has a lower height h than that Flow channel 16 for the oil side.
  • each knob 18 is incorporated in the bottom 5 of the heat exchanger plates 2b .
  • the top finish 19th each knob 18 is with the bottom 5 of the heat exchanger plate arranged above 2a soldered tight, reducing its compactness and durability against internal pressure was significantly improved.
  • the vertical height h of the Nubs 18 is identical to the arrangement height of the horizontal gradation 4 in the vertically erected edge 20.
  • the flow channel 16 for the oil side is the one with the greater height H, this height H also being equal to the arrangement height the horizontal gradation 4 in the vertical peripheral edge 20 the heat exchanger plate 2a.
  • each heat exchanger plate 2a; 2b also has a relative one here sharp-edged lower edge 21 and channel-like embossed in the bottom 5 Recess 6 as a circumferential groove 22
  • H is the horizontal gradation 4 in each heat exchanger plate 2a; 2b intended.
  • To the horizontal Gradation 4 of each edge 20 of each heat exchanger plate closes an inclined edge outlet 23. Through the sloping edge outlet 23 the outer sides of the housing-less plate heat exchanger 1 are practically like through a scale-like or step-like layer against mechanical influences protected.
  • the flow paths for water and oil in the flow channels 16; 17 are illustrated by the arrows 15; 24 of FIG. 6.
  • the flatter flow channels 17 on the water side are here also with knobs 18 stamped in the bottom 5 been equipped.
  • the upper end of the plate heat exchanger 1 is through a cover plate 25 is formed, which alternatively also for receiving the connections could be equipped for the media.
  • the structural structure of the plate heat exchanger 1 is best derived from the Exploded view in Fig. 7.
  • the caseless plate heat exchanger 1 has a base plate 26 at the bottom, which is used to fasten the plate heat exchanger 1, for example in a motor vehicle and at the same time not shown connecting flanges for the media.
  • FIG. 8 An alternative embodiment is shown in FIG. 8. Here was up oil-side slats 13 waived. In their place are in the bottom 5 of the oil side Heat exchanger plates 2a also generate turbulence and distance Elevations (nubs 18) arranged in the same way as on the water side with its upper end 19 at the bottom 5 of the above Heat exchanger plate 2b are connected to the water side.
  • This embodiment leads to lower manufacturing costs, fewer parts and has lower pressure losses. In terms of performance, this became a compromise achieved that is of interest for certain applications.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus mehreren ineinandergestapelten wannenförmigen Wärmetauscherplatten mit abgestuftem, umlaufendem, äußerem Rand, wobei die Ränder fügetechnisch verbunden, insbesondere gelötet sind.
Plattenwärmetauscher dieser Art sind beispielsweise aus den EP 0250439 und 0258236 bekannt.
Die Plattenwärmetauscher sind aus einzelnen wannenförmigen Wärmetauscherplatten unterschiedlicher Gestaltung, insbesondere unterschiedlicher Randgestaltung zusammengesetzt. Solche Wärmetauscherplatten werden durch geeignete umformtechnische Verfahren, bspw. Tiefziehen, hergestellt. Die Stapelweise ist so ausgeführt, daß sich die Wärmetauscherplatten mit einfach abgestufter Randgestaltung mit solchen mit zweifach abgestufter Randgestaltung abwechseln.
Die Wärmetauscherplatten unterscheiden sich außerdem in ihrer übrigen Gestaltung derart, daß sie geeignet sind, übereinandergestapelt und fügetechnisch verbunden, voneinander getrennte Strömungskanäle zu bilden, durch die die wärmeaustauschenden Fluide strömen können.
Wegen der beschriebenen unterschiedlichen Gestaltung der Wärmetauscherplatten ist eine relativ aufwendige Herstellung notwendig, die durch mehrere Bearbeitungsgänge mit verschiedenen Werkzeugen gekennzeichnet ist.
Die Randgestaltung ist für einen qualitätsgerechten Lötprozeß unbefriedigend. Da sie auch keine ausreichende Steifigkeit der Wärmetauscherplatten gewährleisten kann, wird die Positionierung und Fixierung der ineinandergestapelten Platten oft fehlerhaft sein.
Die letztgenannten Nachteile besitzt auch der aus der DE-OS 2 404 630 bekannte Wärmetauscher, obwohl dieser bereits eine einheitliche Randgestaltung aufweist. Der Rand zeigt zwei aufeinanderfolgende Abstufungen, die jedoch ebenfalls dazu führen, daß in einem zum Löten vorbereiteten Stapel von Wärmetauscherplatten, der mit einer vertikalen Kraft beaufschlagt werden muß, die Ränder nach außen verbogen werden und demzufolge keine exakte Positionierung der einzelnen Wärmetauscherplatten sowie keine ausreichende Lötqualität gewährleisten können.
Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß seine Herstellung einfacher wird und insbesondere eine höhere Qualität des Lötprozesses ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 auszustatten.
Vorteilhafte Weiterbildungen enthalten die Ansprüche 2 bis 13. Alle in den Patentansprüchen offenbarten Merkmale sollen als an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt gelten.
Die horizontale Abstufung des Randes erfolgt durch Materialverschiebung, die zu einer höheren Kaltverfestigung führt. Dadurch wird jeder Wärmetauscherplatte eine höhere Steifigkeit verliehen, die eine maßgenaue Stapelung und Positionierung vor dem Lötprozeß ermöglicht.
Die Preßkraft wird gemäß der Erfindung nur vertikal über die horizontale Abstufung und dem vertikalen Rand übertragen, so daß die Wärmetauscherplatten auch während des Lötprozesses nicht verrutschen können, sondern ihre Sollposition behalten.
Eine höhere Qualität des Lötprozesses ist vor allem dadurch erreicht worden, daß der wesentliche Teil der Verbindungsfläche (Hauptverbindungsfläche) durch die horizontale Abstufung gebildet wird und somit die Drucklötung an die Stelle der Spaltlötung treten kann.
Die Einbeziehung des sich an die horizontale Abstufung anschließenden vertikalen Spalts in die Verbindungsfläche führt zu einer effektiven Vergrößerung dieser Fläche und leistet einen zusätzlichen Beitrag für die qualitätsgerechte Verlötung.
Das Merkmal des Anspruchs 5, die kanalartige Vertiefung im Boden der Wärmetauscherplatten, verbessert die möglichst scharfkantige Ausbildung der rechtwinkligen Außenkante. Dies ist ebenfalls ein Beitrag zur korrekten Positionierung und zur Vergrößerung der Verbindungsfläche. Durch die auch in diesem Bereich auftretende Materialverschiebung wird die Steifigkeit der Wärmetauscherplatten weiter erhöht und die Rißbildung gehemmt. Eine besonders zu erwähnende zusätzliche Wirkung der kanalartigen Vertiefung besteht darin, daß die vertikale Kraft F auf den Randbereich beziehungsweise die Hauptverbindungsfläche konzentriert wird, weil die zwischen den Wärmetauscherplatten üblicherweise angeordneten Lamellen in die kanalartige umlaufende Vertiefung gedrückt werden und demzufolge ihren Widerstand gegen die Kraft F verringern.
Die funktionsunwichtigen Außenradien im Bereich der horizontalen Abstufung sind relativ groß gewählt worden, um der Gefahr der Rißbildung entgegenzuwirken.
Darüber hinaus stellt die Erfindung Wärmetauscherplatten mit einheitlich abgestufter Randgestaltung zur Verfügung, die zu fertigungstechnischen Vorteilen führen.
Das Merkmal des Anspruches 7 bewirkt eine stabilere Gestaltung gegen mechanische Einwirkungen, zum Beispiel Steinschlag, der relativ häufig auftritt, wenn der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher in Kraftfahrzeugen eingebaut ist.
Demgegenüber gestattet die Ausbildung des Plattenwärmetauschers mit den Merkmalen des Anspruches 8 eine platzsparende Anordnung.
Die Ansprüche 10 bis 13 führen zusätzlich zu einer geringeren Gesamtbauhöhe des Wärmetauschers und zu geringerem Materialeinsatz. Ferner gestattet die Anordnung der horizontalen Abstufung in verschiedenen Höhen, in Verbindung mit den im Boden der Wärmetauscherplatten eingeprägten turbulenzerzeugenden Erhebungen eine bessere Anpassung des Plattenwärmetauschers an verschiedene Kühlleistungsparameter. Bei bekannten Plattenwärmetauschern, bei denen die einzelnen Wärmetauscherplatten mit stets gleichen vertikalen Abständen angeordnet sind, kann die Kühlleistung durch die Anzahl der Wärmetauscherplatten, durch den Wärmeübergang verbessernde Maßnahmen usw. variiert werden. Die Erfindung stellt hier eine zusätzliche Möglichkeit der Kühlleistungsanpassung zur Verfügung.
Vorzugsweise ist die Wasserseite des Wärmetauschers mit dem niedrigeren vertikalen Abstand ausgebildet. Durch die somit bewirkte Verengung des Strömungskanals auf der Wasserseite wird Einfluß auf die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und dadurch auch auf die Leistung genommen. Nach weiteren erfinderischen Merkmalen sind alternativ sämtliche Wärmetauscherplatten in ihrem Boden mit turbulenzerzeugenden Erhebungen ausgebildet, wobei diese in unterschiedlicher Anzahl, Formgestaltung, Anordnung und Bauhöhe vorgesehen sein können. Die Höhenerstreckung innerhalb einer Wärmetauscherplatte sollte jedoch gleich sein. Auch diese Merkmale erlauben eine günstige kühlleistungsmäßige Anpassung. Die turbulenzerzeugenden Erhebungen, deren Höhenerstreckung der Höhe der horizontalen Abstufung des Randes entspricht, besitzen darüber hinaus auch eine abstandserzeugende und stabilitätsverbessernde Funktion, weil jede Erhebung mit ihrem oberen Abschluß am Boden der darüber angeordneten Wärmetauscherplatte verbunden ist. Die Kompaktheit eines solchen Wärmetauschers ist somit verbessert worden
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels praktisch veranschaulicht. Dazu wird auf die Zeichnung Bezug genommen.
Es zeigen:
Fig. 1: Die Randgestaltung in einem vergrößerten Teilquerschnitt eines zum Löten vorbereiteten Stapels von Wärmetauscherplatten.
Fig. 2: Teilquerschnitt durch zwei ineinandergestapelte wannenförmige Wärmetauscherplatten mit Einzelheiten der Randgestaltung
Fig. 3: Eine andere Ausführungsform anhand einer einzelnen Wärmetauscherplatte
Fig. 4: Ein Plattenwärmetauscher in einem Querschnitt
Fig. 5: Teilquerschnitt eines Stapels von Wärmetauscherplatten in vergrößerter Ausführung
Fig. 6: Querschnitt durch einen Plattenwärmetauscher mit Strömungswegen der Medien
Fig. 7: Explositionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers
Fig. 8: Vergrößerter Teilquerschnitt einer Variante ohne Turbulenzeinlagen
Der Plattenwärmetauscher 1 wird aus Al-Blech hergestellt. Er dient dem Wärmeaustausch zwischen Öl und Wasser. Die äußere Form des Plattenwärmetauschersl kann beliebig sein, d.h. sie ist dem jeweiligen Einsatzzweck und dem Einbauort angepaßt. Gemäß Fig. 1 besteht der Plattenwärmetauscher 1 aus sechs Wärmetauscherplatten 2, die ineinandergestapelt und mit einer vertikalen Kraft F beaufschlagt sind, die durch das Gewicht eines aufgelegten Metallklotzes erzeugt wird. Zwischen den Wärmetauscherplatten 2 sind Lamellen 13 angeordnet, die der Verbesserung des Wärmeübergangs dienen. Für eine qualitätsgerechte Verlötung sämtlicher Teile des Plattenwärmetauschers 1, wie er in Fig.1 gezeigt ist, ist die Ausübung einer Kraft F auf den Stapel und insbesondere auf den Randbereich von großer Bedeutung. Die Lamellen 13 werden im Randbereich in die im Boden 5 eingearbeitete kanalartige Vertiefung 6 gedrückt. Sie erhalten somit die Möglichkeit auszuweichen, was dazu führt, daß die Kraft F auf die horizontale Hauptverbindungsfläche 3 konzentriert wird. Die Hauptverbindungsfläche 3 zwischen den Wärmetauscherplatten 2 wird durch den unteren Rand der jeweils oberen Wärmetauscherplatte 2a und der horizontalen Abstufung 4 im Rand der jeweils darunter befindlichen Wärmetauscherplatte 2b gebildet. Auf dieser Fläche 3 ist die Drucklötung möglich, die eine bessere Qualität der Lötverbindung garantiert. Die Hauptverbindungsfläche 3 ist durch die zwischen den Schenkeln befindliche vertikale Verbindungsfläche 12 erweitert beziehungsweise vergrößert worden, in der das Lot verläuft und eine zusätzliche Abdichtung sicherstellt. Jede Wärmetauscherplatte 2 besitzt die gleiche Randausbildung, wie besonders aus den Fig.1 und 2 hervorgeht. Aus der Fig. 2 gehen weitere wichtige Einzelheiten hervor. Als günstige Abmessung für die Breite b der umlaufenden kanalartigen Vertiefung 6 wurden 2mm ermittelt und vorgesehen. Der Außenradius 7 der unteren Außenkante 8 konnte minimiert werden, was sich positiv auf die Vergrößerung der Hauptverbindungsfläche 3 auswirkt. Die durch Materialverschiebung hergestellte horizontale Abstufung 4 hat an der Innenseite eine scharfe Kante 41 und außen eine Abrundung 42 mit entsprechend großem Radius.
Die Randgestaltung besitzt ferner in einem Abstand von der horizontalen Abstufung 4 einen Knick nach außen. Im Unterschied dazu zeigt die Fig.3 eine weitere Abstufung 10 des Randes mit einem vertikalen Randabschluß 11. Außerdem gehen sämtliche bereits erwähnten Ausbildungen, wie kanalartige Vertiefung 6, horizontale Abstufung 4 mit der Innenkante 41 und der Abrundung 42 aus dieser Abbildung hervor.
Die Fig.4 zeigt einen Plattenwärmetauscher 1, der bereits durch Hartlötung zu einem fertigen Block verbunden ist. Die in den Strömungskanälen 14 üblicherweise vorhandenen Lamellen 13 wurden nicht gezeichnet. Die Trennung der Strömungskanäle 14 für beispielsweise Öl und Wasser ist in diesem Ausführungsbeispiel dadurch sichergestellt worden, daß die Anhalsungen für den Ein-und Auslauf der Fluide jeweils entgegengesetzt von einer horizontalen Ebene ausgebildet sind. Beim Stapeln der Wärmetauscherplatten 2 kommen dann die nach unten weisenden Anhalsungen mit den nach oben weisenden Anhalsungen zur Anlage und bilden geeignete Verbindungsflächen für den Lötprozeß.
Die somit gegeneinander abgedichteten Strömungskanäle 14 führen dann, in vertikaler Richtung betrachtet, jeweils abwechselnd z.B. Öl oder Wasser.
Es wurde hier darauf verzichtet eine weitere Draufsicht der Fig.4 darzustellen, aus der dann die Ein-und Austrittsöffnungen für die Medien hervorgehen würden, weil dieser Sachverhalt beziehungsweise diese Ausbildung dem Fachmann in bester Weise geläufig ist.
In dem in Fig.5 gezeigten Ausschnitt ist der Bereich des Wärmetauschers 1 mit der Kühlmitteleintrittsseite (Wasser) dargestellt. Das Wasser durchströmt den Plattenwärmetauscher 1 gemäß den eingezeichneten Pfeilen 15. Die Strömungskanäle 16;17 besitzen unterschiedliche Querschnittsflächen. Der Strömungkanal 17 für die Wasserseite weist eine geringere Höhe h auf als der Strömungskanal 16 für die Ölseite.
Im Boden 5 der Wärmetauscherplatten 2b sind turbulenzerzeugende Noppen 18 eingearbeitet, die von dem Wasser umströmt werden. Der obere Abschluß 19 jeder Noppe 18 ist mit dem Boden 5 der darüber angeordneten Wärmetauscherplatte 2a fest verlötet, wodurch die Kompaktheit und Widerstandsfähigkeit gegen Innendruck wesentlich verbessert wurde. Die vertikale Höhe h der Noppen 18 ist identisch mit der Anordnungshöhe der horizontalen Abstufung 4 im vertikal aufgerichteten Rand 20. Der Strömungskanal 16 für die Ölseite ist derjenige mit der größeren Höhe H, wobei auch diese Höhe H gleich der Anordnungshöhe der horizontalen Abstufung 4 im vertikal umlaufenden Rand 20 der Wärmetauscherplatte 2a ist.
In diesem Strömungskanal 16 befinden sich Lamellen 13, die der Turbulenzerzeugung und der Verbesserung des Wärmeüberganges auf der Ölseite dienen. Diese Lamellen 13 sind ebenfalls mit den Böden 5 der darüber und darunter angeordneten Wärmetauscherplatten 2a;2b fest verbunden. Ferner kann man der Fig.5 sehr deutlich die Randgestaltung des Plattenwärmetauschers 1 entnehmen. Jede Wärmetauscherplatte 2a;2b besitzt auch hier einen relativ scharfkantig ausgebildeten unteren Rand 21 und im Boden 5 eingeprägte kanalartige Vertiefung 6 als umlaufende Rinne 22. Durch die bei der Einprägung der Rinne 22 stattfindende Materialverschiebung nach außen wird die scharfkantige Ausbildung des unteren Randes 21 erreicht. In zwei verschiedenen Höhen H;h ist die horizontale Abstufung 4 in jeder Wärmetauscherplatte 2a;2b vorgesehen. Durch die auch hier stattfindende Materialverschiebung bei der Herstellung der horizontalen Abstufung 4 wird innen jeweils eine scharfe Kante 41 und außen eine Abrundung 42 realisiert. Dadurch wird eine optimale horizontal umlaufende Lötflöche bereitgestellt, die sehr gute Lötqualität verspricht, weil auch hier die Drucklötung an die Stelle der sonst bei der Verbindung von Wärmetauscherplatten 2a;2b anzutreffenden Spaltlötung treten kann. Die vertikalen Ränder 20 der Wärmetauscherplatten 2a;2b liegen in einer vertikalen Flucht übereinander, was auch aus Fig. 8 sehr gut hervorgeht und gewährleisten die für den Lötprozeß notwendige Kraftübertragung. An die horizontale Abstufung 4 eines jeden Randes 20 jeder Wärmetauscherplatte schließt sich ein schräger Randauslauf 23 an. Durch den schrägstehenden Randauslauf 23 sind die Außenseiten des gehäuselosen Plattenwärmetauschers 1 praktisch wie durch eine schuppen- oder stufenartige Schicht gegen mechanische Einwirkungen geschützt.
Die Strömungswege für Wasser und Öl in den Strömungskanälen 16;17 sind durch die Pfeile 15;24 der Fig. 6 verdeutlicht. Die flacheren Strömungskanäle 17 auf der Wasserseite sind auch hier mit im Boden 5 eingeprägte Noppen 18 ausgerüstet worden. Die größeren Strömungskanäle 16 auf der Ölseite nehmen Lamellen 13 auf. Der obere Abschluß des Plattenwärmetauschers 1 wird durch ein Deckblech 25 gebildet, welches alternativ auch zur Aufnahme der Anschlüsse für die Medien ausgerüstet sein könnte.
Der strukturelle Aufbau des Plattenwärmetauschers 1 geht am besten aus der Explosionsdarstellung in Fig. 7 hervor. Der gehäuselose Plattenwärmetauscher 1 besitzt unten eine Grundplatte 26, die zur Befestigung des Plattenwärmetauschers 1, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug dient und gleichzeitig die nicht dargestellten Anschlußflansche für die Medien aufnimmt.
Auf dieser Grundplatte 26 sind in der Reihenfolge Wärmetauscherplatte 2a für die Ölseite, Lamelle 13, Wärmetauscherplatte 2b mit Noppen 18 für die Wasserseite, eine weitere Wärmetauscherplatte 2a mit Lamelle 13, eine nächste Wärmetauscherplatte 2b und ein oberes Deckblech 25 angeordnet. Der in der Praxis realisierte Plattenwärmetauscher 1 wird je nach geforderter Kühlleistung aus einer Vielzahl dieser Elemente bestehen, die wie beschrieben angeordnet sind. Die zwischen der oberen Wärmetauscherplatte 2b und dem Deckblech 25 vorgesehene Platte wurde nicht gezeichnet.
Eine alternative Ausführungsform ist in der Fig. 8 dargestellt. Hier wurde auf ölseitige Lamellen 13 verzichtet. An deren Stelle sind in dem Boden 5 der ölseitigen Wärmetauscherplatten 2a ebenfalls turbulenzerzeugende und abstandsbildende Erhebungen (Noppen 18) angeordnet, die in gleicher Art wie auf der Wasserseite mit ihrem oberen Abschluß 19 am Boden 5 der darüber befindlichen Wärmetauscherplatte 2b der Wasserseite verbunden sind. Diese Ausführungsform führt zu niedrigeren Herstellungskosten, weniger Einzelteilen und hat geringere Druckverluste zur Folge. Leistungsmäßig wurde hierdurch ein Kompromiß erzielt, der für bestimmte Einsatzfälle von Interesse ist.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1
Plattenwärmetauscher
2
Wärmetauscherplatte
2a
Wärmetauscherplatte
2b
Wärmetauscherplatte
3
Hauptverbindungsfläche
4
horizontale Abstufung
5
Boden der Wärmetauscherplatte
6
kanalartige Vertiefung
7
Außenradius von 8
8
Außenkante der Wärmetauscherplatten
9
Randauslauf
10
Abstufung
11
Randabschluß
12
Verbindungsfläche
13
Lamellen
14
Strömungskanäle
15
Pfeile Öl
16
Strömungskanal Öl
17
Strömungskanal Wasser
18
Noppen
19
oberer Abschluß an Noppen
20
vertikaler Rand
21
unterer Rand
22
umlaufende Rinne
23
schräger Randauslauf
24
Pfeile Wasser
25
Deckblech
26
Grundplatte
41
scharfe Kante bei 4
42
Abrundung außen bei 4
F
Kraftpfeil
H
größere Höhe der vertikalen Abstufung 4 = Höhe von Noppen 18
h
kleinere Höhe

Claims (13)

  1. Plattenwärmetauscher, bestehend aus getrennte Strömungskanäle für die wärmeaustauschenden Fluide bildenden, ineinandergestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten (2a;2b), mit einem horizontalen Boden (5), einem daran anschließenden vertikalen Rand (20), einer im Rand (20) ausgebildeten horizontalen Abstufung (4) und einem anschließenden, erweiternden Randauslauf (9; 23), wobei die Ränder fügetechnisch derart verbunden sind, daß in einem Stapel von Wärmetauscherplatten (2a; 2b) die Hauptverbindungsfläche (3) zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten (2a; 2b) horizontal umlaufend ausgebildet ist, indem die jeweils obere Wärmetauscherplatte (2a) mit ihrem unteren Boden (5) auf der horizontalen Abstufung (4) des Randes (20) der jeweils darunter befindlichen Wärmetauscherplatte(2b) aufliegt.
  2. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmetauscherplatte (2a, 2b) die gleiche Randgestaltung aufweist.
  3. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Stapel von Wärmetauscherplatten (2) einwirkende vertikale Kraft (F) im Randbereich nur vertikal über die horizontale Abstufung (4) und dem vertikalen Rand (20) der Wärmetauscherplatten (2) übertragbar ist.
  4. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Abstufung (4) durch eine eine Kaltverfestigung herbeiführende Materialverschiebung herstellbar ist und innen eine scharfe Kante (41) sowie außen Abrundungen (42) aufweist.
  5. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (2a; 2b) in der Innenseite des Bodens (5) eine umlaufende kanalartige Vertiefung (6) aufweisen, die infolge der Materialverschiebung zu einer scharfen und rißminimierten Ausbildung des Außenradius (7) der unteren Außenkante (8) führt.
  6. Plattenwärmetauscher gemäß dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der kanalartigen Vertiefung (6) 1 bis 6 mm beträgt.
  7. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randauslauf (9;23) in einem vertikalen Abstand von der horizontalen Abstufung (4) nach außen abgeknickt ist, so daß der Randauslauf (9;23) eine schuppen-oder stufenartige Schutzschicht bildet.
  8. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Randauslauf (9) in einem vertikalen Abstand von der horizontalen Abstufung (4) eine weitere Abstufung (10) erhält, derart, daß der Randabschluß (11) vertikal verläuft.
  9. Plattenwärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Hauptverbindungsfläche (3) eine zusätzliche vertikale Verbindungsfläche (12) anschließt.
  10. Plattenwärmetauscher, insbesondere gehäuseloser Plattenwärmetauscher, beispielsweise Öl-Kühlmittel-Kühler, gemäß Anspruch 1,
    mit turbulenzerzeugenden Erhebungen in den Wärmetauscherplatten, dadurch gekennzeichnet,
    daß die horizontale Abstufung (4) in mindestens zwei verschiedenen Höhen (H;h) des vertikalen Randes (20 ) vorgesehen ist, die zu verschiedenen vertikalen Abständen der Wärmetauscherplatten (2a;2b) führt, wobei mindestens in der Wärmetauscherplatte (2b) mit der niedriger angeordneten horizontalen Abstufung (4) im Boden (5) turbulenzerzeugende Erhebungen (18 ) eingeprägt sind deren vertikale Erstreckung gleich der Anordnungshöhe der horizontalen Abstufung (4) ist.
  11. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit dem niedrigeren vertikalen Abstand die Kühlmittellseite des Plattenwärmetauschers (1) darstellt.
  12. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die turbulenzerzeugenden Erhebungen (18) auf beiden Strömungsseiten ausgebildet sind, wobei deren vertikale Ausdehnung der Anordnungshöhe der horizontalen Abstufung (4) entspricht.
  13. Plattenwärmetauscher gemäß mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der turbulenzerzeugenden Erhebungen (18) mit ihrem oberen Abschluß (19) am Boden (5) der darüber angeordneten Wärmetauscherplatte (2a;2b) fügetechnisch verbunden sind.
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