EP1400772A2 - Plattenwärmeübertrager - Google Patents

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EP1400772A2
EP1400772A2 EP03016863A EP03016863A EP1400772A2 EP 1400772 A2 EP1400772 A2 EP 1400772A2 EP 03016863 A EP03016863 A EP 03016863A EP 03016863 A EP03016863 A EP 03016863A EP 1400772 A2 EP1400772 A2 EP 1400772A2
Authority
EP
European Patent Office
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heat exchanger
plate
channel
openings
collecting
Prior art date
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Application number
EP03016863A
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English (en)
French (fr)
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EP1400772A3 (de
EP1400772B1 (de
Inventor
Roland Dipl.-Ing. Strähle
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Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Publication of EP1400772A2 publication Critical patent/EP1400772A2/de
Publication of EP1400772A3 publication Critical patent/EP1400772A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/0075—Supports for plates or plate assemblies
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/028—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using inserts for modifying the pattern of flow inside the header box, e.g. by using flow restrictors or permeable bodies or blocks with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/906—Reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger with the features of Preamble from claim 1.
  • the features specified in the preamble characterize plate heat exchangers, which are now also used in many sources “Housing" plate heat exchangers are called.
  • Such plate heat exchangers have been part of the prior art for some time.
  • a suitable example can be found in DE-OS 30 21 246.
  • the known plate heat exchanger consists of a dissolvable stack of plates, between which seals are arranged. It is likely to be used in the In the food sector.
  • the in the distribution channel and in Collection channel arranged body serves the better distribution of the inflowing Medium on the flow channels, so that all flow channels as possible be involved in heat transfer. This is particularly important if the plate heat exchanger consists of a large number of Heat exchanger plates is built, which to a large number mentioned Flow channels leads, but not all flow channels are sufficient be flowed through.
  • the well-known plate heat exchanger is for media that are particularly high Pressures are not applicable.
  • the object of the invention is a plate heat exchanger propose that for high pressure media, for example Heat exchange between the refrigerant in air conditioning and one Coolant, can be used.
  • the plate heat exchanger is a soldering construction constructed in particular from aluminum sheet coated with solder and the body extends essentially through the entire distributor or collecting duct, with it directly or indirectly with the base plate at one end and directly or indirectly with the other end Cover plate is metallically connected, the plate heat exchanger receives an extremely good pressure stability, and it is therefore particularly suitable for heat exchange between the refrigerant, for example CO 2 , an air conditioning system and the coolant of the engine of a motor vehicle.
  • the refrigerant is known to be under a very high pressure of up to about 150 bar working pressure, the plate heat exchanger being able to withstand a maximum pressure of about 450 bar without losing its function.
  • the pressure stability is achieved in particular by the arrangement of the body in the distributor and collecting channel for the CO 2 and by the direct or indirect connection of the body to the base plate and to the cover plate.
  • the base plate and the cover plate are generally much larger Sheet thickness formed as the heat exchanger plates and therefore suitable for forces record and ensure stability even better than before.
  • the body that is preferably a closed round rod also contributes to that the refrigerant is excellently distributed across all flow channels, making a very good heat exchange rate is achieved especially when a large number is provided by flow channels formed from heat transfer plates.
  • the flow path of the CO 2 in the distributor and in the collecting duct is preferably an annular duct, and it is limited by the wall of the body and by the edge of the openings in the heat exchanger plates.
  • the annular flow path runs through the entire stack and thus distributes the CO 2 to those flow channels that are assigned to the distribution channel and the collecting channel.
  • the flow path does not have to be of the same dimension and ring-shaped over the entire stack. In other words, the cross-section of the body that determines the flow path does not have to be uniform over the entire stack.
  • the attached figures show the plate heat exchanger first in perspective and partially exploded view and second in a cut through the connecting piece through the Plate heat exchanger.
  • the plate heat exchanger is used for heat exchange between the refrigerant CO 2 and the coolant of a motor vehicle engine and is integrated into the air conditioning system in a known and not shown manner.
  • the exemplary embodiment shown consists entirely of aluminum sheets of generally rectangular shape coated with solder, wherein the shape can also be selected appropriately.
  • Trough-shaped heat exchanger plates 4 which have a simply beveled edge 24 and which are each provided with four openings 5 , were produced from the aluminum sheets. The same shape was also provided for the cover plate 3 and for the base plate 2 .
  • the base plate 2 is designed without openings 5 , since the supply and discharge of the CO 2 and the cooling liquid are provided on the cover plate 3 .
  • the heat exchanger plates 4 are assembled into a stack.
  • fins 32 through which the coolant can flow were inserted in the flow channels 10 in a known manner, which ensure efficient heat exchange.
  • the fins 32 also contribute to greater compressive strength because they are soldered to the heat exchange surfaces. 2, the slats 32 were only hinted at.
  • the base and cover plates 2 , 3 complete the plate heat exchanger.
  • the edge 24 of the plates 2 , 3 , 4 points downwards.
  • the four apertures 5 of the stacked heat exchanger plates 4 form four vertically passing through the stack of cardboard - and distribution channels 6, 7, 8, 9.
  • the reference numerals 6, 7, 8, 9 were attached to the flow arrows are intended to show the same time, that when 6, the coolant flows into the distribution channel 6 of the plate heat exchanger via the connecting piece 1.2 and leaves the same again via the collecting channel 7 and the connecting piece 1.2 after flowing through the flow channels 10 .
  • the refrigerant flows into the plate heat exchanger at 9 , which leaves the plate heat exchanger at 8 after flowing through the flow channels 11 .
  • the heat exchange thus takes place in cocurrent, but countercurrent is provided in an embodiment not shown.
  • the connecting pieces 1.1 for the refrigerant are special high-pressure fittings.
  • the body 12 extends through the entire distribution channel 9 or through the collecting channel 8 . It is of generally round shape in cross section, the diameter of which must be smaller than the diameter of the openings 5 which form the distributor channel 9 and the collecting channel 8 .
  • a flow path 16 which is annular in the exemplary embodiment, is formed within the distributor and collection channels 8, 9 , through which the refrigerant flows. Every second flow channel 11 is hydraulically connected to the distributor - and to the collecting channel 8, 9 . Since the flow channels 10 and 11 formed by the heat exchanger plates 4 alternate in the exemplary embodiment shown, the first flow channels 10 are hydraulically connected to the distributor and to the collecting channel 6 , 7 .
  • the lower end 13 of the body 12 in the picture is connected directly to the base plate 2 and the upper end 14 in the picture is connected directly to the cover plate 3 , which gives the plate heat exchanger a very good compressive strength.
  • the base plate 2 and the cover plate 3 have sufficient stability. It is advisable to select the distributor and the collecting channel 8 , 9 for the refrigerant for the arrangement of the bodies 12 , since the same is at a significantly higher pressure than the coolant. This is not a condition, however, because the arrangement of the bodies 12 in the other distributor - and the collecting duct 6 , 7 also achieves a higher compressive strength of the plate heat exchanger.
  • such a body 12 could be arranged in each distributor and collecting channel 6 , 7 , 8 , 9 in order to be able to withstand extremely high pressures.
  • the connecting pieces 1.1 are located on the distributor and collection channels 8 and 9 , which are intended for the refrigerant. Because of the extremely high pressure prevailing there, a very special construction is required, which will be described in more detail below.
  • the connecting flanges 20 have been formed from the cover plate 3 by forming.
  • the flange plates 23 on the base plate 2 likewise, the flange plate 23 also having a reducer 31 in which the lower end 13 of the body 12 is soldered.
  • the body 12 has a taper 30 at the upper end 14 , which can be inserted into the reducer 21 formed on the connecting flange 20 in order to be connected there metallically.
  • a number of openings 22 have been introduced around the reducer 21 and are distributed around the circumference. Of these, five openings 22 visible in Fig. 1
  • the connecting piece 1.1 was soldered onto the connecting flange 20 and onto the cover plate 3 , its border 25 reaching around the openings 22 and around the reducer 21 .
  • the connecting piece 1.1 has approximately sawtooth-like cutouts 26 through which the CO 2 can flow in from the line (not shown), it will continue to flow through the openings 22 into the distribution channel 9 .
  • an annular flow path 26 is formed from which access to the flow channels 11 is guaranteed. (see dashed arrows in Fig. 2, right)
  • the cooled CO 2 can leave the plate heat exchanger via the other connecting piece 1.1 , even if this is not apparent from the illustration, since the sectional plane in both connecting pieces 1.1 is not identical.
  • Such an embodiment is particularly advantageous since it ensures that the accesses from the flow path 16 into the flow channels 11 (and out) are easier to manufacture in terms of construction or production technology.
  • the cross-sectional area of the body 12 is coordinated with the cross-sectional area of the distributor 9 and the collecting channel 8, so that the cross-sectional area of the remaining flow path 16 corresponds approximately to the cross-sectional area of the openings 22 and the cutouts 26 in order to create favorable flow conditions.
  • the ring-like flow path 26 was marked with di and there , which means the inside diameter and the outside diameter of the cross-sectional area of the flow path 26 .
  • FIG. 2 It can also be seen from FIG. 2 that two different types of heat exchanger plates 4 are used in this exemplary embodiment.
  • One type is approximately comparable in sheet thickness to that of the base plate 2 and the cover plate 3 , while the other type is much thinner. This is also due to the fact that the pressures are extremely high.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, bestehend aus Anschlussstutzen (1), Grundplatte (2), Deckplatte (3) und aus Wärmeübertragerplatten (4) mit mindestens vier vorzugsweise kreisförmigen Durchbrüchen (5) für zwei Medien, wobei zwischen Grundplatte (2) und Deckplatte (3) die Wärmeübertragerplatten (4) so ineinander oder aufeinander 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, sowie mit in einem Verteiler - und im zugehörigen Sammelraum (8, 9) etwa koaxial angeordnetem Körper (12). Der Plattenwärmeübertrager ist zum Wärmeaustausch zwischen unter hohem Druck stehende Medien geeignet, wenn er erfindungsgemäß eine aus Blechscheiben aufgebaute Lötkonstruktion ist und wenn sich der Körper (12) im wesentlichen durch den gesamten Verteiler - bzw. Sammelkanal (6, 7) hindurch erstreckt, wobei er an einem Ende (13) mit der Grundplatte (2) und am anderen Ende (14) mit der Deckplatte (3) metallisch verbunden ist, so dass der Körper (12) dem Innendruck im Plattenwärmeübertrager entgegenwirken kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager mit den Merkmalen des Oberbegriffs aus dem Anspruch 1. Die im Oberbegriff angegebenen Merkmale charakterisieren Plattenwärmeübertrager, die mittlerweile in vielen Quellen auch als "gehäuselose" Plattenwärmeübertrager bezeichnet werden.
Solche Plattenwärmeübertrager gehören seit geraumer Zeit zum Stand der Technik. Ein geeignetes Beispiel kann der DE - OS 30 21 246 entnommen werden. Der bekannte Plattenwärmeübertrager besteht aus einem auflösbaren Stapel von Platten, zwischen denen Dichtungen angeordnet sind. Er ist wahrscheinlich zum Einsatz im Bereich der Nahrungsgüterwirtschaft vorgesehen. Der im Verteilerkanal und im Sammelkanal angeordnete Körper dient der besseren Aufteilung des einströmenden Mediums auf die Strömungskanäle, damit möglichst sämtliche Strömungskanäle an der Wärmeübertragung beteiligt werden. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn der Plattenwärmeübertrager aus einer großen Anzahl von Wärmeübertragerplatten aufgebaut ist, die zu einer großen Anzahl erwähnter Strömungskanäle führt, wobei längst nicht alle Strömungskanäle ausreichend durchströmt werden.
Der bekannte Plattenwärmeübertrager ist für Medien, die unter besonders hohen Drücken stehen nicht anwendbar.
Zusätzlicher Stand der Technik wurde in der DE 30 20 557 A1, in DE 32 15 961 A1 sowie bspw. in FR 2 634 276 A1 beschrieben, auf den hiermit hingewiesen wird. Dieser Stand der Technik scheint weiter entfernt zu liegen, da er keine Plattenwärmeübertrager mit Wärmeübertragerplatten betrifft, die mindestens vier Durchbrüche aufweisen, welche genauso viele Sammel - oder Verteilerkanäle bilden. Somit betrifft dieser Stand der Technik keine "gehäuselosen" Plattenwärmeübertrager.
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 Kühlflüssigkeit, einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird bei dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Plattenwärmeübertrager durch die im Kennzeichen aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß gelöst.
Da der Plattenwärmeübertrager eine insbesondere aus mit Lot beschichtetem Aluminiumblech aufgebaute Lötkonstruktion ist und der Körper sich im wesentlichen durch den gesamten Verteiler - bzw. Sammelkanal hindurch erstreckt, wobei er an einem Ende direkt oder indirekt mit der Grundplatte und am anderen Ende direkt oder indirekt mit der Deckplatte metallisch verbunden ist, erhält der Plattenwärmeübertrager eine ausgesprochen gute Druckstabilität, und er ist deshalb besonders zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel, bspw. CO2, einer Klimaanlage und der Kühlflüssigkeit des Motors eines Kraftfahrzeuges geeignet. Insbesondere das Kältemittel steht bekanntlich unter einem sehr hohen Druck von bis zu etwa 150 bar Arbeitsdruck, wobei der Plattenwärmeübertrager einem maximalen Druck von etwa 450 bar widerstehen soll, ohne seine Funktion zu verlieren.
Die Druckstabilität wird insbesondere durch die Anordnung des Körpers im Verteiler - und im Sammelkanal für das CO2 und durch die direkte oder indirekte Verbindung des Körpers mit der Grundplatte und mit der Deckplatte erreicht.
Die an sich bestens bekannte Ausbildung des Plattenwärmeübertragers aus mit einem Lotwerkstoff beschichtetem Aluminiumblech oder beispielsweise aus Edelstahlblech in einer kompakten Lötkonstruktion alleine, hat sich als nicht ausreichend herausgestellt, um die geforderte Druckstabilität zu gewährleisten.
Es wurde erkannt, dass die noch wirkungsvollere Einbindung der Deck - und der Grundplatte in den Festigkeitsverbund des Plattenwärmetauschers eine einfache und zuverlässige Problemlösung darstellt. Der Erfinder hat damit die Verwendung von Wärmeübertragerplatten mit größerer Blechdicke und all den anderen daraus folgenden Nachteilen vermieden.
Die Grundplatte und die Deckplatte sind im allgemeinen mit wesentlich größerer Blechdicke ausgebildet als die Wärmeübertragerplatten und deshalb geeignet, Kräfte aufzunehmen und noch besser als bisher für Stabilität zu sorgen. Der Körper, der vorzugsweise ein geschlossenes Rundstab ist, trägt außerdem dazu bei, dass sich das Kältemittel ausgezeichnet auf alle Strömungskanäle verteilt, wodurch eine sehr gute Wärmeaustauschrate insbesondere dann erreicht wird, wenn eine große Anzahl von aus Wärmeübertragungsplatten gebildeten Strömungskanälen vorgesehen ist.
Der Strömungsweg des CO2 im Verteiler - und im Sammelkanal stellt sich vorzugsweise als ringförmiger Kanal dar, und er ist von der Wand des Körpers und vom Rand der Durchbrüche in den Wärmeübertragerplatten begrenzt. Der ringförmige Strömungsweg geht durch den gesamten Stapel hindurch und verteilt somit das CO2 auf diejenigen Strömungskanäle, die dem Verteilerkanal und dem Sammelkanal zugeordnet sind. Es muss aber betont werden, dass der Strömungsweg durchaus nicht über den gesamten Stapel mit gleicher Abmessung und ringförmig ausgebildet sein muss. Mit anderen Worten, der den Strömungsweg bestimmende Querschnitt des Körpers muss nicht über den gesamten Stapel gleichmäßig ausgebildet sein.
Von einer direkten Verbindung zwischen den Enden des Körpers und der Grund-bzw. der Deckplatte kann dann gesprochen werden, wenn die Enden unmittelbar in oder an den Durchbrüchen der Grund - bzw. der Deckplatte angelötet sind. Indirekt ist die Verbindung dann, wenn ein Zwischenglied, beispielsweise ein Flansch oder dergleichen Einzelteil, vorhanden ist. Es ist absolut klar, dass mit der Grundplatte ein direkte Verbindung vorhanden sein kann, während mit der Deckplatte eine indirekte Verbindung ausgewählt wurde, oder umgekehrt. Jedenfalls soll die Wirkung des Körpers als Anker zwischen der Deckplatte und der Grundplatte vorhanden sein, damit er dem Innendruck entgegenwirken kann.
Wegen weiterer Merkmale der Erfindung wird auf die abhängigen Ansprüche und auf die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen verwiesen.
Die beiliegenden Figuren zeigen den Plattenwärmeübertrager erstens in perspektivischer und teilweise auseinandergezogener Darstellung und zweitens in einem durch die Anschlussstutzen geführten Schnitt durch den Plattenwärmeübertrager.
Der Plattenwärmeübertrager dient dem Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel CO2 und der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeugmotors und wird in bekannter und nicht gezeigter Weise in die Klimaanlage integriert.
Er besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel komplett aus mit Lot beschichteten Aluminiumblechen von grundsätzlich rechteckiger Gestalt, wobei auch die Gestalt zweckentsprechend ausgewählt werden kann. Aus den Aluminiumblechen wurden wannenförmige Wärmeübertragerplatten 4 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 und der Kühlflüssigkeit an der Deckplatte 3 vorgesehen ist. Die Wärmeübertragerplatten 4 werden zu einem Stapel zusammengefügt. Zwischen den Wärmeübertragerplatten 4, bzw. zwischen deren beabstandeten Wärmeaustauschflächen wurden in den Strömungskanälen 10 in bekannter Art und Weise von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Lamellen 32 eingefügt, die für einen effizienten Wärmeaustausch sorgen. Die Lamellen 32 tragen außerdem zu einer größeren Druckfestigkeit bei, denn sie sind mit den Wärmetauschflächen verlötet. In der Fig. 2 wurden die Lamellen 32 lediglich angedeutet. Die Grund - und die Deckplatte 2, 3 vervollständigen den Plattenwärmeübertrager. Im Ausführungsbeispiel zeigt der Rand 24 der Platten 2, 3, 4 nach unten. Die vier Durchbrüche 5 der aufeinander gestapelten Wärmeübertragerplatten 4 bilden vier vertikal durch den Stapel hindurchgehende Sammel - und Verteilerkanäle 6, 7, 8, 9. Die Bezugszeichen 6, 7, 8, 9 wurden an den Strömungspfeilen angebracht, die gleichzeitig zeigen sollen, dass bei 6 die Kühlflüssigkeit in den Verteilerkanal 6 des Plattenwärmetauschers über den Anschlussstutzen 1.2 einströmt und die über den Sammelkanal 7 und den Anschlussstutzen 1.2, nach Durchströmung der Strömungskanäle 10, denselben wieder verläßt. Analog strömt bei 9 das Kältemittel in den Plattenwärmeübertrager ein, welches nach Durchströmung der Strömungskanäle 11 den Plattenwärmeübertrager bei 8 wieder verläßt. Der Wärmeaustausch erfolgt somit im Gleichstrom, wobei jedoch in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel Gegenstrom vorgesehen ist. Die Anschlussstutzen 1.1 für das Kältemittel sind spezielle Hochdruckfittinge. Im Verteilerkanal 9 und im Sammelkanal 8 für das Kältemittel befindet sich jeweils ein Körper 12. Der Körper 12 erstreckt sich durch den gesamten Verteilerkanal 9 bzw. durch den Sammelkanal 8 hindurch. Er ist von im Querschnitt allgemein runder Gestalt, deren Durchmesser kleiner sein muss als der Durchmesser der Durchbrüche 5, die den Verteilerkanal 9 und den Sammelkanal 8 bilden. Am zusammengefügten Plattenwärmeübertrager bildet sich deshalb zwischen dem Rand 15 der Durchbrüche 5 und dem Körper 12 ein im Ausführungsbeispiel ringförmiger Strömungsweg 16 innerhalb des Verteiler - und des Sammelkanals 8, 9 aus, der vom Kältemittel durchströmt wird. Jeder zweite Strömungskanal 11 ist hydraulisch mit dem Verteiler - und mit dem Sammelkanal 8, 9 verbunden. Da sich im gezeigten Ausführungsbeispiel die durch die Wärmeübertragerplatten 4 gebildeten Strömungskanäle 10 und 11 abwechseln, sind die ersten Strömungskanäle 10 hydraulisch mit dem Verteiler - und mit dem Sammelkanal 6, 7 verbunden. Die hydraulische Verbindung der Verteiler - und der Sammelkanäle 6, 7, 8, 9 mit den zugeordneten Strömungskanäle 10 bzw. 11 ist nicht detailliert gezeigt worden, weil solche Ausbildungen zum Stand der Technik gehören. Es ist aber aus der Fig. 2 erkennbar, dass um die Durchbrüche 5 herum durch Umformung hergestellte Durchzüge 15 angeordnet sind, die die hydraulische Verbindung vom Verteilerkanal 8 und dem Sammelkanal 9 in den Strömungskanal 10 hinein blockieren. Dieser und alle übernächsten Strömungskanäle 10 sind nur vom Verteilerkanal 6 und Sammelkanal 7 (für Kühlflüssigkeit) aus hydraulisch zugänglich, was jedoch nicht zeichnerisch dargestellt wurde. Dort fehlen dementsprechend die erwähnten Durchzüge 15. Anstelle der Durchzüge 15 könnten auch Ringe eingelegt werden.
Das im Bild untere Ende 13 des Körpers 12 ist metallisch direkt mit der Grundplatte 2 verbunden und das im Bild obere Ende 14 ist metallisch direkt mit der Deckplatte 3 verbunden, wodurch dem Plattenwärmeübertrager eine sehr gute Druckfestigkeit verliehen wurde. Die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 besitzen ausreichende Stabilität. Es bietet sich an, für die Anordnung der Körper 12 den Verteiler - und den Sammelkanal 8, 9 für das Kältemittel auszuwählen, da dasselbe unter einem wesentlich höheren Druck steht als die Kühlflüssigkeit. Eine Bedingung ist das jedoch nicht, denn auch durch die Anordnung der Körper 12 in dem anderen Verteiler - und dem Sammelkanal 6, 7 wird eine höhere Druckfestigkeit des Plattenwärmeübertragers erreicht.
Gleichfalls könnte in jedem Verteiler - und Sammelkanal 6, 7, 8, 9 ein solcher Körper 12 angeordnet sein, um extrem hohen Drücken widerstehen zu können.
Die Anschlussstutzen 1.1 befinden sich an dem Verteiler - und dem Sammelkanal 8 und 9, die für das Kältemittel gedacht sind. Wegen des dort herrschenden extrem hohen Drucks ist eine ganz besondere Konstruktion erforderlich, die im Folgenden näher beschrieben werden soll.
Die Anschlussflansche 20 sind aus der Deckplatte 3 durch Umformung gebildet worden. Die Flanschplatten 23 an der Grundplatte 2 ebenfalls, wobei auch die Flanschplatte 23 ein Reduzierstück 31 aufweist, in dem das untere Ende 13 des Körpers 12 eingelötet ist. Der Körper 12 besitzt am oberen Ende 14 eine Verjüngung 30, die in das am Anschlussflansch 20 angeformte Reduzierstück 21 eingeführt werden kann, um dort metallisch verbunden zu werden. Um das Reduzierstück 21 herum sind mehrere Öffnungen 22 eingebracht worden, die um den Umfang verteilt sind. Davon sind fünf Öffnungen 22 in der Fig 1 erkennbar. Der Anschlussstutzen 1.1 wurde auf dem Anschlussflansch 20 und auf der Deckplatte 3 aufgelötet, wobei seine Umrandung 25 um die Öffnungen 22 und um das Reduzierstück 21 herum reicht. Der Anschlussstutzen 1.1 besitzt innen etwa sägezahnartige Ausschnitte 26, durch die das CO2 von der nicht gezeigten Leitung aus einströmen kann, wobei es weiter durch die Öffnungen 22 bis in den Verteilerkanal 9 hinein strömen wird. Im Verteilerkanal 9 ist ein ringartiger Strömungsweg 26 ausgebildet von dem aus der Zugang zu den Strömungskanälen 11 gewährleistet ist. (siehe gestrichelte Pfeile in Fig. 2, rechts) In analoger Weise kann das gekühlte CO2 den Plattenwärmeübertrager über den anderen Anschlussstutzen 1.1 wieder verlassen, auch wenn das aus der Darstellung nicht erkennbar ist, da die Schnittebene in beiden Anschlussstutzen 1.1 nicht identisch ist. Eine solche Ausbildung ist besonders vorteilhaft, da sie dafür sorgt, dass die Zugänge von dem Strömungsweg 16 in die Strömungskanäle 11 hinein (und heraus) konstruktiv bzw. fertigungstechnisch leichter herstellbar sind. Es ist zu bedenken, dass bei einem beispielsweise etwa 6 mm im Durchmesser messenden Verteilerkanal bzw. Sammelkanal die Ausbildung der Zugänge zu erheblichen Problemen führen würde. Durch das Vorsehen des Körpers 12 mit dem beschriebenen Strömungsweg 16 wurde es möglich, deutlich größere Freiheiten bei der Ausbildung der Zugänge anzubieten, und was weiter wesentlich ist, ohne dabei die gesamte Querschnittsfläche wesentlich zu vergrößern, denn dieselbe geht bekanntlich bei der Bestimmung der in dem Plattenwärmeübertrager wirkenden Druckkräfte in die Berechnung ein. Der Querschnittsfläche des Körpers 12 ist abgestimmt mit der Querschnittsfläche des Verteiler 9 - und des Sammelkanals 8, so dass die Querschnittsfläche des verbleibenden Strömungsweges 16 etwa mit der Querschnittsfläche der Öffnungen 22 und der Ausschnitte 26 korrespondiert, um günstige Strömungsbedingungen zu schaffen. Der ringartige Strömungsweg 26 wurde mit di und da markiert, womit der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Querschnittsfläche des Strömungswegs 26 gemeint sein soll.
Aus der Fig. 2 ist ferner zu sehen, dass zwei verschiedene Arten von Wärmeübertragerplatten 4 in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die eine Art ist in der Blechdicke etwa mit derjenigen der Grundplatte 2 und der Deckplatte 3 zu vergleichen, während die andere Art wesentlich dünner ist. Dies ist ebenfalls der Tatsache geschuldet, dass die Drücke extrem hoch sind.

Claims (11)

  1. Plattenwärmeübertrager, bestehend aus Anschlussstutzen (1), Grundplatte (2), Deckplatte (3) und aus Wärmeübertragerplatten (4) mit mindestens vier vorzugsweise kreisförmigen Durchbrüchen (5) für zwei Medien, wobei zwischen Grundplatte (2) und Deckplatte (3) die Wärmeübertragerplatten (4) so ineinander oder aufeinander 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, sowie mit in einem Verteiler - und im zugehörigen Sammelraum (8, 9) etwa koaxial angeordnetem Körper (12),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Plattenwärmeübertrager eine Lötkonstruktion ist und dass sich der Körper (12) im wesentlichen durch den gesamten Verteiler - bzw. Sammelkanal (6, 7) hindurch erstreckt, wobei er an einem Ende (13) mit der Grundplatte (2) und am anderen Ende (14) mit der Deckplatte (3) metallisch verbunden ist, so dass der Körper (12) dem Innendruck im Plattenwärmeübertrager entgegenwirken kann.
  2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper (12) und dem von den Durchbrüchen (5) gebildeten Rand (15) des Verteiler - oder Sammelkanals (8, 9) ein Strömungsweg (16) ausgebildet ist.
  3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12) vorzugsweise ein Rundstab ist, so dass der Strömungsweg (16) im Verteilerkanal und im Sammelkanal (8, 9) ringförmig (di, da) ausgebildet ist.
  4. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper an wenigstens einem Ende (14) eine Verjüngung (30) aufweist, dass dieses Ende (14) an der Seite angeordnet ist, wo sich der zugeordnete Anschlussstutzen (1.1) befindet, dass die Verjüngung (30) in einem Anschlussflansch (20) mit einem Reduzierstück (21) mündet und darin verlötet ist und dass um das Reduzierstück (21) herum vorzugsweise mehrere Öffnungen (22) eingebracht sind, durch die hindurch eine hydraulische Verbindung in den vorzugsweise ringförmigen Strömungsweg (16) und weiter durch die zugeordneten Strömungskanäle (11) vorhanden ist.
  5. Plattenwärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (1.1) am Anschlussflansch (20) vorzugsweise angelötet ist, wobei er das Reduzierstück (21) und die Öffnungen (22) mit seiner Umrandung (25) umgreift.
  6. Plattenwärmeübertrager nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussflansch (20) entweder durch Umformung an der Deck - oder der Grundplatte (2, 3) gebildet ist, oder ein Einzelteil ist.
  7. Plattenwärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Körpers (12) und der Querschnitt des Verteiler - bzw. des Sammelkanals (8, 9) so miteinander abgestimmt sind, dass der Querschnitt des verbleibenden ringförmigen Strömungswegs (16, di, da) etwa dem Querschnitt aller Öffnungen (22) entspricht.
  8. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende (13) des Körpers (12) mittels einer Flanschplatte (23) fest an der Grundplatte (2) angelötet ist, wobei die Flanschplatte (23) vorzugsweise ebenfalls durch Umformung der Grundplatte (2) gebildet ist.
  9. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Körper (12) enthaltenden Verteiler - und Sammelkanäle (8, 9) und die zugehörigen Strömungskanäle (11) für CO2 als Kältemittel von Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, während durch die anderen Verteiler - und Sammelkanäle (6, 7) und durch zugehörige Strömungskanäle (10) die Kühlflüssigkleit des Motors strömt.
  10. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerplatten (4) Wannenform aufweisen, wobei sie einen umlaufenden, einfach abgekanteten Rand (24) und im übrigen eine zumindest überwiegend ebene Wärmeaustauschfläche besitzen, so dass sie derart ineinander stapelbar sind, dass die Ränder (24) benachbarter Platten durch Löten zu verbinden sind und zwischen den Wärmeaustauschflächen jeweils ein Strömungskanal (10, 11) ausgebildet ist, und wobei an mindestens zwei Durchbrüchen (5) in den Wärmeübertragerplatten (4) an sich bekannte Mittel (Durchzüge 15 oder Ringe) vorgesehen sind, um einen Strömungskanal (10) von dem einen Verteilerkanal und dem einen Sammelkanal (8, 9) hydraulisch zu trennen, der wiederum über die Durchbrüche (5) ohne Durchzüge oder Ringe (15) mit dem anderen Verteilerkanal und dem anderen Sammelkanal (6, 7) hydraulisch verbunden ist, usw.
  11. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Wärmeübertragerplatten (4) mit einer größeren Materialdicke ausgebildet sind als die anderen Wärmeübertragerplatten (4), wobei die Materialdicke der dickeren Wärmeübertragerplatten (4) etwa der Materialdicke an der Deckplatte (3) und an der Grundplatte (2) entspricht.
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