EP2567172B1 - Stapelscheiben-wärmetauscher - Google Patents

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EP2567172B1
EP2567172B1 EP11718066.1A EP11718066A EP2567172B1 EP 2567172 B1 EP2567172 B1 EP 2567172B1 EP 11718066 A EP11718066 A EP 11718066A EP 2567172 B1 EP2567172 B1 EP 2567172B1
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EP
European Patent Office
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dome
heat exchanger
elongated
plate
hole
Prior art date
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Active
Application number
EP11718066.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2567172A2 (de
Inventor
Volker Velte
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Priority to PL11718066T priority Critical patent/PL2567172T3/pl
Publication of EP2567172A2 publication Critical patent/EP2567172A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2567172B1 publication Critical patent/EP2567172B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F28D1/0325—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D1/0333—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another the plates having integrated connecting members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages

Definitions

  • the invention relates to a stacked plate heat exchanger having a plurality of stacked and interconnected elongated discs having a cavity for passing a medium to be cooled in the longitudinal direction of the discs and defining a further cavity for carrying a coolant, wherein approximately in the two end regions of each elongated disc a through hole for supplying the medium to be cooled is arranged, which is surrounded at least partially by a dome at its boundary.
  • a heat exchanger according to the preamble of claim 1 is for example from the JP 11-193998 known.
  • FIG. 1 shows an elongated disc of a stacked plate heat exchanger, which is cooled with oil.
  • the elongated disk 1 has a disk circulation 2 as well as a plurality of circular segment-shaped punched through holes 3. At least two of the circular segment-shaped through holes 3 are surrounded by a dome 4 (FIG. FIG. 1b ).
  • each through hole 3 has a distance 5 to the edge of the disc. This has the consequence that the effectiveness of the heat exchanger is limited, since not all areas of the elongated disc are used for heat transfer.
  • FIG. 2 A similar arrangement results in a stacked plate heat exchanger, which is cooled with air and in FIG. 2 is shown.
  • the stacked plate heat exchanger consists in detail of several elongated discs 6, of which in the FIG. 2 only one is shown. This elongated disc 6 is completely surrounded by a disc circulation 7.
  • Each disc 6 has two through holes 8 for the medium to be cooled and further two through holes 9 for the coolant. How out FIG. 2b As can be seen, both the through-hole 8 and the through-hole 9 are surrounded by a dome 10, 11. Such a dome 10, 11 in the discs 6 is necessary to separate the coolant from the medium to be cooled in the heat exchanger.
  • the dome is disposed adjacent to a circuit defining a base plate of the elongated disk.
  • the available space is fully utilized, since the heat exchange takes place over the entire surface of the elongated disc.
  • the dome is arranged in a different plane than the circulation of the elongated disc, wherein the dome is preferably embossed into the base plate or protrudes raised from the base plate. This arrangement results in an improved stackability of the individual disks of the heat exchanger.
  • the dome completely fills a space between a circuit defining a base plate of the disk and the respective through hole.
  • the through hole is arranged in a different plane than the elongated disc. Also by this training, the stackability of the elongated discs improves.
  • the dome has a plurality of elongate holes supplying the coolant. This increases the compactness of the component, since the dome both used as a spacer to the overlying elongated disc is received as well as on the same surface, the slots for the passage of the coolant.
  • the through hole is formed approximately circular segment-shaped, wherein the holes surrounding the through holes are formed circular arc-shaped.
  • the dome of a first elongated disc with a further elongate disc arranged underneath or above forms an annular channel which is interrupted by the oblong holes.
  • the base plate may lie in a first plane which lies between a second plane in which the respective through hole lies and a third plane in which the elongated holes lie. This results in a narrow space a multi-tiered structure, which is characterized by a high rigidity.
  • the mold may be at least partially integrated into a circulation delimiting a base plate of the elongated disk.
  • the circulation and the dome so to speak, merge into one another and allow a double use of the respective wall section.
  • the structure is thereby particularly compact.
  • an outer wall of the dome running along the edge of the disk is integrated into the circulation.
  • said outer wall of the dome forms part of the circulation when the dome and circulation are located on the same side of the disk, or an integral extension of the circulation when the dome and circulation are located on opposite sides of the disk. This also results in a particularly compact design.
  • the dome is formed with a predetermined angle of inclination, which is guided in particular inwardly to the through hole.
  • the stackability of the elongated disks is further improved, since gaps which can occur in the soldering of the disks lying on top of one another are prevented.
  • a segment between a terminal region of the dome and the circulation is formed, whose further inclination angle is greater than the predetermined inclination angle of the dome, wherein the deviation of the predetermined inclination angle of the dome to the further inclination angle of the segment is approximately 5 °.
  • the segment is arranged at the level of the dome and terminates with the circulation of the elongated disc.
  • This design requires only a small change in the degree of deformation in the manufacture of the dome.
  • a cam is formed on the dome, which approximately has the predetermined angle of inclination of the circulation and preferably extends parallel to the dome.
  • the end region of the arc-shaped dome is designed semicircle-like.
  • the design of the end portion of the dome provides the cam with a kind of closure to limit any liquid entering the heat exchanger through that channel.
  • the cam can be kept very small in size.
  • the cam has an extension of less than 6 mm.
  • dome and at least one cam are integrally formed from the elongated disc. These parts can be easily manufactured as stamped parts. The production takes place in a single step, for which only simple tools are needed. As a result, the production costs are significantly reduced.
  • the elongated disc is formed of solderable aluminum.
  • This easily deformable material simplifies the manufacture of the stacked plate heat exchanger and reduces material costs.
  • FIG. 3 shows an elongated disc 6 of a stacked plate heat exchanger for air cooling, which is formed oval.
  • This elongated disc 6 consists of a base plate 12, which is adjoined by a boundary 7 at the edge thereof. This boundary 7 is in an angle of approximately 90 ° to the base plate 12 and serves for better stacking of the various discs 6 one above the other.
  • a through hole 8 is arranged in each case, which is machined out of the disc 6.
  • Each through hole 8 is brought so close to the edge of the boundary 7 of the disc 6 that between the through hole 8 and the boundary 7 only a dome 10, which is also referred to as a passage, is arranged.
  • This passage 10 thus completely fills the space between the boundary 7 and the through-hole 8.
  • the through hole 8 is semicircular, wherein the radius of the semicircle is completely surrounded by the passage 10.
  • FIG. 3b is a closer view of a through hole 8 a with the surrounding passage 10 shown.
  • the passage 10 has a plurality of elongated holes 13 which fill the entire surface of the passage 10 and which are the base plate 12 of the elongated disc 6 facing away.
  • the passage 10 is raised above the plane defined by the base plate 12, whereby the elongated holes 13 are positioned in a plane above the plane defined by the base plate 12 level.
  • the medium to be cooled is supplied to the heat exchanger, which through the further through hole 8b, the in FIG. 3a is shown again out of the heat exchanger.
  • the elongated holes 13 serve to supply the cooling medium, in this case air, to the heat exchanger.
  • turbulence inserts are arranged, which are used to generate turbulence, with the aim that the medium to be cooled over the entire surface of the base plate 12 and thus a large thermal contact with the cooling medium achieved.
  • FIG. 3b can be seen, the passage 10 is punched out in a punching operation of the material of the base plate 12 of the elongated disc 6 to the outside.
  • the dome 10 or the passage 10 is at least partially integrated into the circulation 7 of the disc 6, namely in the area of an outer wall of the dome 10 or of the passage 10 which extends along the edge of the disc 6.
  • the example of Fig. 3 stand circulation 7 and outer wall of the passage 10 on different sides of the disc 6, whereby the passage 10 in the region of its outer wall is an integral extension of the circulation 7.
  • FIG. 4 shows a similar arrangement of the elongated disc 6, which is used for a stacked plate heat exchanger with air cooling.
  • the elongated disc 6 also consists of a base plate 12, which has an oval shape and which is surrounded by a boundary 7.
  • the two through holes 8a, 8b extending at the ends of the elongated disc 6 are each surrounded by a passage 10a, 10b in their radius of the semicircle.
  • the passages 10a, 10b slots 13 for transporting the coolant.
  • the passage 10a, 10b formed inwardly, which means that the base plate 12 of the elongated disc 6 is formed in a higher plane than the slots 13 of the passage 10a, 10b. How out FIG. 4b can be seen, there is thus a step 15 between the base plate 12 and the outer edge of the surface of the passage 8a, 8b.
  • FIGS. 5a and 5c a comparable arrangement for a stacked plate heat exchanger is shown, which is cooled with oil.
  • the elongate disc 1 is formed like a rectangle and has rounded corners, wherein this base plate 14 is completely surrounded by a boundary 2.
  • Four through-holes 3a-3d are arranged in the corners of the base plate 14, of which two opposite through-holes 3b, 3c, which are arranged along one longitudinal side of the base plate 14, each have a passage 4a, 4b ( FIGS. 5a and 5c ).
  • a step jump 15 is present in that the base plate 14 leaves the normal plane and merges with the passage 4a in a plane above it.
  • each through-hole 3a to 3d extends completely into the edge region of the base plate 14, where it is enclosed directly by the boundary 2.
  • the passage 4a, 4b in this case comprises the through holes 3b, 3c completely, wherein a part of the passage 4a, 4b is incorporated into the boundary 2.
  • FIG. 6 a disc 1 is shown for the stacked plate heat exchanger with an oil cooling, in which the passage 4a, 4b is directed inwards.
  • the two passages 4a, 4b are arranged opposite each other to the inside of the base plate 14.
  • the plane spanned by the base plate 14 is higher than the plane in which the through hole 3b, 3c is located.
  • FIG. 7 are sections of the elongated disc 6 of the stacked plate heat exchanger, which is cooled with air, shown. It shows Figure 7a an inwardly impressed passage 10, while in FIG. 7b an outwardly drawn passage 10 is shown. It can be seen from the marked areas that a step jump 15 occurs between the boundary 7 of the base plate 12 and the passage 10 at the point where the base plate 12 merges into the passage 8. Such a step change 15 has, as in FIG. 8 is shown, the problem that in the soldering of several superimposed discs 6, a gap 16 occurs. This gap 16 is particularly in FIG. 8b clarified.
  • FIG. 10 The circumferentially adjacent contact of the disk 6 with the soldering surface is shown again in FIG. 10 for a stacked heat exchanger with several disks 6 lying one above the other. This creates between two superimposed discs 6 a circumferential channel 18.
  • a cam 19 placed to complete this circumferential channel 18 and to prevent leakage of coolant from this channel 18 is in the radius range of the semicircular passage 10, in particular near the two ends of a passage 10, a cam 19 placed.
  • the cam 19 is located at the outer edge of the last slot 13 of the passage 10, the cam 19 a Angle perpendicular to the base plate 12 which is greater than the angle that has the outside of the passage 10 to the base plate 12.
  • the cam 19 is approximately 5 mm wide and located approximately at the radial outlet of the wall of the passage 10 in the vicinity of the segment 17 (see FIGS. 11a and b ).
  • the Figures 11c and 11d show the arrangement of the cam 19 in a section through a plurality of stacked elongated discs 6 of the stacked plate heat exchanger.
  • the cam 19 is positioned in the region of the boundary 7 of the elongated disc 6 and has an obtuse angle to this. When superimposing the discs 6, these are positioned so that the passages 10 of each two adjacent discs 6 are superimposed.
  • FIG. 12 are also stacked discs 6 of the stacked plate heat exchanger shown in cross section.
  • the individual elongated discs 1, 6 of the stacked plate heat exchanger are made of solderable aluminum and form with the described embodiments a compact heat exchanger, which has a high space performance, whereby a maximum degree of heat transfer heat exchange between the medium to be cooled and the coolant is achieved.
  • the compact design of the heat exchanger leads to a reduction in the use of material in the production. In addition, a lower degree of deformation is necessary, resulting in a cost-effective solution.
  • a process-reliable soldering By a circumferential soldering surface is possible without grading, so that a dense heat exchanger is generated.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmetauscher mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen länglichen Scheiben, die einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums in Längsrichtung der Scheiben aufweisen und einen weiteren Hohlraum zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei annähernd in den beiden Endbereichen jeder länglichen Scheibe ein Durchgangsloch zur Zuführung des zu kühlenden Mediums angeordnet ist, welches an seiner Begrenzung zumindest teilweise von einem Dom umgeben ist. Ein Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z.B. aus der JP 11-193998 bekannt.
  • Im Kühlerbau sind Stapelscheiben-Wärmetauscher hinlänglich bekannt, welche Luft, die einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, durch ein Ölkühlmittel oder eine Luftkühlung kühlen. Figur 1 zeigt eine längliche Scheibe eines Stapelscheiben-Wärmetauschers, welche mit Öl gekühlt wird. In der perspektivischen Ansicht der Figur 1a weist die längliche Scheibe 1 einen Scheibenumlauf 2 auf sowie mehrere kreissegmentförmige, eingestanzte Durchgangslöcher 3. Mindestens 2 der kreissegmentförmigen Durchgangslöcher 3 sind dabei von einem Dom 4 umgeben (Figur 1b). Wie aus dem Querschnitt in Figur 1c zu entnehmen ist, weist jedes Durchgangsloch 3 einen Abstand 5 zum Rand der Scheibe auf. Dies hat zur Folge, dass die Wirksamkeit des Wärmetauschers begrenzt wird, da nicht alle Bereiche der länglichen Scheibe für die Wärmeübertragung genutzt werden.
  • Eine ähnliche Anordnung ergibt sich bei einem Stapelscheiben-Wärmetauscher, welcher mit Luft gekühlt wird und der in Figur 2 dargestellt ist. Auch hier besteht der Stapelscheiben-Wärmetauscher im Einzelnen aus mehreren länglichen Scheiben 6, von denen in der Figur 2 nur eine dargestellt ist. Diese längliche Scheibe 6 ist von einem Scheibenumlauf 7 vollständig umgeben. Jede Scheibe 6 besitzt dabei zwei Durchgangslöcher 8 für das zu kühlende Medium und weiterhin zwei Durchgangslöcher 9 für das Kühlmittel. Wie aus Figur 2b ersichtlich, sind sowohl das Durchgangsloch 8 als auch das Durchgangsloch 9 von einem Dom 10, 11 umgeben. Ein solcher Dom 10, 11 in den Scheiben 6 ist notwendig, um das Kühlmittel von dem zu kühlenden Medium im Wärmetauscher zu trennen. Durch die beschriebene Anordnung der Durchgangslöcher 8 und 9 in der Scheibe 6 kommt es zu einem höheren Materialbedarf und einer komplexeren Scheibengeometrie aufgrund eines höheren Umformgrades im Hinblick auf die Durchgangslöcher 8 und 9. Nachteilig ist auch hier, dass bei dem zur Verfügung stehenden Bauraum nur eine begrenzte Leistung zum Wärmeaustausch zur Verfügung steht.
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stapelscheiben-Wärmetauscher anzugeben, bei welchem bei Beibehaltung einer einfachen Scheibengeometrie eine maximale Bauraumleistung bei der Wärmeübertragung erzielt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Wärmetauschen gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafterweise ist der Dom angrenzend an einen, eine Grundplatte der länglichen Scheibe begrenzenden Umlauf angeordnet. Damit wird der zur Verfügung stehende Bauraum vollständig ausgenutzt, da der Wärmeaustausch über die gesamte Fläche der länglichen Scheibe erfolgt.
  • In einer Ausgestaltung ist der Dom in einer anderen Ebene angeordnet als der Umlauf der länglichen Scheibe, wobei der Dom vorzugsweise in die Grundplatte eingeprägt ist oder erhaben aus der Grundplatte herausragt. Durch diese Anordnung ergibt sich eine verbesserte Stapelfähigkeit der einzelnen Scheiben des Wärmetauschers.
  • Erfindungsgemäß füllt der Dom einen Raum zwischen einem, eine Grundplatte der Scheibe begrenzenden Umlauf dem jeweiligen Durchgangsloch vollständig aus. Hierdurch wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt, ohne dass Toträume für das zu kühlende Medium entstehen.
  • In einer Weiterbildung ist das Durchgangsloch in einer anderen Ebene angeordnet als die längliche Scheibe. Auch durch diese Ausbildung verbessert sich die Stapelfähigkeit der länglichen Scheiben.
  • Erfindungsgemäß weist der Dom mehrere, das Kühlmittel zuführende Langlöcher auf. Dadurch erhöht sich die Kompaktheit des Bauteiles, da der Dom sowohl als Abstandshalter zur darüber liegenden länglichen Scheibe genutzt wird als auch auf derselben Fläche die Langlöcher zur Durchführung des Kühlmittels aufnimmt.
  • Ferner ist das Durchgangsloch annähernd kreissegmentförmig ausgebildet, wobei die das Durchgangsloch umgebenden Langlöcher kreisbogenförmig gekrümmt ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung wird der Materialeinsatz reduziert und eine optimale Scheibengeometrie erreicht.
  • In einer Weiterbildung bildet der Dom einer ersten länglichen Scheibe mit einer darunter oder darüber angeordneten weiteren länglichen Scheibe einen Ringkanal, welcher durch die Langlöcher unterbrochen ist. Durch die Nutzung des Domes für den Ringkanal, in welchem das Kühlmittel transportiert wird, kann der Materialbedarf des Wärmetauschers weiter reduziert und die Bauweise besonders kompakt gestaltet werden.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Grundplatte in einer ersten Ebene liegen, die zwischen einer zweiten Ebene, in der das jeweilige Durchgangsloch liegt, und einer dritten Ebene liegt, in der die Langlöcher liegen. Hierdurch ergibt sich auf engem Raum eine mehrfach gestufte Struktur, die sich durch eine hohe Steifigkeit auszeichnet.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Form in einen, eine Grundplatte der länglichen Scheibe begrenzenden Umlauf zumindest teilweise integriert sein. In diesem Fall gehen Umlauf und Dom gewissermaßen ineinander über und ermöglichen eine Doppelnutzung des jeweiligen Wandabschnitts. Die Struktur wird dadurch besonders kompakt.
  • Erfindungsgemäß ist eine entlang des Rands der Scheibe verlaufende Außenwand des Doms in den Umlauf integriert. Mit anderen Worten, besagte Außenwand des Doms bildet einen Bestandteil des Umlaufs, wenn Dom und Umlauf auf der gleichen Seite der Scheibe angeordnet sind, oder eine integrale Verlängerung des Umlaufs, wenn Dom und Umlauf auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe angeordnet sind. Auch hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform.
  • Vorteilhafterweise ist der Dom mit einem vorgegebenen Neigungswinkel ausgebildet, der insbesondere nach innen zum Durchgangsloch geführt ist. Dadurch wird die Stapelfähigkeit der länglichen Scheiben weiter verbessert, da Lücken, welche in der Verlötung der übereinander liegenden Scheiben auftreten können, unterbunden werden.
  • Ferner ist ein Segment zwischen einem Abschlussbereich des Domes und dem Umlauf ausgebildet, dessen weiterer-Neigungswinkel größer ist als der vorgegebene Neigungswinkel des Domes, wobei die Abweichung des vorgegebenen Neigungswinkels des Domes zum weiteren Neigungswinkel des Segmentes annähernd 5° beträgt. Durch diese Geometrie wird der Umlauf der länglichen Scheibe im Bereich des Domes freigestellt, woraus eine umlaufende, auf einer Ebene liegende Lötfläche resultiert. Undichtigkeiten innerhalb des Wärmetauschers werden sicher verhindert.
  • Insbesondere ist das Segment auf Höhe des Domes angeordnet und schließt mit dem Umlauf der länglichen Scheibe ab. Diese Ausführung erfordert nur eine geringe Änderung im Umformungsgrad bei der Herstellung des Domes.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist nahe zu mindestens einem Abschlussbereich des Domes eine Nocke am Dom ausbildet, welche annähernd den vorgegebenen Neigungswinkel des Umlaufs aufweist und sich vorzugsweise parallel zum Dom erstreckt. Durch diese Nocke wird ein Kanal abgedichtet, welcher sich durch die Verwendung der unterschiedlichen Winkel des Domes und des Segmentes beim Aufeinanderstapeln von zwei länglichen Scheiben bildet.
  • Vorteilhafterweise ist der Abschlussbereich des kreisbogenförmig ausgebildeten Domes halbkreisähnlich gestaltet. Durch die Gestaltung des Abschlussbereiches des Domes bildet die Nocke eine Art Verschluss, um jedwede Flüssigkeit, die durch diesen Kanal in den Wärmetauscher eindringt, zu begrenzen. Die Nocke kann dabei in ihren Abmessungen sehr klein gehalten werden. In einer Weiterbildung weist die Nocke eine Ausdehnung von weniger als 6 mm auf.
  • In einer Weiterbildung sind der Dom und mindestens eine Nocke einteilig aus der länglichen Scheibe ausgebildet. Diese Teile lassen sich einfach als Stanzteile herstellen. Die Herstellung erfolgt dabei in einem einzigen Arbeitsschritt, für welchen nur einfache Werkzeuge benötigt werden. Dadurch werden die Herstellungskosten deutlich verringert.
  • Vorteilhafterweise ist die längliche Scheibe aus lötbarem Aluminium gebildet. Durch die Verwendung dieses leicht umformbaren Materials werden die Herstellung des Stapelscheiben-Wärmetauscher vereinfacht und Materialkosten reduziert.
  • Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Einige davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine längliche Scheibe eines Stapelscheiben-Wärmetauschers mit Ölkühlung nach dem Stand der Technik
    Fig. 2:
    eine längliche Scheibe eines Stapelscheiben-Wärmetauschers mit Luftkühlung nach dem Stand der Technik
    Fig. 3:
    Gestaltung des Domes bei einem Wärmetauscher, welcher mit Luft gekühlt wird
    Fig. 4:
    längliche Scheibe des Wärmetauschers nach Fig. 3 mit nach innen gewölbtem Dom
    Fig. 5:
    längliche Scheibe eines Wärmetauschers mit Ölkühlung mit nach außen gewölbtem Dom
    Fig. 6:
    längliche Scheibe eines Wärmetauschers mit Ölkühlung mit nach innen geneigtem Dom
    Fig. 7:
    Ausschnitt aus dem Endbereich einer länglichen Scheibe mit einem Stufensprung am Umlauf der Scheibe
    Fig. 8:
    Detaildarstellung des Stufensprungs nach Fig. 7
    Fig. 9:
    Darstellung eines am Dom angeordneten Segmentes
    Fig. 10:
    Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit dem Stufensprung nach Fig. 9
    Fig. 11:
    Darstellung einer Nocke im Radiusbereich des Domes
    Fig. 12:
    Querschnitt durch den Wärmetauscher mit der Nocke nach Fig. 11.
  • Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Figur 3 zeigt eine längliche Scheibe 6 eines Stapelscheiben-Wärmetauschers für eine Luftkühlung, welche oval ausgebildet ist. Diese längliche Scheibe 6 besteht aus einer Grundplatte 12, um welche sich an deren Rand eine Umgrenzung 7 anschließt. Diese Umgrenzung 7 steht in einem Winkel von annähernd 90° zur Grundplatte 12 und dient zur besseren Stapelung der verschiedenen Scheiben 6 übereinander. An den entgegen gesetzten Enden der Scheibe 6 ist jeweils ein Durchgangsloch 8 angeordnet, welches aus der Scheibe 6 herausgearbeitet ist. Jedes Durchgangsloch 8 ist dabei so nahe an den Rand der Umgrenzung 7 der Scheibe 6 herangeführt, dass zwischen dem Durchgangsloch 8 und der Umgrenzung 7 lediglich nur noch ein Dom 10, der auch als Durchzug bezeichnet wird, angeordnet ist. Dieser Durchzug 10 füllt somit den Raum zwischen der Umgrenzung 7 und dem Durchgangsloch 8 vollständig aus. Das Durchgangsloch 8 ist dabei halbkreisförmig ausgebildet, wobei der Radius des Halbkreises von dem Durchzug 10 vollständig umgeben ist.
  • In Figur 3b ist eine nähere Ansicht eines Durchgangsloches 8a mit dem ihn umgebenden Durchzug 10 dargestellt. Der Durchzug 10 besitzt mehrere Langlöcher 13, die die gesamte Oberfläche des Durchzuges 10 ausfüllen und welche der Grundplatte 12 der länglichen Scheibe 6 abgewandt sind. Der Durchzug 10 ist dabei erhaben über der durch die Grundplatte 12 vorgegebenen Ebene ausgebildet, wodurch die Langlöcher 13 in einer Ebene über der von der Grundplatte 12 aufgespannten Ebene positioniert sind.
  • Durch das eine Durchgangsloch 8a wird das zu kühlende Medium dem Wärmetauscher zugeführt, welches durch das weitere Durchgangsloch 8b, das in Figur 3a abgebildet ist, wieder aus dem Wärmetauscher ausgeführt wird. Die Langlöcher 13 dienen dazu, dass dem Wärmetauscher das Kühlmedium, in diesem Fall Luft, zugeführt wird. Zwischen den beiden Durchgangslöchern 8a, 8b sind nicht weiter dargestellte Turbulenzeinsätze angeordnet, welche zur Erzeugung von Turbulenzen genutzt werden, mit dem Ziel, dass das zu kühlende Medium die gesamte Oberfläche der Grundplatte 12 überstreicht und somit einen großen Wärmekontakt mit dem Kühlmedium erzielt. Wie aus Figur 3b ersichtlich, ist der Durchzug 10 in einem Stanzvorgang aus dem Material der Grundplatte 12 der länglichen Scheibe 6 nach außen ausgestanzt.
  • Bei der in den Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsform ist der Dom 10 bzw. der Durchzug 10 in den Umlauf 7 der Scheibe 6 zumindest teilweise integriert, nämlich im Bereich einer hier nicht näher bezeichneten Außenwand des Doms 10 bzw. des Durchzugs 10, die sich entlang des Rands der Scheibe 6 erstreckt. Im Beispiel der Fig. 3 stehen Umlauf 7 und Außenwand des Durchzugs 10 an verschiedenen Seiten von der Scheibe 6 ab, wodurch der Durchzug 10 im Bereich seiner Außenwand eine integrale Verlängerung des Umlaufs 7 darstellt.
  • Figur 4 zeigt eine ähnliche Anordnung der länglichen Scheibe 6, welche für einen Stapelscheiben-Wärmetauscher mit Luftkühlung genutzt wird. Die längliche Scheibe 6 besteht ebenfalls aus einer Grundplatte 12, welche eine ovale Form aufweist und die von einer Umgrenzung 7 umgeben ist. Die beiden, sich an den Enden der länglichen Scheibe 6 erstreckenden Durchgangslöcher 8a, 8b sind jeweils mit einem Durchzug 10a, 10b in ihrem Radius des Halbkreises umgeben. Auch hier weisen die Durchzüge 10a, 10b Langlöcher 13 zum Transport des Kühlmittels auf. Im Unterschied zu Figur 3 ist der Durchzug 10a, 10b nach innen ausgebildet, was bedeutet, dass die Grundplatte 12 der länglichen Scheibe 6 in einer höheren Ebene ausgebildet ist als die Langlöcher 13 des Durchzuges 10a, 10b. Wie aus Figur 4b ersichtlich, existiert somit ein Stufensprung 15 zwischen der Grundplatte 12 und dem äußeren Rand der Oberfläche des Durchzuges 8a, 8b.
  • Bei den Fig. 4a und 4b ist insbesondere ein Ausführungsform erkennbar, bei welcher die Grundplatte 12 der Scheibe 6 in einer nicht näher bezeichneten ersten Ebene liegt, die in der Stapelrichtung zwischen einer nicht näher bezeichneten zweiten Ebene, in der das jeweilige Durchgangsloch 8a bzw. 8b liegt, und einer nicht näher bezeichneten dritten Ebene liegt, in der die Langlöcher 13 liegen. Hierdurch ergibt sich eine äußerst steife mehrfach gestufte Struktur für die Scheibe 6 im Bereich der Langlöcher 13.
  • In den Figuren 5 und 6 ist eine vergleichbare Anordnung für einen Stapelscheiben-Wärmetauscher dargestellt, welcher mit Öl gekühlt wird. Die längliche Scheibe 1 ist dabei rechteckähnlich ausgebildet und weist abgerundete Ecken auf, wobei auch diese Grundplatte 14 von einer Umgrenzung 2 vollständig umgeben ist. In den Ecken der Grundplatte 14 sind vier Durchgangslöcher 3a- 3d angeordnet, wovon zwei sich gegenüber liegende Durchgangslöcher 3b, 3c, welche entlang einer Längsseite der Grundplatte 14 angeordnet sind, jeweils einen Durchzug 4a, 4b aufweisen (Figur 5a und 5c). Wie in Figur 5b dargestellt, ist ein Stufensprung 15 vorhanden, indem die Grundplatte 14 die normale Ebene verlässt und mit dem Durchzug 4a in eine darüber gelegene Ebene übergeht. Bei dieser Ausführung erstreckt sich jedes Durchgangsloch 3a bis 3d vollständig in den Randbereich der Grundplatte 14 und wird dort direkt von der Umgrenzung 2 umschlossen. Der Durchzug 4a, 4b umfasst dabei die Durchgangslöcher 3b, 3c vollständig, wobei ein Teil des Durchzuges 4a, 4b in die Umgrenzung 2 eingearbeitet ist.
  • In Figur 6 ist eine Scheibe 1 für den Stapelscheiben-Wärmetauscher mit einer Ölkühlung dargestellt, bei welchem der Durchzug 4a, 4b nach innen gerichtet ist. Die beiden Durchzüge 4a, 4b sind einander gegenüberliegend zur Innenseite der Grundplatte 14 angeordnet. Wie in den Figuren 6b und 6c dargestellt, liegt die von der Grundplatte 14 aufgespannte Ebene höher als die Ebene, in welcher das Durchgangsloch 3b, 3c liegt.
  • In Figur 7 sind Ausschnitte aus der länglichen Scheibe 6 des Stapelscheiben-Wärmetauschers, welcher mit Luft gekühlt wird, dargestellt. Dabei zeigt Figur 7a einen nach innen eingeprägten Durchzug 10, während in Figur 7b ein nach außen gezogener Durchzug 10 dargestellt ist. Aus den gekennzeichneten Bereichen ist ersichtlich, dass ein Stufensprung 15 zwischen der Umgrenzung 7 der Grundplatte 12 und dem Durchzug 10 jeweils an der Stelle auftritt, wo die Grundplatte 12 in den Durchzug 8 übergeht. Ein solcher Stufensprung 15 weist, wie in Figur 8 dargestellt ist, das Problem auf, dass bei der Verlötung von mehreren aufeinander liegenden Scheiben 6 eine Lücke 16 auftritt. Diese Lücke 16 ist insbesondere in Figur 8b verdeutlicht. Um eine solche Lücke 16 in der Verlötung zu verhindern und den Stapelscheiben-Wärmetauscher besonders dicht zu gestalten, wird auf der Höhe des Überganges des Durchzugs 10 in die Grundplatte 12 ein Segment 17 mit einem Winkel eingeführt, welcher um annähernd 5° steiler ist als der Winkel, mit welchem sich der Durchzug 10 zu den Langlöchern 13 hinneigt. Durch diese Freistellung der Fläche nach innen zur Grundplatte 12 wird eine optimale Verlötung zweier übereinander liegender Scheiben 6 erreicht, da dadurch umlaufend ein Kontakt zwischen der Lötfläche und der Scheibe 6 erzielt wird. Der Kontakt ist dabei überall gleichmäßig anliegend (Figur 9).
  • Der umlaufend anliegende Kontakt der Scheibe 6 mit der Lötfläche ist in Figur 10 noch einmal für einen gestapelten Wärmetauscher mit mehreren übereinander liegenden Scheiben 6 dargestellt. Dabei entsteht zwischen zwei übereinander liegenden Scheiben 6 ein umlaufender Kanal 18. Um diesen umlaufenden Kanal 18 abzuschließen und ein Austreten von Kühlmittel aus diesem Kanal 18 zu verhindern, ist im Radiusbereich des halbkreisförmigen Durchzuges 10, insbesondere nahe den beiden Enden eines Durchzuges 10, eine Nocke 19 platziert. Die Nocke 19 befindet sich am äußeren Rand des letzten Langloches 13 des Durchzuges 10, wobei die Nocke 19 einen Winkel senkrecht zur Grundplatte 12 aufweist, welcher größer ist als der Winkel, den die Außenseite des Durchzuges 10 zur Grundplatte 12 aufweist. Die Nocke 19 ist ungefähr 5 mm breit und annähernd am radialen Auslauf der Wandung des Durchzuges 10 in der Nähe des Segmentes 17 angeordnet (siehe Figur 11a und b).
  • Die Figuren 11c und 11d zeigen die Anordnung der Nocke 19 in einem Schnitt durch mehrere, übereinander gestapelte längliche Scheiben 6 des Stapelscheiben-Wärmetauschers. Die Nocke 19 ist im Bereich zur Umgrenzung 7 der länglichen Scheibe 6 positioniert und weist zu dieser einen stumpfen Winkel auf. Beim Übereinanderlegen der Scheiben 6 sind diese so positioniert, dass die Durchzüge 10 von jeweils zwei aneinander grenzenden Scheiben 6 aufeinander liegen.
  • In Figur 12 sind ebenfalls übereinander gestapelte Scheiben 6 des Stapelscheiben-Wärmetauschers im Querschnitt dargestellt. Der zweite Winkel von 5°, der von dem Segment 17 bestimmt wird, führt zu einem umlaufenden Kanal 18 (Figur 12b), welcher durch die Nocke 19 vollständig abgedichtet wird (Figur 12a).
  • Die einzelnen länglichen Scheiben 1, 6 des Stapelscheiben-Wärmetauschers sind aus lötbarem Aluminium hergestellt und bilden mit den beschriebenen Ausführungen einen kompakten Wärmetauscher, welcher eine hohe Bauraumleistung aufweist, wodurch ein maximaler Wärmeübertragungsgrad des Wärmeaustausches zwischen zu kühlendem Medium und dem Kühlmittel erzielt wird. Die kompakte Ausgestaltung des Wärmetauschers führt zu einer Verringerung des Materialeinsatzes bei der Herstellung. Darüber hinaus ist ein geringerer Umformgrad notwendig, was eine kostengünstige Lösung nach sich zieht. Eine prozesssichere Verlötung durch eine umlaufende Lötfläche ist ohne Abstufung möglich, so dass ein dichter Wärmetauscher generiert wird.

Claims (12)

  1. Stapelscheiben-Wärmetauscher
    - mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen länglichen Scheiben (6), die einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums in Längsrichtung der Scheiben (6) aufweisen und einen weiteren Hohlraum zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen,
    - wobei annähernd in den beiden Endbereichen jeder länglichen Scheibe (6) ein Durchgangsloch (8) zur Zuführung des zu kühlenden Mediums angeordnet ist, welches an seiner Begrenzung mindestens teilweise von einem Dom (10) umgeben ist,
    - wobei das Durchgangsloch (8) annähernd am Rand der länglichen Scheibe (6) angeordnet ist,
    - wobei der Dom (10) und/oder das Durchgangsloch (8) in den Rand der länglichen Scheibe (6) integriert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Dom (10) einen Raum zwischen einem, eine Grundplatte (12) der Scheibe (6) begrenzenden Umlauf (7) und dem jeweiligen Durchgangsloch (8) vollständig ausfüllt,
    - dass der Dom (10) mehrere, das Kühlmittel zuführende Langlöcher (13) aufweist,
    - dass eine entlang des Rands der Scheibe (6) verlaufende Außenwand des Doms (10) in den Umlauf (7) integriert ist.
  2. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (10) angrenzend an einen, eine Grundplatte (12) der länglichen Scheibe (6) begrenzenden Umlauf (7) angeordnet ist.
  3. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (10) in einer anderen Ebene angeordnet ist als ein, eine Grundplatte (12) der Scheibe (6) begrenzender Umlauf (7) der länglichen Scheibe (6), wobei der Dom (10) vorzugsweise in die Grundplatte (12) eingeprägt ist oder erhaben aus der Grundplatte (12) herausragt.
  4. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (8) in einer anderen Ebene angeordnet ist als die längliche Scheibe (6).
  5. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Durchgangsloch (8) annähernd kreissegmentförmig und/oder die das Durchgangsloch umgebenen Langlöcher (13) kreisbogenförmig gekrümmt ausgebildet sind,
    - dass der Dom (10) einer ersten länglichen Scheibe (6) mit einer darunter angeordneten weiteren länglichen Scheibe (6) einen Ringkanal bildet, welcher durch die Langlöcher (13) unterbrochen ist.
  6. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (12) in einer Ebene liegt, die zwischen der Ebene, in der das jeweilige Durchgangsloch (8) liegt, und der Ebene liegt, in der die Langlöcher (13) liegen.
  7. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (10) mit einem vorgegebenen Neigungswinkel ausgebildet ist, der insbesondere nach innen zum Durchgangsloch (8) geführt ist.
  8. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment (17) zwischen einem Abschlussbereich des Domes (10) und dem Umlauf (7) ausgebildet ist, dessen weiterer Neigungswinkel größer ist als der vorgegebene Neigungswinkel des Domes (10), wobei die Abweichung des vorgegebenen Neigungswinkels des Domes (10) zum weiteren Neigungswinkel des Segmentes (17) annähernd 5° beträgt.
  9. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (17) auf Höhe des Domes (10) angeordnet ist und an dem Umlauf (7) der länglichen Scheibe (6) abschließt.
  10. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nahe zu mindestens einem Abschlussbereich des Domes (10) eine Nocke (19) am Dom (10) ausbildet ist, welche annähernd den vorgegebenen Neigungswinkel des Umlaufs (7) aufweist und sich vorzugsweise parallel zum Dom (10) erstreckt.
  11. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Abschlussbereich des kreisbogenförmig ausgebildeten Domes (10) halbkreisähnlich gestaltet ist, und/oder
    - dass die Nocke (19) eine Ausdehnung von weniger als 6 mm aufweist, und/oder
    - dass der Dom (10) und mindestens eine Nocke (19) einteilig aus der länglichen Scheibe (6) ausgebildet sind.
  12. Stapelscheiben-Wärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Scheibe (6) aus lötbarem Aluminium gebildet ist.
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