DE102018200809A1

DE102018200809A1 - Stapelscheibenwärmetauscher

Info

Publication number: DE102018200809A1
Application number: DE102018200809.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dränkow; Timo Feldkeller; Thomas Merten
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-07-18
Also published as: CN110057216B; US11162718B2; US20190219313A1; CN110057216A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stapelscheibenwärmetauscher (2), insbesondere ein Ölkühler, ein Chiller oder ein Kondensator für ein Kraftfahrzeug. Der Stapelscheibenwärmetauscher (2) weist mehrere aufeinander gestapelte längliche Scheiben (1) auf, zwischen denen Hohlräume (3) für zwei Medien (M, M) abwechselnd gebildet sind. In der jeweiligen Scheibe (1) sind zudem zwei Strömungsöffnungen (8a, 8b) an einer ersten Kurzseite (6a) und zwei Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) an einer der ersten Kurzseite (6a) gegenüberliegenden zweiten Kurzseite (6b) benachbart geformt, wobei um die beiden Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) jeweils ein abstehender Dom (10a, 10b) ausgeformt ist. Auf einer Scheibenfläche (4) wenigstens einer der Scheiben (1) ist ferner eine in den Hohlraum (3) hineinragende längliche Trennausformung (11) ausgeformt ist, die sich von der ersten Kurzseite (6a) zwischen den beiden Strömungsöffnungen (8a, 8b) in Richtung der zweiten Kurzseite (6b) erstreckt.Erfindungsgemäß schließt die Trennausformung (11) an die erste Kurzseite (6a) unter einem Winkel (α) zwischen 45° und 90° an.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stapelscheibenwärmetauscher, insbesondere einen Ölkühler, einen Chiller oder einen Kondensator für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stapelscheibenwärmetauscher sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und werden beispielsweise als Ölkühler, Chiller oder Kondensatoren in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Ein Stapelscheibenwärmetauscher weist dabei mehrere aufeinander gestapelte längliche Scheiben auf, zwischen denen Hohlräume gebildet sind. In den aufeinander angeordneten Hohlräumen fließen zwei Medien - ein Kühlmedium und ein zu kühlendes Medium, - so dass ein Wärmetausch zwischen den beiden Medien stattfinden kann. Die Hohlräume sind dabei durch eine Fläche und eine Flächenumrandung der jeweiligen Scheibe sowie durch die benachbarte aufliegende Scheibe begrenzt. In jeder der Scheiben sind vier Öffnungen geformt, die in den aufeinander liegenden Scheiben miteinander korrespondieren und insgesamt vier zu den Scheiben senkrechte Kanäle bilden. Zwei dieser Kanäle sind zum Zu- und Ableiten des einen Mediums und zwei dieser Kanäle sind zum Zu- und Ableiten des anderen Mediums in die jeweiligen Hohlräume vorgesehen. Die Hohlräume für die beiden Medien wechseln sich dabei in dem Stapelscheibenwärmetauscher ab und die Kanäle sind ausschließlich mit den entsprechenden Hohlräumen fluidisch verbunden.
Das jeweilige Medium fließt von einer Öffnung zu der anderen Öffnung über die Fläche der jeweiligen Scheibe. Die Strömung kann beispielsweise u-förmig sein, wie in DE 10 2012 107 381 A1 beschrieben ist. Um die am Wärmetausch teilnehmende Fläche der Scheibe zu vergrößern, ist auf der Scheibe eine längliche Ausformung - eine sogenannte Sicke - ausgeformt. Die Ausformung erstreckt sich dabei parallel zur Längsmittelachse der jeweiligen Scheibe und trennt die beiden Öffnungen voneinander. Das jeweilige Medium kann dadurch nicht direkt von der einen Öffnung zu der anderen Öffnung fließen und der Wärmetausch wird intensiviert. Alternativ zu einer u-förmigen Strömung können auch andere Strömungen vorgesehen sein, wie beispielsweise in US 5,735,343 A beschrieben ist. Hier trennt die Sicke die Fläche der Scheibe in zwei Teile auf, so dass jedes der Teile getrennt durch das jeweilige Medium durchströmt wird.
In dem Stapelscheibenwärmetauscher wechselt zumindest eins der Medien seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig beziehungsweise von flüssig zu gasförmig und das Volumenstrom ändert sich entsprechend. Dabei wird das zum Wärmetausch verfügbares Volumen des Mediums nicht optimal genutzt und das Leistungs- und Druckverhältnis in dem Stapelscheibenwärmetauscher ist dadurch nicht optimal.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Stapelscheibenwärmetauscher der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Strömungsquerschnitt in einem Stapelscheibenwärmetauscher an einen Aggregatzustand eines durchströmenden Mediums anzupassen. Der Stapelscheibenwärmetauscher kann dabei insbesondere ein Ölkühler, ein Chiller oder ein Kondensator für ein Kraftfahrzeug sein. Der Stapelscheibenwärmetauscher weist mehrere aufeinander gestapelte längliche Scheiben auf, zwischen denen Hohlräume für zwei Medien - ein Kühlmedium und ein zu kühlendes Medium - abwechselnd gebildet sind. Die Hohlräume sind an den jeweiligen Scheiben bereichsweise durch jeweils eine Scheibenfläche und eine von der Scheibenfläche abstehende und diese umlaufende Umrahmungswand begrenzt. In der jeweiligen Scheibe sind zudem zwei Strömungsöffnungen an einer ersten Kurzseite und zwei Durchleitungsöffnungen an einer der ersten Kurzseite gegenüberliegenden zweiten Kurzseite benachbart geformt, wobei in der jeweiligen Scheibe um die beiden Durchleitungsöffnungen jeweils ein von der Scheibenfläche in den Hohlraum abstehender Dom ausgeformt ist. Auf der Scheibenfläche wenigstens einer der Scheiben ist eine in den Hohlraum hineinragende längliche Trennausformung ausgeformt, die sich von der ersten Kurzseite zwischen den beiden Strömungsöffnungen in Richtung der zweiten Kurzseite erstreckt. Erfindungsgemäß schließt die Trennausformung an die erste Kurzseite unter einem Winkel α zwischen 45° und 90° an.
Die beiden Kurzseiten sind durch Langseiten miteinander verbunden, die länger als die beiden Kurzseiten sind. Die Scheibenfläche ist im Wesentlichen rechteckig und die beiden Kurzseiten sowie die beiden Langseiten sind jeweils gleich lang. Die Trennausformung teilt die Scheibenfläche in zwei Strömungsbereiche. Dabei fasst der erste Strömungsbereich die erste Strömungsöffnung zum Zuströmen des jeweiligen Mediums ein und erstreckt sich zwischen der Trennausformung und der einen Langseite von der ersten Kurzseite zu der zweiten Kurzseite. Der zweite Strömungsbereich fasst die zweite Strömungsöffnung zum Abströmen des jeweiligen Mediums ein und erstreckt sich zwischen der Trennausformung und der anderen Langseite von der ersten Kurzseite zu der zweiten Kurzseite. Die beiden Strömungsbereiche sind entlang der Trennausformung fluidisch voneinander getrennt und erst an der zweiten Kurzseite fluidisch miteinander verbunden. Die Trennausformung schließt dabei an die erste Kurzseite an, so dass keine Strömung entlang der ersten Kurzseite stattfinden kann und das jeweilige Medium zu einer u-förmigen Strömung in der jeweiligen Scheibe gezwungen ist. Dadurch, dass die Trennausformung unter einem Winkel an die erste Kurzseite anschließt, ändert sich der Strömungsquerschnitt in Fließrichtung des jeweiligen Mediums. Insbesondere ist der Strömungsquerschnitt an den Aggregatzustand des jeweiligen Mediums anpassbar, so dass das Leistungs- und Druckverhältnis in dem Stapelscheibenwärmetauscher optimiert und das zum Wärmetausch verfügbares Volumen optimal genutzt werden können. Die mehreren aufeinander gestapelten Scheiben können dabei gleich ausgestaltet sein oder sich von Scheibe zu Scheibe unterscheiden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Trennausformung geradlinig oder zu einer die beiden Kurzseiten verbindenden Langseite hin gekrümmt ist. Die Trennausformung kann auch wenigstens zwei geradlinige Trennbereiche aufweisen, die unter einem Knickwinkel aneinander anschließen. Ein Verhältnis einer Länge eines der Trennbereiche zu einer Gesamtlänge der Trennausformung liegt dann zwischen 0 und 1. Bei dem Verhältnis gleich 0 oder 1 geht der eine Trennbereich in den anderen Trennbereich über, so dass die Trennausformung in den beiden Trennbereichen der geradlinigen Trennausformung entspricht. Durch eine Anpassung des Knickwinkels kann die Strömung an der jeweiligen Scheibe und dadurch auch der Wärmetausch zwischen den beiden Medien optimiert werden. Der Knickwinkel β kann dabei zwischen 90° und 180° variieren.
Vorteilhafterweise teilt die Trennausformung die erste Kurzseite in einem Verhältnis zwischen 0,3 und 0,5 zu einer Gesamtlänge der ersten Kurzseite auf. Bei einem Verhältnis gleich 0,5 schließ die Trennausformung an die Kurzseite mittig an, so dass die beiden durch die Trennausformung gebildeten Bereiche zumindest an der ersten Kurzseite einen gleichen Strömungsquerschnitt aufweisen. Bei einem kleineren Verhältnis ist die Trennausformung an der ersten Kurzseite zu einer der Strömungsöffnungen beziehungsweise zu einer der Langseiten versetzt, so dass die Strömungsquerschnitte sich zumindest an der ersten Kurzseite unterscheiden. Die Trennausformung kann sich ferner bis zu einer 0,2-fachen bis 0,8-fachen Länge der Langseite von der ersten Kurzseite in Richtung der zweiten Kurzseite erstrecken. Die restliche 0,8-fache bis 0,2-fache Länge der Langseite von der zweiten Kurzseite in Richtung der ersten Kurzseite entspricht dann der Länge eines Verbindungsbereichs, in dem sich die beiden Strömungsbereiche überlappen und fluidisch miteinander verbunden sind.
Um die Strömung des jeweiligen Mediums in den jeweiligen Strömungsbereichen und den Wärmetausch in dem Stapelscheibenwärmetauscher zu optimieren, kann in dem Hohlraum wenigstens einer der Scheiben vorteilhafterweise wenigstens eine Strömungsleitstruktur angeordnet sein. Die Strömungsleitstruktur kann das jeweilige Medium durch den Strömungsbereich leiten und durchmischen. Die jeweilige Strömungsleitstruktur kann beispielsweise eine Turbulenzeinlage sein. Alternativ kann die jeweilige Strömungsleitstruktur in der Scheibenfläche der jeweiligen Scheibe in den Hohlraum hineinragend ausgeformt - beispielsweise geprägt - sein. Dabei kann die Strömungsleitstruktur mehrere noppenartige oder längliche oder wellenförmige Ausformungen umfassen. Vorteilhafterweise kann beidseitig an der Trennausformung wenigstens einer der Scheiben jeweils eine Strömungsleitstruktur angeordnet sein und die jeweiligen Strömungsleitstrukturen können gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Dadurch ergibt sich eine große Vielfalt an möglichen Ausgestaltungen der jeweiligen Scheibe, so dass die Strömung und der Wärmetausch in der jeweiligen Scheibe an das jeweilige Medium und an den sich wechselnden Aggregatzustand des jeweiligen Mediums anpassbar sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauschers kann vorgesehen sein, dass die Strömungsöffnungen und/oder die Durchleitungsöffnungen wenigstens einer der Scheiben einen voneinander abweichenden Strömungsquerschnitt aufweisen. Ferner können die Strömungsöffnungen und die Durchleitungsöffnungen der aufeinander gestapelten Scheiben miteinander fluidisch korrespondieren und Strömungsquerschnitte der Strömungs- und Durchleitungsöffnungen der aufeinander gestapelten Scheiben in dem Stapelscheibenwärmetauscher von Scheibe zu Scheibe stetig zu- oder abnehmen. Auf diese vorteilhafte Weise kann ein Strömungsquerschnitt eines durch die Strömungs- und Durchleitungsöffnungen gebildeten Kanals stetig zu- oder abnehmen. Das Verhältnis des minimalen Strömungsquerschnitts zu dem maximalen Strömungsquerschnitt des jeweiligen Kanals kann dabei zwischen 0,25 und 1 liegen. Auf diese vorteilhafte Weise kann auch der Strömungsquerschnitt des jeweiligen Kanals an den Aggregatzustand des durchfließenden Mediums angepasst sein.
Zusammenfassend kann in dem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher der Strömungsquerschnitt in der jeweiligen Scheibe an den Aggregatzustand des jeweiligen durchfließenden Mediums angepasst werden. Dadurch können das Leistungs- und Druckverhältnis in dem Stapelscheibenwärmetauscher optimiert und das zum Wärmetausch verfügbares Volumen optimal genutzt werden. Vorteilhafterweise kann dann der Stapelscheibenwärmetauscher weniger beziehungsweise kleinere Scheiben aufweisen, ohne dass die Leistung des Stapelscheibenwärmetauschers reduziert wird. Dadurch ergeben sich erheblich Kostenvorteile.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Ansicht einer Scheibe in einem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher, die eine geradlinige Trennausformung aufweist;
2 eine Ansicht einer Scheibe in einem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher, die eine Trennausformung mit zwei Trennbereichen aufweist;
3 eine Ansicht einer Scheibe in einem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher, bei der eine Trennausformung mittig an eine Kurzseite anschließt;
4 eine Ansicht einer Scheibe in einem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher, die eine Turbulenzeinlage aufweist;
5 eine Ansicht einer Scheibe in einem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher, die an einer Trennausformung beidseitig gleiche Strömungsleitstruktur aufweist.

1 zeigt eine Ansicht einer Scheibe 1 in einem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher 2. An der jeweiligen Scheibe 1 ist ein Hohlraum 3 bereichsweise durch eine Scheibenfläche 4 und eine Umrahmungswand 5 begrenzt, die von der Scheibenfläche 4 absteht und diese umläuft. Der Stapelscheibenwärmetauscher 2 weist mehrere solche aufeinander gestapelte Scheiben 1 auf, zwischen denen die Hohlräume 3 gebildet sind. Insbesondere kann der Stapelscheibenwärmetauscher 2 ein Ölkühler, ein Chiller oder ein Kondensator für ein Kraftfahrzeug sein.
Die jeweilige Scheibe 1 ist länglich ausgeformt und weist eine erste Kurzseite 6a und eine der ersten Kurzseite 6a gegenüberliegende zweite Kurzseite 6b auf. Die beiden Kurzseiten 6a und 6b sind durch zwei gegenüberliegende Langseiten 7a und 7b miteinander verbunden. Die Kurzseiten 6a und 6b und die Langseiten 7a und 7b begrenzen die Scheibenfläche 4. An der ersten Kurzseite 6a sind zwei Strömungsöffnungen 8a und 8b geformt. Durch die Strömungsöffnungen 8a und 8b kann ein erstes Medium M₁ in den Hohlraum 3 zu- und aus dem Hohlraum 3 abfließen. An der zweiten Kurzseite 6b sind zwei Durchleitungsöffnungen 9a und 9b angeordnet, um die jeweils ein von der Scheibenfläche 4 in den Hohlraum 3 abstehender Dom 10a und 10b ausgeformt ist. Die Dome 10a und 10b verhindern ein Zufließen eines zweiten Mediums M₂ in den Hohlraum 3 und ein Abfließen des ersten Mediums M₁ aus dem Hohlraum 3. Die Strömungsöffnungen 8a und 8b und die Durchleitungsöffnungen 9a und 9b wechseln sich in den aufeinanderliegenden Scheiben 1 des Stapelscheibenwärmetauschers 2 ab, so dass in den gestapelten Hohlräumen 3 jeweils das erste Medium M₁ oder das zweite Medium M₂ fließt.
Auf der Scheibenfläche 4 ist eine in den Hohlraum 3 hineinragende längliche Trennausformung 11 - eine sogenannte Sicke - ausgeformt, die sich von der ersten Kurzseite 6a zwischen den beiden Strömungsöffnungen 8a und 8b in Richtung der zweiten Kurzseite 6b erstreckt. Dabei schließt die Trennausformung 11 an die erste Kurzseite 6a unter einem Winkel α an, der bevorzugt zwischen 45° und 90° liegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Trennausformung 11 geradlinig und schließt an die erste Kurzseite 6a unter einem Winken α gleich 60° an. Die Trennausformung 11 teilt die erste Kurzseite 6a in einem Verhältnis 0,3 zu der Gesamtlänge der ersten Kurzseite 6a auf und erstreckt sich von der ersten Kurzseite 6a in Richtung der zweiten Kurzseite 6b bis zu einer 0,8-fachen Länge der Langseiten 7a und 7b.
Die Trennausformung 11 teilt die Scheibenfläche 4 in zwei Strömungsbereiche 4a und 4b auf, die einen ungleichen Strömungsquerschnitt aufweisen. Aus einem Zuleitungskanal 12a fließt das erste Medium M₁ durch die erste Strömungsöffnung 8a in den ersten Strömungsbereich 4a und weiter in Richtung der zweiten Kurzseite 6b. An der zweiten Kurzseite 6b wird das erste Medium M₁ umgeleitet und fließt in dem zweiten Strömungsbereich 4b zu der Strömungsöffnung 8b und in den Ableitungskanal 12b. Das erste Medium M₁ fließt in der Scheibe 1 u-förmig, wie hier und weiter mit Pfeilen angedeutet ist, und der Strömungsquerschnitt nimmt in Fließrichtung von der Strömungsöffnung 8a zu der Strömungsöffnung 8b ab. Der Strömungsquerschnitt ist dadurch an den Aggregatzustand des ersten Mediums M₁ angepasst, der hier von gasförmig zu flüssig wie in einem Kondensator wechselt. Insbesondere können dadurch das Leistungs- und Druckverhältnis in dem Stapelscheibenwärmetauscher 2 optimiert und das zum Wärmetausch verfügbares Volumen des ersten Mediums M₁ optimal genutzt werden. Ferner weisen auch die Strömungsöffnungen 8a und 8b voneinander abweichende und an den Aggregatzustand des ersten Mediums M₁ angepasste Strömungsquerschnitte auf. Es versteht sich, dass der Strömungsquerschnitt in der Scheibe 1 sowie die Strömungsquerschnitte der Strömungsöffnungen 8a und 8b auch auf ein erstes Medium M₁ angepasst sein können, das den Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig - wie beispielsweise in einem Chiller oder einem Verdampfer - wechselt.
Ferner sind in dem Strömungsbereich 4a eine erste Strömungsleitstruktur 13a und in dem Strömungsbereich 4b eine zweite Strömungsleitstruktur 13b angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Strömungsleitstruktur 13a mehrere Noppen 14, die in der Scheibenfläche 4 in dem Strömungsbereich 4a integral ausgeformt - beispielsweise geprägt - sind und in den Hohlraum 3 hineinragen. Die zweite Strömungsleitstruktur 13b ist in diesem Ausführungsbeispiel wellenförmig und integral an der Scheibenfläche 4 ausgeformt - beispielsweise geprägt - und ragt zweckgemäß in den Hohlraum 3 hinein. Die Strömungsleitstrukturen 13a und 13b leiten und durchmischen das erste Medium M₁ an der Scheibe 1 und der Wärmetausch kann dadurch intensiviert werden. Ferner ist die Trennausformung 11 bereichsweise an der zweiten Strömungsstruktur 13b ausgeformt, so dass ein ungehindertes Durchfließen des ersten Mediums M₁ an der Trennausformung 11 verhindert wird.
Es versteht sich, dass Scheiben für das zweite Medium M₂ auf eine gleiche Weise ausgestaltet sein können. An der hier gezeigten Scheibe 1 fließt das zweite Medium M₂ jedoch nicht und wird durch einen Zuleitungskanal 15a der ersten Durchfließöffnung 9a und einen Ableitungskanal 15b der zweiten Durchfließöffnung 9b in einen Hohlraum einer nächsten Scheibe zugeführt, wie hier und weiter mit Pfeilen angedeutet ist.
2 zeigt eine Ansicht der alternativ ausgestalteten Scheibe 1 in dem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher 2. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Trennausformung 11 zwei geradlinige Trennbereiche 11a und 11b auf, die unter einem Knickwinkel β aneinander anschließen. Der Knickwinkel β beträgt hier etwa 160° und ein Verhältnis der Länge des kürzeren Trennbereichs 11a zu der Gesamtlänge der Trennausformung 11 liegt bei etwa 0,3. Entsprechend beträgt ein Verhältnis der Länge des längeren Trennbereichs 11b zu der Gesamtlänge der Trennausformung 11 etwa 0,7. In den Strömungsbereichen 4a und 4b sind jeweils eine Strömungsleitstruktur 13a und 13b angeordnet. Die erste Strömungsleitstruktur 13a umfasst mehrere Noppen 14 und die zweite Strömungsleitstruktur 13b ist wellenförmig ausgeformt. Die Strömungsquerschnitte der Strömungsöffnungen 8a und 8b sind in diesem Ausführungsbeispiel gleich.
3 zeigt eine Ansicht der alternativ ausgestalteten Scheibe 1 in dem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher 2. In diesem Ausführungsbeispiel schließt die Trennausformung 11 an die erste Kurzseite 6a mit dem Winkel α nahe 90° an. In dem Strömungsbereich 4a ist die Strömungsleitstruktur 13a mit mehreren Noppen 14 und in dem Strömungsbereich 4b ist die zweite wellenförmige Strömungsleitstruktur 13b ausgeformt.
4 zeigt eine Ansicht der alternativ ausgestalteten Scheibe 1 in dem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher 2. In dem Strömungsbereich 4a ist die Strömungsleitstruktur 13a in Form einer Turbulenzeinlage 16 angeordnet und in dem Strömungsbereich 4b ist die zweite wellenförmige Strömungsleitstruktur 13b ausgeformt. In diesem Ausführungsbeispiel schließt die Trennausformung 11 an die erste Kurzseite 6a mit dem Winkel α nahe 90° an.
5 zeigt eine Ansicht der Scheibe 1 in dem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher 2. Hier sind die beiden wellenförmigen Strömungsleitstrukturen 13a und 13b gleich ausgestaltet und spiegelsymmetrisch an der Trennausformung 11 ausgeformt. Die Trennausformung 11 schließt an die erste Kurzseite mit dem Winkel α nahe 90° an.
Zusammenfassend kann in dem erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauscher 2 der Strömungsquerschnitt in der jeweiligen Scheibe 1 an den Aggregatzustand des jeweiligen durchfließenden Mediums M₁ und M₂ angepasst werden. Dadurch können das Leistungs- und Druckverhältnis in dem Stapelscheibenwärmetauscher 2 optimiert und das zum Wärmetausch verfügbares Volumen des jeweiligen Mediums M₁ und M₂ optimal genutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012107381 A1 [0003]
US 5735343 A [0003]

Claims

Stapelscheibenwärmetauscher (2), insbesondere ein Ölkühler, ein Chiller oder ein Kondensator für ein Kraftfahrzeug, - wobei der Stapelscheibenwärmetauscher (2) mehrere aufeinander gestapelte längliche Scheiben (1) aufweist, zwischen denen Hohlräume (3) für zwei Medien (M₁ und M₂) abwechselnd gebildet sind, - wobei die Hohlräume (3) an den jeweiligen Scheiben (1) bereichsweise durch jeweils eine Scheibenfläche (4) und eine von der Scheibenfläche (4) abstehende und diese umlaufende Umrahmungswand (5) begrenzt sind, - wobei in der jeweiligen Scheibe (1) zwei Strömungsöffnungen (8a, 8b) an einer ersten Kurzseite (6a) und zwei Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) an einer der ersten Kurzseite (6a) gegenüberliegenden zweiten Kurzseite (6b) benachbart geformt sind, - wobei in der jeweiligen Scheibe (1) um die beiden Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) jeweils ein von der Scheibenfläche (4) in den Hohlraum (3) abstehender Dom (10a, 10b) ausgeformt ist, - wobei auf der Scheibenfläche (4) wenigstens einer der Scheiben (1) eine in den Hohlraum (3) hineinragende längliche Trennausformung (11) ausgeformt ist, die sich von der ersten Kurzseite (6a) zwischen den beiden Strömungsöffnungen (8a, 8b) in Richtung der zweiten Kurzseite (6b) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennausformung (11) an die erste Kurzseite (6a) unter einem Winkel α von 45°< α < 90° anschließt.
Stapelscheibenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennausformung (11) geradlinig ist oder zu einer die beiden Kurzseiten (6a, 6b) verbindenden Langseite (7a, 7b) hin gekrümmt ist.
Stapelscheibenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Trennausformung (11) wenigstens zwei geradlinige Trennbereiche (11a, 11b) aufweist, die unter einem Knickwinkel (β) aneinander anschließen, und - dass ein Verhältnis einer Länge eines der Trennbereiche (11a, 11b) zu einer Gesamtlänge der Trennausformung (11) zwischen 0 und 1 liegt.
Stapelscheibenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennausformung (11) die erste Kurzseite (6a) in einem Verhältnis zwischen 0,3 und 0,5 zu einer Gesamtlänge der ersten Kurzseite (6a) aufteilt.
Stapelscheibenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennausformung (11) sich bis zu einer 0,2-fachen bis 0,8-fachen Länge der Langseite (7a, 7b) von der ersten Kurzseite (6a) in Richtung der zweiten Kurzseite (6b) erstreckt.
Stapelscheibenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (3) wenigstens einer der Scheiben (1) wenigstens eine Strömungsleitstruktur (13a, 13b) angeordnet ist.
Stapelscheibenwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - dass die jeweilige Strömungsleitstruktur (13a, 13b) eine Turbulenzeinlage (16) ist, oder - dass die jeweilige Strömungsleitstruktur (13a, 13b) in der Scheibenfläche (4) der jeweiligen Scheibe (1) in den Hohlraum (3) hineinragend ausgeformt ist und mehrere noppenartige oder längliche oder wellenförmige Ausformungen umfasst.
Stapelscheibenwärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, - dass beidseitig an der Trennausformung (11) wenigstens einer der Scheiben (1) jeweils eine Strömungsleitstruktur (13a, 13b) angeordnet ist, und - dass die jeweiligen Strömungsleitstrukturen (13a, 13b) gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sind.
Stapelscheibenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsöffnungen (8a, 8b) und/oder die Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) wenigstens einer der Scheiben (1) einen voneinander abweichenden Strömungsquerschnitt aufweisen.
Stapelscheibenwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Strömungsöffnungen (8a, 8b) und die Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) der aufeinander gestapelten Scheiben (1) miteinander fluidisch korrespondieren, und - dass Strömungsquerschnitte der Strömungsöffnungen (8a, 8b) und der Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) der aufeinander gestapelten Scheiben (1) in dem Stapelscheibenwärmetauscher (2) von Scheibe zu Scheibe stetig zu- oder abnehmen, so dass ein Strömungsquerschnitt eines durch die Strömungsöffnungen (8a, 8b) und Durchleitungsöffnungen (9a, 9b) gebildeten Kanals (12a, 12b, 15a, 15b) stetig zu- oder abnimmt.