DE19547185A1

DE19547185A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE19547185A1
Application number: DE1995147185
Authority: DE
Inventors: Guenter Terpin
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1995-12-16
Filing date: 1995-12-16
Publication date: 1997-06-19

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE- 43 14 808 A1 ist ein Plattenwärmeübertrager bekannt, der als Öl/Kühlmittel-Kühler konzipiert ist. Dieser Plattenwärmeübertra ger besteht aus einer Vielzahl aufeinandergestapelter wannenförmiger Wärmeübertragerplatten, deren umlaufende Ränder aneinanderliegen und dicht miteinander verlötet sind. Dabei weisen alle Wärmeübertrager platten die gleiche Form auf. Zwischen den Platten sind Strö mungskanäle gebildet, wobei jeweils abwechselnd ein Strömungskanal dem Ölkreislauf und ein anderer Strömungskanal dem Kühlmittelkreis lauf zugeordnet ist. In den Wärmeübertragerplatten sind Aussparungen vorgesehen, durch welche die Wärmeübertrager-Fluide zugeführt bzw. zu den folgenden Strömungskanälen weitergeleitet werden.

Der bekannte Plattenwärmeübertrager weist jeweils für ein Fluid einen Einlaß- und einen Auslaßstutzen auf, die jeweils im Bereich einer Stirnseite des Plattenwärmeübertragers angeordnet sind. Durch die Ausbildung von Aussparungen in den Platten, die zu den Einlaß- bzw. Auslaßstutzen korrespondieren, werden im wesentlichen gradli nige Strömungskanäle gebildet, die sich von einer Stirnseite zu der gegenüberliegenden Stirnseite des Plattenwärmeübertragers er strecken. In den Strömungskanälen sind Turbulenzeinlagen angeordnet, die eine Verwirbelung des Fluids hervorrufen zur Erhöhung der Wärme übertragungsleistung.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Wärmeübertrager mit einer vergrößerten Wärmeübertragungsleistung auszugestalten.

Zur Lösung des Problems weist der Wärmeübertrager die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Erfindungsgemäß weist der Wärmeübertrager eine Turbulenzeinlage mit einem durchgehenden Stab auf, wodurch das Fluid auf einfache Weise eine gezielte Strömungswegumlenkung erfährt. Damit ist eine Verlän gerung des Strömungskanales verbunden, dessen Länge je nach Anforde rung der Druck-, der Volumenstrom- und der Massenstromverhältnisse durch entsprechende Ausbildung des Stabes einstellbar ist. Insbeson dere läßt sich ein Wärmeübertrager bei Veränderung der vorgenannten Parameter auf einfache Weise dadurch nachrüsten, daß lediglich die Turbulenzeinlagen mit einem entsprechend ausgebildeten Stab versehen werden. Auf diese Weise ist der Wärmeübertrager für verschiedene An wendungen variabel einsetzbar, wobei die Umrüstung mit einem gerin gen Kostenaufwand verbunden ist.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Turbulenz einlage mit mehreren hintereinander versetzt zueinander angeordneten Querstäben versehen zur Ausbildung eines zick-zack-förmigen Strö mungskanals. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise eine Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung erzielen.

Die Turbulenzeinlage kann in einer Vielzahl von Wärmeübertragern eingesetzt werden, wobei beispielsweise der Viskosität des Fluids durch eine unterschiedliche Gestaltung der Stäbe und infolgedessen des Strömungskanals Rechnung getragen wird.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Turbulenzeinlage ein trapezförmiges Profil auf, wobei die benachbarten Wellenelemente einer Welle seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Vorteil hafterweise kann durch geeignete Bemessung der Querausdehnung des Stabes ein sicherer Sitz des Stabes erzielt werden. Vorzugsweise entspricht die Querausdehnung des Stabes etwa der Ausdehnung zweier Wellenelemente, wobei nach Eindrücken des Stabes die Flanken der be nachbarten, nicht eingedrückten Wellenelemente eine Kraftwirkung in Richtung des Stabes ausüben und diesen in der eingedrückten Position halten.

Vorteilhafte Weiterbildungen in der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Seitenansicht eines Plattenwärmeübertragers;

Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage nach einem er sten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage gemäß Fig. 1 ohne Stab;

Fig. 5 eine Vorderansicht der Turbulenzeinlage gemäß Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage gemäß Fig. 4 und

Fig. 8 eine Vorderansicht der Turbulenzeinlage gemäß Fig. 4 ohne Strebe.

In Fig. 1 ist ein Plattenwärmeübertrager 30 dargestellt, der aus mehreren aufeinandergestapelten Platten 31 besteht. Auf der Ober seite des Plattenwärmeübertragers 30 ist eine Anschlußplatte 32 an geordnet, an der ein Zufuhrstutzen 33 und ein Abfuhrstutzen 34 für ein erstes Fluid, vorzugsweise für ein Kühlmittel, befestigt sind. Auf der Unterseite des Plattenwärmeübertragers 30 ist ein Zufuhr stutzen 35 für ein zweites Fluid, vorzugsweise ein zu kühlendes Öl, und ein Abfuhrstutzen für das zu kühlende Fluid befestigt. Zum Be festigen des Plattenwärmeübertragers 30 an einem Motor- oder Getrie beblock sind in Ringnuten der Zufuhr- und Abfuhrstutzen 35 und 36 des Öls Dichtringe 37 eingesetzt, so daß die Stutzen 35 und 36 in entsprechende Aufnahmebohrungen am Gehäuse des Motor- oder Getriebe blocks eingesteckt werden können. Eine Befestigungsplatte 38 ist an der Unterseite des Plattenwärmeübertragers 30 zusätzlich zur Befe stigung mit einem Motor- oder Getriebeblocks vorgesehen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Platten 31 wannenförmig ausge bildet, so daß sie einen aus der Plattenebene herausstehenden um laufenden Rand 39 aufweisen. Auf diese Weise überlappen sich die Ränder 39 der jeweils benachbarten Platten 31, wobei sie im Überlap pungsbereich gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden sind, beispiels weise durch Löten. Zwischen jeweils zwei benachbarten Platten 31 sind Strömungskanäle 40 und 41 gebildet, wobei das Kühlmittel durch den Strömungskanal 40 in eine Richtung und das Öl durch den Strö mungskanal 41 in entgegengesetzter Richtung geleitet wird. Die Plat ten 31 weisen kreisförmige Aussparungen 42 für das Kühlmittel und Aussparungen 43 für das Öl auf. Weiterhin sind zwischen zwei Platten 31 abwechselnd eine Dichtscheibe 44 im Bereich der Aussparungen 42 und der Aussparungen 43 angeordnet. Sie bewirken, daß zwischen zwei benachbarten Platten 31 abwechselnd ein Strömungskanal 40 für das Kühlmittel und ein Strömungskanal 41 für das Öl gebildet wird. In nerhalb der Strömungskanäle 40 und 41 sind Turbulenzeinlagen 45 an geordnet, die der Verwirbelung des Kühlmittelstromes bzw. des Öl stromes dient.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Turbulenzeinlage 1, die vorzugsweise in eine Wärmeübertragerplatte 31 eingesetzt wird, die Platte 31 einen Strömungskanal zur Durchleitung des zu kühlenden Öls bildet. Die Turbulenzeinlage 1 weist zwei Öffnungen geringeren Durchmessers auf, wobei eine obere Öleinlaßöffnung 2, zu einem Einlaßstutzen und eine untere Ölauslaßöffnung 3 zu einem Aus laßstutzen des Plattenwärmeübertragers für das Öl korrespondiert.

Die flächige Turbulenzeinlage 1 weist ein an sich bekanntes wellen förmiges Profil auf, wobei reihenweise angeordnete Wellen 4 jeweils seitlich versetzt zueinander angeordnete Wellenelemente 5 aufweisen. Diese Wellenelemente 5 sind abwechselnd um den gleichen Abstand ver setzt zueinander angeordnet und erstrecken sich von einer Längsseite 6 zu einer gegenüberliegenden Längsseite 7. Durch die vorgenannte wellenförmige Struktur der Turbulenzeinlage 1 wird eine Verwirbelung des durchströmenden Öls erreicht, die zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs führt.

In Längserstreckung der Turbulenzeinlage 1 ist etwa mittig ein durchgehender Stab 8 in die Turbulenzeinlage 1 eingeprägt. Vor zugsweise wird der Stab 8 in die profilierte Struktur der Turbu lenzeinlage 1 eingepreßt, wobei ein größerer Teil des Stabes 8 sich in Richtung der Reihe der Wellen 4 erstreckt. Dadurch, daß der Rand des Stabes 8 unmittelbar an den seitlichen Flanken der Wellenele mente 5 anliegt, die beim Eindrücken des Stabes 8 in die Turbulenz einlage 1 sich leicht zur Richtung des Stabes 8 hin verdrehen, wird ein sicherer Sitz des Stabes 8 erzielt. Ein Herausfallen des Stabes 8 aus der Turbulenzeinlage 1 kann dadurch vermieden werden. Vorzugs weise ist der Stab 8 zylinderförmig als Draht ausgebildet, wobei der Durchmesser der Breite zweier Wellenelemente 5 entspricht. Der Durchmesser des Stabes 8 kann aber auch ein ganzes Vielfaches der Breite eines Wellenelementes 5 entsprechen.

Der Stab 8 erstreckt sich etwa mittig von einer Vorderseite 9 der Turbulenzeinlage 1 unter Bildung eines Abschrägsegmentes 10 zu der unteren Kühlmittelöffnung 11 der Turbulenzeinlage 1. Sowohl die Kühlmitteleinlaßöffnung 11 als auch eine Kühlmittelauslaßöffnung 12 der Turbulenzeinlage 1 dienen zum Einlaß bzw. Auslaß des Kühlmittels in den Strömungskanal einer Platte 31, so daß der für das Öl gebil dete Strömungskanal durch die Dichtscheiben 44 gemäß Fig. 2 von dem Strömungskanal des Kühlmittels abgedichtet ist. Das Öl fließt daher - durch die Öleinlaßöffnung 2 einströmend - von der Vorderseite 9 der Turbulenzeinlage 1 hin zu einer Endseite 13 und von dort wieder zurück zu der Vorderseite 9, in dessen Bereich es den Strömungskanal durch die Ölauslaßöffnung 3 verläßt. Dieser Strömungsverlauf des Öls innerhalb des Strömungskanals wird durch die Ausbildung des Stabes 8 bewirkt. Durch das Vorsehen der Stabes 8 in der Turbulenzeinlage 1 wird auf einfache Weise eine Umlenkung des Fluids erreicht. Aus Gründen der Gewichtsreduzierung besteht die Stab 8 sowie die Turbu lenzeinlage 1 aus einer Aluminium-Legierung. Durch die bloße Verfor mung der Stabes 8 läßt sich ein beliebiger Strömungsweg des Fluids verwirklichen, wobei den abweichenden Anforderungen verschiedener Fluide Rechnung getragen werden kann. Beispielweise kann der Strö mungsweg des Kühlmittels in der benachbarten Kammer anders ausge staltet werden als der Strömungsweg des Öls.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist eine Tur bulenzeinlage 15 an einer Vorderseite 16 eine Kühlmitteleinlaßöff nung 17 und eine Öleinlaßöffnung 18 auf. Im Bereich einer Endseite 19 befinden sich eine korrespondierende Kühlmittelauslaßöffnung 20 und eine Ölauslaßöffnung 21. Wie im vorhergehenden Ausführungsbei spiel weist für den Fall eines Strömungskanals für Öl jeweils die Kühlmitteleinlaßöffnung 17 und die Kühlmittelauslaßöffnung 20 einen nicht dargestellten Dichtring auf, der das Einströmen von Kühlmittel in den für Öl vorgesehenen Strömungskanal verhindert. Die Turbulenz einlage 15 weist mehrere, voneinander beabstandete Querstäbe 22 auf, die sich abwechselnd von gegenüberliegenden Längsseiten 23 der Tur bulenzeinlage 15 hin in einen Bereich erstrecken, der sich auf der anderen Seite einer gedachten Längsmittelachse der Turbulenzeinlage 15 befindet. Hierdurch läßt sich ein zick-zack-förmiger Strömungsweg erzielen, wobei das durch die Ölauslaßöffnung 18 einströmende Öl im wesentlichen in Richtung der Wellenerstreckung strömt. Lediglich im Bereich der innerhalb der Turbulenzeinlage 15 endenden Enden 24 der Querstäbe 22 erfolgt die Strömung quer zur Wellenrichtung, d. h. in einer Nut 25 zwischen den Wellenelementen 26. Die wellenförmige Struktur der Turbulenzeinheit 15 entspricht der Struktur der Turbu lenzeinheit 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel schließen die Querstäbe 22 mit der oberen Seite der Wellenelemente 26 bündig ab. Die Querstäbe 22 sind als durchgehender zylinderförmiger Draht ausgebildet, wobei dieser in der Turbulenzeinlage 15 derart eingefaßt ist, daß er mit seinem Au ßenumfang seitlich an Flanken der Wellenelemente 26 anliegt.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht auf Wärmeübertrager in Stapelbauweise beschränkt. Die beschriebenen Tur bulenzeinlagen 1, 15, 45 lassen sich auch vorteilhaft in Wärmeüber trager mit Flachrohren einsetzen.

Claims

1. Wärmeübertrager, insbesondere Plattenwärmeübertrager für einen Ölkühler für Verbrennungsmaschinen, mit einer Turbulenzeinlage (1, 15, 45) innerhalb eines Strömungskanales (40, 41) zur Durchleitung eines Fluids, wobei die Turbulenzeinlage (1, 15, 45) Ausprägungen zur Verwirbelung des Fluids aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Turbulenzeinlage (1, 15, 45) minde stens ein durchgehender Stab (8; Querstab 22) eingefaßt ist zur Umlenkung des Fluids innerhalb des Strömungskanales (40, 41).

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (8; Querstab 22) durch Eindrücken in der Turbulenz einlage (1, 15, 45) gehalten ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Stab (8; Querstab 22) als zylinderförmiger Draht ausgebildet ist.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stab (8; Querstab 22) und die Turbulenz einlage (1, 15, 45) aus einer Aluminium-Legierung bestehen.

5. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzeinlage (1, 15, 45) als ein wellenförmiges Profil ausgebildet ist mit einer Vielzahl von Wellenelementen (5, 26), wobei der Stab (8; Quer stab 22) seitlich an einer Flanke des Wellenelements (5, 26) zur Anlage kommt.

6. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzeinlage (1, 15) aus mehreren Reihen von Wellen (4) mit hintereinander, quer versetzt zueinander angeordneten Wellenelementen (5, 26) be steht und daß die Stäbe (8; Querstäbe 22) derart angeordnet sind, daß die Strömungsrichtung quer zu den reihenweise ange ordneten Wellen (4) verläuft.

7. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzeinlage (1, 15) mehrere mit einem Abstand zueinander versehene Querstäbe (22) aufweist zur Ausbildung eines zick-zack-förmigen Strö mungsweges des Fluids innerhalb des Strömungskanals (40, 41).