DE19654365A1 - Plattenwärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, insbe­ sondere einen Ölkühler, bestehend aus mehreren mit Abstand aufeinander gestapelten und an ihren Rändern dicht verbunde­ nen Scheiben, die zwischen sich Kammern bilden, von denen be­ nachbarte Kammern jeweils von dem zu kühlenden Öl bzw. von einem Kühlmittel durchströmt sind, das jeweils über einen Zu­ flußstutzen zu den einzelnen Kammern und von diesen in je­ weils einen Abflußstutzen strömt.

Plattenwärmeübertrager dieser Art sind aus der EP 0 623 798 A2 bekannt. Die Stapelbauweise bringt dabei den Vorteil, daß die wannenartig ausgebildeten metallischen Wärmetauscherplat­ ten mit ihren umlaufenden Rändern unmittelbar miteinander verlötet werden können. Dabei weisen alle Wärmetauscherplat­ ten die gleiche Form auf, so daß die Anzahl der notwendigen Bauteile, insbesondere, weil auch weitgehend identisch aufge­ baute Turbulenzeinlagen verwendet werden können, gering ge­ halten werden kann.

Für die Auslegung von Plattenwärmeübertragern dieser Art lie­ gen im allgemeinen Kundenangaben über den erwünschten Volu­ menstrom des Kühlmittels und des Öles, über die Temperaturen von Öl und Kühlmitteln, über die zu erzielende Leistung und über das einzuhaltende Druckgefälle vor. Dies führt trotz der an sich einfachen Bauweise der Stapelscheibenkühler dazu, daß zur Einhaltung der vorgegebenen Betriebsbedingungen spezielle Abmessungen der Stapelscheiben und/oder der Turbulenzeinlagen notwendig werden. Eine Standardisierung von Plattenwärmeüber­ tragern der eingangs genannten Art ist daher nicht möglich, obwohl die Bauweise hierfür besonders geeignet wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plat­ tenwärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei vorgegebenem Druckgefälle und Leistung die erwünsch­ ten Volumenströme weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung der einzelnen Kammern erreicht werden können, so daß, jeden­ falls in bestimmten Rahmen eine Standardauslegung von Ölküh­ lern in Stapelbauweise möglich ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß diese Volumenströme in parallel geschalteten Kammern deren Strö­ mungswiderstände alle in etwa gleich groß sind, beeinflußt werden können, wenn die Zu- und Abflußstutzen für das Öl bzw. das Kühlmittel untereinander jeweils zusätzlich durch einen Bypasskanal verbunden werden, dessen Strömungsquerschnitt und Widerstand dem jeweils gewünschten Volumenstrom durch die Kammern angepaßt ausgelegt wird. Der Strömungswiderstand im Bypasskanal bestimmt auf diese Weise den Volumenstrom in den einzelnen Kammern. Je größer der Strömungswiderstand im Bypasskanal wird, umso mehr strömt durch die parallel ge­ schalteten Kammern. Je kleiner dieser Widerstand wird, umso weniger wird durch die Kammern strömen. Die Anordnung des zu­ sätzlichen Bypasskanals ermöglicht auf diese Weise unabhängig von der Bauform der Kammern die Beeinflussung der Volumen­ ströme, so daß verschieden Standardgrößen von Stapelscheiben­ kühlern ausreichen, um jeweils durch Anpassung der Bypasska­ näle eine individuelle Anpassung an die jeweilige gewünschte Kühlerauslegung zu gestatten.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Bypasskanal aus Ver­ bindungskanälen in einer auf einer der Stapelscheiben aufge­ legten Platte bestehen, die wiederum durch eine Platte abge­ deckt ist. In Weiterbildung der Erfindung kann die Platte mit den Verbindungskanälen und die diese abdeckende Platte den Abschluß des Scheibenstapels bilden. Diese Ausgestaltung er­ möglicht in besonders einfacher Weise die individuelle Anpas­ sung eines Kühlers ohne großen Herstellungsaufwand. Dabei kann in einfacher Weise der Strömungsquerschnitt und Wider­ stand der Verbindungskanäle durch einen in ihnen vorgesehenen Engstelle bestimmt sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist es aber auch möglich, die Bypasskanäle durch Verbindungskanäle in einer Deckplatte zu bilden und in diese Verbindungskanäle mit den Zu- und Abfluß­ stutzen fluchtende Öffnungen vorbestimmter Größe in einer Blendenplatte münden zu lassen. Dabei ist es in Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise möglich, die Verbindungska­ näle durch Auswölbungen in der Deckplatte zu bilden und Deck­ platte und Blendenplatte wiederum den Abschluß des Scheiben­ stapels bilden zu lassen. Diese Ausgestaltung weist den gro­ ßen Vorteil auf, daß die Herstellung von Blendenöffnungen, insbesondere in der Form von Bohrungen in der Blendenplatte sehr einfach und sehr genau möglich ist, so daß es durch diese Ausgestaltung durch Auswechseln der Blendenplatten auch in sehr einfacher Weise möglich wird, individuelle Anpassun­ gen der Durchströmung bei sonst gleichen Aufbau zu bewirken.

Um zu vermeiden, daß beim stapelartigen Zusammenbau des Öl­ kühlers das Einlegen der Blendenplatten vergessen wird, was im übrigen während des Herstellungsprozesses nicht auffallen würde, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Deckplatte mit einseitig abstehenden Noppen versehen ist, die korrespondierend und passend zu Vertiefungen in der Blenden­ platte ausgelegt sind. Auf diese Weise nämlich ergibt sich nur dann ein dichter Abschluß des Scheibenstapels nach der Verlötung, wenn die Blendenplatte eingelegt ist. Ist dies nicht der Fall, dann verhindern die abstehenden Noppen die Dichtheit des Kühlers.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Seitenansicht eines erfindungsge­ mäß ausgestalteten Plattenwärmeübertragers in der Form eines Stapelscheibenkühlers,

Fig. 2 die Stirnansicht des Plattenwärmeübertragers der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Teile des Platten­ wärmetauschers der Fig. 1 und 2,

Fig. 4 die Ansicht einer Kammer des Plattenwärmetauschers nach der Erfindung in Richtung der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3 gesehen,

Fig. 5 eine weitere Ansicht eines Teiles des Plattenwärme­ tauschers der Fig. 3 in Richtung der Schnittlinie V-V gesehen,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Erfindung,

Fig. 7 eine Ansicht eines Plattenwärmeübertragers ähnlich der Darstellung nach Fig. 5, jedoch bei einer ande­ ren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 die Draufsicht auf eine die Platte der Fig. 7 nach oben abschließende Deckplatte und

Fig. 9 den Schnitt durch die Deckplatte der Fig. 8 in Richtung der Schnittlinie IX-IX.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Plattenwärmeübertrager gemäß der Erfindung gezeigt, der aus mehreren, mit Abstand aufein­ ander gestapelten, wannenartig ausgebildeten Stapelscheiben 1 besteht, deren schräg nach außen gestellte Ränder 2 sich in bekannter Weise dachziegelartig überlappen und gemäß den Fig. 1 und 2 die äußere Abschlußwand des Stapelscheibenküh­ lers nach der Erfindung bilden. Die Fig. 1 bis 3 lassen ferner erkennen, daß die aufeinandergestapelten Scheiben 2 im Abstand zueinander liegen und zwischen sich in bekannter Wei­ se Kammern 3 bilden, in die Passende Schichten von Turbu­ lenzeinlagen 4 eingelegt sind. Diese Turbulenzeinlagen 4 be­ sitzen dabei größere kreisrunde Öffnungen 5 und kleinere kreisrunde Öffnungen 6, wobei die Schichtung der Turbu­ lenzeinlagen 4 so vorgenommen ist, daß die in benachbarten Kammern 3 vorgesehenen Turbulenzeinlagen 4 jeweils um 180° zu einander verdreht angeordnet sind. In die größeren Öffnungen 5 werden Abdichtringe 7 eingelegt, deren Innendurchmesser dem Durchmesser von Öffnungen 8 in den Stapelscheiben entspre­ chen.

Wenn die in Fig. 3 noch auseinandergezogen dargestellten Sta­ pelscheiben 1 und die Turbulenzeinlagen 4 mit den Dichtringen 7 aufeinandergelegt und verlötet werden, dann entstehen zwi­ schen benachbarten Stapelscheiben 1 jeweils die Kammern 3, die wechselseitig entweder zu dem mit den durchgehenden Pfei­ len 9 gekennzeichneten Strömungskanal auf der linken Seite der Fig. 3 oder zu dem mit den gestrichelten Pfeilen 10 ge­ kennzeichneten rechtsliegenden Strömungskanal offen sind. Der linke Strömungskanal steht dabei mit einem Anschlußstutzen 11 für das zu kühlende Öl in Verbindung, der dicht auf die ober­ ste (in Fig. 3 die unterste) Stapelscheibe 1 aufgesetzt ist. Der Strömungskanal 10 ist mit dem Anschlußstutzen 12 für Kühlmittel verbunden, der ebenfalls dicht auf die andere der Öffnungen 8 in der obersten (bzw. untersten) Stapelscheibe 1 aufgesetzt ist. Die Fig. 2 und 1 lassen zusätzlich erken­ nen, daß jedem Stapelscheibenkühler je ein Anschlußstutzen 11 für Öl bzw. 12 für Kühlmittel und ein dazugehöriger Abfluß­ stutzen 12' für Kühlmittel bzw. ein nicht gezeigter Abfluß­ stutzen für das Öl zugeordnet ist, der jeweils mit den Ab­ flußkanälen 9' bzw. 10' in Verbindung steht, die parallel zu den Zuflußkanälen, aber etwa im Abstand der Länge der einzel­ nen Stapelscheiben 1 zu jenen versetzt angeordnet sind. Die Fig. 4 läßt daher deutlich werden, daß das Kühlmittel, das durch den Zuflußstutzen in eine der Kammern 3 gelangt ist, im Sinne der gestrichelten Pfeile 13 zur Abflußöffnung 13 ge­ führt wird und dabei den gesamten Bereich der Kammer 3 mit der Turbulenzeinlage 4 durchströmt. In analoger Weise strömt das Öl in der zu der in Fig. 4 dargestellten Kammer 3 benach­ barten Kammer vom Anschlußstutzen 9 zum Abflußstutzen 9'. Al­ le benachbarten Kammern 3 werden daher abwechselnd von Öl bzw. Kühlmittel durchströmt.

Die Fig. 3 zeigt, daß den Abschluß des Plattenstapels eine auf die letzte Stapelscheibe 1 aufgesetzte Platte 14 bildet, die wiederum von einer Abschlußscheibe 15 abgedeckt wird. Diese Abschlußscheibe 15 kann auch in nicht näher gezeigter Weise mit einem Befestigungsflansch 16 versehen sein.

Die Fig. 5 zeigt, daß die Platte 14 mit zwei Verbindungskanä­ len 17 und 18 in der Form von Ausstanzungen versehen ist, die jeweils im Bereich der Zu- und Abflußkanäle 9, 10 bzw. 9' und 10' auf etwa den Durchmesser der Bohrungen 8 in den unter ihr liegenden Stapelscheiben 1 erweitert ist. Die auf der einen Seite von der darunterliegenden Stapelscheibe 1 und auf der anderen Seite von der Abdeckplatte 15 verschlossenen Kanäle 17 und 18 stellen auf diese Weise jeweils einen Bypass zwi­ schen Zufluß- und Abflußkanal 9, 9' bzw. 10, 10' dar. Der Strömungswiderstand dieser Kanäle 17 und 18 bestimmt die Durchströmung der einzelnen Kammern 3. Wie aus Fig. 5 zu er­ kennen ist, besitzt der Verbindungskanal 17 eine Breite a, die den Strömungsquerschnitt und damit den Strömungswider­ stand dieses Verbindungskanales 17 und des Bypasses zwischen Zu- und Abflußkanal 9, 9' bestimmt. Je größer diese Breite a ist, umso weniger werden die einzelnen Kammern 13 durchflos­ sen werden, was anhand von Fig. 6 schematisch angedeutet ist. Je kleiner jedoch die Breite a ist, umso größer wird der Durchfluß in den Kammern 3 sein. Das Maß a läßt sich somit zur Bestimmung des Durchflusses der Kammern bei sonst gleich ausgebildeten Stapelölkühlern verwenden. Werden daher ver­ schiedene Platten 14 mit verschiedenem Querschnitt vorgese­ hen, dann kann der Öldurchfluß individuell an die gewünschten Größen angepaßt werden, ohne daß eine Änderung der Bauweise des Stapelplattenkühlers notwendig ist.

Gleiches gilt für den Bypasskanal 18 für das Kühlmittel. Hier bestimmt ebenfalls der Querschnitt b an einer Engstelle im Bypass 18 die Durchströmung des Bypasses und damit die Durch­ strömung der Kammern 3. Entsprechend ausgelegte Platten 14 lassen sich daher jeweils wahlweise als Abschluß eines Plat­ tenstapels einsetzen um so eine Anpassung zu erreichen.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine abgewandelte Bauweise in so­ weit, als nun der Plattenstapel der Fig. 3 anstelle der Plat­ te 14 mit einer Blendenplatte 19 versehen wird, die anstelle durch die Abschlußplatte 15 der Fig. 3 durch eine Deckplatte 20 gemäß den Fig. 8 und 9 abgeschlossen wird. Natürlich kann zusätzlich diese Deckplatte oder ein ihr zugeordneter Endteil mit einem Befestigungsflansch versehen werden, worauf es hier aber nicht ankommt.

Es wird zunächst erkennbar, daß die Blendenplatte 19 an der Stelle der jeweiligen Öffnungen 8 der darunterliegenden Sta­ pelplatte 1 mit Öffnungen 21 versehen ist, die den gesamten Durchtrittsquerschnitt des Rückflußkanales 10' für das Kühl­ mittel freiläßt. Gleiches gilt auch für die dem Rückflußkanal 9' für das Öl zugeordnete Öffnung. Unterschiedlich ist je­ doch, daß den jeweiligen Zuflußkanälen 9 bzw. 10 blendenarti­ ge Öffnungen 22 und 23 zugeordnet sind, die kleiner als die jeweilige Öffnung 8 in den Stapelscheiben 1 sind. Diese Blen­ den 22 bzw. 23 bestimmen somit den Durchfluß in den Bypasska­ nälen 24 und 24', die jeweils durch Auswölbungen 25 in der Abschlußplatte 20 unterhalb dieser gebildet sind. Auch hier bestimmt die Größe der Blenden 22 und 23, ob mehr oder weni­ ger Durchströmung in den Kammern 3 vorliegt.

Die Abschlußplatte 20 ist mit einseitig abstehenden Noppen 26 versehen, die beim Ausführungsbeispiel durch Ausprägung des Bleches der Abdeckscheibe 20 nach der von den Ausprägungen 25 wegweisenden Seite hin erreicht worden sind. Diese Noppen 26 sind korrespondierend zu Vertiefungen 27 in der Blendenplatte 19 angeordnet. Wird daher die Deckplatte 20 als Abschluß des Plattenstapels auf die Blendenplatte 19 aufgelegt, dann grei­ fen die Noppen 26 in die Vertiefungen 27 ein und die Flächen der Deckplatte 20 und der Blendenplatte 19 liegen dicht auf­ einander und können miteinander auch dicht verlötet werden, wenn der gesamte Stapelscheibenkühler verlötet wird.

Wird irrtümlich vergessen, beim Zusammenbau des Stapels eine Blendenscheibe 19 einzulegen, dann stehen die Noppen 26 der Deckscheibe 20 auf der darunterliegenden (siehe Fig. 3) In­ nenseite der äußersten Stapelscheibe 1 auf und verhindern ein dichtes Verlöten des Abschlusses. Der Stapelkühler bleibt da­ her undicht und man kann auf diese Weise feststellen, daß das Einlegen einer Blendenplatte vergessen worden ist. Die zu­ letztgenannte Ausgestaltung trägt damit zur Sicherheit des Ölkühlers bei.

Claims (8)

1. Plattenwärmeübertrager, insbesondere Ölkühler, bestehend aus mehreren mit Abstand aufeinander gestapelten und an ihren Rändern (2) dicht verbundenen Scheiben (1), die zwischen sich Kammern (3) bilden, von denen benachbarte Kammern jeweils von dem zu kühlenden Öl bzw. von einem Kühlmittel durchströmt sind, das jeweils über einen Zuflußstutzen (9, 10) zu den einzelnen Kammern (3) und von diesen in jeweils einen Abfluß­ stutzen (9', 10') strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflußstutzen (9, 9', 10, 10') für das Öl bzw. das Kühl­ mittel untereinander jeweils zusätzlich durch einen Bypasska­ nal (17, 18, 24, 24') verbunden sind, dessen Strömungsquer­ schnitt und Widerstand dem jeweils gewünschten Volumenstrom durch die Kammern (3) angepaßt ausgelegt ist.

2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bypasskanal aus Verbindungskanälen (17, 18) in einer auf einer der Stapelscheiben (1) aufgelegten Platte (14) bestehen, die wiederum durch eine Abschlußplatte (15) abgedeckt ist.

3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte (14) mit den Verbindungskanälen (17, 18) und die diese abdeckende Platte (15) den Abschluß des Scheibenstapels bilden.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt und Widerstand der Verbindungskanäle (17, 18) jeweils durch eine in ihnen vorge­ sehenen Engstelle (b) bestimmt ist.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bypasskanäle durch Verbindungskanäle (24, 24') in einer Deckplatte (20) gebildet sind, und daß in diese Ver­ bindungskanäle mit den Zu- und Abflußstutzen (9, 9' bzw. 10, 10') fluchtende Öffnungen (22, 23) vorbestimmter Größe in ei­ ner angrenzend an die Deckplatte (20) vorgesehenen Blenden­ platte (19) münden.

6. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungskanäle (24, 24') durch Auswöl­ bungen in der Deckplatte (20) gebildet sind.

7. Plattenwärmeübertrager nach den Ansprüchen 5 und 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (20) und die Blen­ denplatte (19) den Abschluß des Scheibenstapels bilden.

8. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckplatte (20) mit einseitig abstehenden Noppen (46) versehend ist, die korrespondierend und passend zu Vertiefungen (27) in der Blendenplatte (19) ausgelegt sind.