DE19712637A1 - Stapelscheiben-Wärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere einen Öl/Kühlmittel-Kühler mit mehreren Wannen­ förmigen Platten, die zur Bildung benachbarter Hohlkammern mit ihren hochstehenden Rändern ineinander auf Abstand gesta­ pelt und verlötet sind.

Öl/Kühlmittel-Kühler dieser Art sind aus der EP 0 623 798 A2 bekannt. Da bei solchen Bauarten die aufeinander gestapelten Platten die gleiche Form aufweisen, sind auch die von den Platten gebildeten Hohlkammern für den Durchfluß von Kühlmit­ tel einerseits und Öl andererseits gleich groß. Sinnvolle Leistungen und Druckabfälle ergeben sich daher bei solchen Bauarten dann, wenn etwa ein Volumenverhältnis zwischen dem durchströmenden Ölvolumen und dem durchströmenden Kühlmittel­ volumen in der Größenordnung von 0,5 bis etwa 1,5 vorliegt. Man hat deshalb in der Praxis auch gewisse Standardgrößen für die Stapelplatten und die daraus gebildeten Stapelscheiben-Wärme­ übertrager gebildet und auch gewisse Sondergrößen. Die dabei vorgesehenen Abmessungen basieren aber überwiegend aus Kundenwünschen hinsichtlich der verwendeten Geometrie. Ein Leistungsmaximum solcher Kühler unter voller Ausnützung eines größeren Volumenstroms als vorher angedeutet, kann mit sol­ chen Bauarten aber nicht erreicht werden. Es müßte sonst eine zu große Anzahl verschiedener Baugrößen geschaffen werden, was wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich von Stapelscheiben-Wärmeübertragern zu vergrößern, ohne daß aufwendige Größenänderungen der Stapel­ scheiben vorgenommen werden müßten.

Die Erfindung besteht zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Stapelscheiben-Wärmeübertrager der eingangs genannten Art darin, daß die Stapelscheiben mindestens zwei Wärmeübertra­ gerblöcke bilden, die wahlweise für den Durchfluß von Öl und/oder Kühlmittel parallel oder hintereinandergeschaltet werden. Durch diese Maßnahme kann mit ein- und derselben Sta­ pelscheibengröße erreicht werden, daß man aus dem vorher er­ wähnten Volumenverhältnis zwischen dem durchströmenden Öl und dem durchströmenden Kühlmittel herauskommt und beispielsweise einen wesentlich kleineren Volumenstrom von Öl gegenüber dem Kühlmittel erreichen kann. Durch diese Ausgestaltung wird es daher möglich, thermodynamisch Stapelscheiben-Wärmeübertrager an sich bekannter Bauart und Größe für Einsatzbereiche aus zu­ nützen, in denen bisher der Einsatz entweder nicht möglich, oder nur unter Herstellung besonderer Baugrößen möglich gewe­ sen wäre.

In Weiterbildung der Erfindung kann in einfacher Weise vorge­ sehen werden, daß zwei oder mehrere Blöcke mit ihren An­ schlußseiten aneinandergelegt werden und zwischen ihnen eine Zwischenscheibe mit entsprechenden Verbindungsöffnungen von einem zum anderen Block vorgesehen ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann eine solche Zwischen­ scheibe gleichzeitig auch als Halterung für den Kühler ver­ wendet werden.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines neuen Stapel­ scheiben-Wärmeübertragers mit zwei hintereinanderge­ schalteten Stapelscheibenblöcken,

Fig. 2 den Stapelscheibenkühler der Fig. 1, bei dem die Blöcke für den Öldurchfluß hintereinander, für den Kühlmitteldurchfluß aber parallel zueinander geschal­ tet sind,

Fig. 3 die schematische Seitenansicht einer praktischen Aus­ führungsform eines nach den Prinzipien der Fig. 2 aufgebauten Stapelscheiben-Ölkühlers,

Fig. 4 die Ansicht der rechten Stirnseite des Stapelschei­ ben-Ölkühlers der Fig. 3,

Fig. 5 die linke Stirnansicht des Stapelscheiben-Ölkühlers der Fig. 3 in Richtung des Pfeiles V gesehen,

Fig. 6 eine Ansicht der als Halterung ausgebildeten Zwi­ schenscheibe der Ausführung nach Fig. 3 in Richtung des Pfeiles V, jedoch ohne den davorgeschalteten Sta­ pelscheibenblock dargestellt,

Fig. 7 die Ansicht des Stapelscheiben-Ölkühlers gemäß Fig. 4, jedoch in einer anderen Ausführung,

Fig. 8 die linke Stirnansicht des Stapelscheiben-Ölkühlers in der Ausführung nach Fig. 7 und

Fig. 9 eine Ansicht der Zwischenscheiben ähnlich Fig. 6, je­ doch bei der Ausführung nach den Fig. 7 und 8.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Stapelscheiben-Ölkühler sche­ matisch dargestellt, der aus zwei Stapelscheibenblöcken 1 und 2 besteht, die in bekannter Weise durch das Ineinanderstapeln mehrerer wannenförmiger, strichpunktiert angedeuteter Platten 3 gebildet sind. Die Anordnung der beiden Stapelscheibenblöc­ ke 1 und 2 erfolgt beim Ausführungsbeispiel symmetrisch zu einer Mittelebene 4, wobei dieser Mittelebene die Stirnseiten 1a bzw. 2a zugewandt sind, die in bekannter Weise mit Verbin­ dungsöffnungen von einem Block zum anderen versehen sind, die zueinander fluchten. Durch nicht gezeigte Ölanschlüsse kann daher das zu kühlende Öl im Sinn des Pfeiles 5 dem ersten Block 1 zugeführt, von diesem aus in den zweiten Block 2 ein­ treten und durch eine entsprechende Austrittsöffnung auch wieder im Sinn des Pfeiles 5 die beiden Blöcke verlassen. In bekannter Weise strömt Kühlmittel entsprechend den Pfeilen 6 im Gegenstrom zu dem Öl durch jeweils benachbarte, von den Stapelscheiben 3 gebildete Kammern, so daß beide Blöcke 1 und 2 zusammen in gleicher Weise von Öl und Kühlmittel durch­ strömt werden. Das Volumenverhältnis der durchströmenden Me­ dien liegt dabei in der vorher erwähnten Größenordnung v_Öl zu v_Kühlmittel ungefähr 0,5 bis 1,5.

Während die in der Fig. 1 dargestellte Situation auch durch einen Stapelscheibenkühler nach dem Stand der Technik gelöst werden kann, der eine entsprechende Anzahl von Hohlkammern mit gleicher Fläche aufweist, ist die in der Fig. 2 gezeigte Beschaltung der beiden Blöcke 1 und 2 anders. Hier wird das zu kühlende Öl in gleicher Weise wie in Fig. 1 im Sinn der Pfeile 5 hintereinander durch die beiden Blöcke 1 und 2 ge­ schickt, wobei, wie bekannt, zum Erreichen einer wirksamen Wärmeübertragung eine gewisse Geschwindigkeit des durchströ­ menden Öls nicht unterschritten werden kann. Das Kühlmittel wird dagegen hier in zwei Teilströmen, die jeweils durch die Pfeile 6 bzw. 6' angedeutet sind, parallel durch die Blöcke 1 und 2 geleitet, so daß jeder Teilstrom in den Blöcken 1 und 2 jeweils nur einem wesentlich geringeren Strömungswiderstand unterworfen ist, als im Fall der Fig. 1. Es wird daher mög­ lich, auf diese Weise einen wesentlich größeren Volumenstrom des Kühlmittels zu erreichen, so daß ein Volumenverhältnis v_Öl zu v_Kühlmittel kleiner als 0,5 erreicht werden kann. Dies er­ laubt die thermodynamische Anpassung von Stapelscheiben-Ölkühlern an spezielle Anforderungen, an die eine Anpassung bisher nicht möglich war. Es ist natürlich auch möglich, den Ölstrom parallel durch die Blöcke 1 und 2 zu leiten, den Kühlmittelstrom dagegen durch hintereinandergeschalteter Blöc­ ke 1 und 2. Auch die Parallelschaltung der beiden Blöcke 1 und 2 für Öl und Kühlmittel ist möglich. Natürlich ist es auch möglich, anstelle von nur zwei Scheibenblöcken mehrere vorzusehen, so daß die Durchströmungsvarianten weit vielfäl­ tiger gewählt werden und thermodynamisch an besondere Fälle angepaßt werden können.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen schematisch ein praktisches Aus­ führungsbeispiel, bei dem aber für die beiden Stapelscheiben­ blöcke wieder die gleichen Bezugszeichen 1 bzw. 2 verwendet worden sind. Bei dieser Ausführungsform verläuft die Symme­ trieebene 4 durch eine zwischen den beiden Stirnseiten 2a und 1a der beiden Stapelscheibenblöcke 1 und 2 angeordnete Zwi­ schenscheibe 7, die Teil einer winkelförmigen Halterung 8 ist. Diese Halterung besitzt einen Schenkel 8a, mit dessen Hilfe die Befestigung des Stapelscheiben-Wärmeübertragers möglich ist. Von diesem Schenkel 8a aus ragen zwei Seitenwän­ de 9 über den Stapelscheibenblock 1 teilweise über, um eine gute Halterung zu erreichen. Fest mit der Zwischenscheibe verbunden ist außer dem Block 1 auch der Stapelscheibenblock 2, wobei dessen Anschluß- und Abflußöffnungen für Kühlmittel und Öl, die mit jenen des Blockes 1 fluchten, durch Öffnungen 10, 11 und 12 in der Zwischenscheibe 7 in Verbindung mit den benachbarten Öffnungen stehen.

Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, ist beim Ausführungsbeispiel ein Zuflußstutzen 13 für das Öl im Bereich einer Ecke der Stirn­ seite des Blockes 1 vorgesehen. Das Öl strömt von hier aus in bekannter Weise durch einen Teil der Hohlkammern des Stapel­ scheibenblockes 1 zu den weiterführenden Öffnungen 14, 10 und 14 in Block 2. Der Stutzen 13 ist zur Stirnseite 1b des Bloc­ kes 1 hin abgeschlossen sind. Erreicht das durch den Block 1 geströmte Öl die Zwischenscheibe 7, so kann es durch die zu den Öffnungen 14 fluchtend zugeordnete Öffnung 10 in der Zwi­ schenscheibe in den Block 2 strömen, durchströmt dort wieder­ um die dem Öl zugeordneten Hohlkammern und verläßt den Block 2 durch den Abflußstutzen 15 an der Stirnseite 2b des Blockes 2. Kühlmittel strömt durch den Zuflußstutzen 16, der diame­ tral zu dem Zuflußstutzen 13 für das Öl an der Stirnseite 1b vorgesehen ist, in den ersten Block 1 ein, durchströmt dort die ihm zugeordneten Kammern, tritt gleichzeitig über die Öffnungen 11 und 12 in der Zwischenscheibe 7 in den Block 2 ein und verläßt den Block 2 durch den Austrittsstutzen 18. Bei einer solchen Beaufschlagung ist der aus den Blöcken 1 und 2 zusammengestellte Stapelscheibenkühler kühlmittelseitig bezüglich der Blöcke 1 und 2 parallel und ölseitig in Reihe geschaltet.

Es wird natürlich auch möglich, wie das in Fig. 5 dargestellt ist, dem Block 1 einen eigenen Zuführstutzen 16 und einen Ab­ flußstutzen 17 zuzuordnen, wobei dann die beiden Öffnungen 11 und 12 in der Zwischenscheibe 7 geschlossen werden. Auch der Block 2 erhält zusätzlich zum Austrittsstutzen 18 an der Stelle der Öffnung 16 einen eigenen Zuflußstutzen, so daß die beiden Stapelscheibenblöcke 1 und 2 parallel von Kühlmittel im Sinn der Pfeile 6, 6' durchströmt werden, wobei hier ein größerer Volumenstrom für Kühlmittel möglich ist, im Gegen­ satz zu der zuerst geschilderten Ausführung.

Bei der Ausführung nach den Fig. 7 bis 9 liegt im Gegensatz zu der Beschaltung nach der Fig. 2, bzw. nach den Fig. 4 bis 6 eine Schaltung in Reihe sowohl hinsichtlich der Öl-, als auch der Kühlmitteldurchströmung vor. Diese Beschaltung ent­ spricht der Durchströmung nach Fig. 1 bei der Bauart nach Fig. 3.

Es wird erkennbar, daß man durch entsprechende Ausgestaltung der Zwischenscheibe 7 verschiedene Durchströmungsvarianten für Öl und/oder Kühlmittel in dem Sinn erreichen kann, wie das anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde.

Claims (4)

1. Stapelscheiben-Wärmeübertrager, insbesondere Öl/Kühl­ mittel-Kühler mit mehreren wannenförmigen Platten (3), die zur Bildung benachbarter Hohlkammern mit ihren hochstehenden Rändern ineinander auf Abstand gestapelt und verlötet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelscheiben (3) mindestens zwei Wärmeübertragerblöcke (1, 2) bilden, die wahlweise für den Durchfluß von Öl und/oder Kühlmittel parallel oder hin­ tereinandergeschaltet werden.

2. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Wärmeübertrager-Blöcke (1, 2) mit ihren Anschlußseiten (1a, 2a) aneinanderge­ legt sind und zwischen ihnen eine Zwischenscheibe (7) mit entsprechenden Verbindungsöffnungen (10, 11, 12) von einem zum anderen Block vorgesehen ist.

3. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (7) als eine Halterung (8) für die beiden Wärmeübertragerblöcke (1, 2) ausgebildet ist.

4. Stapelscheiben-Wärmeübertrager nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (13, 15, 16, 17, 18) für den Zu- und Abfluß von Öl bzw. Kühlmittel den freien Stirnseiten (1b, 2b) der Wärmeübertrager-Blöcke (1, 2) in Abstimmung mit der gewählten Beaufschlagung der Wärmeübertrager-Blöcke zugeordnet sind.