EP1554534B1 - Plattenwärmeübertrager in stapelbauweise - Google Patents

Plattenwärmeübertrager in stapelbauweise Download PDF

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EP1554534B1
EP1554534B1 EP03750472A EP03750472A EP1554534B1 EP 1554534 B1 EP1554534 B1 EP 1554534B1 EP 03750472 A EP03750472 A EP 03750472A EP 03750472 A EP03750472 A EP 03750472A EP 1554534 B1 EP1554534 B1 EP 1554534B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
accordance
plate heat
plates
exchanger device
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03750472A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1554534A1 (de
Inventor
Karsten Emrich
Daniel Hendrix
Joachim Kopp
Wolfgang Kramer
Florian Moldovan
Jens Richter
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 Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1554534A1 publication Critical patent/EP1554534A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1554534B1 publication Critical patent/EP1554534B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • 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
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104—Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger in stack construction according to the preamble of claim 1.
  • Plate heat exchangers in stack construction were by the DE-A 43 14 808 and DE-C 195 11 991 the applicant known. This construction is cost-effective for heat exchangers insofar as a large number of relatively simply designed identical parts are used.
  • the heat exchanger can be manufactured with a single plate type that is rotated 180 degrees during assembly and stacking.
  • the DE-C 195 11 991 In one embodiment, two different plate types are used to achieve different channel heights. This is particularly advantageous if the heat exchanger of a liquid and a gaseous medium, for. B. coolant and charge air of an internal combustion engine is flowed through.
  • the connecting pieces for the charge air and the coolant are in this stacked plate heat exchanger either all on one side, z. B. the top or on two sides, ie the top and bottom of the heat exchanger.
  • the inlet and outlet ports are generally aligned with distribution and collection channels within the heat transfer block, and the heat exchange media flow across the distribution and collection channels through flow channels between the stacking plates or heat transfer plates. This results in one for both media double 90 ° deflection, which increases the pressure drop in the heat exchanger. In particular, for the guidance of the charge air, such a pressure drop is undesirable.
  • the exhaust gas heat exchange device has a plurality of units, each of which is formed by a pair of laminating plates which are laminated and bonded together by means of soldering.
  • inlet and outlet boxes with inlet and outlet nozzles are placed on the end faces of the heat exchanger block.
  • the boxes are formed from a bent sheet metal and two beyond the end faces protruding end plates.
  • the sockets are arranged in alignment with each other.
  • the inlet or outlet connection can also be connected to the inlet or outlet box at a predeterminable angle of up to 90 °.
  • the all-metal construction For example, made of steel or aluminum, are maintained for this heat exchanger, which can thus be soldered as a whole "in one shot" in the soldering oven.
  • the inlet and outlet boxes can also be designed as independent structural units and are connected to the heat exchanger block, for example by welding or gluing, regardless of the soldering process, in particular after the soldering process.
  • the coolant flow is hermetically sealed against the second medium, for example with respect to the charge air or the exhaust gas.
  • the flow channels for the second medium are immediately adjacent to the flow channels for the coolant, but the charge air flow channels at the two end faces of the heat exchanger block are largely open.
  • turbulence plates can be arranged in the flow channels for the charge air or for the exhaust gas, which are soldered to the adjacent plates and thus provide increased strength of the heat exchanger block.
  • Also in the flow channels for the coolant turbulence plates can be arranged in an analogous manner.
  • the distribution and collection channels for the coolant are formed by cup-like characteristics of both plates.
  • the characteristics lie on each other and are soldered in the area of their contact surfaces, so that there are continuous channels for the coolant.
  • Alternatives such as intermediate rings or sleeves and nested channel sections are also possible.
  • cup-like characteristics are formed outside the heat transfer block, whereby a better management of the second medium within the heat exchanger block is possible.
  • the flow channels for the charge air are formed by a special plate type having lateral folds. These folds are either angled to an L-profile or twice to a C-profile and thus form contact surfaces with the respective adjacent discs. In the area of these contact surfaces or contact surfaces, the discs are soldered together and thus form the outward flow channels for the charge air, d. H. also the lateral end walls of the heat exchanger block.
  • Fig. 1 shows a charge air / coolant radiator 1 in stack construction for an internal combustion engine of a motor vehicle with a coolant and charge air circulation, not shown.
  • the charge air / coolant radiator 1 consists in its core of a heat exchanger block 2, which is closed at the top by a cover plate 3 and the front side by air boxes 4, 5.
  • the heat exchanger block 2 is flowed through on the one hand by coolant, which enters through a arranged on the top 3 coolant inlet nozzle 6 and exits through a likewise arranged on the top 3 coolant pipe 7 again.
  • the (heated by a compressor, not shown) charge air enters via a centrally arranged on the air box 4 inlet nozzle 8 in the charge air / coolant radiator 1 and leaves this cooled by a non-visible aligned arranged outlet nozzle, which is arranged on the outlet box 5.
  • Fig. 2 shows the charge air / coolant radiator 1 without the air boxes 4 and 5 according to Fig. 1
  • the heat exchanger block 2 has an open end face 9 and a closed side face 10 and is covered at the top by the end plate 3 and at the bottom by a closure plate 11.
  • the upper plate 3 projects beyond the end face 9 with a region 3a and the lower plate 11 with a region 11a.
  • These two areas 3a, 11a thus form the side surfaces of the air box 4 (FIG. Fig. 1 ), which is bent from a sheet metal.
  • the air box 5 ( Fig. 1 ) is thus analogous to the air box 4 is formed.
  • Fig. 3 shows a perspective view of the heat exchanger block 2, which is constructed of two different stacked plate types with turbulence inserts.
  • the plate of the first type is a so-called coolant plate 12, and the plate of the second type is a so-called charge air plate 13.
  • the coolant plate 12 has two circular openings 15, 16 (both plates become Fig. 5 and Fig. 6 described in more detail).
  • Between both plates 12, 13 are turbulence plates 14 for arranged the charge air entering via the open end face 9 in the heat exchanger block 2.
  • the heat exchanger block 2 has a closed side surface 10, which is formed by folds 13 a of the charge air plates 13.
  • the opposite side surface (not visible in this illustration) has an analogous design.
  • Fig. 4 shows the heat exchanger block 2 in a view from the front, ie with a view of the end face 9 and in the flow direction of the charge air.
  • the heat exchanger block 2 is thus composed of the coolant plates 12 and the charge air plates 13, which are alternately stacked.
  • the coolant plate 12 has a trough-shaped recess 17, from which two cup-like elevations 18, 19 are pronounced, which in the interior of the openings 15, 16 (see. Fig. 3 ) exhibit.
  • the coolant disc 12 is (in the drawing) closed at the top by a flat, circumferential fold 12 a. On this fold 12a is the charge air disc 13, which thus forms with the fold 12a a circumferential contact surface for the soldering of the two plates 12, 13 in this area.
  • the charge air plate 13 extends laterally beyond the fold 12a and has there on both sides folds 13a in the form of a C-profile.
  • the upper and the lower (in the drawing horizontal) leg of the C-profile form each with the lower and upper legs of the adjacent C-profiles contact surfaces for soldering.
  • Escaping to the cup-like characteristics 18, 19 of the coolant plates 12 corresponding, oppositely directed forms 20, 21 are arranged on the charge air plates 13, so that when stacking the plates 12, 13 each forms 18, 20 and 19, 21 are superposed and thus one from above down through continuous distribution channel 22 and a collecting channel 23 form the coolant.
  • Coolant inlet and coolant outlet are marked by arrows labeled KME and KMA.
  • the flow channels for the coolant thus correspond to the trough-shaped recesses 17, in which also turbulence plates, not shown, are arranged. Between each of a coolant plate 12, ie the air side and an adjacent charge air plate 13 turbulence inserts 14 are arranged, which are thus part of flow channels 24 for the charge air. As already mentioned, the charge air enters the heat exchanger block 2 perpendicular to the plane of the drawing and flows through this in a straight direction - apart from the deflections due to the cup-like characteristics 18 to 21.
  • Fig. 5, 5a to 5c show different views of the coolant plate 12th Die Figures
  • 5a and 5b show the rectangular, rounded at the corners plate 12 with two diagonally arranged openings 15, 16, which are punched out of the plate.
  • the plate 12 is deep-drawn and has the recess 17 (see. Fig. 5c ), the upper edge of which merges into the circumferential flange or fold 12a. Close to the recess 17 in the region of the openings 15 and 16, the cup-like characteristics 18, 19 at.
  • the illustration shows only rectangular plates 12, other geometrical shapes are also conceivable, in particular if the cup-like forms are arranged outside the main flow direction.
  • Fig. 6, Fig. 6a and Fig. 6b show the charge air plate 13 in different views, again using the previous reference numbers.
  • the charge air plate 13 corresponds in plan ( Fig. 6a ) of the coolant plate 12, but is slightly wider in the direction of the bends 13a.
  • the charge air plate 13 has a flat portion 13b, which has at least the size that it covers the fold 12a of the coolant plate 12.
  • the folds 13a form a C-profile with a vertical surface 13a and a horizontal surface 13c. The latter is in the stacking according to Fig. 4 on the underside 13b of the adjacent charge air plate 13 at.
  • From the flat part 13b of the charge air plate 13, the two cup-like shapes 20, 21 are formed with punched-out openings 25, 26, which coincide with respect to their position with the characteristics 18, 19 and the openings 15, 16 of the coolant plate 12.
  • Fig. 7 shows a section of a modified embodiment of a heat exchanger block 27 with modified charge air plates 28.
  • the latter have a fold or a vertically raised edge 28a having a height h such that an overlap a with the adjacent charge air plate 28 given and thus a contact surface for the Soldering is created.
  • Fig. 8 shows an enlarged section of the heat exchanger block 2 Fig. 4 with the charge air plate 13 and the double fold 13a, 13c to a C-profile.
  • This charge air plate 13 is in Fig. 6 shown as a single part. It can be seen here how the upper leg 13c of the C-profile rests against the underside of the flat part 13b of the charge air plate 13 and thus forms a soldering surface.
  • Fig. 9 shows a further modification of a heat exchanger block 29 with a charge air plate 30 and a modified coolant plate 31, the fold 32 is extended to the outside.
  • the charge air plate 31 has - as well as in Fig. 6 shown - a C-shaped edge profile 30a, 30c, so that the extended fold 32 comes to lie on the leg 30c of the C-profile and thus forms a soldering surface.
  • On the fold 32 of the flat portion 30b of the charge air plate 30 is located.
  • Fig. 10 shows a further modification of a heat exchanger block 33 with a modified coolant plate 34 and a charge air plate 35 with a vertical bend 35 a.
  • the coolant plate 34 has an outwardly extended flange 36 which is angled down to a vertical Abkant Chemistry 36 a. Both surfaces 35 a of the charge air plate 35 and 36 a of the coolant plate 34 abut each other and thus form a soldering surface to form a closed flow channel for the charge air.
  • Fig. 11 shows a further modification of a heat exchanger block 37 with a modified coolant plate 38 and a charge air plate 39, which in turn has a C-shaped Abkantprofil 39a, 39c.
  • the coolant plate 38 has a circumferential fold 40, which is followed by a downwardly offset over a shoulder strip 40a.
  • This strip 40a abuts against the underside of the leg 39c of the C-profile of the charge air plate 39 and thus forms a soldering surface.
  • On the upper side of the leg 39c is the flat part 39b of the charge air plate 39, so that in this area three wall thicknesses are superimposed.
  • All parts of the embodiments described above are preferably made of an aluminum alloy, partly with solder plating, and can therefore be brazed hard in the soldering furnace, "in one shot". These plate heat exchangers are therefore sorted and recyclable.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager in Stapelbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Plattenwärmeübertrager in Stapelbauweise wurden durch die DE-A 43 14 808 und DE-C 195 11 991 der Anmelderin bekannt. Diese Bauweise ist für Wärmeübertrager insofern kostengünstig, als eine hohe Anzahl von relativ einfach gestalteten Gleichteilen Verwendung findet. Nach der DE-A 43 14 808 kann der Wärmeübertrager mit einem einzigen Plattentyp hergestellt werden, der beim Zusammenbau und Aufeinanderstapeln jeweils um 180 Grad gedreht wird. Bei der DE-C 195 11 991 werden in einer Ausführung zwei unterschiedliche Plattentypen verwendet, um unterschiedliche Kanalhöhen zu erreichen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Wärmeübertrager von einem flüssigen und einem gasförmigen Medium, z. B. Kühlmittel und Ladeluft einer Brennkraftmaschine durchströmt wird. Die Anschlussstutzen für die Ladeluft und das Kühlmittel sind bei diesem Stapelscheibenwärmeübertrager entweder sämtlich auf einer Seite, z. B. der Oberseite oder auf zwei Seiten, d. h. der Ober- und der Unterseite des Wärmeübertragers angeordnet. Die Ein- und Austrittsstutzen sind in der Regel mit Verteil- und Sammelkanälen innerhalb des Wärmeübertragerblockes fluchtend ausgerichtet, und die Wärmetauschermedien strömen quer zu den Verteil- und Sammelkanälen durch Strömungskanäle zwischen den Stapelscheiben bzw. Wärmeübertragerplatten. Dadurch ergibt sich für beide Medien eine doppelte 90°-Umlenkung, die den Druckabfall im Wärmeübertrager erhöht. Insbesondere für die Führung der Ladeluft ist ein solcher Druckabfall unerwünscht.
  • Aus der DE 100 24 389 ist eine Abgas-Wärmeaustauschvorrichtung bekannt. Die Abgas-Wärmeaustauschvorrichtung weist eine Vielzahl von Einheiten auf, bei denen jede durch ein Paar von Laminierungsplatten gebildet ist, die laminiert und im Wege des Verlötens miteinander verbunden sind.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager in Stapelbauweise nach der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Druckabfall zumindest für ein Medium herabgesetzt wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Erfindungsgemäß erfolgt für ein Medium, also beispielsweise die Ladeluft oder das Abgas keine 90°-Umlenkung mehr, vielmehr durchströmt das gasförmige Medium den Wärmeübertrager direkt in Längsrichtung. Dies wird in Abwandlung der üblichen Stapelbauweise dadurch erreicht, dass die aufeinander gestapelten Platten nur an zwei sich gegenüberliegenden Seiten geschlossen und an den beiden Stirnseiten offen ausgebildet sind. Die Platten für das andere Medium, also beispielsweise das Kühlmittel sind dagegen - wie bisher üblich - umfangseitig geschlossen und mit je einem Verteiler- und einem Sammelkanal verbunden. Vorteilhaft ist ferner, dass man die kostengünstige Stapelbauweise bei gleichzeitiger Reduzierung des Druckabfalls für ein gasförmiges Medium beibehalten kann.
  • Nach der Erfindung sind auf die Stirnflächen des Wärmeübertragerblockes Ein- und Austrittskästen mit Ein- und Austrittsstutzen aufgesetzt.
  • Die Kästen werden aus einem gebogenen Blech und zwei über die Stirnflächen hinausstehenden Abschlussplatten gebildet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Stutzen sind zueinander fluchtend angeordnet. Dadurch wird ein besonders geringer Druckabfall für das gasförmige Medium, z. B. Ladeluft, Abgas erreicht. Wenn es die Einbauverhältnisse erfordern kann der Eintritts- bzw. Austrittsstutzen auch unter einem vorgebbaren Winkel bis 90° mit dem Eintritts- bzw. Austrittskasten verbunden sein. Damit kann die Ganzmetallbauweise, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, für diesen Wärmeübertrager beibehalten werden, der somit als Ganzes "in einem Schuss" im Lötofen gelötet werden kann. Die Ein- und Austrittskästen können aber auch als eigenständige Baueinheiten ausgeführt sein und unabhängig vom Lötvorgang, insbesondere nach dem Lötvorgang, mit dem Wärmeübertragerblock beispielsweise durch Schweißen oder Kleben verbunden werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Strömungskanäle für das erste Medium, z. B. das Kühlmittel umfangseitig geschlossen, und zwar durch einen umlaufenden Rand mit einem umlaufenden Falz, der mit einer benachbarten Platte verlötet ist. Somit ist die Kühlmittelströmung hermetisch gegenüber dem zweiten Medium, beispielsweise gegenüber der Ladeluft oder dem Abgas, abgedichtet. Die Strömungskanäle für das zweite Medium sind den Strömungskanälen für das Kühlmittel unmittelbar benachbart, allerdings sind die Ladeluft-Strömungskanäle an den beiden Stirnseiten des Wärmetauscherblockes größtenteils offen. Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung können in den Strömungskanälen für die Ladeluft bzw. für das Abgas Turbulenzbleche angeordnet sein, die mit den benachbarten Platten verlötet sind und somit für eine erhöhte Festigkeit des Wärmeübertragerblockes sorgen. Auch in den Strömungskanälen für das Kühlmittel können Turbulenzbleche in analoger Weise angeordnet sein.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Verteiler- und Sammelkanäle für das Kühlmittel durch napfartige Ausprägungen beider Platten gebildet. Die Ausprägungen liegen aufeinander und werden im Bereich ihrer Kontaktflächen verlötet, sodass sich durchgehende Kanäle für das Kühlmittel ergeben. Alternativen wie Zwischenringe oder Hülsen sowie ineinandergesteckte Kanalabschnitte sind ebenso möglich.
  • Bei einer anderen Ausführungsform sind die napfartigen Ausprägungen ausserhalb des Wärmeträgerblocks ausgebildet, wodurch eine bessere Führung des zweiten Mediums innerhalb des Wärmeübertragerblocks möglich ist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Strömungskanäle für die Ladeluft durch einen speziellen Plattentyp gebildet, der seitliche Abkantungen aufweist. Diese Abkantungen sind entweder einfach zu einem L-Profil oder zweifach zu einen C-Profil abgewinkelt und bilden damit Anlageflächen mit den jeweils benachbarten Scheiben. Im Bereich dieser Anlage- bzw. Kontaktflächen werden die Scheiben miteinander verlötet und bilden somit die nach außen abgeschlossenen Strömungskanäle für die Ladeluft, d. h. auch die seitlichen Abschlusswände des Wärmeübertragerblockes.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Ladeluft/Kühlmittelkühler,
    Fig. 2
    den Ladeluft/Kühlmittelkühler gemäß Fig. 1 ohne Luftkästen,
    Fig. 3
    den Wärmeübertragerblock des Ladeluft/Kühlmittelkühlers nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 in perspektivischer Darstellung,
    Fig. 4
    den Wärmeübertragerblock gemäß Fig. 3 als Ansicht von vorne,
    Fig. 5, 5a, b, c
    einen ersten Plattentyp ( Kühlmittelplatte) in verschiedenen Ansichten,
    Fig. 6, 6a, 6b
    einen zweiten Plattentyp (Ladeluftplatte) in verschiedenen Ansichten,
    Fig. 7
    einen Ausschnitt des Wärmeübertragerblockes in einer ersten Abwandlung,
    Fig. 8
    einen Ausschnitt des Wärmeübertragerblockes mit einer zweiten Abwandlung,
    Fig. 9
    einen Ausschnitt des Wärmeübertragerblockes mit einer dritten Abwandlung,
    Fig. 10
    einen Ausschnitt des Wärmeübertragerblockes mit einer vierten Abwandlung und
    Fig. 11
    einen Ausschnitt des Wärmeübertragerblockes mit einer fünften Abwandlung.
  • Fig. 1 zeigt einen Ladeluft/Kühlmittelkühler 1 in Stapelbauweise für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem nicht dargestellten Kühlmittel- und Ladeluftkreislauf. Der Ladeluft/Kühlmittelkühler 1 besteht in seinem Kern aus einem Wärmeübertragerblock 2, der nach oben durch eine Abschlussplatte 3 und stirnseitig durch Luftkästen 4, 5 abgeschlossen wird. Der Wärmeübertragerblock 2 wird einerseits von Kühlmittel durchströmt, welches durch einen auf der Oberseite 3 angeordneten Kühlmitteleintrittsstutzen 6 eintritt und durch einen ebenfalls auf der Oberseite 3 angeordneten Kühlmittelstutzen 7 wieder austritt. Die (durch einen nicht dargestellten Kompressor erhitzte) Ladeluft tritt über einen mittig an dem Luftkasten 4 angeordneten Eintrittsstutzen 8 in den Ladeluft/Kühlmittelkühler 1 ein und verlässt diesen abgekühlt durch einen nicht sichtbaren fluchtend angeordneten Austrittsstutzen, der am Austrittskasten 5 angeordnet ist.
  • Fig. 2 zeigt den Ladeluft/Kühlmittelkühler 1 ohne die Luftkästen 4 und 5 gemäß Fig. 1. Der Wärmeübertragerblock 2 weist eine offene Stirnfläche 9 und eine geschlossene Seitenfläche 10 auf und wird nach oben durch die Abschlussplatte 3 und nach unten durch eine Abschlussplatte 11 abgedeckt. Die obere Platte 3 steht mit einem Bereich 3a und die untere Platte 11 mit einem Bereich 11a über die Stirnfläche 9 hinaus. Diese beiden Bereiche 3a, 11a bilden somit die Seitenflächen des Luftkastens 4 (Fig. 1), der aus einem Blech gebogen ist. In analoger Weise stehen die Platten 3, 11 über die rückwärtige, nicht sichtbare Stirnfläche des Wärmeübertragerblockes 2 hinaus, und zwar mit Bereichen 3b, 11b. Der Luftkasten 5 (Fig. 1) ist somit analog wie der Luftkasten 4 ausgebildet.
  • Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung den Wärmeübertragerblock 2, der aus zwei verschiedenen aufeinander gestapelten Plattentypen mit Turbulenzeinlagen aufgebaut ist. Die Platte ersten Typs ist eine so genannte Kühlmittelplatte 12, und die Platte zweiten Typs ist eine so genannte Ladeluftplatte 13. Die Kühlmittelplatte 12 weist zwei kreisförmig ausgebildete Öffnungen 15, 16 auf (beide Platten werden zu Fig. 5 und Fig. 6 genauer beschrieben). Zwischen beiden Platten 12, 13 sind Turbulenzbleche 14 für die Ladeluft angeordnet, die über die offene Stirnseite 9 in den Wärmeübertragerblock 2 eintritt. Der Wärmeübertragerblock 2 weist eine geschlossene Seitenfläche 10 auf, die durch Abkantungen 13a der Ladeluftplatten 13 gebildet wird. Die gegenüberliegende Seitenfläche (in dieser Darstellung nicht sichtbar) ist analog ausgebildet.
  • Fig. 4 zeigt den Wärmeübertragerblock 2 in einer Ansicht von vorn, d. h. mit Blick auf die Stirnfläche 9 und in Strömungsrichtung der Ladeluft. Der Wärmeübertragerblock 2 ist also aus den Kühlmittelplatten 12 und den Ladeluftplatten 13, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind, aufgebaut. Die Kühlmittelplatte 12 weist eine wannenförmige Vertiefung 17 auf, aus welcher zwei napfartige Erhebungen 18, 19 ausgeprägt sind, die im Inneren die Öffnungen 15, 16 (vgl. Fig. 3) aufweisen. Die Kühlmittelscheibe 12 ist (in der Zeichnung) nach oben durch einen ebenen, umlaufenden Falz 12a abgeschlossen. Auf diesem Falz 12a liegt die Ladeluftscheibe 13, die somit mit dem Falz 12a eine umlaufende Kontaktfläche für die Verlötung der beiden Platten 12, 13 in diesem Bereich bildet. Die Ladeluftplatte 13 erstreckt sich seitlich jeweils über den Falz 12a hinaus und weist dort zu beiden Seiten Abkantungen 13a in Form eines C-Profils auf. Der obere und der untere (in der Zeichnung waagerechte) Schenkel des C-Profils bilden jeweils mit dem unteren bzw. oberen Schenkel der benachbarten C-Profile Kontaktflächen zur Verlötung. Fluchtend zu den napfartigen Ausprägungen 18, 19 der Kühlmittelplatten 12 sind an den Ladeluftplatten 13 entsprechende, entgegengesetzt gerichtete Ausprägungen 20, 21 angeordnet, sodass beim Stapeln der Platten 12, 13 jeweils Ausprägungen 18, 20 und 19, 21 aufeinander liegen und damit einen von oben nach unten durchgehenden Verteilerkanal 22 und einen Sammelkanal 23 für das Kühlmittel bilden. Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt sind durch Pfeile mit den Bezeichnungen KME und KMA gekennzeichnet. Die Strömungskanäle für das Kühlmittel entsprechen also den wannenförmigen Vertiefungen 17, in welchen auch nicht dargestellte Turbulenzbleche angeordnet sind. Zwischen je einer Kühlmittelplatte 12, d. h. deren Luftseite und einer benachbarten Ladeluftplatte 13 sind Turbulenzeinlagen 14 angeordnet, die somit Teil von Strömungskanälen 24 für die Ladeluft sind. Wie bereits erwähnt tritt die Ladeluft senkrecht zur Zeichnungsebene in den Wärmeübertragerblock 2 ein und durchströmt diesen in gerader Richtung - von den Umlenkungen aufgrund der napfartigen Ausprägungen 18 bis 21 abgesehen.
  • Fig. 5, 5a bis 5c zeigen verschiedene Ansichten der Kühlmittelplatte 12. Die Figuren 5, 5a und 5b zeigen die rechtwinklige, an den Ecken abgerundete Platte 12 mit zwei diagonal zueinander angeordneten Öffnungen 15, 16, die aus der Platte ausgestanzt sind. Die Platte 12 ist tiefgezogen und weist die Vertiefung 17 (vgl. Fig. 5c) auf, deren oberer Rand in den umlaufenden Flansch bzw. Falz 12a übergeht. An die Vertiefung 17 schließen sich im Bereich der Öffnungen 15 und 16 die napfartigen Ausprägungen 18, 19 an. Die Darstellung zeigt zwar nur rechtwinklige Platten 12, es sind aber auch andere geometrische Formen vorstellbar, insbesondere wenn die napfartigen Ausprägungen außerhalb der Hauptströmungsrichtung angeordnet sind.
  • Fig. 6, Fig. 6a und Fig. 6b zeigen die Ladeluftplatte 13 in verschiedenen Ansichten, wobei wiederum die vorherigen Bezugszahlen verwendet werden. Die Ladeluftplatte 13 entspricht im Grundriss (Fig. 6a) der Kühlmittelplatte 12, ist jedoch in Richtung der Abkantungen 13a etwas breiter. Die Ladeluftplatte 13 weist einen ebenen Teil 13b auf, der mindestens die Größe hat, dass er den Falz 12a der Kühlmittelplatte 12 überdeckt. Die Abkantungen 13a bilden ein C-Profil mit einer senkrechten Fläche 13a und einer horizontalen Fläche 13c. Letztere liegt beim Aufeinanderstapeln gemäß Fig. 4 an der Unterseite 13b der benachbarten Ladeluftplatte 13 an. Aus dem ebenen Teil 13b der Ladeluftplatte 13 sind die beiden napfartigen Ausprägungen 20, 21 mit ausgestanzten Öffnungen 25, 26 ausgeformt, die bezüglich ihrer Lage mit den Ausprägungen 18, 19 bzw. den Öffnungen 15, 16 der Kühlmittelplatte 12 übereinstimmen.
  • Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer abgewandelten Ausführungsform eines Wärmeübertragerblockes 27 mit abgewandelten Ladeluftplatten 28. Letztere weisen eine Abkantung bzw. einen senkrecht aufgestellten Rand 28a auf, der eine derartige Höhe h aufweist, dass eine Überlappung a mit der benachbarten Ladeluftplatte 28 gegeben und damit eine Kontaktfläche für die Verlötung geschaffen ist.
  • Fig. 8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Wärmeübertragerblockes 2 aus Fig. 4 mit der Ladeluftplatte 13 und der zweifachen Abkantung 13a, 13c zu einem C-Profil. Diese Ladeluftplatte 13 ist in Fig. 6 als Einzelteil dargestellt. Man sieht hier, wie der obere Schenkel 13c des C-Profils an der Unterseite des ebenen Teiles 13b der Ladeluftplatte 13 anliegt und somit eine Lötfläche bildet.
  • Fig. 9 zeigt eine weitere Abwandlung eines Wärmeübertragerblockes 29 mit einer Ladeluftplatte 30 und einer abgewandelten Kühlmittelplatte 31, deren Falz 32 nach außen verlängert ist. Die Ladeluftplatte 31 weist - wie auch in Fig. 6 dargestellt - ein C-förmiges Randprofil 30a, 30c auf, sodass der verlängerte Falz 32 auf dem Schenkel 30c des C-Profils zu liegen kommt und damit eine Lötfläche bildet. Auf dem Falz 32 liegt der ebene Teil 30b der Ladeluftplatte 30 auf.
  • Fig. 10 zeigt eine weitere Abwandlung eines Wärmeübertragerblockes 33 mit einer abgewandelten Kühlmittelplatte 34 und einer Ladeluftplatte 35 mit einer senkrechten Abwinklung 35a. Die Kühlmittelplatte 34 weist einen bis nach außen verlängerten Flansch 36 auf, der nach unten zu einer senkrechten Abkantfläche 36a abgewinkelt ist. Beide Flächen 35a der Ladeluftplatte 35 und 36a der Kühlmittelplatte 34 liegen aneinander an und bilden somit eine Lötfläche zur Bildung eines abgeschlossenen Strömungskanals für die Ladeluft.
  • Fig. 11 zeigt eine weitere Abwandlung eines Wärmeübertragerblockes 37 mit einer abgewandelten Kühlmittelplatte 38 und einer Ladeluftplatte 39, die wiederum ein C-förmiges Abkantprofil 39a, 39c aufweist. Die Kühlmittelplatte 38 weist einen umlaufenden Falz 40 auf, an welchen sich ein nach unten über einen Absatz versetzter Streifen 40a anschließt. Dieser Streifen 40a liegt an der Unterseite des Schenkels 39c der C-Profils der Ladeluftplatte 39 an und bildet somit eine Lötfläche. Auf der Oberseite des Schenkels 39c liegt der ebene Teil 39b der Ladeluftplatte 39 an, sodass in diesem Bereich drei Wandstärken übereinander liegen.
  • Alle Teile der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele bestehen vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, zum Teil mit Lotplattierung, und können daher im Lötofen hart gelötet werden, und zwar "in einem Schuss". Diese Plattenwärmeübertrager sind daher sortenrein und recycelbar.

Claims (18)

  1. Plattenwärmeübertrager in Stapelbauweise, bestehend aus einer Vielzahl von aufeinander gestapelten Platten (12, 13) eines ersten und eines zweiten Typs zur Bildung von Strömungskanälen für ein erstes und ein zweites Medium, wobei die Platten (12, 13) einen Wärmeübertragerblock (2) mit einer Ober- und einer Unterseite sowie mit je zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen (10) und Stirnflächen (9) bilden und wobei die ersten Strömungskanäle für das erste Medium umfangseitig geschlossen und mit senkrecht zur Plattenebene angeordneten Verteiler- und Sammelkanälen, die je in auf der Ober- und /oder Unterseite (3, 11) angeordnete Eintritts- bzw. Austrittsstutzen (6, 7) münden, in Fluidverbindung stehen, wobei die zweiten Strömungskanäle (24) an den Stirnflächen (9) größtenteils offen und an den Seitenflächen (10) geschlossen ausgebildet sind und wobei die offenen Seiten (9) eine Eintritts- und eine Austrittsebene für das zweite Medium bilden, dadurch gekennzeichnet, dass an die Stirnflächen (9) ein Eintritts- und ein Austrittskasten (4, 5) für das zweite Medium anschließen und die Eintritts- und/oder Austrittskästen (4, 5) durch gebogene Blechstreifen und über die Stirnflächen (9) vorstehende Abdeckplatten (3a, 11a; 3b, 11 b) gebildet werden.
  2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritts- und der Austrittskasten (4, 5) jeweils als eigenständige Baueinheit ausgeführt ist und mit dem Wärmeübertragerblock (2) verbindbar ist.
  3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintritts- und Austrittskästen (4, 5) miteinander fluchtende Eintritts- und Austrittsstutzen (8) aufweisen.
  4. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Eintritts- und Austrittsstutzen (8) unter einem vorgebbaren Winkel bis 90° zur Hauptströmungsrichtung an den Eintritts- und Austrittskästen (4, 5) angeordnet sind.
  5. Plattenwärmeübertrager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte ersten Typs (12) eine Vertiefung (17) mit einem umlaufenden ebenen Falz (12a) aufweist, dass die Platte zweiten Typs (13) einen ebenen, den Falz (12a) überdeckenden Bereich (13b) aufweist und dass die Platten ersten und zweiten Typs (12, 13) im Bereich der Falzes (12a) miteinander verbunden sind und zwischen sich den ersten Strömungskanal für das erste Medium einschließen.
  6. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle (24) für das zweite Medium jeweils benachbart zu den ersten Strömungskanälen angeordnet sind.
  7. Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteiler und Sammelkanäle (22, 23) durch zwischen den Platten (12, 13) angeordnete und diese verbindende Kanalabschnitte (18, 19; 20, 21) gebildet werden.
  8. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalabschnitte als napfartige Erhebungen (18, 19; 20, 21) ausgebildet und aus den Platten (12, 13) ausgeformt sind.
  9. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die napfartigen Erhebungen (18, 19; 20, 21) außerhalb der Hauptströmungsrichtung angeordnet sind.
  10. Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten und/oder zweiten Strömungskanälen (24) Turbulenzbleche (14) angeordnet sind.
  11. Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten zweiten Typs (13) seitliche Abkantungen (13a) aufweisen, die zweiten Strömungskanäle (24) nach außen abschließen und die Seitenflächen (10) bilden.
  12. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkantungen (28a) einfach abgewinkelt sind und eine Überlappung a mit der Abkantung (28a) der benachbarten Platte (28) zweiten Typs bilden.
  13. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkantungen (13a) zweifach abgewinkelt sind und ein C-Profil (13c) aufweisen, welches an einer benachbarten Platte zweiten Typs (13) anliegt.
  14. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkantungen (30a) ein C-Profil (30c) aufweisen, welches an der benachbarten Platte ersten Typs (31, 32) anliegt.
  15. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten ersten Typs (34) seitliche Abkantungen (36a) aufweisen und dass die Abkantungen (36a, 35a) des ersten und zweiten Plattentyps (34, 35) entgegengesetzt gerichtet und aneinander anliegend angeordnet sind.
  16. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkantung (39a) zweifach abgewinkelt ist und ein C-Profil mit einem freien Schenkel (39c) aufweist, der einerseits an der benachbarten Platte ersten Typs (38, 40a) und anderseits an der benachbarten Platte zweiten Typs (39, 39b) anliegt.
  17. Ladeluft-Kühlmittel-Kühler mit einem Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
  18. Abgas-Kühlmittel-Kühler mit einem Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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