DE102005043731A1

DE102005043731A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102005043731A1
Application number: DE102005043731A
Authority: DE
Inventors: Steffen GRÖZINGER; Horst ROTHENHÖFER; Volker Velte
Original assignee: Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr Industry GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-22
Also published as: US20080283232A1; CN101305254B; KR20080051168A; WO2007031229A1; EP1926960A1; US8281849B2; CN101305254A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit mindestens zwei plattenförmigen Strömungskanälen, welche parallel und im Abstand zueinander angeordnet und durch mindestens einen den Abstand überbrückenden Verbindungskanal (8) in Strömungsverbindung stehen. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Verbindungskanal (8) durch zwei ineinander steckbare, sich selbst zentrierende Rohrstutzen (4, 6) gebildet wird.

Description

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

Wärmeübertrager mit plattenförmigen oder scheibenförmigen Strömungskanälen sind in vielen Ausführungen bekannt, z. B. als Scheibenölkühler, Scheibenverdampfer oder so genannte Stapelscheibenwärmeübertrager. Sie bestehen aus einer Vielzahl von gleichen Blechteilen, welche übereinander angeordnet bzw. gestapelt sind, Strömungskanäle bilden und durch Löten miteinander verbunden werden. Die übereinander angeordneten Strömungskanäle stehen über querverlaufende Verbindungskanäle, welche als Sammel- und Verteilerkanäle wirken, in Strömungsverbindung. Es ist bekannt, die Verbindungskanäle als napfförmige Ausprägungen auszubilden, und im Bereich einer ebenen Kreisringfläche miteinander zu verlöten, wobei die Näpfe aus den Platten bzw. Scheiben der Strömungskanäle ausgeformt werden. Diese bekannten Verbindungskanäle weisen den Nachteil auf, dass der Durchflusswiderstand relativ hoch ist, da der Strömungsquerschnitt durch die Napfausbildung verengt ist. Dies erhöht den Druckabfall des Wärmeübertragers.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art hinsichtlich seines Druckabfalls, bedingt durch den Strömungswiderstand in den Verbindungskanälen, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verbindungskanal durch ineinander steckbare, sich selbst zentrierende Rohrstutzen gebildet wird. Die Endbereiche der vorzugsweise als Durchzüge herstellbaren Rohrstutzen sind konisch ausgebildet, und zwar entweder konisch erweitert oder konisch verjüngt, jeweils mit demselben Winkel, so dass sie ineinander steckbar sind und aneinander anliegen. Durch die konischen Endbereiche erfolgt beim Ineinanderstecken eine Zentrierung. Gleichzeitig ergibt sich eine Anlagefläche, welche verlötbar ist, so dass sich ein fluiddichter Verbindungskanal zwischen benachbarten Strömungskanälen ergibt. Durch die erfindungsgemäße Formgebung ergibt sich der Vorteil eines geringen Strömungswiderstandes für den Verbindungskanal, da er nahezu glattwandig ausgebildet ist und keine Störkante aufweist. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil einer größeren Lötfläche und damit eine höhere Festigkeit, insbesondere Innendruckfestigkeit für den Wärmeübertrager. Vorteilhaft ist ferner, dass die Strömungsgeschwindigkeit infolge des größeren Strömungsquerschnittes im Verbindungskanal niedriger ist, wodurch der Druckabfall ebenfalls reduziert wird. Durch die Zentrierwirkung sind weitere Zentrierhilfen zur Positionierung der scheibenförmigen Strömungskanäle überflüssig.

Die erfindungsgemäßen Verbindungskanäle mit konischen Endbereichen können vorzugsweise bei an sich bekannten Scheibenwärmeübertragern angewandt werden, wobei die Rohrstutzen durch Ineinanderstecken einen Verteiler- und einen Sammelkanal bilden, welche jeweils den Vorteil eines geringen Durchflusswiderstandes aufweisen.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können die Strömungskanäle als Ringkanäle, vorzugsweise mit einem quadratischen Grundriss, d. h. gemäß der älteren Patentanmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2005 004 777.7 ausgebildet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
1a–1d einen Wärmeübertrager mit Verbindungskanal nach dem Stand der Technik,
2 einen erfindungsgemäßen Rohrstutzen mit konischer Erweiterung
3 einen erfindungsgemäßen Rohrstutzen mit konischer Verjüngung,
4 einen Verbindungskanal mit ineinandergesteckten Rohrstutzen,
5a, 5b Scheiben eines Wärmeübertragers mit erfindungsgemäßen Rohrstutzen vor dem Fügen,
6a eine Grundscheibe eines Wärmeübertragers,
6b zwei übereinander angeordnete Scheiben vor dem Fügen und
6c zwei Scheiben nach dem Fügen und Löten.
1a bis 1d zeigen einen Wärmeübertrager mit Strömungskanälen und einem Verbindungskanal nach dem Stand der Technik.
1a zeigt eine untere Scheibe 1 eines Strömungskanals mit einem nach oben ausgeprägten etwa zylinderförmigen Napf 1a, welcher eine ebene, kreisringförmige Lötfläche 1b aufweist.
1b zeigt eine untere Scheibe 2 eines Strömungskanals mit einem nach unten ausgeprägten etwa zylinderförmigen Napf 2a, welcher eine kreisringförmige Lötfläche 2b aufweist.
1c zeigt die Verbindung der beiden Scheiben 1, 2, wobei die kreisringförmigen Flächen 1b, 2b aufeinander liegen.
1d zeigt einen Schnitt durch einen Verbindungskanal 3, welcher durch die beiden aufeinander gelegten und miteinander verlöteten napfförmigen Ausprägungen 1a, 1b, 2a, 2b entsteht. Im Bereich der verlöteten Kreisringflächen ergibt sich eine Durchmesserverringerung, und zwar von einen ma ximalen Durchmesser D auf einen minimalen Durchmesser d. Diese bekannte Ausbildung des Verbindungskanals 3 führt zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit und zu einem erhöhten Druckverlust für den Wärmeübertrager.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausbildung eines Rohrstutzens 4, welcher aus einer Scheibe 5, welche einen Strömungskanal begrenzt, ausgeformt ist. Der Rohrstutzen 4 besteht aus einem kreiszylindrischen Abschnitt 4a und einem konisch erweiterten Abschnitt 4b. Die Herstellung erfolgt zunächst als zylindrischer Durchzug mit anschließender konischer Aufweitung des Abschnittes 4b.
3 zeigt einen Rohrstutzen 6, welcher aus einer Scheibe 7 ausgeformt ist und einen kreiszylindrischen Abschnitt 6a sowie einen konisch verjüngten Abschnitt 6b aufweist.
4 zeigt die beiden Rohrstutzen 4, 6 nach dem Fügen und Löten, wobei für gleiche Teile werden gleiche Bezugszahlen verwendet. Der konisch verjüngte Bereich 6b ist in den konisch erweiterten Bereich 4b gesteckt und bildet eine ringförmige konische Kontaktfläche für die Verlötung beider Stutzen 4, 6. Durch die geringe Konizität beider Endbereiche 4b, 6b ergibt sich nur eine geringfügige Änderung des Innendurchmessers. Die ineinander gefügten Rohrstutzen 4, 6 bilden einen Verbindungskanal 8, welcher einen maximalen Durchmesser D1 sowie einen annähernd gleichen minimalen Durchmesser D2 ohne Störkante und somit einen relativ geringen Durchflusswiderstand aufweist.
5a und 5b zeigen zwei Eckausschnitte von zwei Scheiben 9, 10, die jeweils einen konisch aufgeweiteten Rohrstutzen 4 und einen konisch verjüngten Rohrstutzen 6 aufweisen. Die Scheiben sind Teile von hier nicht dargestellten ringförmigen Strömungskanälen.
6a zeigt eine als quadratischer Ringkanal ausgebildete Scheibe 11, welche einen konisch erweiterten Rohrstutzen 4 und einen konisch verjüngten Rohrstutzen 6 aufweist, die sich jeweils diagonal gegenüber liegen. Im Bereich der verbleibenden Ecken sind napfförmige geschlossene Durchzüge 12, 13 angeordnet, welche ebenfalls aus der Scheibe 11 ausgeformt sind und als Abstandshalter bzw. zur Abstützung dienen.
6b zeigt zwei vor dem Fügen übereinander angeordnete Scheiben 11, 14, welche identisch ausgebildet, jedoch um 180° (um eine Diagonale) gedreht sind. Somit können jeweils auf sich diagonal gegenüber liegenden Ecken konisch erweiterte sowie konisch verengte Rohrstutzen 4, 6 gefügt werden und geschlossene Durchzüge 12, 13 sowie 15, 16 als Abstandshalter zur Anlage kommen.
6c zeigt die beiden Scheiben 11, 14 als Ausschnitt und teilweise geschnitten, wobei die geschlossenen Durchzüge 12, 15 mit ihren Planflächen aufeinander liegen und dort verlötet sind – hier erfolgt also nur eine Abstützung und kein Strömungsdurchgang. An den beiden sich diagonal gegenüber liegenden Ecken sind Verbindungskanäle 17, 18 gebildet, welche die obere Scheibe 14 und die unter Scheibe 11 miteinander verbinden, welche jeweils Teil eines ringförmigen Strömungskanals sind. Ein derartiger Wärmeübertrager mit vorzugsweise quadratisch ausgebildeten Ringkanälen ist in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2005 004 777.7 offenbart – der Gegenstand dieser älteren Anmeldung wird voll umfänglich in den Offenbarungshalt dieser Anmeldung einbezogen.
Abweichend vom dem oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Strömungsquerschnitt der Verbindungskanäle bzw. der ineinander gesteckten Rohrstutzen elliptisch oder oval ausgebildet sein oder andere Formen aufweisen. Die erfindungsgemäße Rohrstutzensteckverbindung kann für alle Arten von Platten- und Scheibenwärmeübertragern angewandt werden.

Claims

Wärmeübertrager mit mindestens zwei plattenförmigen Strömungskanälen, welche parallel und im Abstand zueinander angeordnet und durch mindestens einen den Abstand überbrückenden Verbindungskanal in Strömungsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verbindungskanal (8, 17, 18) durch zwei ineinander steckbare, sich selbst zentrierende Rohrstutzen (4, 6) gebildet wird.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstutzen (4, 6) als Durchzüge herstellbar sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstutzen (4, 6) ineinander steckbare konische Endbereiche (4b, 6b) aufweisen, welche eine ringförmige konische Anlagefläche bilden.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Rohrstutzen (4, 6) kreisförmig, elliptisch oder oval ausgebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstutzen (4, 6) im Bereich der Anlagefläche (4b, 6b) stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verlötbar sind.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den konischen Endbereich (4b, 6b) ein zylindrischer Bereich (4a, 6a) anschließt.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Endbereiche (4b, 6b) durch Aufweiten bzw. durch Verjüngen oder Einziehen herstellbar sind.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle durch Scheiben (5, 7) ausgebildet und dass die Rohrstutzen (4, 6) respektive Durchzüge aus den Scheiben (5, 7) ausgeformt sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (11, 14) Ringkanäle, insbesondere mit quadratischem Grundriss bilden.
Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (11, 14) durch die Verbindungskanäle (17, 18) miteinander verbunden sind.