[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler,
mit mehreren ineinandergesteckten Strömungswannen, deren Böden je eine Wärmetauscherplatte
zwischen zwei wärmeaustauschenden Medien sowie tiefgezogene Leiteinrichtungen aus
zwei einander kreuzenden Scharen paralleler Rippen bilden, deren Höhe dem halben gegenseitigen
Abstand der Böden entspricht.
[0002] Bei üblichen Plattenwärmetauschern aus mehreren ineinandergesteckten Strömungswannen
bilden die Strömungswannen jeweils einen durch den Boden der anschließenden Strömungswanne
begrenzten Strömungsweg, so daß bei einer abwechselnden Beschickung der aufeinanderfolgenden
Strömungswannen mit den beiden wärmeaustauschenden Medien die Wannenböden Wärmetauscherplatten
bilden. Die Zu- und Ableitung der Medien erfolgt dabei durch die Wannenböden, die
tiefgezogene Ansätze mit entsprechenden Durchtrittsöffnungen aufweisen. Die Anordnung
ist dabei so getroffen, daß diese Ansätze die zwischen den Wannenböden gebildeten
Strömungswege abwechselnd flüssigkeitsdicht durchsetzen, um die abwechselnde Beschickung
dieser Strömungswege mit den beiden wärmeaustauschenden Medien sicherstellen zu können.
Damit innerhalb der einzelnen Strömungswannen eine vorteilhafte Strömungsaufteilung
zwischen den Medienzu- und -abflüssen durch die tiefgezogenen Ansätze sichergestellt
wird, werden in die einzelnen Strömungswannen Turbulenzbleche eingelegt. Diese Turbulenzbleche
bilden aus der Blechebene wellenartig ausgebogene, durch parallele Schlitze begrenzte
Laschen, die entsprechende Strömungsdurchtritte quer zu den einzelnen Laschenreihen
ergeben, so daß ein in Richtung der Laschenreihen angeströmtes Turbulenzblech eine
entsprechende Querverteilung des Strömungsmediums mit sich bringt, allerdings mit
einer erheblichen Vergrößerung des Strömungswiderstandes in Richtung der Laschenreihen.
Um den mit dem Einsatz gesonderter Turbulenzbleche vermehrten Aufwand herabzusetzten,
ist es bekannt (DE 195 19 312 A1), die Böden der Strömungswannen mit tiefgezogenen
Noppen zu versehen, die über die Grundfläche der Strömungswannen verteilt eine Leiteinrichtung
für das die jeweilige Strömungswanne durchströmende Medium bilden, das zufolge dieser
ein Turbulenzblech ersetzenden Leitnoppen ebenfalls verwirbelt wird, allerdings nur
unzureichend. Wegen der begrenzten Tiefzieheigenschaften von höherfestem Aluminium,
das insbesondere für Ölkühler im Fahrzeugbau eingesetzt wird, werden die für die Wasserführung
vorgesehenen Strömungswannen mit einer entsprechend geringeren Tiefe als die das Öl
aufnehmenden Strömungswannen ausgeführt, die mit herkömmlichen Turbulenzblechen versehen
werden. Der gegenüber den Strömungswannen für die Ölführung verminderte Strömungsquerschnitt
der Strömungswannen für das Kühlwasser muß jedoch als nachteilig angesehen werden.
[0003] Schließlich ist es bekannt (WO 93/00563 A1), die Böden der Strömungswannen mit tiefgezogene
Leiteinrichtungen aus zwei einander kreuzenden Scharen paralleler Rippen zu versehen,
um einerseits zu steigern und anderseits den Strömungswiderstand für die beiden durch
den Wannenboden voneinander getrennten, wärmeaustauschenden Medien zu erhöhen. Zu
diesem Zweck weisen die Böden der Strömungswannen jeweils zwei einander kreuzende
Scharen von parallelen Rippen auf, die scharenweise nach entgegengesetzten Seiten
über den Wannenboden vorragen, und zwar um den halben gegenseitigen Abstand der Wannenböden.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die zwischen zwei benachbarten Wannenböden
gegeneinander paarweise vorragenden, parallelen Rippen einander entlang ihres Rückens
berühren, so daß diese paarweise gegeneinander vorragenden Rippen zwischen den benachbarten
Wannenböden Trennwände bilden, die für den Mediendurchtritt lediglich im Kreuzungsbereich
mit den dazu querverlaufenden, auf die andere Bodenseite vorstehenden Rippen unterbrochen
sind. Aus diesem Grunde ergeben sich vor allem parallele Strömungskanäle zwischen
den die Trennwände bildenden Rippen, was im Zusammenwirken mit den begrenzten Strömungsdurchtritten
durch diese Trennwände ungünstige Strömungsverhältnisse schafft, und zwar im Strömungsbereich
beider Medien. Außerdem ergibt sich eine aufwendige Bodenform, weil die Bodenbereiche
zwischen den einander kreuzenden Rippenscharen zusätzlich unterschiedlich weit aus
der Bodenebene ausgeformt und mit Sicken versehen sind, was hohe Anforderungen an
das Tiefziehverhalten des Werkstoffes der Strömungswannen stellt.
[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher, insbesondere
einen Ölkühler, der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß für eines der
beiden wärmeaustauschenden Medien die Strömungsverteilung in den Strömungswannen durch
Turbulenzbleche erzwungen, für das andere Medium aber in vorteilhafter Weise durch
die tiefgezogenen Leiteinrichtungen der Wannenböden sichergestellt wird.
[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Böden der Stömungswannen
jeweils lediglich eine Schar paralleler Rippen aufweisen und daß die einander kreuzenden
Scharen paralleler Rippen unmittelbar benachbarter Wärmetauscherplatten entweder auf
der einander zugekehrten Seite oder auf der voneinander abgekehrten Seite der Wärmetauscherplatten
vorgesehen sind und ausschließlich in die Strömungswege für eines der beiden Medien
ragen.
[0006] Da zufolge dieser Maßnahmen die einen Strömungswannen eine Schar paralleler Rippen
aufweisen, die in den Strömungsweg dieser Strömungswannen vorragen, während die anderen
Strömungswannen Rippen bilden, die auf der der Wanne abgekehrten Seite des Wannenbodens
verlaufen, erhält man durch ein abwechselndes Ineinanderstecken dieser unterschiedlichen
Strömungswannen im Bereich des Strömungsweges jeder zweiten Strömungswanne eine wirksame
Leiteinrichtung für das durch diese Wannen strömende Medium aus einander kreuzenden
Scharen von parallelen Rippen, die lediglich im Bereich der Kreuzungsstellen aneinander
anliegen und aufgrund der sich dadurch ergebenden Gitterstruktur für eine vorteilhafte
Turbulenz des zwischen ihnen strömenden Mediums sorgen, ohne den Strömungswiderstand
übermäßig zu erhöhen, weil ja die Rippen mit Ausnahme der Kreuzungsbereiche lediglich
die halbe Höhe der Strömungswannen sperren. Da die Rippenhöhe nur dem halben gegenseitigen
Abstand der Böden unmittelbar ineinandergesteckter Strömungswannen entspricht und
die Rippen ausschließlich auf einer Seite des sonst ebenen Bodens vorragen, können
erheblich geringere Anforderungen an die Tiefzieheigenschaften des Wannenwerkstoffes
gestellt werden, was den Einsatz auch höherfester Aluminiumlegierungen zur Herstellung
solcher Wärmetauscher erlaubt, insbesondere wenn auch die tiefgezogenen Ansätze zur
Führung der Medien zwischen den einzelnen Strömungswannen im Bereich der unmittelbar
ineinandergesteckten Strömungswannen gegeneinander paarweise vorragen und eine den
Rippen entsprechende Höhe aufweisen.
[0007] Um eine besonders gleichmäßige Verteilung und Durchwirbelung des einen Mediums mit
Hilfe der Leiteinrichtung zu erhalten, können die beiden Scharen paralleler Rippen
einander unter einem Winkel von 90° kreuzen, wie dies an sich bekannt ist.
[0008] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher in einer Draufsicht auf eine Strömungswanne,
- Fig. 2
- diesen Plattenwärmetauscher in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in einem
größeren Maßstab, und
- Fig. 3
- einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 durch zwei ineinandergesteckte Strömungswannen
ebenfalls in einem größeren Maßstab.
[0009] Wie das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, ist der Plattenwärmetauscher aus
einzelnen, ineinandergesteckten Strömungswannen 1 aufgebaut, die jeweils aus einem
Boden 2 mit einem hochgezogenen, umlaufenden Rand 3 gebildet werden, der mit einer
Erweiterung 4 den Rand 3 des Bodens 2 der jeweils benachbarten Strömungswanne 1 übergreift.
Diese Wannenböden 2 weisen einander paarweise zugeordnete Durchtrittsöffnungen 5 und
6 für die wärmetauschenden Medien, beispielsweise Öl und Wasser, auf. Die Anordnung
ist dabei so getroffen, daß die Durchtrittsöffnungen 5 und 6 im Bereich von tiefgezogenen
Ansätzen 7 liegen, deren Höhe dem halben Abstand a zwischen den benachbarten Wannenböden
2 entspricht. Da die Durchtrittsöffnungen 5 und 6 kleiner als der Boden dieser Ansätze
7 sind, ergibt sich zwischen den Böden der gegeneinander vorragenden Ansätze 7 benachbarter
Wärmetauscherplatten 2 eine die dichte Verbindung der Ansätze 7 unterstützende flächige
Anlage um den jeweiligen Öffnungsrand. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind
die Ansätze 7 im Bereich fluchtender Durchtrittsöffnungen 5 und 6 abwechselnd auf
entgegengesetzten Plattenseiten vorgesehen, so daß sich über die Ansätze 7 jeweils
ein flüssigkeitsdichter Durchtritt durch jede zweite Strömungswanne 1 ergibt. Zusätzlich
müssen die Ansätze 7 für den Durchtritt des einen Mediums gegenüber den Ansätzen 7
für den Durchtritt des anderen Mediums auf gegenüberliegenden Plattenseiten liegen.
[0010] Wird beispielsweise das zu kühlende Öl durch die Durchtrittsöffnungen 5 und das die
Ölwärme aufnehmende Wasser durch die Durchtrittsöffnungen 6 geleitet, wobei das Öl
jeweils vom Zulauf 8 zum Ablauf 9 und das Wasser im Gegenstrom vom Zulauf 10 zum Ablauf
11 die Strömungswannen 1 durchströmen, so ergibt sich für das Öl eine durch die Pfeile
12 und für das Wasser eine durch die Pfeile 13 in der Fig. 2 angedeutete Strömung,
die hinsichtlich ihrer Verteilung über die Wärmetauscherplatten von der Anordnung
entsprechender Leiteinrichtungen in den einzelnen Strömungswannen 1 abhängt. Während
für die Ölströmung übliche Turbulenzbleche 14 eingesetzt werden, wird die Leiteinrichtung
in den dazwischenliegenden Strömungswannen 1 durch tiefgezogene Rippen 15 in den Wannenböden
2 gebildet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die parallelen Rippen 15 der
einen Strömungswanne 1 die Schar der ebenfalls parallelen Rippen 15 der unmittelbar
anschließenden Strömungswanne vorzugsweise unter einem Winkel von 90° kreuzen, wie
dies der Fig. 1 entnommen werden kann. Da die Rippen 15 jeweils in den Strömungsweg
für das Kühlwasser vorragen und eine Höhe h aufweisen, die dem halben Abstand a der
Wannenböden 2 entspricht, liegen die gegeneinander vorragenden Rippen 15 im Bereich
der Kreuzungsstellen aneinander an. Dies bringt im Zusammenhang mit dem durchgehenden
Rippenverlauf zwischen den Kreuzungsstellen eine vorteilhafte Durchwirbelung des Kühlwassers
mit sich, was wohl keiner näheren Erklärung bedarf. Durch die Rippen 15 wird außerdem
die Oberfläche der Wärmetauscherplatte vergrößert, so daß insgesamt vorteilhafte Wärmeaustauschbedingungen
sichergestellt werden können.
[0011] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So könnte auch das zukühlende Öl durch die Strömungswannen 1 mit der aus
den einander kreuzenden Rippenscharen gebildeten Leiteinrichtung geleitet werden.
Außerdem ist die konstruktive Ausgestaltung der Strömungswannen 1 weitgehend frei,
weil es ja lediglich darauf ankommt, die Wannenböden 2 mit parallelen Rippenscharen
zu versehen, die abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten der Wannenböden 2 vorragen,
um innerhalb jeder zweiten Strömungswanne 1 eine entsprechende Leiteinrichtung für
das diese Strömungswanne 1 durchströmende Medium zu erhalten.
1. Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler, mit mehreren ineinandergesteckten Strömungswannen
(1), deren Böden (2) je eine Wärmetauscherplatte zwischen zwei wärmeaustauschenden
Medien sowie tiefgezogene Leiteinrichtungen aus zwei einander kreuzenden Scharen paralleler
Rippen (15) bilden, deren Höhe (h) dem halben gegenseitigen Abstand (a) der Böden
(2) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden (2) der Stömungswannen (1) jeweils
lediglich eine Schar paralleler Rippen (15) aufweisen und daß die einander kreuzenden
Scharen paralleler Rippen (15) unmittelbar benachbarter Wärmetauscherplatten entweder
auf der einander zugekehrten Seite oder auf der voneinander abgekehrten Seite der
Wärmetauscherplatten vorgesehen sind und ausschließlich in die Strömungswege für eines
der beiden Medien ragen.
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scharen
paralleler Rippen (15) einander unter einem Winkel von 90° kreuzen.
