Plattenförmiger Wärmetauscher

Abstract

 Die Erfindung beschreibt einen plattenförmigen Wärmetauscher mit einer durchgehenden oberen und unteren Abschlußwand (71, 75) und ei­ner Vielzahl von zwischen den Abschlußwänden durch mit diesen einstückig verbundene, längsverlaufende Stege (76) getrennten Fließ­kanälen für das Wärmeübertragungsmedium. An den freien Enden der Wärmetauscherplatten (7), sind Querkanäle bildende Sammelleitun­gen angeordnet, in welche die einzelnen Fließkanäle münden. Die Sammelleitungen (1) sind nach außen dicht verschlossen und besitzen integrierte An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeübertra­gungsmedium. Gekennzeichnet wird diese Erfindung dadurch, daß die Sammelleitungen (1) als langgestreckte Hohlkörper auf die Ab­schlußwand (71, 75) im zugeordneten Endbereich der Wärmetauscherplatte aufgesetzt sind. Ihr Hohlraum (2) ist mit den Fließkanälen durch Entfernen darunter liegender Abschlußwandbereiche (72) verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen plattenförmigen Wärmetauscher mit einer durchgehenden oberen und unteren Abschlußwand und einer Vielzahl von zwischen den Abschlußwänden durch mit diesen ein­stückig verbundenen, längsverlaufenden Stegen getrennten Fließ­kanälen für das Wärmeübertragungsmedium, in dessen freien End­bereichen Querkanäle bildende Sammelleitungen angeordnet sind, in die die einzelnen Fließkanäle münden, wobei die Sammellei­tungen nach außen dicht verschlossen sind und integrierte An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium auf­weisen.

[0002] Aus dem Deutschen Patent 34 41 842 ist ein derariger platten­förmiger Wärmetauscher bekannt, bei dem der Anschluß für die Zuflußleitungen in die Querkanäle als Flachdüse ausgebildet ist. Diese Flachdüse mündet in die Querkanäle derart, daß sie mit ihrer Strömungsöffnung in axialer Richtung fluchtend dicht in die freien Enden des Wärmetauschers eingesetzt ist.

[0003] Der bekannte Wärmetauscher hat den Nachteil, daß die die Quer­kanäle bildenden Sammelleitungen an den freien Enden der Wärme­tauscherplatten durch partielles Entfernen der längsverlaufen­den Stege zwischen der oberen und der unteren Abschlußwand des Wärmetauschers gebildet werden. Dabei werden die Querstege zwi­schen den beiden Abschlußwänden auf entsprechende Länge ausge­schnitten oder weggelassen und die Enden der beiden Abschluß­wände werden danach durch Wärme und Druck und ggf. Zwischen­schaltung von Haftvermittlern dicht miteinander verbunden. In diese auf die geschilderte Art und Weise gebildeten Querkanäle wird über die Anströmungsleitung das Wärmeübertragungsmedium mittels Druck eingelassen, breitet sich in den Querkanälen aus und strömt anschließend durch die von den längsverlaufenden Stegen getrennten Fließkanäle bis zum Querkanal am gegenüber­liegenden freien ende der Wärmetauscherplatten, in den die Ab­strömungsleitung für das Wärmeübertragungsmedium integriert ist.

[0004] Die Druckbeaufschlagung der Querkanäle mit dem Wärmeübertra­gungsmedium kann die nachteilige Folge haben, daß im Bereich der eingeschnittenen Stege bei der Druckbeaufschlagung der Querkanäle der Endbereich der Einschnitte als Sollreißstelle dient und durch den Druck des Wärmeübertragungsmediums in axia­ler Richtung zum Weiterreißen der die Fließkanäle der Wärmetau­scherplatte trennenden Stege führt. Daraus resultiert eine re­lativ geringe Druckbelastbarkeit der Wärmetauscherplatten ins­gesamt.

[0005] Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, einen plattenförmigen Wärmetauscher anzugeben, bei dem ein axiales Aufschneiden der die Fließkanäle trennenden Stege im Bereich der freien Enden zur Bildung der Querkanäle vermieden wird, wodurch bei Druckbeaufschlagung ein Weiterreißen der Ste­ge im Bereich der Schnittkerbe ausgeschlossen ist. Erfindungs­gemäß wird dazu vorgeschlagen, daß die Sammelleitungen als langgestreckte Hohlkörper auf die Abschlußwand im zugeordneten Endbereich der Wärmetauscherplatte aufgesetzt sind, und daß ihr Hohlraum mit den Fließkanälen durch gänzliches oder teilweises entfernen der darunterliegenden Abschlußwandbereiche bei Erhal­tung der Stege auch in diesem Bereich verbunden ist.

[0006] Der langgestreckte Hohlkörper der Sammelleitungen kann dabei vorteilhaft ein rohrförmiges Element sein, welches eine axial verlaufende Wandöffnung aufweist, an deren freien Enden durch­gehend flanschartige Fortsätze angeformt sind, und welches an seinen Stirnflächen geschlossen ist. Die flanschartigen Fort­sätze können sowohl nach innen als auch nach außen gerichtet sein. Dieses rohrförmige Element kann planeben auf die zugeord­nete Abschlußwand aufgesetzt sein, wobei das Innere des rohr­förmigen Elementes, welches den Querkanal bildet, über seine axial verlaufende Wandöffnung direkt mit den Fließkanälen der Wärmetauscherplatte verbunden ist.

[0007] Das rohrförmige Element kann auch abgestuft auf die zugeordnete Abschlußwand aufgesetzt sein, wobei gleichzeitig der eine durchgehende Flansch bei der Verbindung des rohrförmigen Ele­mentes mit der Wärmetauscherplatte den dichten Abschluß der Fließkanäle gegen die Umgebung bewirken kann. Die An- und Ab­strömungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium können axial zur Richtung der Fließkanäle dicht in das rohrförmige Element eingelassen sein. Dadurch wird eine optimale Anströmung der einzelnen Fließkanäle auch bei breiteren Wärmetauscherplatten bewirkt. Das rohrförmige Element kann im Bedarfsfall beidsei­tig, also gegenüberliegend, oder alternierend mit den zugeord­neten Oberflächen der Wärmetauscherplatte verbunden sein.

[0008] Der Vorteil der Erfindung wird insbesondere darin gesehen, daß das Weiterreißen der längsverlaufenden Stege, die die Fließka­näle der Wärmetauscherplatte trennen, im Bereich der axialen Einschnitte an den freien Enden der Wärmetauscherplatte, die im eingeschnittenen Bereich nach dem Stand der Technik die Quer­kanäle bilden, vermieden wird. Erfindungsgemäß werden die Ab­schlußwände der Wärmetauscherplatten in den Bereichen, in denen die rohförmigen Elemente, die die Sammelleitungen bilden, auf­gesetzt werden, nur an der zugeordneten Oberfläche abgetragen. Dies bedeutet, daß die Abtragung nur insoweit erfolgt, bis die zugeordnete Abschlußwand der Wärmetauscherplatte durchbrochen ist. Sobald dabei die Öffnungen in die Fließkanäle der Wärme­tauscherplatte hergestellt sind, endet der Vorgang des Durch­brechens, so daß auch im Bereich der Durchbrechungen die Stege, die die Fließkanäle voneinander trennen, stehen bleiben. Mit diesem Vorgang sind also nur die Fließkanäle einseitig geöffnet worden. In dem Bereich dieser einseitigen Öffnungen der Fließ­kanäle wird nunmehr das rohrförmige Element aufgebracht, wobei die zu diesem rohrförmigen Element axial verlaufende Wandöff­nung über die zu den Fließkanälen reichenden Öffnungen gebracht wird.

[0009] Im Bereich der flanschartigen Fortsätze des rohrförmigen Ele­mentes erfolgt dann die dicht Verbindung zur zugeordneten Ab­schlußwand der Wärmetauscherplatte. Diese Verbindung kann bei­spielsweise durch Schweißen erfolgen, wobei jegliche Art der Verschweißung wie Ultraschallschweißen, Reibschweißen, Spiegel­schweißen usw. verwendbar ist. Voraussetzung ist lediglich, daß die Art der Verbindung gegenüber dem Wärmetauschermedium dicht ist. Nachdem dieses Wärmetauschermedium sowohl aus einer Flüs­sigkeit als auch einem Gas bestehen kann, muß die Verbindung zwischen den flanschartigen Fortsätzen des rohrförmigen Elemen­tes und der zugeordneten Oberfläche der Abschlußwand gas- und flüssigkeitsdicht sein.

[0010] Die Verbindung des rohrförmigen Elements mit der Wärmetau­scherplatte kann planeben sein, so daß die Wärmetauscherplatte an ihrem freien Ende noch gas- und flüssigkeitsdicht zusätzlich verschlossen sein muß. Die Verbindung des rohrförmigen Elemen­tes kann aber auch derart erfolgen, daß die Wärmetauscherplatte in ihrem freien Endbereich beispielsweise schräg abgeschnitten ist, und daß die flanschartigen Fortsätze des rohrförmigen Ele­mentes einmal mit der oberen und zum anderen auf der gleichen Schrägebene mit der unteren Abschlußwand der Wärmetauscherplat­te dicht verbunden sind. Hierbei ist der obere Flanschansatz mit dem äußeren Schnittbereich der oberen Abschlußwand und der untere Flanschansatz mit dem inneren Schnittbereich der unteren Abschlußwand dicht verbunden. Die Stege der Fließkanäle sind in diesem Fall ebenfalls in der Schrägebene geschnitten.

[0011] Die Anordnung des rohrförmigen Elements auf der Wärmetauscher­platte kann aber auch stufenweise erfolgen, wobei der eine Flanschansatz auf der Oberfläche der oberen Abschlußwand und der andere Flanschansatz beispielsweise auf der Innenfläche der unteren Abschlußwand aufgesetzt und in beiden Fällen dicht mit den Abschlußwänden verbunden ist.

[0012] Es ist selbstverständlich, daß in allen Fällen der Verbindung die Stirnflächen der rohrförmigen Elemente in der gleichen Dichtigkeit mit den zugeordneten Wandflächen der Wärmetauscher­platte verbunden sind und die lichte Weite des jeweiligen rohr­förmigen Elementes ebenso dicht nach außen abschließen.

[0013] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemä­ßen Wärmetauscherplatte schematisch dargestellt; es zeigt:

Fig. 1 die Sammelleitung als abgeschlossenen, einseitig offenen Hohlkörper.

Fig. 2 das Ende der Wärmetauscherplatte mit aufgesetzter Sam­melleitung im Schnitt.

Fig. 3 das Ende der Wärmetauscherplatte mit abgeschrägtem End­bereich und auf die Schräge aufgesetzter Sammelleitung im Schnitt.

Fig. 4 das Ende der Wärmetauscherplatte mit abgestuftem Endbe­reich und auf die Stufe auggesetzter Sammelleitung im Schnitt.

[0014] In Fig. 1 ist die Sammelleitung 1 als einseitig offener Hohl­körper dargestellt. Die Sammelleitung 1 ist halbkreisförmig und besitzt im Bereich der Wandöffnung 2 an den freien Enden flanschartige, nach außen gerichtete Fortsätze 3, 4. An den Stirnseiten ist der Hohlkörper in den Bereichen 5, 6 dicht nach außen hin abgeschlossen. Die in Fig. 1 gezeigte Sammelleitung 1 kann beispielsweise einstückig als Spritzugßteil hergestellt werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Sammelleitung 1 beispielsweise im Blasverfahren - ebenfalls einstückig - herge­stellt werden kann. Hierbei könnte dann eine Doppelleitung her­gestellt werden, die im Bereich der Auflagefläche nach der Her­stellung getrennt wird. Auch eine Konfektion aus einem Rohr, bei dem anschließend die Stirnflächen dicht durch die Bereiche 5 und 6 verschlossen werden, ist denkbar.

[0015] Fig. 2 zeigt das Ende der Wärmetauscherplatte 7 mit aufgesetz­ter Sammelleitung 1 im Teilschnitt. Hier ist deutlich zu sehen, daß die flanschartigen Fortsätze 3, 4 dicht mit der oberen Ab­schlußwand 71 der Wärmetauscherplatte 7 verbunden sind. Die obere Abschlußwand 71 ist im Bereich 72, d.h. unter der Wand­öffnung 2 der Sammelleitung 1 entfernt, so daß der lichte Be­reicht der Sammelleitung 1 direkt über dem Bereich 72 mit den Fließkanälen der Wärmetauscherplatte 7 in Verbindung steht. Das freie Ende 73 der Wärmetauscherplatte 7 ist in der gezeigten Darstellung ebenso gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen wie die Sammelleitung 1 über die flanschartigen Fortsätze 3, 4 mit die oberen Abschlußwand 71 der Wärmetauscherplatte 7 gas- und flüssigkeitsdicht verbunden ist.

[0016] In Fig. 3 ist das freie Ende 73 der Wärmetauscherplatte 7 mit einem Schrägschnitt versehen und auf die Schräge 74 ist die Sammelleitung 1 dicht aufgesetzt. Dabei ist der flanschartige Fortsatz 3 der Sammelleitung 1 mit dem äußeren Bereich der obe­ren Abschlußwand 71 dicht verbunden, während der flanschartige Fortsatz 4 mit dem inneren Bereich der unteren Abschlußwand 75 ebenfalls dicht verbunden ist. Der Teilschnitt in Fig. 3 zeigt einen Steg 76 in der Wärmetauscherplatte 7, der mit seiner Schnittfläche 74 an den lichten Innenraum 2 der Sammelleitung 1 angrenzt. Die anderen Stege 76 der Wärmetauscherplatte 7 sind durch den Schrägschnitt ebenso gestaltet, so daß sich bei die­ser Ausführungsart von oben gesehen im Schnittbereich ein Ge­bilde ergibt, bei dem die Fließkanäle in den Schrägschnittbe­reichen 74 der Stege 76 enden.

[0017] In Fig. 4 ist schließlich die Sammelleitung 1 gezeigt, wie sie in abgestufter Weise auf das Ende der Wärmetauscherplatte auf­gesetzt ist. Hierbei ist im Bereich der lichten Öffnung 2 der Sammelleitung 1 die obere Abschlußwand 71 derart entfernt, daß nach oben zur lichten Öffnung 2 der Sammelleitung 1 hin die Querschnitte der Stege stehen bleiben und die lichte Öffnung 2 der Sammelleitung 1 direkt mit den Fließkanälen zwischen den einzelnen Stegen 76 in Verbindung steht. Der flanschartige Fortsatz 3 ist auf der Oberfläche der oberen Abschlußwand 71 dicht aufgebracht. Der flanschartige Fortsatz 4 is in abge­stufter Ausführungsform mit den Stegen 76 bis in den Bereich der unteren Abschlußwand 75 heruntergezogen und dort ebenfalls gas- und flüssigkeitsdicht verbunden. Wird für diese Verbindung ein Schweißvorgang gewählt, so können die Stege 76 bei der Ver­schweißung eingeebnet werden, beispielsweise so lange, bis eine Abstufung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, erreicht wird. Das abgeschweißte Material der Stege 76 fließt dabei im Bereich des flanschartigen Fortsatzes 4 darunterliegend in die Fließkanäle ein und bewirkt so das gas- und flüssigkeitsdichte Abschließen der Sammelleitung auch in diesem hinteren Abschluß. Der flansch­artige Fortsatz 4 kann auch bis zum Innenbereich der unteren Abschlußwand 75 heruntergeschweißt werden.

[0018] Die Verbindung der lichten Öffnung 2 der Sammelleitung 1 zu den Fließkanälen der Wärmetauscherplatte 7 kann beispielsweise so erfolgen, daß die entsprechenden Bereiche der oberen Abschluß­wand 71 in der Breite der lichten Öffnung 2 so weit herausge­fräst werden, daß die Öffnungen zu den Fließkanälen erfolgt sind, und daß die dabei zutagetretenden Querschnitte der Stege erhalten bleiben. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 ge­zeigt. Das nach dem Stand der Technik schädliche Weiterreißen von Kerbbereichen, welche in axialer Richtung der Stege 76 durch das axiale Einschneiden erzeugt wurden, entfällt voll­ständig bei dieser Bearbeitungsweise. Ähnliches gilt für die Darstellung in Fig. 3, wo die Stege 76 entsprechend der Schräge 74 abgetragen worden sind. In Fig. 2 ist ebenfalls eine Anord­nung gezeigt, wo die obere Abschlußwand 71 im Bereich der lich­ten Öffnung 2 bis zu den Stegen abgetragen wurde.

[0019] Es liegt im Bereich der Erfindung, die obere Abschlußwand 71 nicht völlig abzutragen, sondern beispielsweise über den Fließ­kanälen in die Abschlußwand Bohrungen oder Ausstanzungen belie­bigen Querschnitts einzubringen, über die dann die Sammellei­tung 1 gesetzt wird, welche mit ihrem lichten Innenraum 2 dann über diese Öffnungen mit den Fließkanälen der Wärmetauscher­platte 7 in direkter Verbindung steht.

[0020] Die An- und Abströmungsleitungen für die Einbringung des Wärme­übertragungsmediums in die Sammelleitungen 1 gemäß der Erfin­dung können beispielsweise derart an den Sammelleitungen 1 an­geordnet sein, daß sie das Wärmeübertragungsmedium axial zu den Strömungsrichtungen der Fließkanäle in die Sammelleitung 1 ein­bringen. Die An- und Abströmungsleitungen können aber auch senkrecht zur Strömungsrichtung der Fließkanäle der Wärmetau­scherplatte 7 bzw. über die Endbereiche 5, 6 in die Sammellei­tung 1 münden.

[0021] Die einseitige Anordnung der Sammelleitung 1 an der Wärmetau­scherplatte 7 gibt die Möglichkeit, daß solche Wärmetauscher­platten 7 beispielsweise nach oben planeben verlegt werden kön­nen, während die dann im unteren Bereich abstehende Sammellei­tung 1 in einen vorgefertigten Kanal, der sich z.B. in dem für die Verlegung als Wärmetauscherplatte erforderlichen Isolierma­terial befinden kann, hineinragt. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise mit der Wärmetauscherplatte 7 Fußbodenheizungen über große Flächen verlegen, die nach oben hin völlig planeben liegen. In diesen Fällen sind die einzelnen Wärmetauscherplat­ten 7 über entsprechende An- und Abströmungsleitungen sowohl untereinander als auch mit dem Wärmeerzeuger über Zuführungs­und Abführungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium verbun­den.

[0022] Werden die Wärmetauscherplatten 7 in sehr großen Abmessungen eingesetzt, kann es vorteilhaft sein, die Sammelleitungen 1 ab­schnittsweise in räumliche Nähe zueinander zu setzen. So können - was für eine Heizung im Niedertemperaturbereich von Bedeutung ist - einzelne Segmente einer langgestreckten Wärmetauscher­platte 7 beheizt werden, ohne daß das Wärmetauschermedium die ganze Länge der Wärmetauscherplatte 7 durchlaufen müßte. Auf diese Weise wird eine übermäßige Abkühlung des Wärmetauscherme­diums bei zu langen Fließwegen vermieden.

Ansprüche

1. Plattenförmiger Wärmetauscher mit einer durchgehenden oberen und unteren Abschlußwand und einer Vielzahl von zwischen den Abschlußwänden durch mit diesen einstückig verbundene, längsverlaufende Stege getrennten Fließkanälen für das Wär­meübertragungsmedium, in dessen freien Endbereichen Quer­kanäle bildende Sammelleitungen angeordnet sind, in die die einzelnen Fließkanäle münden, wobei die Sammelleitungen nach außen dicht verschlossen sind und integrierte An- und Ab­strömungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium aufwei­sen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) als langgestreckte Hohlkörper auf die Abschlußwand (71) im zuge­ordneten Endbereich der Wärmetauscherplatte (7) aufgesetzt sind, und daß ihr Hohlraum (2) mit den Fließkanälen durch gänzliches oder teilweises Entfernen der darunterliegenden Abschlußwandbereiche (72) bei Erhaltung der Stege (76) auch in diesem Bereich verbunden ist.

2. Plattenförmige Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der langgestreckte Hohlkörper der Sammel­leitungen (1) ein rohrförmiges Element ist, welches eine axial verlaufende, einseitige Öffnung aufweist, an deren freien Enden durchgehend flanschartige Fortsätze (3, 4) an­geformt sind, und welches an seinen Stirnflächen (5, 6) dicht verschlossen ist.

3. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Anpsrüchen 1 und 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) planeben auf die zugeordnete Abschlußwand (71) dicht aufgesetzt sind.

4. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Ansprüchen 1 und 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) abgestuft auf die zugeordnete Abschlußwand (71) aufgesetzt sind.

5. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß die abgestuft aufgesetzten Sammelleitungen als Verschlußkörper für den dichten Verschluß der freien En­den der Wärmetauscherplatten (7) ausgebildet sind.

6. Plattenförmiger Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An- und Abströmungsleitungen für das Wärmeübertragungsmedium axial oder radial zur Richtung der Fließkanäle dicht in die Sammelleitungen (1) eingelassen sind.

7. Plattenförmiger Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Sammelleitungen (1) in beliebiger Ver­teilung auf die Abschlußwand (71) aufgesetzt sind.

Zeichnung