WÄRMETAUSCHER, INSBESONDERE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1),
- mit einer Mehrzahl von Kanaleinrichtungen (2), welche entlang einer Stapelrichtung (S) stapelartig aufeinander angeordnet sind,
- wobei jede Kanaleinrichtung (2) ein Plattenpaar (3) mit einer ersten und einer zweiten Platte (3a, 3b) aufweist, die in der Stapelrichtung (S) einen ersten Fluidkanal (4a) begrenzen,
- wobei zwei in Stapelrichtung (S) benachbarte Kanaleinrichtungen (2) im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass durch einen zwischen den beiden benachbarten Kanaleinrichtungen (2) gebildeten Zwischenraum (5) ein fluidisch vom ersten Fluidkanal (4a) getrennter zweiter Fluidkanal (4b) ist,
- wobei im ersten Fluidkanal (4a) wenigstens einer Kanaleinrichtung (2), vorzugsweise aller Kanaleinrichtungen (2), eine Mehrzahl von Kanalelementen (6) vorgesehen ist, welche sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Platte (3a, 3b) verbunden sind, so dass die beiden entlang der Stapelrichtung (S) benachbarten Zwischenräume (5) der Kanaleinrichtung (2) mittels der Kanalelemente (6) fluidisch miteinander verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

[0002] Als Wärmetauscher oder Wärmeübertrager wird gemeinhin eine Vorrichtung bezeichnet, die Wärme von einem Stoffstrom auf einen anderen Stoffstrom überträgt. Wärmetauscher kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um in einer mit der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zusammenwirkenden Frischluftanlage die mittels eines Abgasturboladers aufgeladene Frischluft zu kühlen. Hierzu wird die zu kühlende Frischluft in den Wärmetauscher eingeleitet, wo sie thermisch mit einem ebenfalls in den Wärmetauscher eingeleiteten Kühlmittel wechselwirkt und auf diese Weise Wärme an das Kühlmittel abgibt.

[0003] Ein derartiger Wärmetauscher kann beispielsweise als Plattenwärmetauscher ausgestaltet sein und mehrere Platten-Anordnungen mit jeweils einem Plattenpaar aufweisen, die in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt sind, wobei zwischen den Platten eines Plattenpaars ein Frischluft-Pfad ausgebildet wird, durch den die zu kühlende Frischluft geführt wird. Zwischen zwei Platten-Anordnungen, also in einem zwischen zwei benachbarten Plattenpaaren ausgebildeten Zwischenraum, kann fluidisch getrennt von der zu kühlenden Frischluft das bereits genannte Kühlmittel geführt werden, welches durch die Platten der Platten-Anordnung in thermische Wechselwirkung mit der zu kühlenden Frischluft gesetzt werden kann. Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs können zwischen benachbarten Platten-Anordnungen Rippenstrukturen vorgesehen werden, welche die für die thermische Wechselwirkung zur Verfügung stehende Wechselwirkungsfläche der Platten erhöhen. Derartige Konstruktionen sind dem einschlägigen Fachmann unter dem Begriff "Rippe-Rohr-Wärmetauscher" bekannt.

[0004] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Wärmetauschern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, neue Wege aufzuzeigen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0006] Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher umfasst eine Mehrzahl von Kanaleinrichtungen zur Durchströmung mit einem ersten Fluid, welche entlang einer Stapelrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei weist jede Kanaleinrichtung ein Plattenpaar mit einer ersten und einer zweiten Platte auf, die in der Stapelrichtung einen ersten Fluidkanal zum Durchströmen mit dem ersten Fluid begrenzen. Der Begriff "Platte" soll vorliegend in einem umfassenden Wortsinn verwendet werden und umfasst insbesondere jedwede Art im Wesentlichen flächig ausgebildeter Bauteile. Auch Platten mit auf dieser, insbesondere abschnittsweise, ausgebildeten dreidimensionalen Strukturen sowie topfartig ausgebildete Platten sind von dem hier verwendeten Begriff "Platte" ausdrücklich umfasst.

[0007] Zwei in der Stapelrichtung benachbarte Kanaleinrichtungen sind im Abstand zueinander angeordnet, so dass durch den zwischen den beiden Kanaleinrichtungen gebildeten Zwischenraum ein zweiter Fluidkanal zum Durchströmen mit einem zweiten Fluid ausgebildet wird, welcher fluidisch vom ersten Fluidkanal getrennt ist. Im ersten Fluidkanal wenigstens einer Kanaleinrichtung, vorzugsweise aller Kanaleinrichtungen, ist eine Mehrzahl von Kanalelementen vorgesehen, welche jeweils sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Platte verbunden sind. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist dabei derart ausgebildet, dass die beiden in bzw. entgegengesetzt der Stapelrichtung benachbarten Zwischenräume der Kanaleinrichtung, die jeweils einen zweiten Fluidkanal ausbilden, durch die Kanalelemente fluidisch miteinander kommunizieren. Eine solche, erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Kanalelemente führt dazu, dass die Kanalgehäuse der Kanalelemente auf vorteilhafte Weise nahezu vollständig vom ersten Fluid, vorzugsweise der zu kühlenden Luft, umströmt werden können. Dies führt zu einer gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern verbesserten thermischen Wechselwirkung des ersten Fluids mit dem durch die einzelnen Kanalelemente strömenden zweiten Fluid, also vorzugsweise einem Kühlmittel. Im Ergebnis führt dies zu einem Wärmetauscher mit verbesserter Effizienz.

[0008] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kanalelement als Rohrkörper ausgebildet, der eine einen Kanalinnenraum teilweise begrenzenden Umfangswand umfasst. Bei dieser Ausgestaltung wird der Kanalinnenraum stirnseitig durch eine erste Durchgangsöffnung und durch eine dieser ersten Durchgangsöffnung gegenüberliegende, zweite Durchgangsöffnung begrenzt.

[0009] In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Umfangswand eine Wanddicke von höchstens 2mm, bevorzugt von höchstens 1,5mm, besonders bevorzugt von höchstens 1 mm auf. Auf diese Weise kann das Eigengewicht des Wärmetauschers auch bei einer großen Anzahl von verbauten Kanalelementen gering gehalten werden.

[0010] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die Kanalelemente integral an der ersten und zweiten Platte des ihnen zugeordneten Plattenpaars ausgeformt sein. Diese Maßnahme bietet sich an, wenn der Wärmetauscher mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden soll.

[0011] Eine besonders gleichmäßige Heiz- bzw. Kühlleistung lässt sich im Wärmetauscher in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erzielen, bei welcher für jedes Kanalelement in der ersten Platte der zugehörigen Kanaleinrichtung ein erster Plattendurchbruch und in der zweiten Platte derselben Kanaleinrichtung ein zweiter Plattendurchbruch vorgesehen ist. Dabei ist das jeweilige Kanalelement derart in dem von den beiden Platten begrenzten ersten Fluidkanal angeordnet, dass der erste Plattendurchbruch der ersten Platte über den Kanalinnenraum des Kanalelements fluidisch mit dem zweiten Plattendurchbruch kommuniziert.

[0012] In einer vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens die Kanalelemente und die Plattenpaare der Kanaleinrichtungen des Wärmetauschers mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist der gesamte Wärmetauscher mittels eines solchen additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Vom dem Begriff "additives Herstellungsverfahren" sind vorliegend alle Herstellungsverfahren umfasst, welche das Bauteil unmittelbar aus einem Computer-modell heraus schichtweise aufbauen. Derartige Herstellungsverfahren sind auch unter dem Begriff "Rapid Forming" bekannt. Unter dem Begriff "Rapid Forming" sind dabei insbesondere Produktionsverfahren zur schnellen und flexiblen Herstellung von Bauteilen mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus CAD-Daten gefasst. Die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens ermöglicht die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ohne bauteilspezifische Investitionsmittel wie z.B. Werkzeugformen o.ä. und nahezu ohne geometrische Einschränkungen. Mittels des additiven Herstellungsverfahrens ist es möglich, die Gestaltung des Wärmetauschers funktionsgebunden zu konstruieren. Damit können die einzelnen Bauteile des Wärmetauschers die Plattenpaare der Kanaleinrichtungen, sowie die einzelnen Kanalelemente sowie deren Schnittstellen zu den Plattenpaaren stark vereinfacht werden. Insbesondere entfallen bei herkömmlichen, unter Verwendung anderer Verfahren hergestellten Wärmetauschern zumeist in vielfältiger Form und großer Anzahl vorhandene Kleinteile wie etwa Dichtungselemente oder jeweils separat ausgebildete Befestigungselemente wie beispielsweise Streben o.ä.

[0013] Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscher einstückig ausgebildet sein. Eine solche, einstückige Ausbildung bildet sich insbesondere bei Verwendung des vorangehend vorgestellten additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, an. Bei einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers entfällt das sehr aufwändige und somit kostenintensive Befestigen der einzelnen Komponenten des Wärmetauschers aneinander.

[0014] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das additive Herstellungsverfahren das Laserschmelzen umfassen. Dies bedeutet, dass zum Herstellen von Kanalelementen und Plattenpaaren, vorzugsweise zum Herstellen des gesamten Wärmetauschers, ein Laserschmelzverfahren verwendet wird. Mittels eines solchen Verfahrens können die Komponenten des Wärmetauschers direkt aus 3D-CAD-Daten hergestellt werden. Grundsätzlich werden die Bauteile des Wärmetauschers beim Lasersintern werkzeuglos und schichtweise auf Basis des dem Wärmetauscher zugeordneten dreidimensionalen CAD-Modells gefertigt.

[0015] Bevorzugt sind nicht nur die Kanalelemente und die Plattenpaare der Kanaleinrichtungen, sondern der gesamte Wärmetauscher mittels besagten additiven Herstellungsverfahren hergestellt.

[0016] Vorzugsweise kann Wärmetauscher auch einstückig ausgebildet sein. Eine solche, einstückige Ausbildung bildet sich insbesondere bei Verwendung des vorangehend vorgestellten additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, an. Bei einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers entfällt das sehr aufwändige und somit kostenintensive Befestigen der einzelnen Komponenten des Wärmetauschers aneinander.

[0017] In einer vorteilhaften Weiterbildung können die Kanalelemente jeweils als sich entlang einer axialen Richtung erstreckende Hohlzylinder ausgebildet sein. Auf diese Weise kann bei geeigneter Anordnung der Hohlzylinder eine besonders stabile Abstützung an den benachbarten Kanalvorrichtungen erzielt werden. Ein solcher Hohlzylinder weist einen quer zur axialen Achse gemessenen Durchmesser auf, der höchstens 1 mm, bevorzugt höchstens 0,5mm, besonders bevorzugt höchstens 0,3mm, beträgt.

[0018] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besitzt die Umfangswand des Kanalelements in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung eine runde, vorzugsweise eine elliptische, höchst vorzugsweise eine kreisrunde, Geometrie. Ein Wärmetauscher mit einer derartigen Geometrie ist insbesondere bei Anwendung eines additiven Herstellungsverfahrens auf besonders einfache Weise herzustellen.

[0019] Besonders vorteilhafte Strömungseigenschaften und damit verbunden eine besonders hohe Effizienz des Wärmetauschers ergeben sich bei einer konstruktiven Ausgestaltung des Wärmetauschers derart, dass der erste Plattendurchbruch der ersten Platte in einer axialen Richtung mit den beiden Durchgangsöffnungen des Kanalelements und mit dem entsprechenden zweiten Plattendurchbruch der zweiten Platte fluchtet. Besagte axiale Richtung kann dabei durch eine Richtung definiert sein, die wiederum orthogonal zu einer durch die erste Platte definierten Plattenebene verläuft.

[0020] Besonders zweckmäßig kann in der ersten Platte eine Mehrzahl von ersten Plattendurchbrüchen vorgesehen sein, die bezüglich einer Draufsicht auf die erste Platte rasterartig mit einer Mehrzahl von ersten Rasterzeilen, in jedem Fall jedoch mit wenigstens zwei Rasterzeilen, auf dieser angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch in der zweiten Platte eine solche Mehrzahl von zweiten Plattendurchbrüchen vorgesehen sein, die bezüglich einer Draufsicht auf die zweite Platte rasterartig mit einer Mehrzahl von zweiten Rasterzeilen, in jedem Fall jedoch mit wenigstens zwei Rasterzeilen, auf dieser angeordnet sind. Beide Maßnahmen, für sich genommen oder in Kombination, führen zu einer erhöhten mechanischen Stabilität des Wärmetauschers.

[0021] Die mechanische Stabilität des Wärmetauschers kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nochmals erhöht werden, indem eine konstruktive Ausgestaltungsform gewählt wird, bei welcher die ersten Plattendurchbrüche zweier benachbarter Rasterzeilen versetzt zueinander angeordnet sind.

[0022] Eine stabile Befestigung der einzelnen Kanaleinrichtungen aneinander in Stapelrichtung wird erreicht, indem zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Kanaleinrichtungen eine Haltevorrichtung vorgesehen wird, welche eine erste Platte einer Kanaleinrichtung mit einer zweiten Platte der in Stapelrichtung benachbarten Kanaleinrichtung verbindet.

[0023] Besonders zweckmäßig kann die jeweilige Haltevorrichtung eine Mehrzahl von, insbesondere strebenartig ausgebildeten, Haltelementen umfassen, die sich an der ersten und der zweiten Platte abstützen.

[0024] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Wanddicke der Umfangswand der Kanalelemente höchstens 0,5mm, vorzugsweise höchstens 0,2mm. Mittels dieser Maßnahme kann das Eigengewicht des Wärmetauschers auch bei einer sehr großen Anzahl von Kanalelementen relativ gering gehalten werden.

[0025] Besonders zweckmäßig können die beiden in Stapelrichtung benachbarten Platten, die den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kanaleinrichtungen begrenzen, Teil eines Flachrohrs sein, das auf diese Weise den zweiten Fluidkanal begrenzt. Dies erleichtert die Realisierung des Wärmetauschers in Flachbauweise.

[0026] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

[0027] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0028] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

[0029] Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1

ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer perspektiven Ansicht,

Fig. 2

den Wärmetauscher der Figur 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittebene II-II der Figur 1.

[0030] Figur 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer perspektivischen Darstellung. Die Figur 2 zeigt den Wärmtauscher der Figur 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittebene II-II der Figur 1. Der Wärmetauscher 1 umfasst eine Mehrzahl von Kanaleinrichtungen 2 zur Durchströmung mit einem ersten Fluid F₁, welche entlang einer Stapelrichtung S stapelartig aufeinander angeordnet sind. Im Beispiel der Figur 1 sind exemplarisch drei in Stapelrichtung S aufeinandergestapelte Kanaleinrichtungen 2 dargestellt; in Varianten des Beispiels kann diese Anzahl aber variieren.

[0031] Wie Figur 1 erkennen lässt, weist jede Kanaleinrichtung 2 ein Plattenpaar 3 mit einer ersten und einer zweiten Platte 3a, 3b auf, die in der Stapelrichtung S einen ersten Fluidkanal 4a zum Durchströmen mit dem ersten Fluid F₁ begrenzen. Jeweils zwei in Stapelrichtung S benachbarte Kanaleinrichtungen 2 sind im Abstand übereinander, so dass durch den zwischen den benachbarten Kanaleinrichtungen 2 entstehenden Zwischenraum 5 ein fluidisch vom ersten Fluidkanal 4a getrennten zweiten Fluidkanal 4b zum Durchströmen mit einem zweiten Fluid F₂ ausgebildet wird.

[0032] In dem zwischen den Plattenpaaren 3a, 3b einer Kanaleinrichtung 2 ausgebildeten ersten Fluidkanal 4a ist entsprechend den Figuren 1 und 2 jeweils eine Mehrzahl von Kanalelementen 6 angeordnet. Die Kanalelemente 6 erstrecken sich im Beispielszenario in Stapelrichtung A und sind sowohl mit der ersten Platte 3a als auch mit der zweiten Kanalplatte 3b des den ersten Fluidkanal 4a in Stapelrichtung S begrenzenden Plattenpaars 3 verbunden. Mittels der Kanalelemente 6 werden die beiden dem Plattenpaar 3 der Kanaleinrichtung 2 in bzw. entgegen der Stapelrichtung S benachbarten Zwischenräume 5 fluidisch miteinander verbunden. Die Kanalelemente 6 können dabei integral an der ersten und zweiten Platte 3a, 3b des ihnen zugeordneten Plattenpaars 3 ausgeformt sein.

[0033] Ein durch einen bestimmten, einen zweiten Fluidkanal 4b ausbildenden Zwischenraum 5 strömendes Fluid F₂ kann also durch die Kanalelemente 6 in einen in oder entgegen der Stapelrichtung S benachbarten, ebenfalls einen zweiten Fluidkanal 4b ausbildenden Zwischenraum 5 gelangen. Beim zweiten Fluid F₂ kann es sich um ein Kühlmittel handeln, mittels welchem das erste Fluid F₁ - beispielsweise mittels eines Abgasturboladers aufgeladene Frischluft - vor dem Einbringen in eine Brennkraftmaschine abgekühlt werden soll. Die thermische Wechselwirkung zwischen den beiden Fluiden F₁, F₂ erfolgt in dem hier vorgestellten Wärmetauscher 1 durch die ersten und zweiten Platten 3a, 3b der Plattenpaare 3 hindurch, die jeweils einen ersten Fluidkanal 4a fluidisch von einem zweiten Fluidkanal 4b trennen, sowie über die Kanalelemente 6, welche ebenfalls für eine fluidische Trennung des ersten Fluidkanal 4a vom zweiten Fluidkanal 4b sorgen. Hierzu können die Kanalelemente 6 wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt als Rohrkörper 7 ausgebildet sein. Jeder Rohrkörper 7 weist im Beispielszenario eine Umfangswand 8 auf, welche einen Kanalinnenraum 9 teilweise begrenzt. Stirnseitig wird der Kanalinnenraum 9 durch eine erste Durchgangsöffnung 10a und durch eine dieser ersten Durchgangsöffnung 10a gegenüberliegende, zweite Durchgangsöffnung 10b begrenzt. Die Umfangswand 8 des Kanalelements 6 besitzt dabei im Beispielszenario eine Wanddicke von höchstens 2mm, bevorzugt von höchstens 1,5mm, besonders bevorzugt von höchstens 1 mm. Auf diese Weise kann das Eigengewicht des Wärmetauschers 1 gering gehalten werden.

[0034] Um die in Stapelrichtung S benachbarten Zwischenräume 5 mittels der rohrförmig ausgebildeten Kanalelemente 6 fluidisch miteinander zu verbinden, ist in der betreffenden ersten Platte 3a für jedes Kanalelement 6 ein erster Plattendurchbruch 11a und in der betreffenden zweiten Platte 3b ein zweiter Plattendurchbruch 11 b vorgesehen. Das betreffende Kanalelement 6 ist dabei derart in dem von den beiden Platten 3a, 3b begrenzten ersten Fluidkanal 4a angeordnet, dass der erste Plattendurchbruch 11a der ersten Platte 3a über den Kanalinnenraum 9 des Kanalelements 6 fluidisch mit dem zweiten Plattendurchbruch 11 b kommuniziert. Das zweite Fluid kann also aus dem Zwischenraum 5 durch den ersten Plattendurchbruch 11a der ersten Platte 3a und die erste Durchgangsöffnung 10 das Kanalelements 6 durch den Kanalinnenraum 9 hindurchströmen. Anschließend tritt es durch die zweite Durchgangsöffnung 10b und den zweiten Plattendurchbruch 11 b der zweiten Platte 3b desselben Plattenpaars 3 in den in Stapelrichtung S benachbarten Zwischenraum 5 ein. Als Wechselwirkungsflächen zwischen den beiden Fluiden stehen also alle Umfangswände 8 der Kanalelemente sowie die ersten und zweiten Platten 3a, 3b der Kanaleinrichtungen 2 zur Verfügung.

[0035] Grundsätzlich können die Kanalelemente 6 jeweils als sich entlang einer axialen Richtung A erstreckende Hohlzylinder ausgebildet sein. Im Beispielszenario sind die axiale Richtung A und die Stapelrichtung S identisch. Gleichzeitig verläuft die axiale Richtung A orthogonal zu einer durch die ersten Platte 3a der Plattenpaare 3 definierte Plattenebene E. Die als Hohlzylinder ausgebildeten Kanalelemente 6 weisen einen quer zur axialen Achse A gemessenen Durchmesser auf, der höchstens 1 mm, bevorzugt höchstens 0,5mm, besonders bevorzugt höchstens 0,3mm, beträgt. Dies erlaubt es, eine Vielzahl von Kanalelementen 6 vorzusehen und auf diese Weise die effektive Wärme-Wechselwirkungsfläche zwischen den beiden Fluiden gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern extrem zu erhöhen.

[0036] Im Beispielszenario besitzen die Umfangswände 8 der Kanalelemente 6 in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung A eine runde, vorzugsweise eine in Figur 1 dargestellte elliptische Geometrie. Auch eine kreisrunde Geometrie (nicht gezeigt) ist denkbar. In weiteren Varianten des Beispiels können auch andere Geometrien realisiert sein. Eine Wanddicke der Umfangswand 8 der Kanalelemente 6 kann höchstens 0,5mm, vorzugsweise höchstens 0,2mm, betragen.

[0037] Die in den Figuren dargestellten Kanalelemente 6 und Plattenpaare 3 mit den ersten und zweiten Platten 3a, 3b der Plattenpaare 3 des Wärmetauschers 1 sind mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt. Bevorzugt können alle wesentlichen Komponenten des Wärmetauschers 1, im Extremfall der vollständige Wärmetauscher, mittels eines solchen additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Die Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens gestattet die Herstellung des Wärmetauschers 1 ohne bauteilspezifische Investitionsmittel, wie z.B. Werkzeugformen o.ä. und nahezu ohne geometrische Einschränkungen. Mittels des additiven Herstellungsverfahrens ist es möglich, die Gestaltung des Wärmetauschers 1 funktionsgebunden - und nicht mehr werkzeuggebunden - zu konstruieren. Damit können die einzelnen Komponenten des Wärmetauschers 1 wie beispielsweise die Plattenpaare 3 sowie die die Plattenpaare 3 verbindenden Kanalelemente 6 direkt im Zuge des Herstellungsverfahrens integral aneinander ausgeformt werden. Die Bereitstellung von Kleinteilen wie beispielsweise Dichtungselementen zum Abdichten der Kanalelemente 6 kann somit weitgehend oder sogar vollständig entfallen.

[0038] Das hier vorgestellte additive Herstellungsverfahren kann auch das sogenannte Lasersintern umfassen. Dies bedeutet, dass wenigstens zum Herstellen der Plattenpaare 3 und der Kanalelemente 6, im Extremfall zum Herstellen des gesamten Wärmetauschers 1 ein Lasersinterverfahren verwendet wird, welches dem einschlägigen Fachmann auch unter dem Begriff "Laserschmelzen" bekannt ist. Mittels eines solchen Verfahrens können die Komponenten des Wärmetauschers direkt aus 3D-CAD-Daten hergestellt werden. Grundsätzlich werden die genannten Komponenten des Wärmetauschers 1 beim Laserschmelzverfahren werkzeuglos und schichtweise auf Basis eines dem Wärmetauscher 1 zugeordneten dreidimensionalen CAD-Modells gefertigt.

[0039] Wie die Darstellung der Figur 2 erkennen lässt, fluchten die in den ersten Platten 3a ausgebildeten ersten Plattendurchbrüche 11 a in der axialen Richtung A bzw. der Stapelrichtung S sowohl mit den beiden Durchgangsöffnungen 10a, 10b des dem ersten Plattendurchbruch 11a zugeordneten Kanalelements 6 als auch mit den zugeordneten, in der zweiten Platte 3b vorgesehenen zweiten Plattendurchbrüchen 11b.

[0040] Betrachtet man die Darstellung der Figur 1, so erkennt man weiterhin, dass die in der ersten Platte 3a vorgesehenen ersten Plattendurchbrüche 11a bezüglich einer Draufsicht auf die erste Platte 3a in axialer Richtung A bzw. Stapelrichtung S rasterartig - mit einer Mehrzahl von ersten Rasterzeilen 12 - auf dieser angeordnet sind. Entsprechend sind auch die der zweiten Platte 3b ausgebildeten zweiten Plattendurchbrüche 11 b bezüglich einer Draufsicht auf die zweite Platte 3b in axialer Richtung A bzw. in Stapelrichtung S rasterartig mit einer Mehrzahl von zweiten Rasterzeilen 12b auf dieser angeordnet. Die damit verbundene rasterartige Anordnung der Kanalelemente 6 führt zu einer verbesserten mechanischen Steifigkeit des Wärmetauschers 1. Dies gilt in besonderem Maße für die in Figur 1 gezeigte Variante, bei welcher die ersten Plattendurchbrüche 11a zweier benachbarter erster Rasterzeilen 12a und in analoger Weise die zweiten Plattendurchbrüche 11 b zweier benachbarter zweiter Rasterzeilen 12b versetzt zueinander angeordnet sind.

[0041] Die Befestigung der einzelnen Kanaleinrichtung 2 in Stapelrichtung S aneinander kann mittels einer in Figur 1 nur schematisch angedeuteten Haltevorrichtung 13 erfolgen. Jede Haltevorrichtung 13 umfasst eine Mehrzahl von strebenartig ausgebildeten Halteelementen 14, die zwischen den ersten und zweiten Platten 3a, 3b zweier benachbarter Kanaleinrichtungen 2 im jeweiligen Zwischenraum 5 angeordnet sind. Die strebenartig ausgebildeten Halteelemente 14 stützen sich einenends an der den Zwischenraum 5 in Stapelrichtung S begrenzenden zweiten Platte 3b und anderenends an der den Zwischenraum 5 entgegen der Stapelrichtung S begrenzenden ersten Platte 3a ab.

[0042] Alternativ dazu können die beiden in Stapelrichtung S benachbarten Platten 3b, 3a, die den Zwischenraum 5 zwischen zwei benachbarten Kanaleinrichtungen 2 begrenzen, Teil eines Flachrohrs (nicht gezeigt) sein, welches auf diese Weise den zweiten Fluidkanal 4b begrenzt. Dies erleichtert die Herstellung des Wärmetauschers 1 in Flachbauweise, insbesondere mittels des bereits erwähnten additiven Herstellungsverfahrens.

[0043] Es versteht sich, dass in den vorangehend erläuterten Figuren nur die wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 in schematischer Darstellung dargestellt sind. Konstruktive Details, die dem einschlägigen Fachmann aus seinem Fachwissen heraus bekannt sind, wie etwa ein Sammler zum Sammeln des zweiten Fluids F₂ nach dem Durchströmen durch die verschiedenen Kanalelemente 6 sowie Befestigungselemente oder Abstützelemente zum Befestigen bzw. Abstützen der einzelnen Kanalelemente 6 am Gehäuse' usw. sind in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

[0044] Der Wärmetauscher 1 kann auch einstückig ausgebildet sein. Eine solche, einstückige Ausbildung bildet sich insbesondere bei Verwendung des vorangehend vorgestellten additiven Herstellungsverfahrens, insbesondere des Laserschmelzens, an. Bei einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers entfällt das sehr aufwändige und somit kostenintensive Befestigen der einzelnen Komponenten des Wärmetauschers aneinander. Es versteht sich, dass im Falle einer einstückigen Ausbildung des Wärmetauschers 1 die vorliegend verwendeten Bezeichnungen wie z.B. "erste Platte 3a" gültig bleiben.

Ansprüche

1. Wärmetauscher (1),

- mit einer Mehrzahl von Kanaleinrichtungen (2) zur Durchströmung mit einem ersten Fluid (F₁), welche entlang einer Stapelrichtung (S) stapelartig übereinander angeordnet sind,

- wobei jede Kanaleinrichtung (2) ein Plattenpaar (3) mit einer ersten und einer zweiten Platte (3a, 3b) aufweist, die in der Stapelrichtung (S) einen ersten Fluidkanal (4a) zum Durchströmen mit dem ersten Fluid (F₁) begrenzen,

- wobei zwei in Stapelrichtung (S) benachbarte Kanaleinrichtungen (2) im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass durch einen zwischen den beiden benachbarten Kanaleinrichtungen (2) gebildeten Zwischenraum (5) ein fluidisch vom ersten Fluidkanal (4a) getrennter zweiter Fluidkanal (4b) zum Durchströmen mit einem zweiten Fluid (F₂) gebildet ist,

- wobei im ersten Fluidkanal (4a) wenigstens einer Kanaleinrichtung (2), vorzugsweise aller Kanaleinrichtungen (2), eine Mehrzahl von Kanalelementen (6) vorgesehen ist, welche sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Platte (3a, 3b) verbunden sind, so dass die beiden entlang der Stapelrichtung (S) benachbarten Zwischenräume (5) der Kanaleinrichtung (2) mittels der Kanalelemente (6) fluidisch miteinander kommunizieren.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kanalelement (6) als Rohrkörper (7) ausgebildet ist, der eine einen Kanalinnenraum (9) teilweise begrenzenden Umfangswand (8) umfasst, wobei der Kanalinnenraum (9) stirnseitig durch eine erste Durchgangsöffnung (10a) und eine dieser gegenüberliegende zweite Durchgangsöffnung (10b) begrenzt ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umfangswand (8) eine Wanddicke von höchstens 2mm, bevorzugt von höchstens 1,5mm, besonders bevorzugt von höchstens 1 mm, aufweist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass

- für jedes Kanalelement (6) in der ersten Platte (3a) ein erster Plattendurchbruch (11a) und in der zweiten Platte (3b) ein zweiter Plattendurchbruch (11 b) vorgesehen ist,

- die Kanalelemente (6) derart in dem von den beiden Platten (3a, 3b) begrenzten ersten Fluidkanal (4a) angeordnet sind, dass der erste Plattendurchbruch (11a) der ersten Platte (3a) über den Kanalinnenraum (9) des Kanalelements (6) fluidisch mit dem zweiten Plattendurchbruch (11 b) kommuniziert.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass

- wenigstens die Kanalelemente (6) und die Plattenpaare (3) des Wärmetauschers (1) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt sind, und/oder dass

- der Wärmetauscher (1) einstückig ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das additive Herstellungsverfahren ein Laserschmelzverfahren umfasst.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass

- das Kanalelement (6) als sich entlang einer axialen Richtung (A) erstreckender Hohlzylinder ausgebildet ist,

- der Hohlzylinder einen quer zur axialen Achse (A) gemessenen Durchmesser aufweist, der höchstens 1 mm, bevorzugt höchstens 0,5mm, besonders bevorzugt höchstens 0,3mm, beträgt.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kanalelemente (6) integral an der ersten und zweiten Platte (3a, 3b) des ihnen zugeordneten Plattenpaars (3) ausgeformt sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das die Umfangswand (8) des Kanalelements (6) in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung (A) eine runde, vorzugsweise eine elliptische, höchst vorzugsweise eine kreisrunde Geometrie aufweist.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Plattendurchbruch der ersten Platte in der axialen Richtung mit den beiden Durchgangsöffnungen des Kanalelements und mit dem zugeordneten zweiten Plattendurchbruch der zweiten Platte fluchtet.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass

- in der ersten Platte (3a) eine Mehrzahl von ersten Plattendurchbrüchen (11a) vorgesehen ist, die bezüglich einer Draufsicht auf die erste Platte (3a) rasterartig mit einer Mehrzahl von ersten Rasterzeilen (12a) auf dieser angeordnet sind, und/oder dass

- in der zweiten Platte (3b) eine Mehrzahl von zweiten Plattendurchbrüchen (11 b) vorgesehen ist, die bezüglich einer Draufsicht auf die zweite Platte (3b) rasterartig mit einer Mehrzahl von zweiten Rasterzeilen (12b) auf dieser angeordnet sind.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass

- die ersten Plattendurchbrüche zweier benachbarter erster Rasterzeilen versetzt zueinander angeordnet sind,

- die zweiten Plattendurchbrüche zweier benachbarter zweiter Rasterzeilen versetzt zueinander angeordnet sind.

13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zwei in Stapelrichtung (S) benachbarten Kanaleinrichtungen (2) eine Haltevorrichtung (13) vorgesehen ist, welche eine erste Platte (3a) einer bestimmten Kanaleinrichtung mit einer zweiten Platte (3b) der in Stapelrichtung (S) benachbarten Kanaleinrichtung (2) verbindet.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Haltevorrichtung (13) eine Mehrzahl von strebenartig ausgebildeten, Haltelementen (14), umfasst, die sich an der ersten und der zweiten Platte (3a, 3b) abstützen.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Wanddicke der Umfangswand (8) der Kanalelemente höchstens 0,5mm, vorzugsweise höchstens 0,2mm beträgt.

16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die einen Zwischenraum (5) zwischen zwei in der Stapelrichtung (S) benachbarten Kanaleinrichtungen (6) begrenzende beiden Platten (3a, 3b) Teil eines den zweiten Fluidkanal (5b) begrenzenden Flachrohrs sind.

Zeichnung