DE19707648A1 - Parallelstrom-Wärmeübertrager mit Plattenstapelaufbau - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Parallelstrom- Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derar­ tige Wärmeübertrager mit einem Stapelaufbau aus in geeigneter Weise durchbrochenen Platten sind verhältnismäßig einfach herstellbar, z. B. durch Verwendung gestanzter Platten. Paral­ lelstrom-Wärmeübertrager ermöglichen meist höhere Wärmeüber­ tragungsraten als Kreuzstrom-Wärmeübertrager und haben quer zur Fluidströmungsrichtung ein weitestgehend homogenes Tempe­ raturprofil. Letzteres ist häufig von Vorteil, z. B. dann, wenn in den Strömungskanälen eine chemische oder biologische Reaktion ablaufen soll.

Ein Parallelstrom-Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist in der Offenlegungsschrift DE 195 28 117 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Wärmeübertrager erstrecken sich die Strömungskanäle einer jeweiligen Kanalplatteneinheit von ei­ ner Hälfte des einen Plattenseitenbereichs zur diagonal ge­ genüberliegenden Hälfte des gegenüberliegenden Seiten­ bereichs, wozu die Strömungskanäle geeignet abgewinkelt sind, während in den anderen beiden Seitenbereich-Hälften je eine Schachtöffnung eingebracht ist. Die Zwischenplatteneinheiten weisen in jeder Hälfte der beiden gegenüberliegenden, die An­ schlußseiten bildenden Seitenbereiche je eine Schachtöffnung auf. Alle Schachtöffnungen sind langlochförmig derart gestal­ tet, daß jeweils alle auf einer Anschlußseite liegenden Strö­ mungskanalenden einer Kanalplatteneinheit mit einer gemeinsa­ men Schachtöffnung angrenzender Zwischenplatteneinheiten überlappen. Indem aufeinanderfolgende, durch eine jeweilige Zwischenplatteneinheit getrennte Kanalplatteneinheiten um 180° gekippt im Stapel angeordnet sind, werden auf diese Wei­ se insgesamt vier Anschlußschächte gebildet, von denen je zwei voneinander getrennt nebeneinander auf einer der beiden Anschlußseiten liegen. Die konstruktionsbedingten Abwinklun­ gen der Strömungskanalendbereiche verursachen einen gewissen Druckverlust, begrenzen die Kompaktheit des Wärmeübertrager­ aufbaus und verursachen in diesem Bereich eine Mischung aus Parallel- und Kreuzströmung, die zu Inhomogenitäten des Tem­ peraturprofils quer zur Hauptströmungsrichtung führen kann.

Bei einem weiteren, in dieser Offenlegungsschrift gezeigten Parallelstrom-Wärmeübertrager sind die Strömungskanäle gerad­ linig gestaltet, jedoch werden zwei unterschiedliche Arten von Zwischenplatten verwendet, die zwischen je zwei Kanal­ platteneinheiten einzufügen sind, was die Wärmeübertragungs­ leistung bezogen auf das Bauvolumen oder Gewicht des Wärme­ übertragers gegenüber der Verwendung nur einer Zwischenplatte verringert. Außerdem ergeben sich bei diesem Wärmeübertrager für jeden der insgesamt vier Anschlußschächte enge Durch­ trittsquerschnitte in Form kreisrunder Schachtöffnungen in den Platteneckbereichen, was entsprechende Druckverluste zur Folge hat.

In der Patentschrift DE 37 09 278 C2 sind Parallelstrom- Wärmeübertrager in Plattenstapelbauweise offenbart, bei denen keine durchbrochenen, sondern einseitig mit Strömungskanal bildenden Nuten versehene Platten übereinandergestapelt sind.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung eines Parallelstrom-Wärmeübertragers der eingangs ge­ nannten Art zugrunde, der relativ einfach herstellbar ist, eine vergleichsweise hohe Leistungsdichte und nur minimale Druckverluste besitzt und ein quer zur Strömungsrichtung in den Strömungskanälen weitestgehend homogenes Temperaturprofil aufweist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Parallelstrom-Wärmeübertragers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Wärmeübertrager sind jedem der vier Fluidanschlüsse mehrere Anschlußschächte zugeordnet, wobei sich die Anschlußschächte für die eine Hälfte übernächster Kanalplatten, d. h. für das eine der zwei durch den Wärmeüber­ trager hindurchzuführenden Fluide, entlang der jeweiligen An­ schlußseite mit denjenigen für die andere Hälfte übernächster Kanalplatten und damit für das andere der beiden Fluide ab­ wechseln. Unter Anschlußseiten sind dabei die beiden Bereiche aller Platten des Stapels gemeint, in denen sich die Enden der Strömungskanäle befinden. Durch diese Anordnung mit zwei Gruppen alternierender, mit je einem Fluidanschluß verbindba­ rer Anschlußschächte auf jeder Anschlußseite, läßt sich eine kompakte Bauform für den Wärmeübertrager bei gleichzeitig ho­ her Leistungsdichte, geringem Gewicht, geringem Druckverlust und homogener Temperaturverteilung quer zur Fluidströmungs­ richtung im Stapel realisieren. Die Plattenfläche läßt sich gleichmäßig unter Vermeidung größerer Totzonen mit Strömungs­ kanälen belegen, und stärkere Abwinklungen im Strömungskanal­ verlauf sind nicht erforderlich, denn die Strömungskanäle ei­ ner jeweiligen Kanalplatteneinheit brauchen nicht sämtlich einem gemeinsamen Anschlußschacht zugeführt werden. Vielmehr steht einem oder einigen wenigen benachbarten Strömungskanal­ enden, die entlang einer jeweiligen Anschlußseite aufeinan­ derfolgen, jeweils ein eigener Anschlußschacht zur Verfügung. Die verwendeten Kanalplatteneinheiten und Zwischenplattenein­ heiten können je nach Anwendungsfall jeweils aus einer ein­ zelnen oder aus mehreren zusammengefaßt aufeinandergelegten, durchbrochenen Platten bestehen.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Wärmeübertrager liegen bei jeder Kanalplatteneinheit entlang ihrer jeweiligen Anschlußseite je zwei Strömungskanalenden zwischen zwei auf­ einanderfolgenden Schachtöffnungen, wobei die beiden Enden zu einem gemeinsamen Anschlußschacht gehören, der zwischen den beiden Anschlußschächten liegt, zu denen die beiden Schacht­ öffnungen gehören.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Wärmeübertrager sind durch entsprechende Verjüngung der Strömungskanalend­ bereiche Zwischenräume gebildet, in welche die Schachtöffnun­ gen der Kanalplatteneinheiten eingebracht sind. Da die Schachtöffnungen auf diese Weise vollständig zwischen den Strömungskanalenden angeordnet sein können, ohne über diese vorzustehen, läßt sich der Wärmeübertrager besonders kompakt bauen.

Bei einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Wärmeübertrager münden wenigstens zwei der vier Gruppen von Anschlußschächten in Richtung Stapelhochachse über eine jeweilige Deckplatten­ einheit aus dem Stapel aus, die hierfür mit passenden Schachtöffnungen versehen ist.

In einer ersten, weiteren Ausgestaltung dieses Wärmeübertra­ gers ist gemäß Anspruch 5 auf wenigstens einer Deckplatten­ einheit eine Axialanschlußplatte angeordnet, welche die auf einer jeweiligen Anschlußseite liegenden, zur dort ausmünden­ den Gruppe von Anschlußschächten gehörigen Stapelöffnungen der Deckplatteneinheit mittels einer zugehörigen Anschlußöff­ nung miteinander verbindet und dadurch den zugehörigen ge­ meinsamen Fluidanschluß bereitstellt. Diese Variante ermög­ licht eine Zu- und Abführung des zugehörigen Fluids in axia­ ler Richtung, d. h. in Richtung der Stapelhochachse, über die Anschlußöffnung.

In einer zweiten, weiteren Ausgestaltung ist gemäß Anspruch 6 auf wenigstens einer Deckplatteneinheit entlang einer jewei­ ligen Anschlußseite ein zugehöriges Queranschlußrohr angeord­ net, in das eine der beiden dortigen Gruppen von Anschluß­ schächten einmündet und das daher als gemeinsamer Fluidan­ schluß für die betreffende Anschlußschachtgruppe fungiert. Diese Variante ermöglicht eine Zu- und Abführung des zugehö­ rigen Fluids an der betreffenden Stapelstirnseite quer zur Stapelhochachse.

Bei einem nach Anspruch 7 weitergebildeten Wärmeübertrager sind wenigstens zwei in Fluidverbindung stehende Gruppen von Anschlußschächten, d. h. die zu einem der beiden durch den Wärmeübertrager geführten Fluide gehörenden beiden Anschluß­ schachtgruppen, zu zwei sich gegenüberliegenden, parallel zur Stapelhochachse liegenden Stapelseiten hin nach außen offen, was durch entsprechend nach außen offene Gestaltung der be­ treffenden Schachtöffnungen erreicht wird. Die beiden An­ schlußschachtgruppen sind mit seitlich am Stapel gegenüber­ liegend angeordneten, geeignet geformten Anschlußrohren als jeweiligem gemeinsamem Fluidanschluß zur Zu- bzw. Abführung des zugehörigen Fluides verbunden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 Eine Draufsicht auf eine erste Kanalplatte für den Plattenstapelaufbau eines Parallelstrom-Wärmeüber­ tragers mit vier axial ausmündenden Anschlußschacht­ gruppen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Kanalplatte, die für denselben Wärmeübertrager wie die Kanalplatte von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Zwischenplatte, die jeweils zwischen der ersten Kanalplatte von Fig. 1 und der zweiten Kanalplatte von Fig. 2 im Wärmeübertrager- Plattenstapel angeordnet ist,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine obere Deckplatte für den aus den Platten der Fig. 1 bis 3 aufgebauten Plattenstapel,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine untere Deckplatte für den aus den Platten der Fig. 1 bis 3 aufgebauten Plattenstapel,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine obere Anschlußplatte für den aus den Platten der Fig. 1 bis 3 aufgebauten Plattenstapel,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine untere Anschlußplatte für den aus den Platten der Fig. 1 bis 3 aufgebauten Plattenstapel,

Fig. 8 eine Seitenansicht des mit den Platten der Fig. 1 bis 5 aufgebauten Wärmeübertragers mit Queranschluß­ rohren,

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Wärmeübertrager von Fig. 8,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine erste Kanalplatte für den Plattenstapelaufbau eines Parallelstrom-Wärmeüber­ tragers mit zwei Gruppen axial und zwei Gruppen seitlich ausmündender Anschlußschächte,

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine zweite Kanalplatte, die im selben Plattenstapel wie die erste Kanalplatte von Fig. 10 verwendet wird,

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine Zwischenplatte, die jeweils zwischen einer ersten Kanalplatte gemäß Fig. 10 und einer zweiten Kanalplatte gemäß Fig. 11 im Platten­ stapel angeordnet ist,

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine untere Deckplatte für den aus den Platten der Fig. 10 bis 12 aufgebauten Plattenstapel,

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine obere Deckplatte für den aus den Platten der Fig. 10 bis 12 aufgebauten Plattenstapel,

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine obere Anschlußplatte für den aus den Platten der Fig. 10 bis 14 aufgebau­ ten Plattenstapel,

Fig. 16 eine Draufsicht auf eine untere Anschlußplatte für den aus den Platten der Fig. 10 bis 14 aufgebau­ ten Plattenstapel,

Fig. 17 eine Draufsicht auf den aus den Platten der Fig. 10 bis 16 aufgebauten Wärmeübertrager mit zwei Quer­ anschlußrohren und zwei seitlichen, haubenförmigen Anschlußrohren und

Fig. 18 eine Seitenansicht des Wärmeübertragers von Fig. 17 bei abgenommenen haubenförmigem Anschlußrohr.

Fig. 1 zeigt eine für einen Parallelstrom-Wärmeübertrager in Plattenstapelbauweise verwendete Kanalplatteneinheit in Form eines mit Durchbrüchen versehenen, rechteckigen Kanalblechs 1. Die Durchbrüche beinhalten vier parallel zueinander ange­ ordnete Strömungskanäle 2a bis 2d, die sich zwischen den bei­ den Querseitenbereichen erstrecken, welche als Anschlußseiten 3a, 3b des Stapels fungieren. In diesen Anschlußseiten 3a, 3b sind als weitere Plattendurchbrüche jeweils eine Mehrzahl von Schachtöffnungen 4a, 4b, 5a, 5b, 5c eingebracht. Innerhalb des Plattenrahmens verbleibt zwischen den Durchbrüchen eine Struktur aus Stegen 6, die zum einen als abdichtende Trenn­ elemente zwischen benachbarten Strömungskanälen und vor allem zwischen den Strömungskanälen 2a bis 2d und den Schachtöff­ nungen 4a bis 5c sowie als Stabilisierungselemente dienen, indem sie zwischen den Strömungskanälen 2a bis 2d durchgehen­ de Wandungen im fertigen Plattenstapel bilden.

Die parallel zu den Plattenlängsseiten verlaufenden Strö­ mungskanäle 2a bis 2d sind zu ihren Enden 7a, 7b hin auf sich diagonal gegenüberliegenden Seiten einseitig verjüngt, so daß sie entlang der Anschlußseiten Zwischenräume belassen, in de­ nen sich die Schachtöffnungen 4a bis 5c befinden, die auf diese Weise entlang der Anschlußseiten 3a, 3b neben den Strö­ mungskanalenden 7a, 7b liegen und mit diesen nach außen hin bündig abschließen. Die Verjüngungen in den Strömungskanal­ endbereichen 7a, 7b sind auf den beiden Anschlußseiten 3a, 3b so gewählt, daß die Schachtöffnungen 4a, 4b auf der einen Anschlußseite 3a gegenüber den Schachtöffnungen 5a bis 5c auf der anderen Anschlußseite 3b um eine Strömungskanalbreite versetzt sind. In den Zwischenraum zwischen je zwei Schacht­ öffnungen erstreckt sich je ein Paar nebeneinanderliegender Strömungskanalenden hinein. Bedingt durch diese Plattenge­ staltung sind die beiden äußeren Schachtöffnungen 5a, 5c, die nur noch einer Strömungskanalverjüngung benachbart sind, nur noch halb so groß wie die übrigen Schachtöffnungen, 4a, 4b, 5b, die sich jeweils in dem von zwei einander zugewandten Strömungskanalverjüngungen gebildeten Zwischenraum befinden.

Im Plattenstapel des Wärmeübertragers ist eine erste Hälfte übernächster, erster Kanalplatteneinheiten, die sich mit der anderen Hälfte übernächster, zweiter Kanalplatteneinheiten abwechseln, von dem in Fig. 1 gezeigten Kanalblechtyp gebil­ det, wobei jede Hälfte aus unter sich gleich gestalteten und positionierten Kanalplatteneinheiten besteht. Als zweite Kanalplatteneinheit ist das in Fig. 2 gezeigte Kanalblech 8 verwendbar, das identisch zum Kanalblech 1 von Fig. 1 aufge­ baut ist, wobei jedoch die zweiten Kanalplatten 8 gegenüber den ersten Kanalplatten 1 um 180° um die Plattenhochachse verdreht im Stapel angeordnet sind. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 2 dieselben Bezugszeichen für die einzelnen Elemente der Kanalplatte 8 wie in Fig. 1 verwendet, wobei die Kanal­ platten 1, 8 in ihrer korrespondierenden Lage im Plattensta­ pel gezeigt sind und die Lage der Anschlußseiten 3a, 3b daher unverändert ist.

Zwischen jeweils einem ersten Kanalblech 1 und einem zweiten Kanalblech 8 ist im Stapel eine Zwischenplatteneinheit in Form eines Zwischenblechs 9 eingefügt, wie es in Fig. 3 dar­ gestellt ist. In das Zwischenblech 9 sind entlang jeder An­ schlußseite 3a, 3b eine Reihe von Schachtöffnungen 10, 11 eingebracht, die in Form und Lage einer Zusammenfassung aller Schachtöffnungen des ersten Kanalblechs 1 und des zweiten Ka­ nalblechs 8 entsprechen. Dies bedeutet, daß jede Schachtöff­ nung 10, 11 des Zwischenblechs 9 auf einer Seite mit einer Schachtöffnung des ersten bzw. zweiten Kanalblechs 1, 8 fluchtend überlappt und auf der anderen Seite mit einem dort befindlichen Paar nebeneinanderliegender Strömungskanalenden bzw. im Fall der äußersten, nur noch halb so großen Schacht­ öffnungen mit einem dortigen Strömungskanalende des zweiten bzw. ersten Kanalblechs 8, 1 überlappt. Da die Schachtöffnun­ gen 4a bis 5c in den ersten Kanalblechen 1 um eine Strömungs­ kanalbreite gegenüber denjenigen in den zweiten Kanalblechen 8 versetzt angeordnet sind, entstehen durch diese Überlappun­ gen von Schachtöffnungen 4a bis 5c, 10, 11 und Strömungs­ kanalenden 7a, 7b auf jeder Anschlußseite 3a, 3b eine Reihe aufeinanderfolgender, voneinander getrennter Anschlußschäch­ te, wobei jeweils übernächste Anschlußschächte einer An­ schlußseite und die um eine Strömungskanalbreite versetzten, übernächsten Anschlußschächte auf der anderen Anschlußseite mit den Strömungskanälen der ersten bzw. der zweiten Ka­ nalbleche 1, 8 in Fluidverbindung stehen. In ihrem Mittenbe­ reich 12 zwischen den Anschlußbereichen 3a, 3b sind die Zwi­ schenbleche 9 ohne Durchbrüche und damit geschlossen gestal­ tet, so daß diese Mittenbereiche 12 als Trennwände zwischen den Strömungskanälen der ersten Kanalbleche 1 und den jeweils benachbarten Strömungskanälen der zweiten Kanalbleche 8 fun­ gieren. Da über diese Trennwände die hauptsächliche Wärme­ übertragung erfolgt, wird für die Zwischenplatteneinheiten stets ein hoch wärmeleitfähiges Material verwendet, während dies für die Kanalplatteneinheiten nicht zwingend erforder­ lich ist.

Je nachdem, wie die vier Gruppen Anschlußschächten, von denen je eine Gruppe auf einer zugehörigen Anschlußseite 3a, 3b liegt und mit den Strömungskanalenden der zugehörigen ersten bzw. zweiten Kanalbleche 1, 8 in Verbindung steht, an äußere Fluidzuführungen bzw. -abführungen angeschlossen werden, kann der Plattenstapel-Wärmeübertrager im Gleichstrom oder im Ge­ genstrom betrieben werden. Für den Plattenstapel kann die Aufeinanderfolge von erstem Kanalblech 1, Zwischenblech 9, zweitem Kanalblech 8, Zwischenblech 9, erstem Kanalblech 1 usw. in gewünschter Anzahl ein- oder mehrmals wiederholt wer­ den. Wenn der dadurch gebildete Plattenstapel auf beiden Stirnseiten mit je einer Deckplatte 13, 14 abgeschlossen wird, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind, entsteht ein Gegenstrom-Wärmeübertrager mit stirnseitig ausmündenden Anschlußschächten, bei denen das jeweilige Fluid auf der ei­ nen Stapelstirnseite entlang der einen Anschlußseite zuge­ führt und auf der anderen Stapelstirnseite auf der gegenüber­ liegenden Anschlußseite abgeführt wird. Hierzu sind im einen, z. B. oberen, Deckblech 13 auf jeder Anschlußseite 3a, 3b, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Reihe von Schachtöffnungen 15, 16 eingebracht, die mit einer jeweiligen Gruppe von Anschluß­ schächten auf der betreffenden Anschlußseite 3a, 3b fluchten, von denen die eine Gruppe mit den im Stapel übernächsten Strömungskanälen für das eine Fluid und die andere Gruppe mit den übernächsten Strömungskanälen für das andere Fluid in Verbindung stehen. Dazu korrespondierend sind in dem anderen, z. B. unteren, Deckblech 14 auf jeder Anschlußseite 3a, 3b Schachtöffnungen 17, 18 eingebracht, die mit der jeweils an­ deren Gruppe übernächster Anschlußschächte des Stapels fluch­ ten.

Im übrigen sind in den beiden Deckblechen 13, 14 keine weite­ ren Durchbrüche vorgesehen, so daß die Deckbleche 13, 14 ins­ besondere die jeweils mit den Schachtöffnungen des anderen Deckblechs korrespondierenden Anschlußschächte auf je einer Stapelstirnseite nach außen abdecken. Durch diese Gestaltung der Deckbleche, 13, 14 wird das jeweilige Fluid über die Schachtöffnungen auf einer Anschlußseite des einen Deckblechs in die zugehörigen Anschlußschächte eingeleitet, strömt von dort über die zugehörigen übernächsten Strömungskanäle unter Bewirkung der gewünschten Wärmeübertragung zu den korrespon­ dierenden gegenüberliegenden Anschlußschächten und von dort über die auf dieser Anschlußseite liegenden Schachtöffnungen des anderen Deckblechs aus dem Stapel heraus.

Die Fig. 6 und 7 bzw. 8 und 9 zeigen zwei Varianten der Zu- und Abführung der beiden Fluide. Bei der einen Variante sind eine auf das Deckblech von Fig. 4 aufgelegte, z. B. obe­ re, Abschlußplatte 19, wie Fig. 6 gezeigt, und eine auf das Deckblech von Fig. 5 aufgelegte, z. B. untere, Anschlußplatte 20, wie in Fig. 7 gezeigt, vorgesehen. Jede der beiden An­ schlußplatten 19, 20 weist auf jeder Anschlußseite 3a, 3b ei­ ne durchgehende Anschlußöffnung 21 bis 24 auf, deren Ausdeh­ nung so groß gewählt ist, daß alle Schachtöffnungen 15 bis 18 auf der betreffenden Anschlußseite des angrenzenden Deck­ blechs 13, 14 und damit die ganze entsprechende Gruppe von Anschlußschächten des Stapels einmünden, so daß jede An­ schlußöffnung 21 bis 24 als gemeinsamer Fluidanschluß für die jeweilige Anschlußschachtgruppe fungiert. Die Anschlußöffnun­ gen 21 bis 24 sind auf ihrer den Deckblechen 13, 14 abgewand­ ten Seite so gestaltet, daß sie zu einem zugehörigen An­ schlußelement passen. Speziell laufen die Anschlußöffnungen 21 bis 24 im Beispiel der Fig. 6 und 7 von einem an die Deckbleche angrenzenden, weitgehend rechteckförmigen Quer­ schnitt stetig in einen kreisförmigen Querschnitt 25 bis 28 zu, der sich als Anschluß für kreisrohre Runde eignet, die in Stapelrichtung verlaufend angeschlossen werden.

Bei der zweiten, in den Fig. 8 und 9 gezeigten Variante wird für jede der vier Anschlußschachtgruppen jeweils ein Queranschlußrohr 29 bis 32 verwendet, von denen jedes mit seinem anschlußseitigen, stirnseitig geschlossenen Endbereich quer zur Stapelhochachse 33 entlang einer jeweiligen An­ schlußseite 3a, 3b verlaufend auf das entsprechende Deckblech an der jeweiligen Stirnseite des Plattenstapels 34 aufgesetzt ist. Dazu sind die Queranschlußrohre 29 bis 32 in diesem End­ bereich seitlich in axialer Richtung schräg angeschnitten und mit der Schnittfläche fluiddicht durch Löten, Schweißen oder dgl. mit dem jeweiligen Deckblech verbunden, wobei alle Deck­ blech-Schachtöffnungen auf der betreffenden Anschlußseite 3a, 3b in diesen Rohrendbereich münden, der somit als Verteiler- bzw. Sammelkasten für die entsprechenden Anschlußschächte dient.

Durch den schrägen axialen Rohranschnitt und/oder durch einen sich zum geschlossenen Stirnende hin verjüngenden Rohrwan­ dungsverlauf wird eine Querschnittsanpassung der Queran­ schlußrohre 29 bis 32 an den durchzuführenden Volumenstrom erreicht, d. h. der Querschnitt jedes Queranschlußrohrs 29 bis 32 verkleinert sich zum Stirnendbereich entsprechend der ab­ nehmenden Anzahl korrespondierender Anschlußschächte. Es er­ geben sich dadurch günstige Fluidströmungseigenschaften nicht nur in den geradlinig gestalteten Strömungskanälen selbst, sondern auch in den Anschlußbereichen, d. h. den Anschluß­ schächten und den Queranschlußrohren, die vergleichsweise ge­ ringe Druckverluste verursachen. Die Variante mit den Queran­ schlußrohren 29 bis 32 eignet sich besonders auch für den Einsatz in Fällen, in denen nur wenig Einbauraum in Richtung der Stapelhochachse 33 vorhanden und daher ein Rohranschluß in dieser Richtung erschwert ist.

Die Fig. 10 bis 18 veranschaulichen den Aufbau eines wei­ teren Parallelstrom-Wärmeübertragers in Plattenstapelbauwei­ se, bei dem das eine Fluid über die beiden gegenüberliegenden Stapelstirnseiten zu- und abgeführt wird, während das andere Fluid an zwei gegenüberliegenden Stapelquerseiten zu- und ab­ geführt wird. Als erste Kanalplatteneinheiten werden bei die­ sem Wärmeübertrager wiederum die ersten Kanalbleche 1 gemäß Fig. 1 in der dort gezeigten Lage verwendet, was durch die Wiedergabe einer solchen ersten Kanalplatte 1 in Fig. 10 ver­ deutlicht ist, wo dementsprechend identische Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind, so daß zu deren Beschreibung auf das zu Fig. 1 Gesagte verwiesen werden kann.

Als zweite Kanalplatteneinheiten werden Kanalbleche 40 ver­ wendet, von denen eines in Fig. 11 gezeigt ist. Dieses zweite Kanalblech 40 entspricht im wesentlichen dem zweiten Ka­ nalblech von Fig. 2, insbesondere hinsichtlich der Gestaltung der Strömungskanäle 2a bis 2d, so daß insoweit gleiche Be­ zugszeichen verwendet sind und auf die Beschreibung zu Fig. 2 verwiesen werden kann. Als wesentliche Modifikation sind bei diesem Typ von Kanalblech 40 Schachtöffnungen 41a, 41b, 42a, 42b, 42c entlang den beiden Anschlußseiten 3a, 3b einge­ bracht, die in Form und Lage von denjenigen des Kanalblechs von Fig. 2 insoweit abweichen, als sie unter Durchbrechung des Plattenrahmens des Kanalblechs von Fig. 2 auf der betref­ fenden Querseite nach außen offen sind, um einen querseitigen Fluidzugang für die zugehörigen Anschlußschächte im fertigen Plattenstapel bereitzustellen.

Fig. 12 zeigt eine für diesen Wärmeübertrager verwendete Zwi­ schenplatteneinheit in Form eines Zwischenblechs 43, das dem Zwischenblech von Fig. 3 mit der Ausnahme entspricht, daß diejenigen Schachtöffnungen 44, 45, die mit den quer nach au­ ßen offen gestalteten Schachtöffnungen 41a bis 42c des zwei­ ten Kanalblechs 40 im Plattenstapel überlappen, ebenfalls quer nach außen offen gestaltet sind. Die zwei anderen Grup­ pen übernächster Schachtöffnungen 46, 47 auf der jeweiligen Anschlußseite 3a, 3b sind hingegen identisch zu den positi­ onsgleichen Schachtöffnungen des Zwischenblechs von Fig. 3.

Die Fig. 13 und 14 zeigen zwei für diesen Wärmeübertrager verwendbare Deckbleche 48, 49. Das in Fig. 13 gezeigte, z. B. untere, Deckblech 48 beinhaltet auf einer Anschlußseite 3a Schachtöffnungen 50, die identisch zu den geschlossen gestal­ teten Schachtöffnungen 46 des Zwischenblechs 43 auf der glei­ chen Anschlußseite 3a sind, während das Deckblech ansonsten keine weiteren Durchbrüche aufweist. Das andere, z. B. obere, Deckblech 49 weist, wie in Fig. 14 dargestellt, Schachtöff­ nungen 51 auf der anderen Anschlußseite 3b auf, die mit den geschlossen gestalteten Schachtöffnungen 47 des Zwischen­ blechs 43 auf der betreffenden Anschlußseite 3b korrespondie­ ren. Auch dieses Deckblech 49 besitzt ansonsten keine weite­ ren Durchbrüche.

Der Plattenstapel dieses Wärmeübertragers wird wiederum durch eine vorgebbare Anzahl von Wiederholungen der Stapel folge aus einem ersten Kanalblech 1, einem Zwischenblech 43, einem zweiten Kanalblech 40 und einem Zwischenblech 43 aufgebaut, und durch die beiden Deckbleche 48, 49 stirnseitig abge­ schlossen. Der so gebildete Plattenstapel entspricht demjeni­ gen des Beispiels der Fig. 1 bis 9 mit der Ausnahme, daß die zur Führung eines der beiden Fluide dienenden beiden An­ schlußschachtgruppen nicht wie die anderen beiden Anschluß­ schachtgruppen für das andere Fluid über die Deckbleche 48, 49 an den Stapelstirnseiten ausmünden, sondern über ihre zu­ gehörige Schachtöffnungen 41a, 41b, 42a, 42b, 42c, 44, 45 zu den jeweiligen Stapelquerseiten hin offen sind, während sie stapelstirnseitig durch die Deckbleche 48, 49 abgedeckt wer­ den. Für die beiden Fluidanschlüsse zur Zu- und Abführung des einen Fluids über die Plattenstirnseiten sind wieder die bei­ den zu den Fig. 1 bis 9 oben erläuterten Varianten reali­ sierbar. Die Fig. 15 und 16 veranschaulichen die Variante, bei denen eine jeweilige Abdeckplatte 52, 53 auf den Deckble­ chen 48, 49 angebracht ist. Fig. 15 zeigt die zum Anbringen auf dem Deckblech 49 von Fig. 14 geeignete Anschlußplatte 52, die auf der entsprechenden Anschlußseite 3b eine Anschlußöff­ nung 54 aufweist, die mit der seitengleichen Anschlußöffnung 22 der Anschlußplatte 19 von Fig. 6 identisch ist und einen gemeinsamen Fluidanschluß für die in sie mündenden Schacht­ öffnungen 51 des Deckblechs 49 bildet. Analog zeigt Fig. 16 die zum Deckblech 48 von Fig. 13 gehörige Anschlußplatte 53, die auf der anderen Anschlußseite 3a mit einer Anschlußöff­ nung 55 versehen ist, die wiederum mit der seitengleichen An­ schlußöffnung der Anschlußplatte 20 von Fig. 7 identisch ist und einen gemeinsamen Fluidanschluß für die auf dieser An­ schlußseite 3a liegenden Schachtöffnungen 50 des angrenzenden Deckblechs 48 bildet.

Die Fig. 17 und 18 zeigen den gesamten Plattenstapelaufbau des Wärmeübertragers mit der zweiten Anschlußvariante für die plattenstirnseitig ausmündenden Anschlußschächte, nämlich dem Anbringen von Queranschlußrohren 56, 57 auf den Deckblechen 48, 49 entlang jeweils einer Anschlußseite 3a, 3b derart, daß die Schachtöffnungen des betreffenden Deckblechs 48, 49 in das in seinem Anschlußendbereich axial aufgeschnittene Rohr 56, 57 münden, wie dies oben zu den Fig. 8 und 9 detail­ liert erläutert ist, worauf hier verwiesen werden kann. Wäh­ rend somit das eine Fluid über das eine Queranschlußrohr auf einer Stapelstirnseite zugeführt wird und nach Durchströmung der dort mündenden Anschlußschächte und der mit diesen in Verbindung stehenden Strömungskanäle über die zugehörigen ge­ genüberliegenden Anschlußschächte auf der anderen Stapel­ stirnseite wieder den Plattenstapel verläßt, wird das andere Fluid über zwei auf gegenüberliegenden Stapelquerseiten senk­ recht zur Stapelhochachse und zur Längsrichtung der Queran­ schlußrohre 56, 57 verlaufende Seitenanschlußrohre 59, 60 zu- und abgeführt. Diese beiden Seitenanschlußrohre 59, 60 weiten sich an ihrem Anschlußende haubenförmig zu einem rechteckigen Querschnitt auf, mit dem sie fluchtend und fluiddicht an der betreffenden Stapelquerseite fixiert sind. Jedes Seitenan­ schlußrohr 59, 60 bildet auf diese Weise mit seiner hauben­ förmigen endseitigen Aufweitung einen gemeinsamen Fluidan­ schluß für die darin mündenden, quer nach außen offenen Schachtöffnungen auf der betreffenden Anschlußseite 3a, 3b. Der zugehörige Fluidstrom wird über das eine Seitenanschluß­ rohr seitlich in die zugehörigen Anschlußschächte der angren­ zenden Stapelanschlußseite eingespeist, durchquert von dort die zugehörige Hälfte übernächster Strömungskanäle und wird über die zugehörigen Anschlußschächte auf der anderen An­ schlußseite quer nach außen über das gegenüberliegende Sei­ tenanschlußrohr abgeführt.

Aus der in Fig. 18 dargestellten Seitenansicht des aufgebau­ ten Plattenstapels 58 von einer Queranschlußseite her bei ab­ genommenen Seitenanschlußrohr 60 ist die Aufeinanderfolge der unterschiedlichen Platten im Stapel zu erkennen, wobei zur Verdeutlichung Platten desselben Typs jeweils mit dem glei­ chen Bezugszeichen belegt sind. Die dunklen Bereiche reprä­ sentieren die zu der dargestellten Stapelquerseite hin offe­ nen Stapelbereiche, wie sie durch die sich überlappenden, zu dieser Seite hin offenen Schachtöffnungen der zweiten Ka­ nalbleche 40 und der Zwischenbleche 43 gebildet sind.

Es versteht sich, daß neben den beiden gezeigten Ausführungs­ beispielen zahlreiche demgegenüber modifizierte, erfindungs­ gemäße Parallelstrom-Wärmeübertrager in Plattenstapelbauweise realisierbar sind. So kann insbesondere die Anzahl von Strö­ mungskanälen pro Kanalplatteneinheit und/oder die Anzahl und Positionierung der Schachtöffnungen in den einzelnen Platten­ einheiten sowie die Anzahl von im Stapel verwendeten Platten­ einheiten in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall pas­ send gewählt werden. Bei Bedarf können anstelle der gezeigten zwei auch nur ein oder mehr als zwei Strömungskanalenden in je einen Anschlußschacht münden. Charakteristisch ist für den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager, daß auf jedem der beiden, nicht zwingend gegenüberliegend angeordneten, sondern allein durch die Lage der Strömungskanalenden definierten Anschluß­ bereiche mehrere Anschlußschächte für jedes der beiden im Stapel in Wärmekontakt stehenden Fluide in abwechselnder Fol­ ge vorgesehen sind. Es zeigt sich, daß durch den erfindungs­ gemäßen Plattenstapelaufbau ein im Gleichstrom oder Gegen­ strom betreibbarer Wärmeübertrager mit hoher Leistungsdichte, kompakter Bauform, geringem Gewicht, geringem Druckverlust und homogener Temperaturverteilung realisiert wird. Der Wär­ meübertrager ist bei Bedarf ohne weiteres in Mikro-Bauweise realisierbar und kann u. a. als chemischer oder biologischer Reaktor, als Hochleistungs-Ölkühler, z. B. für Rennwagen, und als Kühlelement für Hochtemperaturbatterien von Elektrofahr­ zeugen eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Parallelstrom-Wärmeübertrager mit einem Stapelaufbau aus durchbrochenen Platten, mit

• - Kanalplatteneinheiten (1, 8) mit nebeneinanderliegenden, sich zwischen zwei Anschlußseiten (3a, 3b) erstreckenden Strömungskanälen (2a bis 2d) sowie mit davon getrennt entlang der Anschlußseiten angeordneten Schachtöffnungen (4a, 4b, 5a, 5b, 5c) und
• - Zwischenplatteneinheiten (9), die Schachtöffnungen (10, 11) entlang der Anschlußseiten (3a, 3b) aufweisen und zwischen je zwei Kanalplatteneinheiten (1, 8) angeordnet sind, wobei
• - die Strömungskanäle (2a bis 2d) benachbarter Kanalplat­ teneinheiten (1, 8) durch eine jeweilige Zwischenplatten­ einheit (9) voneinander getrennt sind und sich die Schachtöffnungen (4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 10, 11) und Strö­ mungskanalenden (7a, 7b) zur Bildung von je zwei Gruppen von Anschlußschächten auf jeder Anschlußseite (3a, 3b) derart überlappen, daß auf jeder Anschlußseite (3a, 3b) die Strömungskanalenden (7a, 7b) der einen Hälfte über­ nächster Kanalplatteneinheiten (1) getrennt von den sei­ tengleichen Strömungskanalenden (7a, 7b) der anderen Hälfte übernächster Kanalplatteneinheiten (8) über die Anschlußschächte mit je einem zugehörigen Fluidanschluß (21, 22, 23, 24) verbindbar sind,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - für die Strömungskanäle (2a bis 2d) jeder der beiden Hälften übernächster Kanalplatteneinheiten (1, 8) mehrere Anschlußschächte auf jeder Anschlußseite (3a, 3b) gebil­ det sind, wobei sich die Anschlußschächte für die eine Hälfte übernächster Kanalplatteneinheiten (1) entlang je­ der Anschlußseite (3a, 3b) mit denjenigen für die andere Hälfte übernächster Kanalplatteneinheiten (8) abwechseln.

2. Parallelstrom-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß entlang jeder beiden Anschlußsei­ ten (3a, 3b) der Kanalplatteneinheiten (1, 8) zwischen je zwei Schachtöffnungen (4a, 4b, 5a, 5b, 5c) ein Paar benach­ barter Strömungskanalenden angeordnet ist, die in denselben Anschlußschacht münden.

3. Parallelstrom-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2a bis 2d) in ihren Endbereichen (7a, 7b) zur Bildung von Zwi­ schenräumen verjüngt sind, in welche die Schachtöffnungen (4a, 4b, 5a, 5b, 5c) der Kanalplatteneinheiten (1, 8) einge­ bracht sind.

4. Parallelstrom-Wärmeübertrager nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Gruppen von Anschlußschächten senkrecht zur Stapelhoch­ achse (33) verlaufen und in dazu senkrechter Richtung ge­ schlossen sind und stapelstirnseitig über Schachtöffnungen (15 bis 18) einer jeweiligen Deckplatteneinheit (13, 14) aus­ münden.

5. Parallelstrom-Wärmeübertrager nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Deckplatten­ einheit (13, 14) eine Anschlußplatte (19, 20) angeordnet ist, die zwei getrennte Anschlußöffnungen (21, 22, 23, 24) auf­ weist, in welche jeweils alle Anschlußschächte einer An­ schlußseite münden, die mit den Strömungskanälen einer jewei­ ligen Hälfte übernächster Kanalplatteneinheiten in Verbindung stehen.

6. Parallelstrom-Wärmeübertrager nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Deckplatten­ einheit (13, 14) entlang einer jeweiligen Anschlußseite (3a, 3b) ein zugehöriges Queranschlußrohr (29 bis 32) angeordnet ist, in das alle Anschlußschächte dieser Anschlußseite mün­ den, die mit den Strömungskanälen einer jeweiligen Hälfte übernächster Kanalplatteneinheiten in Verbindung stehen.

7. Parallelstrom-Wärmeübertrager nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Gruppen von über die Strömungskanäle einer Hälfte über­ nächster Kanalplatteneinheiten (40) in Fluidverbindung ste­ henden Anschlußschächten quer zur Stapelhochachse über nach außen offene Schachtöffnungen (41a, 41b, 42a, 42b, 42c) in zugehörige, seitlich am Stapel (58) angeordnete Seitenan­ schlußrohre (59, 60) münden.