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DE19517174C1 - Plate heat exchanger with stacked heat exchange plates - Google Patents

Plate heat exchanger with stacked heat exchange plates

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DE19517174C1
DE19517174C1 DE1995117174 DE19517174A DE19517174C1 DE 19517174 C1 DE19517174 C1 DE 19517174C1 DE 1995117174 DE1995117174 DE 1995117174 DE 19517174 A DE19517174 A DE 19517174A DE 19517174 C1 DE19517174 C1 DE 19517174C1
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heat exchanger
edge
plate
plates
plate heat
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Victor Brost
Rainer Kaesinger
Klaus Kalbacher
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Modine Manufacturing Co
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Laengerer and Reich GmbH and Co
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Abstract

The plate heat exchanger comprises several bath-shaped heat exchange plates stacked one in the other, which form sepd. flow channels for the heat-exchanging fluid. The plates have a staged, all-round outer edge, the edges being connected to one another. In a stack of heat exchange plates the main connecting surface (3) between the individual plates runs round horizontally, with the upper heat exchange plate (2a) having its lower edge located on a horizontal staging (4) of the edge of the plate (2b) lying beneath it.Each heat exchange plate has the same edge formation. A vertical force acting on the stack of plates in the edge area can only be transmitted vertically over the horizontal staging and the vertical edge of the heat exchange plates.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus mehreren ineinanderge­ stapelten wannenförmigen Wärmetauscherplatten mit abgestuftem, umlaufendem, äußerem Rand, wobei die Ränder fügetechnisch verbunden, insbesondere gelötet sind. Plattenwärmetauscher dieser Art sind beispielsweise aus den EP 0250439 B1 und 0258236 B1 bekannt.The invention relates to a plate heat exchanger consisting of a plurality of one another stacked trough-shaped heat exchanger plates with stepped, rotating, outer Edge, the edges being joined, in particular soldered. Plate heat exchangers of this type are known, for example, from EP 0250439 B1 and 0258236 B1 known.

Die Plattenwärmetauscher sind aus einzelnen wannenförmigen Wärmetauscherplatten un­ terschiedlicher Gestaltung, insbesondere unterschiedlicher Randgestaltung zusammengesetzt. Solche Wärmetauscherplatten werden durch geeignete umformtechnische Verfahren, bspw. Tiefziehen, hergestellt.The plate heat exchangers are made of individual trough-shaped heat exchanger plates Different design, in particular different edge design composed. Such heat exchanger plates are by suitable metal forming processes, for example. Deep drawing, manufactured.

Die Stapelweise ist so ausgeführt, daß sich die Wärmetauscherplatten mit einfach abgestufter Randgestaltung mit solchen mit zweifach abgestufter Randgestaltung abwechseln.The stack is designed so that the heat exchanger plates with a simple gradation Alternate the border design with those with double-tiered border design.

Die Wärmetauscherplatten unterscheiden sich außerdem in ihrer übrigen Gestaltung derart, daß sie geeignet sind, übereinandergestapelt und fügetechnisch verbunden, voneinander ge­ trennte Strömungskanäle zu bilden, durch die die wärmeaustauschenden Fluide strömen können.The heat exchanger plates also differ in their other design in such a way that they are suitable, stacked one on top of the other and connected by ge to form separate flow channels through which the heat-exchanging fluids flow can.

Wegen der beschriebenen unterschiedlichen Gestaltung der Wärmetauscherplatten ist eine relativ aufwendige Herstellung notwendig, die durch mehrere Bearbeitungsgänge mit ver­ schiedenen Werkzeugen gekennzeichnet ist.Because of the different design of the heat exchanger plates described is one relatively complex production necessary, which by several processing steps with ver different tools is marked.

Die Randgestaltung ist für einen qualitätsgerechten Lötprozeß unbefriedigend. Da sie auch keine ausreichende Steifigkeit der Wärmetauscherplatten gewährleisten kann, wird die Posi­ tionierung und Fixierung der ineinandergestapelten Platten oft fehlerhaft sein.The edge design is unsatisfactory for a quality soldering process. Since she is too Posi. cannot ensure sufficient rigidity of the heat exchanger plates fixation and fixation of the stacked plates can often be faulty.

Die letztgenannten Nachteile besitzt auch der aus der DE-OS 24 04 630 bekannte Wärme­ tauscher, obwohl dieser bereits eine einheitliche Randgestaltung aufweist. Der Rand zeigt zwei aufeinanderfolgende Abstufungen, die jedoch ebenfalls dazu führen, daß in einem zum Löten vorbereiteten Stapel von Wärmetauscherplatten, der mit einer vertikalen Kraft beauf­ schlagt werden muß, die Ränder nach außen verbogen werden und demzufolge keine exakte Positionierung der einzelnen Wärmetauscherplatten sowie keine ausreichende Lötqualität ge­ währleisten können.The latter disadvantages also have the heat known from DE-OS 24 04 630 exchanger, although this already has a uniform edge design. The edge shows two successive gradations, but which also lead to the fact that in one Soldering prepared stack of heat exchanger plates that apply a vertical force must be hit, the edges are bent outwards and therefore no exact Positioning of the individual heat exchanger plates and insufficient soldering quality can guarantee.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Plattenwärmetauscher der ein­ gangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß seine Herstellung einfacher wird und insbesondere eine höhere Qualität des Lötprozesses ermöglicht.Accordingly, the object of the invention is a plate heat exchanger gangs described further develop so that its manufacture is easier and in particular enables a higher quality of the soldering process.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 auszustatten.To achieve this object, the plate heat exchanger is provided according to the invention to equip the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen enthalten die Ansprüche 2 bis 10. Alle in den Patentansprüchen offenbarten Merkmale sollen als an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt gelten. Advantageous further developments contain claims 2 to 10. All of the claims Features disclosed should be considered as expressly mentioned here.  

Die horizontale Abstufung des Randes erfolgt durch Materialverschiebung, die zu einer höheren Kaltverfestigung führt. Dadurch wird jeder Wärmetauscherplatte eine höhere Steifigkeit verliehen, die eine maßgenaue Stapelung und Positionierung vor dem Lötprozeß ermöglicht. Die Preßkraft wird gemäß der Erfindung nur vertikal über die horizontale Abstufung und dem vertikalen Rand übertragen, so daß die Wärmetauscherplatten auch während des Lötprozesses nicht verrutschen können, sondern ihre Sollposition behalten.The horizontal gradation of the edge takes place through material displacement, which leads to a higher Strain hardening leads. This makes each heat exchanger plate more rigid awarded, which enables accurate stacking and positioning before the soldering process. The pressing force is only vertical according to the invention via the horizontal gradation and vertical edge transferred so that the heat exchanger plates even during the soldering process cannot slip, but keep their target position.

Eine höhere Qualität des Lötprozesses ist vor allem dadurch erreicht worden, daß der we­ sentliche Teil der Verbindungsfläche (Hauptverbindungsfläche) durch die horizontale Abstu­ fung gebildet wird und somit die Drucklötung an die Stelle der Spaltlötung treten kann.A higher quality of the soldering process has been achieved primarily by the fact that the we considerable part of the connection area (main connection area) through the horizontal step fung is formed and thus the pressure soldering can take the place of the gap soldering.

Die Einbeziehung des sich an die horizontale Abstufung anschließenden vertikalen Spalts in die Verbindungsfläche führt zu einer effektiven Vergrößerung dieser Fläche und leistet einen zusätzlichen Beitrag für die qualitätsgerechte Verlötung.The inclusion of the vertical gap following the horizontal gradation in the connecting area leads to an effective enlargement of this area and provides one additional contribution to quality soldering.

Das Merkmal des Anspruchs 5, die kanalartige Vertiefung im Boden der Wärmetauscher­ platten, verbessert die möglichst scharfkantige Ausbildung der rechtwinkligen Außenkante. Dies ist ebenfalls ein Beitrag zur korrekten Positionierung und zur Vergrößerung der Verbin­ dungsfläche. Durch die auch in diesem Bereich auftretende Materialverschiebung wird die Steifigkeit der Wärmetauscherplatten weiter erhöht und die Rißbildung gehemmt. Eine beson­ ders zu erwähnende zusätzliche Wirkung der kanalartigen Vertiefung besteht darin, daß die vertikale Kraft F auf den Randbereich beziehungsweise die Hauptverbindungsfläche konzentriert wird, weil die zwischen den Wärmetauscherplatten üblicherweise angeordneten Lamellen in die kanalartige umlaufende Vertiefung gedrückt werden und demzufolge ihren Widerstand gegen die Kraft F verringern.The feature of claim 5, the channel-like recess in the bottom of the heat exchanger plates, improves the sharpest possible formation of the rectangular outer edge. This is also a contribution to the correct positioning and enlargement of the connection area. Due to the material shift occurring in this area, too The rigidity of the heat exchanger plates is further increased and cracking is inhibited. A special The additional effect of the channel-like depression to be mentioned is that the vertical force F on the edge area or the main connecting surface is concentrated because those usually arranged between the heat exchanger plates Slats are pressed into the channel-like circumferential recess and consequently theirs Reduce resistance to force F.

Die funktionsunwichtigen Außenradien im Bereich der horizontalen Abstufung sind relativ groß gewählt worden, um der Gefahr der Rißbildung entgegenzuwirken.The functionally unimportant outer radii in the area of the horizontal gradation are relatively large was chosen to counteract the risk of cracking.

Darüber hinaus stellt die Erfindung Wärmetauscherplatten mit einheitlich abgestufter Rand­ gestaltung zur Verfügung, die zu fertigungstechnischen Vorteilen führen.In addition, the invention provides heat exchanger plates with a uniformly stepped edge design available, which lead to manufacturing advantages.

Das Merkmal des Anspruches 8 bewirkt eine stabilere Gestaltung gegen mechanische Ein­ wirkungen, zum Beispiel Steinschlag, der relativ häufig auftritt, wenn der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher in Kraftfahrzeugen eingebaut ist.The feature of claim 8 causes a more stable design against mechanical one effects, for example rockfall, which occurs relatively frequently when the invention Plate heat exchanger is installed in motor vehicles.

Demgegenüber gestattet die Ausbildung des Plattenwärmetauschers mit den Merkmalen des Anspruches 9 eine platzsparende Anordnung.In contrast, the design of the plate heat exchanger with the features of Claim 9 a space-saving arrangement.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels praktisch veranschaulicht. Dazu wird auf die Zeichnung Bezug genommen.The invention is illustrated in practical terms below using an exemplary embodiment. For this purpose, reference is made to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1: Die Randgestaltung in einem vergrößerten Teilquerschnitt eines zum Löten vorberei­ teten Stapels von Wärmetauscherplatten. Fig. 1: The edge design in an enlarged partial cross section of a prepared for soldering stack of heat exchanger plates.

Fig. 2: Teilquerschnitt durch zwei ineinandergestapelte wannenförmige Wärmetauscher­ platten mit Einzelheiten der Randgestaltung Fig. 2: Partial cross section through two stacked trough-shaped heat exchanger plates with details of the edge design

Fig. 3: Eine andere Ausführungsform anhand einer einzelnen Wärmetauscherplatte Fig. 3: Another embodiment using a single heat exchanger plate

Fig. 4: Ein Plattenwärmetuscher in einem Querschnitt Fig. 4: A plate heat exchanger in a cross section

Der Plattenwärmetauscher 1 wird aus Al-Blech hergestellt. Er dient dem Wärmeaustausch zwischen Öl und Wasser. Die äußere Form des Plattenwärmetauschers 1 kann beliebig sein, d. h. sie ist dem jeweiligen Einsatzzweck und dem Einbauort angepaßt. Gemäß Fig. 1 besteht der Plattenwärmetauscher 1 aus sechs Wärmetauscherplatten 2, die ineinandergestapelt und mit einer vertikalen Kraft F beaufschlagt sind, die durch das Gewicht eines aufgelegten Metallklotzes erzeugt wird. Zwischen den Wärmetauscherplatten 2 sind Lamellen 13 angeordnet, die der Verbesserung des Wärmeübergangs dienen. Für eine qualitätsgerechte Verlötung sämtlicher Teile des Plattenwärmetauschers 1, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Ausübung einer Kraft F auf den Stapel und insbesondere auf den Randbereich von großer Bedeutung. Die Lamellen 13 werden im Randbereich in die im Boden 5 eingearbeitete kanalartige Vertiefung 6 gedrückt. Sie erhalten somit die Möglichkeit auszuweichen, was dazu führt, daß die Kraft F auf die horizontale Hauptverbindungsfläche 3 konzentriert wird. Die Hauptverbindungsfläche 3 zwischen den Wärmetauscherplatten 2 wird durch den unteren Rand der jeweils oberen Wärmetauscherplatte 2a und der horizontalen Abstufung 4 im Rand der jeweils darunter befindlichen Wärmetauscherplatte 2b gebildet. Auf dieser Fläche 3 ist die Drucklötung möglich, die eine bessere Qualität der Lötverbindung garantiert. Die Hauptverbindungsfläche 3 ist durch die zwischen den Schenkeln befindliche vertikale Verbindungsfläche 12 erweitert beziehungsweise vergrößert worden, in der das Lot verläuft und eine zusätzliche Abdichtung sicherstellt.The plate heat exchanger 1 is made of aluminum sheet. It serves to exchange heat between oil and water. The outer shape of the plate heat exchanger 1 can be any, that is, it is adapted to the particular application and the installation location. Referring to FIG. 1, the plate heat exchanger 1 of six heat exchanger plates 2, which are acted upon and with nested together a vertical force F, which is generated by the weight of a metal-hook block. Between the heat exchanger plates 2 fins 13 are arranged, which serve to improve the heat transfer. For a quality-appropriate soldering of all parts of the plate heat exchanger 1 , as shown in FIG. 1, the exertion of a force F on the stack and in particular on the edge area is of great importance. The lamellae 13 are pressed into the channel-like recess 6 worked into the bottom 5 in the edge region. You thus get the possibility to avoid, which leads to the fact that the force F is concentrated on the horizontal main connecting surface 3 . The main connection surface 3 between the heat exchanger plates 2 is formed by the lower edge of the respective upper heat exchanger plate 2 a and the horizontal gradation 4 in the edge of the heat exchanger plate 2 b located below each. Pressure soldering is possible on this surface 3 , which guarantees a better quality of the soldered connection. The main connection surface 3 has been expanded or enlarged by the vertical connection surface 12 located between the legs, in which the solder runs and ensures an additional seal.

Jede Wärmetauscherplatte 2 besitzt die gleiche Randausbildung, wie besonders aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht.Each heat exchanger plate 2 has the same edge formation, as can be seen particularly from FIGS . 1 and 2.

Aus der Fig. 2 gehen weitere wichtige Einzelheiten hervor. Als günstige Abmessung für die Breite b der umlaufenden kanalartigen Vertiefung 6 wurden 2 mm ermittelt und vorgesehen. Der Außenradius 7 der unteren Außenkante 8 konnte minimiert werden, was sich positiv auf die Vergrößerung der Hauptverbindungsfläche 3 auswirkt. Die durch Materialverschiebung hergestellte horizontale Abstufung 4 hat an der Innenseite eine scharfe Kante 41 und außen eine Abrundung 42 mit entsprechend großem Radius.Will emerge more important details from the FIG. 2. 2 mm were determined and provided as a favorable dimension for the width b of the circumferential channel-like depression 6 . The outer radius 7 of the lower outer edge 8 could be minimized, which has a positive effect on the enlargement of the main connection area 3 . The horizontal gradation 4 produced by material displacement has a sharp edge 41 on the inside and a rounding 42 with a correspondingly large radius on the outside.

Die Randgestaltung besitzt ferner in einem Abstand von der horizontalen Abstufung 4 einen Knick nach außen. Im Unterschied dazu zeigt die Fig. 3 eine weitere Abstufung 10 des Randes mit einem vertikalen Randabschluß 11. The edge design also has a kink to the outside at a distance from the horizontal gradation 4 . In contrast to this, FIG. 3 shows a further gradation 10 of the edge with a vertical edge termination 11 .

Außerdem gehen sämtliche bereits erwähnten Abbildungen, wie kanalartige Vertiefung 6, horizontale Abstufung 4 mit der Innenkante 41 und der Abrundung 42 aus dieser Abbildung hervor.In addition, all of the images already mentioned, such as channel-like recess 6 , horizontal gradation 4 with the inner edge 41 and the rounded portion 42, are shown in this illustration.

Die Fig. 4 zeigt einen Plattenwärmetauscher 1, der bereits durch Hartlötung zu einem fertigen Block verbunden ist. Die in den Strömungskanälen 14 üblichwerweise vorhandenen Lamellen 13 wurden nicht gezeichnet. Die Trennung der Strömungskanäle 14 für beispielsweise Öl und Wasser ist in diesem Ausführungsbeispiel dadurch sichergestellt worden, daß die Anhalsungen für den Ein- und Auslauf der Fluide jeweils entgegengesetzt von einer horizontalen Ebene ausgebildet sind. Beim Stapeln der Wärmetauscherplatten 2 kommen dann die nach unten weisenden Anhalsungen mit den nach oben weisenden Anhalsungen zur Anlage und bilden geeignete Verbindungsflächen für den Lötprozeß. Die somit gegeneinander abgedich­ teten Strömungskanäle 14 führen dann, in vertikaler Richtung betrachtet, jeweils abwechselnd z. B. Öl oder Wasser. FIG. 4 shows a plate heat exchanger 1, which is already connected by brazing to a finished block. The lamellae 13 usually present in the flow channels 14 were not drawn. The separation of the flow channels 14 for oil and water, for example, has been ensured in this embodiment in that the neckings for the inflow and outflow of the fluids are each formed opposite to a horizontal plane. When the heat exchanger plates 2 are stacked, the downward-facing neck portions come to rest with the upward-pointing neck portions and form suitable connecting surfaces for the soldering process. The thus sealed against each other flow channels 14 then lead, viewed in the vertical direction, alternately z. B. oil or water.

Es wurde hier darauf verzichtet eine weitere Draufsicht der Fig. 4 darzustellen, aus der dann die Ein- und Austrittsöffnungen für die Medien hervorgehen würden, weil dieser Sachverhalt beziehungsweise diese Ausbildung dem Fachmann in bester Weise geläufig ist.It was here refrained another top view of FIG. 4 show, would from then the inlet and outlet openings emerge for the media, because these facts this training to those skilled or familiar in the best manner.

Claims (10)

1. Plattenwärmetauscher, bestehend aus mehreren ineinandergestapelten wannenförmigen Wärmetauscherplatten, die getrennte Strömungskanäle für die wärmeaustauschenden Fluide bilden und mit einem abgestuften, umlaufenden äußeren Rand ausgestattet sind, wobei die Ränder fügetechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Stapel von Wärmetauscherplatten (2) die Hauptverbindungsfläche (3) zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten (2) horizontal umlaufend ausgebildet ist, indem die jeweils obere Wärmetauscherplatte (2a) mit ihrem unteren Rand auf einer horizontalen Abstufung (4) des Randes der jeweils darunterbefindlichen Wärmetauscherplatte (2b) aufliegt.1. plate heat exchanger, consisting of a plurality of nested stack-shaped heat exchanger plates, which form separate flow channels for the heat-exchanging fluids and are equipped with a stepped, peripheral outer edge, the edges being joined by joining technology, characterized in that in a stack of heat exchanger plates ( 2 ) Main connecting surface ( 3 ) between the individual heat exchanger plates ( 2 ) is horizontally circumferential, in that the respective upper heat exchanger plate ( 2 a) rests with its lower edge on a horizontal step ( 4 ) of the edge of the respective heat exchanger plate ( 2 b). 2. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmetau­ scherplatte (2a, 2b) die gleiche Randgestaltung aufweist.2. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that each Wärmetau shear plate ( 2 a, 2 b) has the same edge design. 3. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Stapel von Wärmetauscherplatten (2) einwirkende vertikale Kraft (F) im Randbereich nur vertikal über die horizontale Abstufung (4) und dem vertikalen Rand der Wärmetauscherplatten (2) übertragbar ist3. Plate heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that an acting on the stack of heat exchanger plates ( 2 ) acting vertical force (F) in the edge region only vertically via the horizontal gradation ( 4 ) and the vertical edge of the heat exchanger plates ( 2 ) is 4. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Abstufung (4) durch eine Kaltverfestigung herbeiführende Materialverschie­ bung herstellbar ist und innen eine scharfe Kante 41 sowie außen Abrundungen (42) aufweist.4. Plate heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that the horizontal gradation ( 4 ) by a work hardening-causing material shift is producible and inside has a sharp edge 41 and outside rounding ( 42 ). 5. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (2) in der Innenseite des Bodens (5) eine umlaufende kanalartige Vertiefung (6) aufweisen, die infolge der Materialverschiebung zu einer scharfen und rißminimierten Ausbildung des Außenradius (7) der unteren Außenkante (8) führt.5. Plate heat exchanger according to claims 2 to 4, characterized in that the heat exchanger plates ( 2 ) in the inside of the bottom ( 5 ) have a circumferential channel-like recess ( 6 ) which, due to the material shift, leads to a sharp and crack-minimized design of the outer radius ( 7 ) of the lower outer edge ( 8 ). 6. Plattenwärmetauscher gemäß dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der kanalartigen Vertiefung (6) 1 bis 6 mm beträgt.6. Plate heat exchanger according to claim 5, characterized in that the width (b) of the channel-like recess ( 6 ) is 1 to 6 mm. 7. Plattenwärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß sich an die horizontale Abstufung (4) des Randes ein Randauslauf (9) anschließt.7. Plate heat exchanger according to at least one of the preceding claims, characterized in that an edge outlet ( 9 ) adjoins the horizontal gradation ( 4 ) of the edge. 8. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Randauslauf (9) in einem vertikalen Abstand von der horizontalen Abstufung (4) nach außen abgeknickt ist.8. Plate heat exchanger according to claim 7, characterized in that the edge outlet ( 9 ) is bent outwards at a vertical distance from the horizontal step ( 4 ). 9. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Randauslauf (9) in einem vertikalen Abstand von der horizontalen Abstufung (4) eine weitere Abstufung (10) erhält, derart, daß der Randabschluß (11) vertikal verläuft.9. plate heat exchanger according to claim 7, characterized in that the edge outlet ( 9 ) at a vertical distance from the horizontal gradation ( 4 ) receives a further gradation ( 10 ) such that the edge termination ( 11 ) extends vertically. 10. Plattenwärmetauscher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Hauptverbindungsfläche (3) eine zusätzliche vertikale Verbindungsfläche (12) anschließt.10. Plate heat exchanger according to at least one of the preceding claims, characterized in that an additional vertical connecting surface ( 12 ) adjoins the main connecting surface ( 3 ).
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