AT12048U1 - Vorrichtung zur übertragung von wärme - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme in einer Absorptionskälteanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Bei Kühlaggregaten und Wärmepumpen finden Wärme- und Stoffaustausch auf Oberflächen von Wärmetauschern statt. Dadurch wird z.B. der Wärmeaustausch von Flüssigkeit zu Flüssigkeit, von Flüssigkeit zu Dampf, bzw. Dampf zu Flüssigkeit ermöglicht. Große Druckunterschiede zwischen Dampfphase und flüssiger Phase, bzw. Korrosionsverhalten durch chemisch aggressive Medien sind nur ein Teil der Herausforderungen für zuverlässige Wärmetauscher in solchen Einsatzgebieten.

[0003] Bei Anlagen für das Absorptionskühlverfahren werden die Wärmetauscher beispielsweise aus Rohrbündeln gefertigt. Die Rohre werden dabei beidseitig in metallische Platten über Dichtungen, durch Kaltverformung oder mit Schweißnähten eingearbeitet. Das hat den Nachteil, dass die durch Temperaturunterschiede in den Rohrbündeln erzeugten Druckunterschiede bei großen Rohrlängen durch kostenintensive Maßnahmen ausgeglichen werden müssen und gleichzeitig auch die Wärmeübertragung und die Energieeffizienz des Systems negativ beeinflussen.

[0004] Eine gute Wärmeübertragung erfordert auch eine gleichmäßige Verteilung des Wärmetauschermediums über die Rohrbündel. Bei liegender Bauart kann ein Medium entweder mit über den Rohren angebrachten Rieselwannen oder einer entsprechenden Anzahl von Sprühdüsen verteilt werden. Um eine gleichmäßige Verteilung zu erzielen, besitzen die Rieselwannen viele kleine Bohrungen. Hier besteht unter anderem die Gefahr, dass einige Bohrungen der Rieselwannen bzw. die Bohrungen der Düsen durch im Kreislauf vorhandene Schmutz- oder Metallteichen verstopfen, was zu einer Minderung der Leistungsfähigkeit führt.

[0005] Aus der DE-OS 2238045 ist die Bauart eines Wärmetauschers für einen filmartigen Verdampfer zum Reinigen von Wasser bekannt, wo Wasser von Sprühköpfen auf ein Bündel von waagrecht montierten Rohren gesprüht wird, die mit heißem Wasserdampf durchströmt werden, um Wasser aus Oberflächenfilmen zu verdampfen, die über der Außenseite der Rohre strömen. Der Verdampfer kann Teil eines Mehrfach Systems sein. Die Rohre können dabei innen und außen geriffelt sein. Zur Vermeidung von mechanischen Beschädigungen durch die großen Druckunterschiede zwischen den Rohrenden werden hier z.B. geeignete Verstärkungen der Dichtungen zwischen Rohren und Metallplatten vorgeschlagen.

[0006] In der EP 095291 3 Bl wird eine Bauform beschrieben, die es erlaubt, die Wärme eines unter Druck stehenden Dampfes auf eine Flüssigkeit zu übertragen und diese dabei zu verdampfen um beispielsweise eine Meerwasserentsalzungsanlage zu betreiben. Dabei werden sackartige Kanäle aus gegenüberliegenden Kunststofffolien gebildet, wobei Verdunstung von Flüssigkeit auf der Oberfläche der Außenseite stattfindet und Kondensation auf den Innenraum-Oberflächen. Die flexiblen Kanäle bieten Spielraum für Verwölbung während der Druckbeaufschlagung. Eine weitere Bauform ergibt sich durch die Aneinanderreihung von mehreren Wärmeaustauscherfolien. Eine derartige Bauform wäre daher auch für den Austreiber einer Absorptionskühlanlage verwendbar.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, eine für Absorptionskühlanlagen universell anwendbare Vorrichtung zur Übertragung von Wärme bereitzustellen.

[0008] Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

[0009] Vorteilhaft an der Erfindung ist es, dass die Vorrichtung einen schichtförmigen Aufbau aufweist, welcher einfach mit vorgefertigten Platten aus Kunststoff, Metall und Verbundwerkstoffen herstellbar ist, welche mechanisch robust ist, eine hohe thermische Effizienz aufweist und somit eine besonders wirtschaftliche Lösung darstellt. Dabei kann eine große Zahl von Öffnungen zur Verteilung von Heiz- oder Kühlmedien gegen Platten zur Wärmeübertragung ohne oder mit Kanälen (Kanalplatten) vorgesehen sein, die von einem Arbeitsmedium filmartig überströmt oder in parallel geführten Kanälen durchströmt werden. 1 /16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15 [0010] Auf der der ersten Fluidkammer gegenüberliegenden Seite der ersten Platte kann ein die erste Platte kontaktierendes Arbeitsmedium vorgesehen sein. Durch eine Vielzahl gleichmäßig verteilter erster und zweiter Öffnungen kann eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf der gesamten Fläche der ersten Platte sichergestellt werden, welche weitgehend unabhängig von der Führung des Arbeitsmediums entlang der ersten Platte ist.

[0011] Die Vorrichtung kann einfach in modularer Bauweise hergestellt werden, wobei unterschiedliche Platten und Einbauten bereitgestellt werden können, sodass einfach verschiedene Strömungssituationen sichergestellt werden können. Dabei kann eine gleichmäßige Küh-lung/Heizung für das Lösungsgemisch bereitgestellt werden. Die Vorrichtung kann eine einfache und kompakte Bauweise aufweisen, welche kostengünstig und effizient hergestellt werden kann. Insbesondere kann eine sandwichartige Ausbildung aus mehreren Platten vorgesehen sein, die Fluidkammern begrenzen. In den Fluidkammern können Einbauten zur Strömungsführung vorgesehen sein, welche auf einer Seite oder auf beiden Seiten einer Platte erfolgen kann.

[0012] Die Erfindung betrifft weiters einen Wärmetauscher umfassend zumindest eine oben beschriebene Vorrichtung zur Übertragung von Wärme und eine Absorptionskälteanlage mit einem derartigen Wärmetauscher.

[0013] Dadurch können die oben angeführten Vorteile in einem Wärmetauscher und/oder einer Absorptionskälteanlage bereitgestellt werden. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl an Vorrichtungen dicht miteinander verbunden, wodurch eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden kann.

[0014] Die Unteransprüche 2 bis 8, welche ebenso wie die Patentansprüche 1, 9 und 10 gleichzeitig einen Teil der Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0015] Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt: [0016] Fig. [0017] Fig. [0018] Fig. [0019] Fig. [0020] Fig. [0021] Fig. [0022] Fig. [0023] Fig. [0024] Fig. [0025] Fig. [0026] Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzip-Schema eines Absorptions-Kühlkreislaufes; 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; 5 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; 6 einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; 7 einen Schnitt durch eine sechste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; 8 ein Querschnitt einer mit einer Platte zur Wärmeübertragung verbundenen Führung für ein Arbeitsmedium; 9 eine Draufsicht auf eine Ausführung der Führung nach Fig. 8; 10 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführung der Führung nach Fig. 8; 11 eine Draufsicht auf eine zweite Platte einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme; [0027] Fig. 12 eine Schrägansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme mit einem Fall-Film; und 2/16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15 [0028] Fig. 13 einen Wärmetauscher umfassend eine Mehrzahl an Vorrichtungen zur Übertra gung von Wärme.

[0029] Figur 1 zeigt ein Prinzipschema einer Absorptionskälteanlage 9 mit solarer Energieversorgung. In dem als Austreiber bezeichneten Lösungsmittelverdampfer 91 der Absorptionskälteanlage kann sich beispielsweise eine Ammoniak-Wasser-Lösung befinden. Diese Lösung wird hier indirekt durch Dampf oder Heißwasser aus beispielsweise einer thermischen Solaranlage beheizt. Alternativ zur thermischen Solaranlage kann auch jede andere geeignete Wärmequelle, die die erforderliche Verdampfungstemperatur bereitstellen kann, eingesetzt werden. Aus dem Lösungsmittelverdampfer 91 entweicht dann der Ammoniakdampf. Die Dämpfe werden dann zumeist über eine Trennsäule oder Rektifikationskolonne, die hier nicht weiter abgebildet ist, von Wasserresten getrennt und einem Verflüssiger 92 zugeleitet. Das verflüssigte Ammoniak wird dann in einem nicht abgebildeten Hochdrucksammler gespeichert. Zur Konditionierung wird ein Luftstrom aus angeschlossenen Kälteverbrauchern in einen Wärmeübertrager 93 zugeführt, wo durch Druckreduktion das Kältemittel Ammoniak verdampft und der Luftstrom gekühlt wird.

[0030] Die Ammoniakdämpfe werden nach dem Wärmeaustausch über eine Saugleitung von einem Absorber 94 angezogen. Als Absorptionsmittel wird der Rückstand aus dem Lösungsmittelverdampfer 91, eine ammoniakarme abgekühlte Lösung, verwendet. Diese ammoniakarme Lösung wird in den Absorber 94 eingeleitet und der Absorber 94 wird mittels Außenkühlung kreislaufgekühlt, um die Lösungswärme abzuführen. Die ammoniakarme Lösung hat das Bestreben, Ammoniak bis zur Sättigung aufzunehmen. Die im Absorber 94 angereicherte gesättigte Lösung wird dann wieder in den Lösungsmittelverdampfer 91 gepumpt.

[0031] Das Kühlwasser einer Außenkühlung wird in einem geschlossenen Kreislauf durch eine Luftkühlvorrichtung 95 wieder auf Betriebstemperatur konditioniert.

[0032] Anstelle von Ammoniak kann auch ein hygroskopisches Salz vorgesehen sein.

[0033] Bei derartigen Absorptionskälteanlagen 9 kann eine nachfolgende beschriebene Vorrichtung zur Übertragung von Wärme und ein nachfolgend beschriebener Wärmetauscher besonders effizient verwendet werden. Dadurch kann die Absorptionskälteanlage 9 einfach, kostengünstig und mit einem hohen Wirkungsgrad bereitgestellt werden.

[0034] In den Fig. 2 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung zur Übertragung von Wärme in einer Absorptionskälteanlage dargestellt. Die Vorrichtung weist eine erste Fluidkammer 11, welche zwischen einer ersten Platte 21 zur Wärmeübertragung und einer der ersten Platte 21 gegenüberliegenden zweiten Platte 22 angeordnet ist, eine zweite Fluidkammer 12, welche zwischen der der ersten Fluidkammer 11 abgewandten Seite der zweiten Platte 22 und einer der zweiten Platte 22 gegenüberliegenden dritten Platte 13 angeordnet ist, und eine dritte Fluidkammer 13, welche zwischen der der zweiten Fluidkammer 12 abgewandten Seite der dritten Platte 23 und einer der dritten Platte 23 gegenüberliegenden vierten Platte 24 angeordnet ist, auf.

[0035] Die zweite Platte 22 weist im Wesentlichen über die gesamte zweite Platte 22 gleichmäßig verteilte erste Öffnungen 31 zum Fluidaustausch zwischen der ersten Fluidkammer 11 und der zweiten Fluidkammer 12 auf.

[0036] Weiters sind im Wesentlichen über die gesamte zweite Platte 22 gleichmäßig verteilte zweite Öffnungen 32 der zweiten Platte 22 mit im Wesentlichen über die gesamte dritte Platte 23 gleichmäßig verteilten dritten Öffnungen 33 der dritten Platte 23 mittels erster Verbindungskanäle 41 zum Fluidaustausch zwischen der ersten Fluidkammer 11 und der dritten Fluidkammer 13 verbunden.

[0037] Es kann vorgesehen sein, dass eine Zufuhrleitung 52 in die zweite Fluidkammer 12 mündet und eine Abführleitung 52 mit der dritten Fluidkammer 13 verbunden ist.

[0038] In die zweite Fluidkammer 12 kann ein Fluid eingebracht werden, welches über die ersten Öffnungen 31 in die erste Fluidkammer 11 strömt, wobei in der ersten Fluidkammer die 3/16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15

Temperatur des Fluids verändert wird, anschließend das Fluid über die zweiten Öffnungen 32, den ersten Verbindungskanal 41 und die dritten Öffnungen 33 in die dritte Fluidkammer 13 gelangt, und über die Abführleitung 52 aus der dritten Fluidkammer 13 entweicht.

[0039] Auf diese Weise kann Wärme zwischen dem Fluid und der ersten Platte 21 übertragen werden, wobei je nach der Temperaturdifferenz Wärme von der ersten Platte 21 an das Fluid oder vom Fluid an die erste Platte 21 übertragen wird.

[0040] In der zweiten Fluidkammer 12 und in der dritten Fluidkammer 13 findet jeweils ein lediglich geringer Wärmeaustausch statt, sodass das Fluid in der zweiten Fluidkammer annähernd eine einheitliche Temperatur aufweist und mit dieser Temperatur durch die ersten Öffnungen in die erste Fluidkammer 11 strömt. Durch die im Wesentlichen über die gesamte zweite Platte 22 gleichmäßig verteilten ersten Öffnungen 31 kann erreicht werden, dass das auf die erste Platte 21 strömende Fluid im gesamten Bereich im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist.

[0041] Durch eine gleichmäßig abwechselnde Verteilung der ersten Öffnungen 31 und der zweiten Öffnungen 32 kann erreicht werden, dass sich Fluidzellen ausbilden, wobei das Fluid von einer der ersten Öffnungen 31 im Wesentlichen zur ersten Platte 11 und anschließend durch eine der angrenzenden zweiten Öffnungen 32 strömt.

[0042] Auf der der ersten Fluidkammer 11 gegenüberliegenden Seite der ersten Platte 21 kann ein die erste Platte 21 kontaktierendes Arbeitsmedium vorgesehen sein. Durch eine Vielzahl gleichmäßig verteilter erster und zweiter Öffnungen kann eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf der gesamten Fläche der ersten Platte 21 sichergestellt werden, welche weitgehend unabhängig von einer Führung 61 des Arbeitsmediums entlang der ersten Platte 21 ist.

[0043] Die Oberfläche der ersten Platte 21 kann strukturiert ausgebildet sein. Mit der Strukturierung kann auf einfache Weise eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Fluid und der ersten Platte 21 erreicht werden, wodurch ein verbesserter Wärmeübergang erzielt werden kann.

[0044] Es kann auch vorgesehen sein, mit der Strukturierung der Oberfläche der ersten Platte 21 eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Arbeitsmedium und der ersten Platte 21 zu erzielen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die der ersten Fluidkammer abgewandte Seite der ersten Platte 21 mit der Führung 61 des Arbeitsmediums einstückig verbunden ist. Die Führung 61 kann insbesondere als offener oder geschlossener Kanal ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein guter Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium und der ersten Platte 21 sichergestellt werden.

[0045] Bei anderen Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, dass die Zufuhrleitung 51 in die dritte Fluidkammer 13 mündet und die Abfuhrleitung 52 mit der zweiten Fluidkammer 12 verbunden ist. Im Vergleich zu den obigen Ausführungen sind dann die zweite Fluidkammer 12 und die dritte Fluidkammer 13 vertauscht, wobei die obigen Ausführungen analog gelten. In der ersten Ausfuhrungsform gemäß Fig. 2 erfolgt der Zufluss des Fluids jeweils in die dritte Fluidkammer 13. Dies ist auch bei den weiteren Ausfuhrungsformen gemäß Fig. 3 bis 7 gegeben.

[0046] Die Zufuhrleitung 51 und/oder die Abführleitung 52 können zumindest im Bereich der zweiten Fluidkammer 12 und/oder der dritten Fluidkammer 13 unlösbar mit der Vorrichtung verbunden sein.

[0047] Im Bereich des Eintritts des Fluids in die erste Fluidkammer 11 können Düsen 53 vorgesehen sein, wodurch die Strömungsrichtung des Fluids in der ersten Fluidkammer 11 beeinflusst werden kann. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert werden. Die Düsen 53 können als kegelförmige Stutzen ausgebildet sein.

[0048] Die Strömung in der ersten Fluidkammer 11 kann auch mit Einbauten 54 zur Strömungsbeeinflussung beeinflusst werden, wie dies bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ersichtlich ist. Die Einbauten 54 können als gitterartige Einlage mit schraubenförmigen Ausformungen ausgebildet sein. Dadurch können Druckverluste zwischen den ersten Verbindungs- 4/16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15 kanälen 41 und der ersten Fluidkammer 11 stark reduziert werden.

[0049] Die Einbauten 54 können auch mit einer oder mehrerer der Platten 21, 22, 23, 24 fest verbunden sein, insbesondere auch einstückig verbunden sein.

[0050] Vorteilhaft erscheint, wenn die Strömung in der ersten Fluidkammer 13 im wesentlichen schraubenförmig erfolgt.

[0051] Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung ergibt sich, wenn die erste Platte 21, die zweite Platte 22, die dritte Platte 23 und die vierte Platte 24 im wesentlichen parallel angeordnet sind. Dabei können auch mehrere Vorrichtungen zusammen in Blockbauweise zu einem größeren Wärmetauscher verbunden werden.

[0052] Die Vorrichtung kann einen modularen Aufbau aufweisen. Dabei kann eine Öffnung eines Gehäuses 55 durch die erste Platte 21 verschlossen werden. Anschließend wird die zweite Platte 22 und die dritte Platte 23 in das Gehäuse 55 eingesetzt. Mit der vierten Platte 24 kann das Gehäuse 55 auf der der ersten Platte 21 gegenüberliegenden Seite verschlossen werden.

[0053] Zwischen den Platten 21, 22, 23, 24 können weiters Einbauten 54 und/oder Abstandhalter, welche ein Durchbiegen der Platten 21, 22, 23, 24 verhindern, eingebracht werden. Die Einbauten 54 und/oder Abstandhalter können auch mit den Platten 21, 22,23, 24 verbunden sein, insbesondere einstückig.

[0054] Durch verschieden geformte Platten 21, 22, 23, 24 und/oder Einlagen 54 kann die Vorrichtung einfach an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Dadurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung für unterschiedliche Temperaturbereiche und/oder Fluide sichergestellt werden. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung auch einfach umgebaut werden, sofern sich herausstellt, dass durch Veränderung einer der Platten 21, 22, 23, 24 und/oder einer der Einlagen 54 eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt werden kann.

[0055] Als besonders günstig hat sich herausgestellt, wenn die erste Platte 21 aus Metall ausgebildet ist. Die zweite Platte 22, die dritte Platte 23 und die vierte Platte 24 können insbesondere aus wärmeisolierendem, thermoplastischen Kunststoff ausgebildet sein. Hierbei ist für die erste Platte 21 eine gute Wärmeübertragung gegeben, wobei die zweite Platte 22, die dritte Platte 23 und die vierte Platte 24 als Wärmeisolator dienen. Auch das Gehäuse 55, die Zufuhrleitung 51 und die Abführleitung 52 können aus wärmeisolierendem, thermoplastischen Kunststoff ausgebildet sein. Die Teile aus thermoplastischem Kunststoff lassen sich auf einfache Weise z.B. im Spritzgussverfahren hersteilen. Mit diesen Teilen verringert sich der Platzbedarf, das Gewicht und die Herstellungskosten.

[0056] In Fig. 5 ist eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Dabei sind eine vierte Fluidkammer 14, welche zwischen der der dritten Fluidkammer 13 abgewandten Seite der vierten Platte 24 und einer der vierten Platte 24 gegenüberliegenden fünften Platte 25 angeordnet ist, und eine fünfte Fluidkammer 15, welche zwischen der der vierten Fluidkammer 14 abgewandten Seite der fünften Platte 25 und einer der fünften Platte 25 gegenüberliegenden sechsten Platte 26 zur Wärmeübertragung angeordnet ist, ausgebildet.

[0057] Die fünfte Platte 25 weist im Wesentlichen über die gesamte fünfte Platte 25 gleichmäßig verteilte vierte Öffnungen 34 zum Fluidaustausch zwischen der fünften Fluidkammer 15 und der vierten Fluidkammer 14 auf, und im Wesentlichen über die gesamte fünfte Platte 25 gleichmäßig verteilte fünfte Öffnungen 35 der fünften Platte 25 sind mit im Wesentlichen über die gesamte vierte Platte 24 gleichmäßig verteilten sechsten Öffnungen 36 der vierten Platte 24 mittels zweiter Verbindungskanäle 42 zum Fluidaustausch zwischen der fünften Fluidkammer 15 und der dritten Fluidkammer 13 verbunden.

[0058] Dabei kann die Wärmeübertragung auf zwei Seiten der Vorrichtung erfolgen, wobei die Wärmeübertragung sowohl über die erste Platte 21 als auch über die sechste Platte 26 bewirkt wird. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird im Wesentlichen verdoppelt, wobei die dritte Fluidkammer 13 doppelt genutzt wird und somit nicht sämtliche Teile verdoppelt werden müssen. 5/16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15 [0059] Dadurch kann eine kompakte Bauweise mit einer großen Oberfläche zur Wärmeübertragung bereitgestellt werden.

[0060] Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die fünfte Fluidkammer 15 analog der ersten Fluidkammer 11 ausgebildet sein kann. Die vierte Fluidkammer 14 kann analog der zweiten Fluidkammer 12 ausgebildet sein.

[0061] Die vierte Platte 24 kann analog der dritten Platte 23 und/oder die fünfte Platte 25 analog der zweiten Platte 22 und/oder die sechste Platte 26 analog der ersten Platte 21 ausgebildet sein.

[0062] Bei der Anordnung in dem Gehäuse 55 kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse durch die erste Platte 21 und die sechste Platte 26 verschlossen wird und die dazwischenliegenden Platten, die zweite Platte 22, die dritte Platte 23, die vierte Platte 24 und die fünfte Platte 25, in das Gehäuse 55 eingesetzt werden.

[0063] In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung gezeigt. Dabei ist an der der ersten Fluidkammer 11 gegenüberliegenden Seite der ersten Platte 21 zur Wärmeübertragung eine siebte Platte 27 zur Wärmeübertragung angeordnet. Weiters sind eine sechste Fluidkammer 16, welche zwischen der der ersten Fluidkammer 11 abgewandten Seite der siebten Platte 27 und einer der siebten Platte 27 gegenüberliegenden achten Platte 28 angeordnet ist, eine siebte Fluidkammer 17, welche zwischen der der sechsten Fluidkammer 16 abgewandten Seite der achten Platte 28 und einer der achten Platte 28 gegenüberliegenden neunten Platte 29 angeordnet ist, und eine achte Fluidkammer 18, welche zwischen der der siebten Fluidkammer 17 abgewandten Seite der neunten Platte 29 und einer der neunten Platte 29 gegenüberliegenden zehnten Platte 30 angeordnet ist, ausgebildet.

[0064] Die achte Platte 28 weist im Wesentlichen über die gesamte achte Platte 28 gleichmäßig verteilte siebte Öffnungen 37 zum Fluidaustausch zwischen der sechsten Fluidkammer 16 und der siebten Fluidkammer 17 auf, und im Wesentlichen über die gesamte achte Platte 28 gleichmäßig verteilte achte Öffnungen 38 der achten Platte 28 sind mit im Wesentlichen über die gesamte neunte Platte 29 gleichmäßig verteilten neunten Öffnungen 39 der neunten Platte 29 mittels dritter Verbindungskanäle 43 zum Fluidaustausch zwischen der sechsten Fluidkammer 16 und der achten Fluidkammer 18 verbunden.

[0065] Dabei kann eine Wärmeübertragung von dem bzw. auf das Arbeitsmedium auf zwei Seiten erfolgen, wobei die Wärmeübertragung sowohl über die erste Platte 21 als auch über die siebte Platte 27 bewirkt wird. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird im Wesentlichen verdoppelt.

[0066] Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die sechste Fluidkammer 16 analog der ersten Fluidkammer 11 ausgebildet sein kann. Die siebte Fluidkammer 17 kann analog der zweiten Fluidkammer 12 ausgebildet und/oder die achte Fluidkammer 18 analog der dritten Fluidkammer 13.

[0067] Die siebte Platte 27 kann analog der ersten Platte 21 ausgebildet sein und/oder die achte Platte 28 analog der zweiten Platte 22 und/oder die neunte Platte 29 analog der dritten Platte 23 und/oder die zehnte Platte 30 analog der vierten Platte 24.

[0068] Die erste Platte 21, die Führung 61 des Arbeitsmediums und die siebte Platte 27 können einstückig ausgebildet sein, beispielsweise als Block mit Bohrungen für das Arbeitsmedium, wobei im Sinne der Erfindung die der ersten Fluidkammer 11 zugewandte Bereich des Blocks die erste Platte 21, die der sechsten Fluidkammer 16 zugewandte Bereich des Blocks die siebte Platte 27 und der Bereich des Blocks mit den Bohrungen die Führung 61 des Arbeitsmediums darstellt.

[0069] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass sämtliche Platten 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 im Wesentlichen parallel angeordnet sind.

[0070] Auf allen durch das Fluid und/oder das Arbeitsmedium exponierten Oberflächen kann eine zusätzliche metallische Beschichtung vorgesehen sein. Dadurch kann eine besonders lange Lebensdauer der Vorrichtung sichergestellt werden. 6/16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15 [0071] Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der von dem Fluid kontaktierten Oberflächen eine Nano-Beschichtung aufweisen, wodurch ein besonders geringer Strömungswiderstand erzielt und ein hoher Wirkungsgrad des Wärmetauschers sichergestellt werden kann.

[0072] Die fünfte Ausführungsform gemäß Fig. 6 entspricht der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 5, wobei in der ersten Fluidkammer 11 und in der fünften Fluidkammer 15 Einbauten 54 vorgesehen sind.

[0073] Die sechste Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht der fünften Ausführungsform gemäß Fig. 6, wobei das Gehäuse 55 verstärkt ausgebildet ist. Dadurch kann eine besonders druckresistente Bauart erreicht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 55 aus Metall gefertigt ist. Vorzugsweise kann ein Werkstoff verwendet werden, der auch für die Platten zur Wärmeübertragung 21, 26, 27 zum Einsatz kommt. Es kann vorgesehen sein, die Platten zur Wärmeübertragung 21, 26, 27 einstückig mit dem Gehäuse 55 auszubilden, beispielsweise durch Kaltverformung. Bei der sechsten Ausführungsform kann beispielsweise die Fuge zwischen zwei Hälften des Gehäuses 55 durch Löten, Kaltschweißen oder Kleben verschlossen werden.

[0074] In Fig. 8 ist ein Querschnitt einer Ausführung der mit einer der Platten 21, 26, 27 zur Wärmeübertragung verbundenen Führung 61 des Arbeitsmediums gezeigt. Die Führung 61 umfasst Kanäle für den Durchfluss des Arbeitsmediums im flüssigen oder gasförmigen Zustand. Die dazwischenliegenden Rippen 62 vergrößern die Oberfläche zur Wärmeübertragung zwischen der Platte 21, 26, 27 zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsmedium. Das Material der Führung 61 weist bevorzugt einen Wärmeleitungskoeffizienten >150 W/mK auf. Die Führung 61 kann einstückig mit einer der Platten 21, 26, 27 zur Wärmeübertragung verbundenen sein und beispielsweise durch chemische Behandlung wie strukturierter Ätzung, mechanischer Verformung wie Tiefziehen, Fräsen oder Bohren, durch Zusammenfügen von mehreren Teilen oder durch geeignete Molding-Verfahren hergestellt werden. Die Führung 61 stellt Fluidkammern für Durchflußkühl- oder Heizstrukturen des Arbeitsmediums dar. Diese Anordnung kann aber auch vorzugsweise als geschlossene Heatpipe ausgeformt sein. Das ist insbesondere in Situationen vorteilhaft, wo der Zugang zu dem Kältereservoir eines Feststoffes genützt werden kann, zum Beispiel bei Anwendungen in der Weltraumfahrt, wo stets eine Außenseite des Raumschiffes auf tiefer Temperatur liegt.

[0075] In den Fig. 9 und 10 ist jeweils eine Draufsicht auf unterschiedliche Ausführungsformen der Führung 61 nach Fig. 8 gezeigt.

[0076] Dabei stellt die Führung 61 zwischen den Rippen 62 eine Mehrzahl an Kanälen für das Arbeitsmedium bereit, welche von einer Seite auf die gegenüberliegende Seite verlaufen. Der Querschnitt der Kanäle kann dabei beliebig vorgegeben werden, beispielsweise rund oder rechteckig. An den Enden der Kanäle können Verteiler 63 vorgesehen sein, welche das Arbeitsmedium auf die einzelnen Kanäle verteilt bzw. sammelt. Die Verteiler 63 können mittels Anschlussstutzen mit Zuleitungen und Ableitungen des Arbeitsmediums verbunden werden.

[0077] Als wärmeleitende Materialien zur gasdichten Leitung des Arbeitsmediums haben sich besonders Metalle oder metallisch versiegelte Graphite gezeigt. Vorzugsweise kommen dabei metallische Werkstoffe aus den Gruppen Aluminium und Kupfer zum Einsatz. Insbesondere bei hohen Drücken erscheinen metallisch beschichtete Metallmatrixkomposite wie beispielsweise AlSiC besonders geeignet zu sein.

[0078] In Fig. 10 weisen die Kanäle eine mäanderförmige Ausgestaltung auf, wobei ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den Platten 21, 26, 27 zur Wärmeübertragung und dem Arbeitsmedium erreicht werden kann.

[0079] Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf die zweite Platte 22 einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme, wobei eine mögliche Verteilung der ersten Öffnungen 31 und der zweiten Öffnungen 32 ersichtlich ist.

[0080] In Fig. 12 eine Schrägansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Übertragung 7/16 österreichisches Patentamt AT12 048U1 2011-09-15 von Wärme mit einem Fall-Film dargestellt. Dabei bildet das Arbeitsmedium einen Fallfilm entlang der Platten 21, 26, 27 zur Wärmeübertragung aus. Bei dieser Ausführung bilden die erste Platte 21 und die sechste Platte 26 die Außenseiten der Vorrichtung, wobei eine beidseitige Wärmeübertragung vorgesehen ist.

[0081] Die erste Platte 21 und die sechste Platte 26 bilden jeweils eine zusammenhängende Überströmungsfläche für das Arbeitsmedium aus.

[0082] Ein Zubringerrohr 64 mit mehreren Quell-Öffnungen 65, welche schlitzartig ausgebildet sein können, speist die in hängender Anordnung angeordneten Außenseiten der ersten Platte 21 und der sechsten Platte 26 mit dem Arbeitsmedium. Das Arbeitsmedium kann ein 2-Phasen Arbeitsmedium sein, z.B. ein ammoniakreiches Ammoniak-Wasser Gemisch für den Lösungsmittelverdampfer 91, oder einem ammoniakarmen Ammoniak-Wasser Gemisch für den Absorber 94 einer Absorptionskälteanlage 9. Durch Herausquellen aus den Quell-Öffnungen 65 auf die erste Platte 21 und/oder die sechste Platte 26 kann derart eine filmartige Benetzung dieser Platten 21, 26 sichergestellt werden. Durch einen Zwischenraum zu benachbarten gleichartig aufgebauten Vorrichtungen kann entstehendes Gas entweichen.

[0083] Ein besonderer Vorteil dieses Aufbaus liegt in seiner hängenden Art. Dadurch bewirken mit der Zeit auftretende Schmutzeffekte chemischer, mechanischer oder biologischer Natur keine Störung des Betriebs. Schmutzpartikel sammeln sich durch Gravitation am untersten Teil der Vorrichtung, wo ein Auffangbehälter vorgesehen sein kann, der leicht zu warten ist.

[0084] Die Platten 21, 26, 27 zur Wärmeübertragung können zumindest bereichsweise mit einer Wärmestrahlung absorbierenden Beschichtung versehen sein. Diese Beschichtung erscheint insbesondere auf der Seite zweckmäßig, auf der Wärme im Betrieb aufgenommen werden soll.

[0085] In Fig. 13 ist ein Wärmetauscher 7 umfassend eine Mehrzahl an Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme dargestellt. Dabei sind die Vorrichtungen gemäß Fig. 12 ausgebildet.

[0086] Diese Ausgestaltung des Wärmetauschers 7 erlaubt eine besonders platzsparende modulartige Aneinanderreihung von Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme zum Aufbau für beliebige Leistungsanforderungen aus Standardelementen.

[0087] Bei der Verwendung in einer Absorptionskälteanlage 9 mit einer Ammoniak-Wasser-Lösung kann der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme für die Heranführung oder Abführung des Ammoniak Dampfes genutzt werden.

[0088] Durch den Aufbau können sowohl innere als auch äußere Druckunterschiede sehr gering gehalten werden. Mit der mechanisch kompakten Konstruktion können aber auch große Druckdifferenzen zwischen innen und außen ohne Funktionsbeeinträchtigung ermöglicht werden.

[0089] Bei dem Wärmetauscher 7 können mehrere der Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme parallel geschalten sein.

[0090] Es kann bei dem Wärmetauscher 7 auch vorgesehen sein, dass mehrere der Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme seriell geschaltet sind.

[0091] Als besonders günstig hat sich herausgestellt, wenn in dem Wärmetauscher 7 parallel geschaltete Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme zu einem Wärmetauscherblock zusammengefasst werden und gegebenenfalls der Wärmetauscher 7 mehrere Wärmetauscherblöcke umfasst, wobei die Wärmetauscherblöcke seriell geschaltet sind.

[0092] Als Fluid kann beispielsweise frostgeschütztes, deionisiertes oder gepuffertes Wasser verwendet werden.

[0093] Besonders günstig erscheint, wenn das Fluid eine Flüssigkeit mit einer hohen Wärmekapazität ist. Dabei kann ein Fluid mit Nanopartikeln vorgesehen sein.

[0094] Als besonders vorteilhaft hat sich ein Fluid mit einem Zusatz von Partikeln oder Fasern erwiesen, die zumindest in einer Richtung einen Durchmesser von weniger als 100 nm 8/16

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15 und/oder eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 150 W/mK aufweisen. [0095] Weitere Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann. Ansprüche 1. Vorrichtung zur Übertragung von Wärme in einer Absorptionskälteanlage, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Fluidkammer (11), welche zwischen einer ersten Platte (21) zur Wärmeübertragung und einer der ersten Platte (21) gegenüberliegenden zweiten Platte (22) angeordnet ist, eine zweite Fluidkammer (12), welche zwischen der der ersten Fluidkammer (11) abgewandten Seite der zweiten Platte (22) und einer der zweiten Platte (22) gegenüberliegenden dritten Platte (23) angeordnet ist, und eine dritte Fluidkammer (13), welche zwischen der der zweiten Fluidkammer (12) abgewandten Seite der dritten Platte (23) und einer der dritten Platte (23) gegenüberliegenden vierten Platte (24) angeordnet ist, ausgebildet sind, dass die zweite Platte (22) im Wesentlichen über die gesamte zweite Platte (22) gleichmäßig verteilte erste Öffnungen (31) zum Fluidaustausch zwischen der ersten Fluidkammer (11) und der zweiten Fluidkammer (12) aufweist, und dass im Wesentlichen über die gesamte zweite Platte (22) gleichmäßig verteilte zweite Öffnungen (32) der zweiten Platte (22) mit im Wesentlichen über die gesamte dritte Platte (23) gleichmäßig verteilten dritten Öffnungen (33) der dritten Platte (23) mittels erster Verbindungskanäle (41) zum Fluidaustausch zwischen der ersten Fluidkammer (11) und der dritten Fluidkammer (13) verbunden sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Fluidkammer (14), welche zwischen der der dritten Fluidkammer (13) abgewandten Seite der vierten Platte (24) und einer der vierten Platte (24) gegenüberliegenden fünften Platte (25) angeordnet ist, und eine fünfte Fluidkammer (15), welche zwischen der der vierten Fluidkammer (14) abgewandten Seite der fünften Platte (25) und einer der fünften Platte (25) gegenüberliegenden sechsten Platte (26) zur Wärmeübertragung angeordnet ist, ausgebildet sind, dass die fünfte Platte (25) im Wesentlichen über die gesamte fünfte Platte (25) gleichmäßig verteilte vierte Öffnungen (34) zum Fluidaustausch zwischen der fünften Fluidkammer (15) und der vierten Fluidkammer (14) aufweist, und dass im Wesentlichen über die gesamte fünfte Platte (25) gleichmäßig verteilte fünfte Öffnungen (35) der fünften Platte (25) mit im Wesentlichen über die gesamte vierte Platte (24) gleichmäßig verteilten sechsten Öffnungen (36) der vierten Platte (24) mittels zweiter Verbindungskanäle (42) zum Fluidaustausch zwischen der fünften Fluidkammer (15) und der dritten Fluidkammer (13) verbunden sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der der ersten Fluidkammer (11) gegenüberliegenden Seite der ersten Platte (21) zur Wärmeübertragung eine siebte Platte (27) zur Wärmeübertragung angeordnet ist, dass eine sechste Fluidkammer (16), welche zwischen der der ersten Fluidkammer (11) abgewandten Seite der siebten Platte (27) und einer der siebten Platte (27) gegenüberliegenden achten Platte (28) angeordnet ist, eine siebte Fluidkammer (17), welche zwischen der der sechsten Fluidkammer (16) abgewandten Seite der achten Platte (28) und einer der achten Platte (28) gegenüberliegenden neunten Platte (29) angeordnet ist, und eine achte Fluidkammer (18), welche zwischen der der siebten Fluidkammer (17) abgewandten Seite der neunten Platte (29) und einer der neunten Platte (29) gegenüberliegenden zehnten Platte (30) angeordnet ist, ausgebildet sind, dass die achte Platte (28) im Wesentlichen über die gesamte achte Platte (28) gleichmäßig verteilte siebte Öffnungen (37) zum Fluidaustausch zwischen der sechsten Fluidkammer (16) und der siebten Fluidkammer (17) aufweist, und dass im Wesentlichen über die gesamte achte Platte (28) gleichmäßig verteilte achte Öffnungen (38) der achten Platte (28) mit im Wesentlichen über die gesamte neunte Platte (29) gleichmäßig verteilten neunten Öffnungen (39) der neunten Platte (29) mittels dritter Verbindungskanäle (43) zum Fluidaustausch zwischen der sechsten Fluidkammer (16) und der achten Fluidkammer (18) verbunden sind. 9/16 österreichisches Patentamt AT12048U1 2011-09-15
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhrleitung (51) in die zweite Fluidkammer (12) mündet und eine Abführleitung (52) mit der dritten Fluidkammer (13) verbunden ist oder dass die Zufuhrleitung (51) in die dritte Fluidkammer (13) mündet und die Abführleitung (52) mit der zweiten Fluidkammer (12) verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der ersten Platte (21) strukturiert ausgebildet ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Fluidkammer (11) abgewandte Seite der ersten Platte (21) mit der Führung (61) für ein Arbeitsmedium einstückig verbunden ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (21), die zweite Platte (22), die dritte Platte (23) und die vierte Platte (24) im wesentlichen parallel angeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Fluidkammern (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) Einbauten (54) zur Strömungsbeeinflussung vorgesehen sind.
9. 9. Wärmetauscher (7) umfassend zumindest eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
10. 10. Absorptionskälteanlage (9) mit wenigstens einem Wärmetauscher (7) nach Anspruch 9. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 10/16