DE10033908C1 - Micro heat exchanger has heat exchange block provided with perpendicular flow channels in alternating planes - Google Patents
Micro heat exchanger has heat exchange block provided with perpendicular flow channels in alternating planesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Mikro-Wärmeübertrager mit in abwechselnden Ebenen angeordneten und sich senkrecht kreuzenden, die Wärmeträgermedien führenden und voneinander getrennten Kanälen.The invention relates to a micro heat exchanger with alternating Layers arranged and crossing vertically, the heat transfer media leading and separate channels.
Derartige Mikro-Wärmeübertrager sind aus der DE-Z "Wissenschaftliche Be richte", FZKA 6080, S. 53 bis 60, 1998, beschrieben. Dabei bereitet der Anschluss dieser bekannten Mikro-Wärmeübertrager an weiteren Bauteilen oder Geräten erhebliche Schwierigkeiten, da dazu komplizierte und kostenintensive Anschlusselemente erforderlich sind.Such micro-heat exchangers are described in DE-Z "Wissenschaftliche Be reports", FZKA 6080 , pp. 53 to 60, 1998. The connection of these known micro-heat exchangers to other components or devices presents considerable difficulties, since complicated and cost-intensive connection elements are required for this.
Die Mikro-Wärmeübertrager der eingangs erwähnten Art haben jedoch eine hohe Leistungsdichte, eine geringe Masse und selbst günstige Herstellkosten. Die Kanalanordnungen in den Ebenen sind nicht miteinander verbunden und da sie sich kreuzen, wird ein Wärmeübergang in bekanntem Kreuzstrom stattfinden.However, the micro heat exchangers of the type mentioned at the outset have a high one Power density, low mass and even low manufacturing costs. The Channel arrangements in the levels are not interconnected and as they are cross, there will be a heat transfer in a known cross flow.
Es ist Aufgabe der Erfindung, für einen Mikro-Wärmeübertrager der eingangs erwähnten Art eine einfache Anschlusstechnik zum Anschluss desselben an weitere Bauteile im Prozesskreislauf zu schaffen, die nur preisgünstig her stellbare Teile erfordert und mit geringem Aufwand durchführbar ist.It is an object of the invention for a micro heat exchanger at the beginning mentioned type a simple connection technology for connecting the same To create additional components in the process cycle that are only inexpensive adjustable parts required and can be carried out with little effort.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass die Kanäle in den Ebenen in Reihen nebeneinander in einen Übertragerblock eingebracht sind, dass der Übertragerblock mindestens an zwei einander gegen überliegenden Seiten mit einem im Querschnitt reduzierten, umlaufenden Absatz enden und dass diese Absätze des Übertragerblockes in eine entsprechend ab gestufte Aufnahme von Flanschplatten bündig eingesetzt und mit diesen ver bunden sind, oder auch dadurch, dass die Kanäle für ein Wärmeträgermedium durch flache Profilabschnitte gebildet sind, die unter Bildung von den Kanälen für das andere Wärmeträgermedium in Abständen übereinander angeordnet sind, dass die Profilabschnitte an ihren Enden mit einem im Querschnitt reduzierten, umlaufenden Abschnitt enden und dass die Absätze in entsprechend abgestufte und beabstandete Aufnahmen von Flanschplatten bündig eingesetzt und mit die sen verbunden sind.According to the invention, this object is advantageously achieved by that the channels in the levels in rows side by side in a transmitter block are introduced that the transmitter block against at least two against each other overlying pages with a reduced circumferential heel end and that these paragraphs of the transmitter block turn into a corresponding stepped mounting of flange plates inserted flush and ver are bound, or also in that the channels for a heat transfer medium are formed by flat profile sections, which form the channels for the other heat transfer medium are arranged one above the other at intervals, that the profile sections at their ends with a reduced cross-section, wraparound section end and that paragraphs are graded accordingly and spaced recordings of flange plates inserted flush with and sen are connected.
Bei der ersten Art wird der Übertragerblock durch spanende Verfahren, Ätz- oder Beschichtungsverfahren hergestellt, während bei der zweiten Art die Profilabschnitte aus Aluminium-Strangpressprofilen abgelängt und mit den umlaufen den Absätzen versehen werden können.In the first type, the transmitter block is made by machining, etching or Coating process produced, while in the second type the profile sections cut to length from extruded aluminum profiles and with the circumferential paragraphs can be provided.
In beiden Fällen enden die Kanäle bündig mit den Geräte-Anschlussseiten der Flanschplatten, wobei die Absätze an dem Übertragerblock oder den Pofil abschnitten entsprechend auf die abgestuften Aufnahmen in den Flanschplatten angepasst sind.In both cases, the channels end flush with the device connection sides of the Flange plates, with the shoulders on the transmitter block or the profile sections corresponding to the graduated receptacles in the flange plates are adjusted.
Dabei kann nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass in den Ebenen jeweils eine Vielzahl von Kanälen in vorgegebener Teilung in den Übertragerblock eingebracht sind oder dass in die flachen Profilabschnitte eine Vielzahl von Kanälen in vorgegebener Teilung eingebracht sind.According to a further embodiment, it can be provided that in the A plurality of channels each in a predetermined division in the levels Transfer block are introduced or that in the flat profile sections A large number of channels are introduced in a predetermined division.
Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, die dadurch gekenn zeichnet, ist, dass die Absätze des Übertragerblockes oder der Profilabschnitte in Längsrichtung der zugeordneten Kanäle eine Abmessung aufweisen, die der halben Stärke der Flanschplatten entspricht, dass die Aufnahmen der Flansch platten dem Übertragerblock oder den Profilabschnitten zugekehrt einen Quer schnitt aufweisen, der an die Außenkontur des Übertragerblocks oder der Profilabschnitte angepasst ist und dass die Aufnahmen in halber Stärke der Flanschplatte in Endabschnitte übergehen, deren Querschnitt der Absätze des Übertragerblockes oder der Profilabschnitte entspricht.An embodiment has proven to be advantageous which is characterized thereby is that the paragraphs of the transmitter block or the profile sections have a dimension in the longitudinal direction of the assigned channels that the half the thickness of the flange plates corresponds to that of the flange plate a cross facing the transmitter block or the profile sections Have cut that to the outer contour of the transmitter block or Profile sections is adjusted and that the shots in half the strength of the Flange plate into end sections, the cross section of the paragraphs of the Transformer block or the profile sections corresponds.
Für die Ausbildung der Kanäle in einem Übertragerblock kann eine Anordnung und Form gewählt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanäle rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die größere Abmessung in die zugeordnete Ebene ausgerichtet ist, dass die Kanäle eine Abmessung von ca. 0,4 × 0,6 mm aufweisen und in den Ebenen in einem Abstand von ca. 0,2 bis 0,3 mm angeordnet sind, sowie dass die Kanäle für dasselbe Wärmeträger medium zwischen benachbarten Ebenen einen Abstand von ca. 0,6 mm aufwei sen.An arrangement can be used to form the channels in a transmitter block and shape can be selected, which is characterized in that the channels have rectangular cross-section, the larger dimension in the assigned level is that the channels have a dimension of approx. Have 0.4 × 0.6 mm and in the planes at a distance of about 0.2 to 0.3 mm are arranged, as well as that the channels for the same heat transfer medium medium between adjacent levels a distance of about 0.6 mm sen.
Die Form und Anordnung in den Profilabschnitten kann jedoch auch so variiert werden, dass die Kanäle in den Profilabschnitten runden Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 0,79 mm aufweisen und in dem Profilabschnitt in gleich mäßigen Abständen von etwa 1 mm angeordnet sind und dass die Profilab schnitte etwa eine Stärke von 1,4 mm aufweisen, sowie dass die Profilab schnitte in den Flanschplatten in Abständen von etwa 1 mm zueinander unter Bildung von Einzelkanälen für das andere Wärmeträgermedium festgelegt sind.However, the shape and arrangement in the profile sections can also vary that the channels in the profile sections have a round cross-section with a Have diameter of about 0.79 mm and in the profile section in the same moderate distances of about 1 mm and that the Profilab cuts have a thickness of about 1.4 mm, as well as the profile cuts in the flange plates at intervals of about 1 mm from each other Formation of individual channels for the other heat transfer medium are specified.
Die Verbindung zwischen dem Übertragerblock oder den Profilabschnitten mit den Flanschplatten lässt sich dadurch verbessern, dass der Übertragerblock oder die Profilabschnitte mit ihren Absätzen in den Aufnahmen der Flansch platten im Presssitz gehalten und/oder eingeklebt, eingelötet oder eingeschweißt sind.The connection between the transmitter block or the profile sections with The flange plates can be improved in that the transmitter block or the profile sections with their shoulders in the receptacles of the flange plates held in a press fit and / or glued, soldered or welded are.
Der Mikro-Wärmeübertrager lässt sich optimal für flüssige oder gasförmige Wärmeträgermedien einsetzen.The micro heat exchanger is ideal for liquid or gaseous Use heat transfer media.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the embodiment shown in the drawings examples explained in more detail. Show it:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Übertragerblock mit sich kreuzenden Kanälen in abwechselnden Ebenen, der an zwei einan der gegenüberliegenden Seiten mit umlaufenden Absätzen im Quer schnitt reduziert ist. Fig. 1 is a perspective view of a transmitter block with intersecting channels in alternating planes, which is reduced in cross section on two on the opposite sides with circumferential paragraphs.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den in zwei Flanschplatten eingesetzten Übertragerblock, Fig. 2 is a longitudinal section through the two flange plates used in transmitter block,
Fig. 3 eine Ansicht auf die Übertrager-Anschlusseite einer Flanschplatte mit der abgestuften Aufnahme für die mit einem Absatz versehe nen Übertragerblock, Fig. 3 is a view on the transformer-terminal side of a flange plate with the stepped receptacle for the versehe with a shoulder NEN transmitter block,
Fig. 4 in perspektivischer Ansicht einen Mikro-Wärmeübertrager mit Pro filabschnitten, die in zwei Flanschplatten beabstandet gehalten sind, Fig. 4 filabschnitten perspective view of a micro-heat exchanger with Pro spaced in two flange plates are held,
Fig. 5 eine Skizze zur Ausbildung der Kanäle und der Anordnung der Pro filabschnitte und Fig. 5 is a sketch for the formation of the channels and the arrangement of the pro filabschnitte and
Fig. 6 die Ansicht auf die Übertrager-Anschlussseite einer Flanschplatte für einen Mikro-Wärmeübertrager nach Fig. 4. Fig. 6 is a view on the transmitter port side of a flange plate for a micro-heat exchanger according to Fig. 4.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 wird ein Übertragerblock 10 in abwechselnden Ebenen E1, E3 . . . En bzw. E2, E4 . . . En - 1 mit sich kreuzenden Kanälen 11 und 12 für die beiden Wärmeträgermedien WTM1 und WTM2 verse hen. Die Kanäle 11 und 12 kreuzen sich senkrecht, sind aber nicht miteinander verbunden. Der Wärmeaustausch erfolgt im Kreuzstrom. Innerhalb der Ebenen E1 bis En sind die Kanäle 11 und 12 jeweils mit großer Anzahl in gleichmäßiger Teilung eingebracht. Sind die Kanäle 11 und 12 rechteckförmig, dann ist die größere Abmessung in die zugeordnete Ebene ausgerichtet.In the embodiment of FIGS. 1 to 3, a transmitter block 10 is in alternating levels E1, E3. , , En or E2, E4. , , En - 1 with intersecting channels 11 and 12 for the two heat transfer media WTM1 and WTM2. The channels 11 and 12 intersect perpendicularly, but are not connected to one another. The heat exchange takes place in cross flow. Within the levels E1 to En, the channels 11 and 12 are each introduced with a large number in uniform division. If the channels 11 and 12 are rectangular, then the larger dimension is aligned with the assigned plane.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind Kanäle mit etwa 0,4 × 0,6 mm in einem Ab stand von etwa 0,2 bis 0,3 mm gewählt worden. Für den Abstand der Kanäle 11 bzw. 12 in den benachbarten Ebenen, z. B. E1 und E3 bzw. E2 und E4, des selben Wärmeträgermediums WTM1 bzw. WTM2 wurde etwa 1 mm gewählt. Damit ergibt sich eine kompakte Form für den Übertragerblock 10 mit geringer Masse und großer Leistungsdichte. Die Kanäle 11 und 12 lassen sich mit be kannten Verfahren, wie spanende Verfahren, Ätz- oder Beschichtungsverfahren, in einem Metallblock, z. B. aus Aluminium, einbringen. Die einander gegenüber liegenden Seiten des Übertragerblockes 10 werden mit einem umlaufenden Ab satz 13 versehen, so dass der Übertragerblock 10 mit einem Abschnitt mit re duziertem Querschnitt endet. Ist der Absatz 13 in Längsrichtung der Kanäle 11 auf eine Abmessung gebracht, die der halben Stärke einer Flanschplatte 20 ent spricht und ist in die Flanschplatte 20 eine abgestufte Aufnahme 21 einge bracht, die in der Mitte der Stärke entsprechend abgesetzt und an die Quer schnitte von dem reduzierten Abschnitt und dem Außenquerschnitt des Übertra gerblockes 10 angepasst ist, dann kann der Übertragerblock 10 in die Aufnahme 21 der Flanschplatte 20 so eingesetzt werden, dass die Kanäle 11 bündig mit der Geräte-Anschlussseite der Flanschplatte 20 abschließen, wie Fig. 2 zeigt. Die Aufnahme 21 ist im Zentrum der Flanschplatte 20 und mit dem im Quer schnitt größeren Abschnitt dem Übertragerblock 10 zugekehrt. Die Aufnahme 21 umschließt den Absatz 13 über den gesamten Umfang, so dass ein dichter An schluss am Übertragerblock 10 erreicht wird. Dies gilt auch für die an den Flanschplatten 20 anschließbaren Geräte oder Bauteile.In one embodiment, channels with approximately 0.4 × 0.6 mm were selected from a distance of approximately 0.2 to 0.3 mm. For the distance of the channels 11 and 12 in the adjacent levels, for. B. E1 and E3 or E2 and E4, the same heat transfer medium WTM1 or WTM2 was chosen about 1 mm. This results in a compact shape for the transmitter block 10 with low mass and high power density. The channels 11 and 12 can be using known methods, such as machining processes, etching or coating processes, in a metal block, for. B. made of aluminum. The opposite sides of the transmitter block 10 are provided with a circumferential paragraph 13 , so that the transmitter block 10 ends with a section with a reduced cross section. If the paragraph 13 in the longitudinal direction of the channels 11 is brought to a dimension that speaks half the thickness of a flange plate 20 ent and a graduated receptacle 21 is introduced into the flange plate 20 , which is offset in the middle of the thickness and to the cross sections of the reduced portion and the outer cross section of the Übertra gerblockes 10 is adapted, the transmitter block can 10 into the receptacle 21 of the flange plate 20 are used so that the channels 11 are flush with the device connection side of the flange plate 20 as Fig. 2 shows. The receptacle 21 is in the center of the flange plate 20 and with the larger section in cross section facing the transmitter block 10 . The receptacle 21 encloses the paragraph 13 over the entire circumference, so that a tight connection to the transmitter block 10 is achieved. This also applies to the devices or components that can be connected to the flange plates 20 .
Der Übertragerblock 10 kann durch Presssitz in den Aufnahmen 21 der Flansch platten 20 gehalten werden. Der Halt kann durch Verkleben, Verlöten oder Ver schweißen noch verbessert werden.The transmitter block 10 can be held by press fit in the receptacles 21 of the flange plates 20 . The hold can be further improved by gluing, soldering or welding.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 werden flache Profilab schnitte 30 in beabstandeten Ebenen übereinander angeordnet und in entspre chend beabstandeten Aufnahmen 22 der Flanschplatten 20 gehalten. Die Profil abschnitte 30 weisen nur die Kanäle 11 für das eine Wärmeträgermedium WTM1 auf. Die Zwischenräume zwischen den flachen Profilabschnitten 30 bilden breite Kanäle 33 für das andere Wärmeträgermedium WTM2, wie Fig. 4 zeigt. Die Festlegung der Profilabschnitte 30 mit ihren in Querschnitten re duzierten Absätzen 32 an den Enden erfolgt in gleicher Weise durch entspre chende Anpassung der abgestuften Aufnahmen 22 in den Flanschplatten 30, wobei dieselbe bündige Verbindung erreicht wird. Die Stärke der Flanschplatten 20 und axiale Abmessung der Absätze 32 an den Profilabschnitten 30 wird in Übereinstimmung mit den Stufen der Aufnahmen 22 gewählt. In the embodiment according to FIGS. 4 to 6 flat Profilab sections 30 are arranged one above the other in spaced planes and held in accordingly spaced receptacles 22 of the flange plates 20 . The profile sections 30 have only the channels 11 for the one heat transfer medium WTM1. The spaces between the flat profile sections 30 form wide channels 33 for the other heat transfer medium WTM2, as shown in FIG. 4. The definition of the profile sections 30 with their reduced in cross sections paragraphs 32 at the ends is done in the same way by corre sponding adjustment of the stepped receptacles 22 in the flange plates 30 , the same flush connection being achieved. The thickness of the flange plates 20 and the axial dimension of the shoulders 32 on the profile sections 30 is chosen in accordance with the steps of the receptacles 22 .
Wie Fig. 5 zeigt, können die Kanäle 11 in den Profilabschnitten 30 auch runden Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 0,79 mm aufweisen und in gleich mäßiger Teilung in einem Abstand von etwa 1 mm im Pofilabschnitt 30 ange ordnet sein. Die Stärke der flachen Profilabschnitte 30 ist mit etwa 1,4 mm gewählt und die Profilabschnitte 30 sind in den Flanschplatten 20 so gehalten, dass sie einen Abstand von etwa 1 mm aufweisen, der die Abmessung der Ka näle 33 für das andere Wärmeträgermedium WTM2 bestimmt.As Fig. 5 shows, the channels may have 11 also rounded in the profile sections 30 cross-section with a diameter of about 0.79 mm and a uniform pitch in mm at a distance of about 1 in 30 Pofilabschnitt be disposed. The thickness of the flat profile sections 30 is chosen to be approximately 1.4 mm and the profile sections 30 are held in the flange plates 20 such that they are at a distance of approximately 1 mm, which determines the dimension of the channels 33 for the other heat transfer medium WTM2.
Claims (12)
dass die Kanäle (11, 12) in den Ebenen (E1, E2 bis En) in Reihen ne beneinander in einen Übertragerblock (10) eingebracht sind,
dass der Übertragerblock (10) mindestens an zwei einander gegenüber liegenden Seiten mit einem im Querschnitt reduzierten, umlaufenden Absatz (13) enden und
dass diese Absätze (13) des Übertragerblockes (10) in eine entsprechend abgestufte Aufnahme (21) von Flanschplatten (20) bündig eingesetzt und mit diesen verbunden sind.1. Micro heat exchanger with channels arranged in alternating planes and intersecting at right angles, which carry the heat transfer media and are separate from one another, characterized in that
that the channels ( 11 , 12 ) in the levels (E1, E2 to En) are introduced in rows next to one another in a transmitter block ( 10 ),
that the transmitter block ( 10 ) ends at least on two mutually opposite sides with a reduced circumferential shoulder ( 13 ) and
that these shoulders (13) of the Übertragerblockes (10) are inserted into a correspondingly stepped receptacle (21) of flange plates (20) aligned and connected with these.
dass die Kanäle (31) für ein Wärmeträgermedium (WTM1) durch flache Profilabschnitte (30) gebildet sind, die unter Bildung von den Kanälen (32) für das andere Wärmeträgermedium (WTM2) in Abständen übereinander angeordnet sind,
dass die Profilabschnitte (30) an ihren Enden mit einem im Querschnitt reduzierten, umlaufenden Abschnitt (32) enden und
dass die Absätze (32) in entsprechend abgestufte und beabstandete Auf nahmen (22) von Flanschplatten (20) bündig eingesetzt und mit diesen verbunden sind.2. Micro heat exchanger with channels arranged in alternating planes and intersecting at right angles, which carry the heat transfer media and are separate from one another, characterized in that
that the channels ( 31 ) for a heat transfer medium (WTM1) are formed by flat profile sections ( 30 ) which are arranged at intervals above one another to form the channels ( 32 ) for the other heat transfer medium (WTM2),
that the profile sections ( 30 ) end at their ends with a reduced cross-section, circumferential section ( 32 ) and
that the paragraphs ( 32 ) in correspondingly graduated and spaced on recordings ( 22 ) of flange plates ( 20 ) inserted flush and connected to them.
dass die Absätze (13, 32) des Übertragerblockes (10) oder der Profil abschnitte (30) in Längsrichtung der zugeordneten Kanäle (11 bzw. 31) eine Abmessung aufweisen, die der halben Stärke der Flanschplatten (20) entspricht,
dass die Aufnahmen (21, 22) der Flanschplatten (20) dem Übertrager block (10) oder den Profilabschnitten (30) zugekehrt einen Querschnitt aufweisen, der an die Außenkontur des Übertragerblocks (10) oder der Profilabschnitte (30) angepasst ist und
dass die Aufnahmen (21, 22) in halber Stärke der Flanschplatte (20) in Endabschnitte übergehen, deren Querschnitt der Absätze (13, 32) des Übertragerblockes (10) oder der Profilabschnitte (30) entspricht.5. Micro heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in
that the shoulders ( 13 , 32 ) of the transmitter block ( 10 ) or the profile sections ( 30 ) in the longitudinal direction of the assigned channels ( 11 or 31 ) have a dimension that corresponds to half the thickness of the flange plates ( 20 ),
that the receptacles (21, 22) of the flange plates (20) block to the transmitter (10) or the profile sections (30) faces have a cross section which is adapted to the outer contour of the Übertragerblocks (10) or the profile sections (30) and
that the receptacles ( 21 , 22 ) half the thickness of the flange plate ( 20 ) merge into end sections, the cross section of which corresponds to the shoulders ( 13 , 32 ) of the transmitter block ( 10 ) or the profile sections ( 30 ).
dass die Kanäle (31) in den Profilabschnitten runden Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 0,79 mm aufweisen und in dem Profilab schnitt (30) in gleichmäßigen Abständen von etwa 1 mm angeordnet sind und
dass die Profilabschnitte (30) etwa eine Stärke von 1,4 mm aufweisen.9. Micro heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in
that the channels ( 31 ) in the profile sections have a round cross section with a diameter of approximately 0.79 mm and in the profile section ( 30 ) are arranged at uniform intervals of approximately 1 mm and
that the profile sections ( 30 ) have a thickness of approximately 1.4 mm.
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