DE102010029663A1

DE102010029663A1 - Wärmetauscher mit modularem Wärmeleitelement

Info

Publication number: DE102010029663A1
Application number: DE102010029663A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Wärmeleitelement, wobei das Gehäuse einen dichten Innenraum ausbildet und zum Ein- und Auslassen eines Wärmetauschermediums zumindest eine Einlassöffnung und zumindest eine Auslassöffnung aufweist. Erfindungsgemäß umfasst das Wärmeleitelement zumindest zwei Wärmeleitmodule mit jeweils einem Trennboden und daran angeordneten Erhebungen zum Wärmeaustausch mit dem Wärmetauschermedium, wobei die Wärmeleitmodule im Gehäuse in dessen Längs- und/oder Querrichtung modular angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeleitmodul sowie einen Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Wärmeleitelement, wobei das Gehäuse einen dichten Innenraum ausbildet und zum Ein- und Auslassen eines Wärmetauschermediums zumindest eine Einlassöffnung und zumindest eine Auslassöffnung aufweist.
Aus der DE 103 15 225 A1 ist ein Wärmetauscher mit einem topfförmigen ersten Element und einem deckelförmigen zweiten Element bekannt, die miteinander verbunden sind, so dass ein dichter Innenraum ausgebildet wird. Der Wärmetauscher weist zumindest eine erste und eine zweite Öffnung auf, wobei in die erste Öffnung ein Wärmetauschermedium in den Innenraum des Wärmetauschers einführbar und aus der zweite Öffnung wieder ausführbar ist. Der Wärmetauscher besitzt eine Vielzahl von in den Innenraum hineinragenden Erhebungen, die mit dem ersten oder dem zweiten Element verbunden sind und im Wesentlichen dafür vorgesehen sind, dem Wärmetauschermedium Wärme zu- oder abzuführen. Die Eigenschaften eines derartigen Wärmetauschers werden insbesondere durch die spezielle Ausgestaltung seiner Erhebungen sowie seiner Abmaße verändert. Liegt ein konkreter Anwendungsfall vor, wird ein Wärmetauscher in der Regel derart ausgelegt, dass beispielsweise in Abhängigkeit des verwendeten Wärmetauschermediums oder des Volumenstroms ein möglichst guter Wirkungsgrad erzielt wird.
Ein wesentlicher Nachteil des aus der DE 103 15 225 A1 bekannten Wärmetauschers besteht jedoch darin, dass der konkrete Verwendungszweck bereits vor seiner Herstellung bekannt sein muss, da nur dann eine Optimierung seiner Eigenschaften, insbesondere seiner Erhebungen, für den konkreten Anwendungsfall vorgenommen werden kann. Sobald die Produktion gestartet ist und das erste oder zweite Element bzw. Bauteil des Wärmetauschers hergestellt wurde, ist eine nachträgliche Anpassung der Erhebungen im Wesentlichen ausgeschlossen oder nur mit erheblichem Mehraufwand und erhöhten Herstellungskosten zu realisieren, da die Erhebungen im Wesentlichen nicht mehr veränderbar sind. Ein weiterer damit einhergehender Nachteil besteht darin, dass die Stückzahl eines für einen konkreten Anwendungsfall optimierten Wärmetauschers bereits vor der Produktion möglichst exakt bekannt sein muss, da Überproduktionen in der Regel nicht anderweitig verwendet werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Wärmetauscher zu schaffen, dessen Eigenschaften einfach und schnell auch noch nach Beginn der Produktion anpassbar sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wärmeleitmodul sowie einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und 2.
Erfindungsgemäß weist das Wärmeleitmodul einen Trennboden mit daran angeordneten Erhebungen zum Wärmeaustausch mit einem Wärmetauschermedium auf, wobei der Trennboden zumindest einen Verbindungsbereich aufweist zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Wärmeleitmodul. Vorteilhafterweise kann somit ein Wärmetauscher mit beliebig ausgebildeten Wärmeleitmodulen bestückt werden, so dass der Wirkungsgrad des Wärmetauschers für den jeweiligen Anwendungsfall optimierbar ist.
Erfindungsgemäß weist der Wärmetauscher ein Gehäuse und ein darin angeordnetes Wärmeleitelement auf, wobei das Gehäuse einen dichten Innenraum ausbildet und zum Ein- und Auslassen zumindest eines Wärmetauschermediums zumindest eine Einlassöffnung und zumindest eine Auslassöffnung aufweist. Das Wärmeleitelement umfasst zumindest zwei Wärmeleitmodule mit jeweils einem Trennboden und daran angeordneten Erhebungen zum Wärmeaustausch mit dem Wärmetauschermedium. Die Wärmeleitmodule sind im Gehäuse in dessen Längs- und/oder Querrichtung modular angeordnet. Vorteilhafterweise können somit die Eigenschaften des Wärmetauschers einfach und schnell an das dafür vorgesehene Einsatzgebiet angepasst werden, indem zumindest eines der standardisierten Wärmeleitmodule des Wärmeleitelements mit einem für den konkreten Anwendungsfall optimierten Wärmeleitmodul austauschbar ist.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus der modularen Gestaltung des Wärmetauschers, insbesondere des Gehäuses und/oder des zumindest einen Wärmeleitelementes, ergibt, ist darin zu sehen, dass mehrere identische und/oder unterschiedliche Gehäuse, Wärmeleitelemente und/oder Wärmeleitmodule mit unterschiedlichen Eigenschaften vorproduzierbar sind ohne zuvor den konkreten Anwendungsfall kennen zu müssen. Somit kann zu einem späteren Zeitpunkt für einen konkreten Anwendungsfall ein Wärmetauscher hergestellt werden, indem aus den vorproduzierten Bauteilen nach dem Baukastenprinzip ein passendes Gehäuse, insbesondere hinsichtlich seiner Abmaße, mit den passenden Wärmeleitmodulen bestückbar ist. Eine Optimierung der Eigenschaften kann insbesondere dadurch erfolgen, dass unterschiedliche vorproduzierte Wärmeleitmodule verwendet werden. Diese können insbesondere hinsichtlich ihrer Verteilung auf dem Trennboden, ihrer Anzahl, Form, Geometrie, Länge, Dicke und/oder Materialeigenschaften unterschiedlich ausgebildet sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Wärmeleitelement derart im Gehäuse angeordnet ist, dass der Innenraum des Gehäuses, insbesondere mittels der Trennböden der einzelnen Wärmeleitmodule, in zwei voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt ist und die Erhebungen der einzelnen Wärmeleitmodule zumindest in einen dieser Bereiche hineinragen. Somit können vorteilhafterweise zwei Wärmetauschermedien zum Wärmeaustausch zwischen diesen beiden in das selbe Gehäuse eingeführt werden, ohne dass sich diese miteinander vermischen können.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Wärmeleitelemente im Gehäuse zueinander parallel angeordnet sind. In einer derart ersten parallelen Anordnungsmöglichkeit, bei der die Erhebungen der Wärmeleitmodule des ersten Wärmeleitelementes mit denen des zweiten Wärmeleitelementes fluchtend ausgerichtet sind, ist der Innenraum des Gehäuses mittels der Trennböden vorteilhafterweise in drei voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt. Somit sind beispielsweise drei unterschiedliche Wärmetauschermedien in das Gehäuse einführbar, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn das Wärmetauschermedium des ersten Bereichs seine Wärme an das Wärmetauschermedium des zweiten Bereichs und dieses wiederum seine Wärme an das Wärmetauschermedium des dritten Bereichs abgibt.
Alternativ können bei dieser ersten parallelen Anordnungsmöglichkeit der Wärmeleitelemente aber auch nur zwei Wärmetauschermedien Verwendung finden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Wärmetauschermedium den in der Mitte liegenden zweiten Bereich und das zweite Wärmetauschermedium die am Rand liegenden Bereiche eins und drei durchströmt. Infolgedessen kann vorteilhafterweise die von den Erhebungen abhängige Wärmeaustauschfläche im Vergleich zu einem Wärmetauscher mit nur einem Wärmeleitelement verdoppelt werden, so dass zwischen den beiden Wärmetauschermedien ein verbesserter Wärmeaustausch bei zugleich reduzierter Länge des Wärmetauschers gewährleistet ist.
Bei der zweiten parallelen Anordnungsmöglichkeit der Wärmeleitelemente im Gehäuse des Wärmetauschers sind die Trennböden der Wärmeleitmodule des ersten Wärmeleitelementes mit denen des zweiten Wärmeleitelementes fluchtend ausgerichtet. Somit kann vorteilhafterweise die Breite des Wärmetauschers und somit die durch die Erhebungen bedingte Wärmeaustauschfläche vergrößert werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Wärmeleitelemente im Gehäuse zueinander fluchtend angeordnet sind, so dass sich die Länge des Wärmetauschers vergrößert. Beispielsweise kann somit bei im Wesentlichen konstanter Wärmeaustauschfläche die Breite und/oder die Höhe des Wärmetauschers reduziert werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeleitmodule eines Wärmeleitelementes zueinander matrizenartig angeordnet sind. Somit ist die Länge und Breite eines Wärmeleitelementes beliebig anpassbar. Ebenso ist somit ein Verrutschen der Wärmeleitmodule zueinander und/oder zum Gehäuse im Wesentlichen ausgeschlossen.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeleitmodule eines Wärmeleitelementes unmittelbar aneinander angeordnet sind, da hierdurch eine besonders dichte Verbindung herstellbar ist. Eine Vermischung zweier Wärmetauschermedien ist somit im Wesentlichen ausgeschlossen. Des Weiteren kann hierdurch Material eingespart werden, so dass die Herstellkosten des Wärmetauschers reduziert werden.
Alternativ können aber auch mehrere Wärmeleitmodule auf einem Gitter angeordnet sein. Somit kann die Montage mehrerer Wärmeleitmodule erleichtert werden, indem diese zunächst außerhalb des Wärmetauschers mit dem Gitter verbunden und anschließend als eine Einheit in das Gehäuse eingeschoben werden.
Um sehr schnell und kostengünstig eine dichte Verbindung herstellen zu können, ist es besonderes vorteilhaft, wenn die Wärmeleitmodule, insbesondere im Bereich ihrer Trennböden, miteinander und/oder mit dem Gitter und/oder mit dem Gehäuse form-, stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden sind.
Um bei einem konkreten oder veränderten Anwendungsfall eine Optimierung des Wärmetauschers durchführen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Wärmeleitelement und/oder die Wärmeleitmodule miteinander und/oder mit dem Gehäuse lösbar befestigt sind. Somit können bereits in dem Wärmetauscher montierte Wärmeleitelemente und/oder Wärmeleitmodule zu Reparaturzwecken mit neuen oder zur Optimierung der Wärmeleiteigenschaften mit abgeänderten Wärmeleitmodulen und/oder Wärmeleitelementen ersetzt werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeleitmodule im Verbindungsbereich mit dem benachbarten Wärmeleitmodul und/oder mit dem Gitter und/oder dem Gehäuse eine Dichtung, insbesondere eine Dichtfolie, aufweisen, so dass ein Vermischen der Wärmetauschermedien im Wesentlichen ausgeschlossen ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse zum Anbringen der Wärmeleitmodule und/oder des Wärmeleitelements im Gehäuse zumindest eine Montageöffnung aufweist, wobei die Montageöffnung mit einem weiteren Gehäuse verbunden oder mit einem Deckel verschlossen ist. Somit kann eine einfache Montage und/oder ein einfacher Austausch bereits montierter Wärmeleitmodule und/oder Wärmeleitelemente erfolgen. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn im Verbindungsbereich zwischen zwei modular hintereinander angeordneten Gehäusen und/oder dem Gehäuse und Deckel eine Dichtung vorgesehen ist, so dass kein Wärmetauschermedium austreten kann.
Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn das Gehäuse zum Positionieren der Wärmeleitmodule von der Montageöffnung ausgehend an zwei seiner gegenüberliegenden Innenflächen eine Führungsvorrichtung, insbesondere eine Führungsnut und/oder eine Führungsrippe, aufweist, die zumindest teilweise mit den Trennböden der Wärmeleitmodule korrespondiert, so dass die Wärmeleitmodule bei der Montage an eine vorbestimmte Position im Gehäuse geführt werden. Eine Fehlmontage ist somit im Wesentlichen ausgeschlossen. Des Weiteren wird die Montage der Wärmeleitmodule und/oder des Wärmeleitelements erleichtert.
Besondere Vorteile bringt es mit sich, wenn die Führungsnut durch eine mäanderförmige Formgebung des Gehäuses ausgebildet ist, da hierdurch die Herstellungskosten reduzierbar sind. Außerdem ist eine sehr schnelle und einfache Fixierung des Wärmeleitelementes und/oder der Wärmeleitmodule im Gehäuse möglich, indem bei eingeführtem Wärmeleitelement und/oder Wärmeleitmodulen die Breite der mäanderförmigen Führungsnut durch von außen aufgebrachten Druck irreversibel derart verengt wird, dass das Wärmeleitelement und/oder die Wärmeleitmodule im Gehäuse verquetscht sind. Nach dem Verpressen der mäanderförmigen Führungsnut liegt zwischen Gehäuse und Wärmeleitmodul bzw. Wärmeleitelement eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung vor.
Auch ist es insbesondere für eine schnelle und unkomplizierte Montage von Vorteil, wenn die Trennböden an zumindest einer ihrer dem Trennboden eines benachbarten Wärmeleitmoduls und/oder der Führungsvorrichtung zugewandten Seite insbesondere eine Nut und/oder eine Rippe aufweisen, so dass die Trennböden miteinander und/oder im Verbindungsbereich mit der Führungsvorrichtung verzahnt sind. Des Weiteren wird hierdurch eine sehr dichte Verbindung zwischen den einzelnen Wärmeleitmodulen und dem Gehäuse gewährleistet. Auch ist ein Verrutschen der Wärmeleitmodule zueinander im Wesentlichen ausgeschlossen.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse im Bereich der Führungsvorrichtung mit den Wärmeleitmodulen insbesondere in ihrer Querrichtung verpresst sind, so dass diese im Gehäuse fixiert sind und bei geöffnetem Gehäuse nicht verrutschen können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Strömungswiderstand der Erhebungen eines Wärmeleitmoduls im Gehäuse insbesondere mittels ihrer Anordnung zueinander sowie ihrer Formgebung in Abhängigkeit der Einbauposition angepasst. So weist zumindest eines der im Bereich der Einlassöffnung angeordneten Wärmeleitmodule eine größere Anzahl an Erhebungen auf als eines der im Bereich der Auslassöffnung angeordneten Wärmeleitmodule. Zusätzlich und/oder alternativ weisen die Erhebungen des im Bereich der Einlassöffnung angeordneten Wärmeleitmoduls zueinander einen geringeren Abstand und/oder einen größeren Durchmesser auf als die Erhebungen des im Bereich der Auslassöffnung angeordneten Wärmeleitmoduls. Somit wird gewährleistet, dass die im Bereich der Einlassöffnung angeordneten Wärmeleitmodule einen größeren Strömungswiderstand aufweisen als die im Bereich der Auslassöffnung angeordneten, so dass über die gesamte Länge des Wärmetauschers ein im Wesentlichen homogener Wärmeaustausch erfolgt.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn zumindest ein Wärmeleitmodul durch ein Kaltumformverfahren, vorzugsweise ein Fließpressverfahren, einteilig ausgebildet ist, da hierdurch die Herstellungskosten reduzierbar sind.
Alternativ ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Wärmeleitmodul mit den Erhebungen und dem Trennboden mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Erhebungen mit dem Trennboden form-, stoff- und/oder reibschlüssig verbunden sind. Somit kann ein Trennboden individuell mit beispielsweise sich hinsichtlich Länge, Breite, Geometrie und/oder Material unterscheidenden Erhebungen bestückt sein, so dass der Wirkungsgrad des Wärmetauschers optimiert ist.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn zwei an gegenüberliegenden Seiten des Trennbodens angeordnete Erhebungen durch einen einteiligen Stift ausgebildet sind, der insbesondere in eine Ausnehmung des Trennbodens eingepresst ist, da hierdurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Wärmeleitelement ein Wärmeleitmodul ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeleitmodule im Wesentlichen achsensymmetrisch ausgebildet sind, da die Wärmeleitmodul somit einfacher im Fließpressverfahren herstellbar sind.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeleitmoduls;
2 eine perspektivische Ansicht eines mehrteiligen Wärmeleitmoduls;
3 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Wärmeleitmoduls;
4 und 5 einen Längsschnitt und Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit mehreren Wärmeleitmodulen;
6 eine alternative Ausführungsform eines Wärmetauschers mit zwei übereinander angeordneten Wärmeleitelementen und
7 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit variabel ausgebildeten Erhebungen.
1 zeigt ein Wärmeleitmodul 1 mit einem Trennboden 2 und daran angeordneten Erhebungen 3. Die Erhebungen 3 sind an gegenüberliegenden Seiten des Trennbodens 2 in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen 3 zylindrisch ausgebildet und weisen alle die gleiche Länge und Breite auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorliegende Ausgestaltung der Erhebungen 3 beschränkt. Vielmehr kann der Abstand zwischen den einzelnen Erhebungen unterschiedlich sein. Ferner können sich die einzelnen Erhebungen 3 bezüglich ihrer Länge, Bereite, Form, Geometrie sowie Materialeigenschaften unterscheiden.
Der Trennboden 2 weist des Weiteren Verbindungsbereiche 4 auf, an denen das Wärmeleitmodul 1 mit weiteren Wärmeleitmodulen 1, Wärmeleitelementen und/oder einem Gehäuse lösbar und/oder fest verbindbar ist (siehe 4, 6 und 7). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsbereiche 4 plan ausgebildet. Sie können jedoch auch zumindest einen Vorsprung und/oder eine Vertiefung aufweisen, wie beispielsweise eine Nut, eine Feder und/oder eine Rippe. Somit ist eine feste und zugleich dichte Verbindung des Wärmeleitmoduls 1 mit einem weiteren Wärmeleitmodul 1, einem Wärmeleitelement und/oder dem Gehäuse herstellbar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Wärmeleitmodul 1 durch ein Kaltumformverfahren, vorzugsweise ein Fließpressverfahren ausgebildet, so dass der Trennboden 2 zusammen mit den Erhebungen 3 einteilig ist.
Alternativ kann das Wärmeleitmodul 1, wie in 2 dargestellt, auch mehrteilig ausgebildet sein. in diesem Fall sind jeweils zwei bezüglich des Trennbodens 2 gegenüberliegend angeordnete Erhebungen 3a, 3b durch einen einteiligen Stift 5 ausgebildet. Der Stift 5 ist zum Befestigen mit dem Trennboden 2 in eine Bohrung 6 des Trennbodens 2 kraftschlüssig eingepresst. Durch die mehrteilige Ausführung des Wärmeleitmoduls 1 können vorteilhafterweise die Stifte 5 aus einem anderen Material hergestellt sein als der Trennboden 2. Somit kann für die Stifte 5 ein Material gewählt werden, dass besonders gut die Wärme von der ersten Erhebung 3a zur zweiten Erhebung 3b und/oder in entgegengesetzter Richtung leitet. Des Weiteren kann durch die einteilige Ausbildung der beiden gegenüberliegenden Erhebungen 3a und 3b verhindert werden, dass die Wärme im Wesentlichen im Trennboden 2 gespeichert wird, sondern stattdessen direkt von einem Ende des Stiftes 5 zu seinem anderen Ende geleitet wird.
Wie bereites anfangs erwähnt sind in Bezug auf den Gestaltungsfreiraum der Erhebungen 3 insbesondere hinsichtlich Länge, Breite, Querschnitt, Form, Material und Anzahl keine Grenzen gesetzt. Gleiches trifft auf den Trennboden 2 zu, der wie in 3 dargestellt in einer alternativen Ausführungsform einen rechteckigen Grundriss aufweist. Beispielsweise könnte der Trennboden 2 aber auch einen runden oder n-eckigen Grundriss aufweisen. Auch könnten die Verbindungsbereiche aus mehreren Flächen bestehen und/oder konkav oder konvex ausgebildet sein.
Das in 3 dargestellte Wärmeleitmodul 1 weist an den vier Verbindungsbereichen 4 des Trennbodens 2 eine rundumlaufende Nut 7 auf. Durch das Einbringen einer in 3 nicht dargestellten Feder können somit zwei bezüglich der Nut 7 identisch ausgebildete Wärmeleitmodule 1 miteinander und/oder im Verbindungsbereich mit dem Gehäuse und/oder einem Wärmeleitelement formschlüssig verzahnt werden.
Die in 1, 2 und 3 dargestellten alternativen Wärmeleitmodule 1 finden Verwendung in einem Wärmetauscher 8 gemäß 4. Hierbei bilden die einzelnen Wärmeleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h zusammen ein Wärmeleitelement 9. Jedes der Wärmeleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h weist an zumindest einem seiner Verbindungsbereiche 4 des Trennbodens 2 eine Nut 7 und an dem gegenüberliegenden Verbindungsbereich 4 eine Feder 10 auf. Diese greifen mit der Feder 10 und/oder Nut 7 des benachbarten Wärmeleitmoduls 1 ineinander, sodass zwischen den einzelnen Wärmeleitmodulen 1 eine feste und dichte form- und/oder kraftschlüssige Verbindung vorliegt.
Das Wärmeleitelement 9 ist in einem Gehäuse 11 angeordnet, wobei das Gehäuse 11 einen dichten Innenraum ausbildet. Das Wärmeleitelement 1 ist derart im Gehäuse 11 angeordnet, dass der Innenraum des Gehäuses 11 mittels der Trennböden 2 der einzelnen Wärmeleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h derart geteilt wird, dass ein erster Bereich 12a und ein zweiter Bereich 12b ausgebildet wird. Die an gegenüberliegenden Seiten der Trennböden 2 angeordneten Erhebungen 3a, 3b ragen zu gleichen Teilen in den ersten Bereich 12a und in den zweiten Bereich 12b hinein. Zum Ein- und Auslassen eines Wärmetauschermediums W, K weist sowohl der erste Bereich 12a als auch der zweite Bereich 12b jeweils eine Einlassöffnung 13a, 13b sowie eine Auslassöffnung 14a, 14b auf.
Zum Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Wärmetauschermedien W, K wird das erste Wärmetauschermedium W mittels der Einlassöffnung 13a in den ersten Bereich 12a des Wärmetauschers 8 eingebracht. Beim Durchfließen des ersten Bereichs 12a in Richtung der Auslassöffnung 14a gibt das erste Wärmetauschermedium W Wärme an die in den ersten Bereich 12a hineinragenden Erhebungen 3a ab. Diese leiten die Wärme in Richtung der Trennböden 2, wo die Wärme an die in den zweiten Bereich des Wärmetauschers 8 hineinragenden Erhegungen 3b übergeht. Das zweite Wärmetauschermedium K, dass durch die Einlassöffnung 13b in den zweiten Bereich 12b des Wärmetauschers 8 eingebracht wird, nimmt beim Durchströmen des Wärmetauschers 8 in Richtung der Auslassöffnung 14a die von den Erhebungen 3b abgegebenen Wärme auf. Somit wird das erste Wärmetauschermedium W beim Durchströmen des Wärmetauschers 8 kühler und das zweite Wärmetauschermedium K wärmer.
Dadurch, dass die Wärmeleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h des Wärmeleitelementes 9 unmittelbar aneinander angeordnet sind und insbesondere die Trennböden 2 wie in 4 dargestellt mittels Nut und Feder form- und/oder kraftschlüssig miteinander und dem Gehäuse 11 verbunden sind, kann keines der beiden Wärmetauschermedien W, K in den anderen Bereich 12a, 12b eintreten. Alternativ oder redundant ist es ebenso möglich, dass zwischen zwei benachbarten Wärmeleitmodulen 1 eine hier nicht dargestellte Dichtung, insbesondere eine Dichtfolie und/oder ein Dichtring angeordnet sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen zwei benachbarten Wärmeleitmodulen 1 und/oder dem Gehäuse 11 lösbar ausgeführt sein soll, um je nach Bedarf abgewandelte Wärmeleitmodule 1 und/oder Wärmeleitelemente 9 anstelle der Vorhandenen in das Gehäuse 11 einführen zu können.
Wie in 4 dargestellt, weist das Gehäuse 11 eine Montageöffnung 15 auf, in die die einzelnen Wärmeleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h nacheinander eingeführt werden können. Alternativ können die Wärmeleitmodule aber auch bereits außerhalb des Wärmetauschers 8 zu einem fertigen Wärmeleitelement 9 montiert sein und als zusammenhängendes Wärmeleitelement 9 durch die Montageöffnung 15 in den Wärmetauscher 8 eingeführt werden. Nach dem Einbringen der einzelnen Wärmeleitmodule 1 beziehungsweise eines oder mehrerer Wärmeleitelemente 9 in das Gehäuse 11 kann dieses mit einem Deckel 16 verschlossen werden.
In einer nichtdargestellten alternativen Ausführungsform kann anstelle des Deckels 16 ein weiteres Gehäuse 11 montiert sein, dass seinerseits über zumindest eine weitere Montageöffnung 15 verfügt. Somit kann die Größe des Wärmetauschers 8 beliebig oft modular erweitert werden.
5 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmetauscher 8, wobei hierin zu erkennen ist, dass das Gehäuse 11 zum Positionieren der Wärmeleitmodule 1 an zwei seiner gegenüberliegenden Innenflächen eine Führungsvorrichtung 17 aufweist. Diese korrespondiert zumindest teilweise mit den Trennböden 2 der Wärmeleitmodule 1, so dass die Wärmeleitmodule 1 bei der Montage an ihre vorbestimmte Position im Gehäuse 11 führbar sind. Des Weiteren hält die Führungsvorrichtung 17 die Wärmeleitmodule 1 beziehungsweise das aus mehreren Wärmeleitmodulen 1 bestehende Wärmeleitelement 9 derart im Gehäuse 11, dass die Erhebungen 3a, 3b der Wärmeleitmodule 1 das Gehäuse 11 nicht berühren. Somit ist gewährleistet, dass die vom ersten Wärmetauschermedium W abgegebene Wärme von den Erhebungen 3a direkt in Richtung der Trennböden 2 beziehungsweise von dort aus in Richtung der gegenüberliegenden Erhebungen 3b geleitet wird.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Wärmetauschers 8, bei dem zwei Wärmeleitelemente 9a, 9b im Gehäuse 11 derart zueinander parallel angeordnet sind, dass die jeweiligen Erhebungen 3 zueinander fluchtend ausgerichtet sind. Jedes der beiden Wärmeleitelemente 9a, 9b besteht aus mehreren matrizenartig angeordneten Wärmeleitmodulen 1. In der gemäß 6 dargestellten Schnittansicht sind zumindest drei dieser Wärmeleitmodule 1a', 1a'', 1a''' bzw. 1b', 1b'', 1b''' in Querrichtung des jeweiligen Wärmeleitelementes 9a, 9b erkennbar. Die Führungsvorrichtung 17a, 17b eines jeden Wärmeleitelementes 9a, 9b ist im vorliegenden Fall durch eine mäanderförmige Formgebung des Gehäuses 11 ausgebildet. Somit können die aus mehreren Wärmeleitmodulen 1 bestehenden Wärmeleitelemente 9a, 9b von der Montageöffnung 15 her in das Gehäuse 11 eingeführt werden, wobei die Wärmeleitelemente 9a, 9b währenddessen durch die Führungsvorrichtungen 17a, 17b geführt werden. Sobald die Wärmeleitelemente 9a, 9b an ihrer im Gehäuse 11 vorgesehenen Position sind, können diese durch das Verpressen der mäanderförmig ausgebildeten Bereiche des Gehäuses 11 fixiert werden. Hierbei werden die mit den Führungsvorrichtungen 17a, 17b korrespondierenden Eingriffsbereiche 18a, 18b, der Trennböden 2a, 2b im Gehäuse 11 form- und kraftschlüssig fixiert.
Aufgrund der zwei zueinander parallel angeordneten Wärmeleitelemente 9a, 9b weist der in 6 dargestellte Wärmetauscher 8 im Gegensatz zu den in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Wärmetauschern 8 einen ersten Bereich 12a, einen zweiten Bereich 12b und einen zusätzlichen dritten Bereich 12c auf. Somit können zum Beispiel drei unterschiedliche Wärmetauschermedien über die Einlassöffnungen 13a, 13b, 13c zum gegenseitigen Wärmeaustausch in den Wärmetauscher 8 eingebracht werden.
Alternativ ist es jedoch ebenso denkbar, dass im mittleren Bereich 12b ein erstes Wärmetauschermedium W sowie in den äußeren Bereichen 12a und 12c ein zweites Wärmetauschermedium K eingebracht wird. Bei dieser Ausführungsform vergrößert sich aufgrund der erhöhten Anzahl an Erhebungen 3 die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche, so dass ein besserer Wirkungsgrad des Wärmetauschers 8 erzielbar ist.
7 zeigt eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher 8, dessen Wärmleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h hinsichtlich ihrer Erhebungen 3 unterschiedlich ausgebildet sind. Hierbei ist der Strömungswiderstand der Erhebungen 3 der unterschiedlichen Wärmeleitmodule 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h im Gehäuse 11 in Abhängigkeit ihrer Einbauposition angepasst. Somit ist insbesondere das im Bereich der Einlassöffnung 13 angeordnete Wärmeleitmodul 1a derart ausgebildet, dass es eine größere Anzahl an Erhebungen 3 aufweist, als das im Bereich der Auslassöffnung 14 angeordnete Wärmeleitmodul 1h. Des Weiteren weisen die Erhebungen 3 im Bereich der Einlassöffnung 13 zueinander einen geringeren Abstand und einen größeren Durchmesser auf als die Erhebungen 3 des im Bereich der Auslassöffnung 14 angeordneten Wärmeleitmoduls 1h. Durch diese Anpassung der Erhebungen 3 soll sichergestellt werden, dass beim Durchfluss des Wärmetauschermediums eine homogene Wärmeabgabe an die Erhebungen 3 erfolgt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeleitmodul
2: Trennboden
3: Erhebungen
4: Verbindungsbereich
5: Stift
6: Bohrungen
7: Nut
8: Wärmetauscher
9: Wärmeleitelement
10: Feder
11: Gehäuse
12: Bereiche
13: Einlassöffnung
14: Auslassöffnung
15: Montageöffnung
16: Deckel
17: Führungsvorrichtung
18: Eingriffsbereiche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10315225 A1 [0002, 0003]

Claims

Wärmeleitmodul (1) mit einem Trennboden (2) und daran angeordneten Erhebungen (3) zum Wärmeaustausch mit einem Wärmetauschermedium, wobei der Trennboden (2) zumindest einen Verbindungsbereich (4) aufweist zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Wärmeleitmodul (1).
Wärmetauscher (8) mit einem Gehäuse (11) und einem darin angeordneten Wärmeleitelement (9), wobei das Gehäuse (11) einen dichten Innenraum ausbildet und zum Ein- und Auslassen eines Wärmetauschermediums zumindest eine Einlassöffnung (13) und zumindest eine Auslassöffnung (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) zumindest zwei Wärmeleitmodule (1) mit jeweils einem Trennboden (2) und daran angeordneten Erhebungen (3) zum Wärmeaustausch mit dem Wärmetauschermedium umfasst und die Wärmeleitmodule (1) im Gehäuse (11) in dessen Längs- und/oder Querrichtung modular angeordnet sind.
Wärmetauscher nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (9) derart im Gehäuse (11) angeordnet ist, dass der Innenraum des Gehäuses (11), insbesondere mittels der Trennböden der einzelnen Wärmeleitmodule (1), in zwei voneinander getrennte Bereiche (12a, 12b) aufgeteilt ist und die Erhebungen (3) der einzelnen Wärmeleitmodule (1) zumindest in einen dieser Bereiche (12a, 12b) hineinragen.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Wärmeleitelemente (9) im Gehäuse (11) zueinander parallel angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Wärmeleitelemente (9) im Gehäuse (11) zueinander fluchtend angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmodule (1) eines Wärmeleitelementes (9) matrizenartig angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmodule (1) eines Wärmeleitelementes (9) unmittelbar aneinander angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmodule (1), insbesondere im Bereich ihrer Trennböden, miteinander und/oder mit dem Gehäuse (11) form-, stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmodule (1) miteinander und/oder mit dem Gehäuse (11) lösbar befestigt sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmodule (1) im Verbindungsbereich mit dem benachbarten Wärmeleitmodul (1) und/oder dem Gehäuse (11) eine Dichtung, insbesondere eine Dichtfolie, aufweisen.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) zum Anbringen der Wärmeleitmodule (1) im Gehäuse (11) zumindest eine Montageöffnung (15) aufweist, wobei die zumindest eine Montageöffnung (15) mit einem weiteren Gehäuse (11) verbunden oder mit einem Deckel (16) verschlossen ist.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) zum Positionieren der Wärmeleitmodule (1) von der Montageöffnung (15) ausgehend an zwei seiner gegenüberliegenden Innenflächen eine Führungsvorrichtung (17), insbesondere eine Führungsnut und/oder eine Führungsrippe, aufweist, die zumindest teilweise mit den Trennböden der Wärmeleitmodule (1) korrespondiert, so dass die Wärmeleitmodule (1) bei der Montage an eine vorbestimmte Position im Gehäuse (11) führbar sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut durch eine mäanderförmige Formgebung des Gehäuses (11) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennböden an ihrer dem Trennboden (2) eines benachbarten Wärmeleitmoduls (1) und/oder der Führungsvorrichtung (17) zugewandten Seite eine Nut (7), eine Rippe und/oder eine Feder (10) aufweisen, so dass die Trennböden miteinander und/oder im Verbindungsbereich mit der Führungsvorrichtung (17) verzahnt sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) im Bereich der Führungsvorrichtung (17) mit den Wärmeleitmodulen (1) verpresst ist, so dass die Wärmeleitmodule (1) im Gehäuse (11) fixiert sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Bereich der Einlassöffnung (13) angeordnete Wärmeleitmodul (1) eine größere Anzahl an Erhebungen (3) aufweist als das im Bereich der Auslassöffnung (14) angeordnete Wärmeleitmodul (1) und/oder die Erhebungen (3) des im Bereich der Einlassöffnung (13) angeordneten Wärmeleitmoduls (1) zueinander einen geringeren Abstand und/oder einen größeren Durchmesser aufweisen als die Erhebungen (3) des im Bereich der Auslassöffnung (14) angeordneten Wärmeleitmoduls (1).
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand der Erhebungen (3) eines Wärmeleitmoduls (1) im Gehäuse (11) insbesondere mittels ihrer Anordnung zueinander sowie ihrer Formgebung in Abhängigkeit der Einbauposition angepasst ist.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wärmeleitmodul (1) durch ein Kaltumformverfahren, vorzugsweise ein Fließpressverfahren, einteilig ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wärmeleitmodul (1) mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Erhebungen (3) mit dem Trennboden (2) form-, stoff- und/oder reibschlüssig verbunden sind.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei an gegenüberliegenden Seiten des Trennbodens (2) angeordnete Erhebungen (3) durch einen einteiligen Stift (5) ausgebildet sind, der insbesondere in eine Ausnehmung des Trennbodens (2) eingepresst ist.
Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmodule (1) im Wesentlichen achsensymmetrisch ausgebildet sind.