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Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit Kanälen für wärmeaufnehmende Medien und Kanälen für wärmeabgebende Medien, wobei mindestens einer der Kanäle eine textile Struktur mit verdichteten und nicht-verdichteten Bereichen aufweist. Während die verdichteten Bereiche in den Übergangsbereichen zwischen den Kanälen zur Verbesserung des Wärmeübergangs an oder über die Kanalwand angeordnet sind, sind die nicht-verdichteten Bereich in den Strömungsbereichen der Kanäle angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht einen großen Wärmeübergang an die Wärmeübertragungsfläche bei gleichzeitig guter Wärmeleitung von der Wärmeübertragungsfläche zur Trennfläche. Die Erfindung betrifft ebenso Wärmeübertrager mit derartigen Wärmeübertragungsvorrichtungen.
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Die Oberflächenvergrößerung ist bei dem Phänomen der Wärmeübertragung von zentraler Bedeutung.
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Hierbei stehen beispielsweise folgende Zielsetzungen im Vordergrund:
- • Ausgleich stark unterschiedlicher Wärmeübergangskoeffizienten, indem in dem Medium auf der Seite mit dem geringeren Wärmeübergangskoeffizienten (z. B. Luft) eine vergrößerte Oberfläche zur Wärmeübertragung zur Verfügung gestellt wird,
- • Erhöhung der Leistungsdichte von Wärmeübertragern durch kompaktere Bauweise,
- • Erhöhung des Wärmeübergangs bei Siedeprozessen,
- • Optimierung der Wärme- und Stofftransportkinetik bei Sorptionsprozessen/chemischen Reaktionen oder katalytischen Prozessen,
- • Unterstützung kapillarer Transportvorgänge, und
- • Be- und Entfeuchtung von Luft und anderen Gasen.
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Je nach Anwendung ist die Erhöhung der Leistungsdichte (entspricht der Reduzierung des Bauvolumens und/oder des Materialeinsatzes), die Reduzierung der treibenden Temperaturdifferenzen, die Reduzierung des Druckverlusts, die Erhöhung der Ausbeute durch reduzierte Zyklenzeiten oder eine Kombination dieser Größen von Interesse.
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Für Wärmeübertrager mit großen spezifischen Oberflächen sind heute vor allem gesteckte oder verlötete Lamellenwärmeübertrager bestehend aus Kupferrohren und aufgesteckten Kupfer-, Aluminium- oder Edelstahllamellen sowie flachrohrbasierte Aluminiumkühler, in denen gefaltete Lamellen mit stranggepressten Fluidkanälen verlötet sind, von Bedeutung.
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Zur Realisierung einer energieeffizienten, bauteilkompakten und materialsparenden Wärmeübertragung in strömenden Medien ist es von zentraler Bedeutung, eine hohe volumenspezifische Oberfläche sowie eine möglichst große und möglichst stoffschlüssige Kontaktfläche zwischen der Trennfläche und der Oberflächenvergrößerung zu erreichen. Gleichzeitig gilt es die Wege der Wärmeleitung durch die Oberflächenvergrößerungsstruktur möglichst kurz und direkt zu gestalten. Durch entsprechende Schlitze, Beulen, Wellen etc. in der Oberflächenvergrößerungsstruktur wird versucht einen möglichst hohen flächenspezifischen Wärmeübergang zu erzielen ohne den zu überwindenden Druckverlust unverhältnismäßig zu erhöhen. Die Größen, die hier von den aktuell verfügbaren Wärmeübertragern erreicht werden, sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1:
| | volumenspezifische Fläche [m2/m3] | Kontaktfläche zur Fluidstruktur [m2/m3] | Art der Kontaktierung |
| Lamellen (flach, gestanzt) | 1250 | 55 | Gepresst |
| Gefalzte/gewellte Lamellen | 1340 | 65 | Stoffschlüssig (gelötet) |
| Metallische Kurzfasern | 8.000–10.000 | 100 | Gelötet/gesintern |
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Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung großer spezifischer Oberflächen und einer stoffschlüssigen Kontaktierung zur Trennfläche stellen metallische Kurzfaserstrukturen dar. Diese werden aufeinander geschüttet, verpresst und anschließend verlötet bzw. versintert. Durch Variation von Faserlänge und -durchmesser ist eine Variation von Dichte und Porosität erreichbar. Sie erreichen volumenspezifische Oberflächen von 8.000–10.000 m2/m3 und volumenspezifische Trennflächen zwischen den beiden Medien im Bereich von 100 m2/m3. Für den Einsatz in strömenden Medien ist allerdings die nicht definierte Orientierung und Anordnung der Fasern von Nachteil.
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Die Kombination von Gewebematten und Rohren stellt ebenfalls eine Möglichkeit dar, Oberflächen zu vergrößern.
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In der
DE 27 02 337 A1 wird die Kombination von flexiblen Rohren und Gewebematten beschrieben, um z. B. Flächenheizungen zu realisieren. Der Fokus der Erfindung liegt aber auf der flexiblen Rohrverlegung, das Gewebe wird lediglich als Trägerstruktur und nicht als gezielt ausgelegte Wärmeübertragerstruktur definiert.
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In der
DE 31 24 379 A1 wird ein Drahtgewebe beschrieben, das entweder durch Verlöten mit Rohren oder durch Einweben von durchströmbaren Röhrchen zu einem Wärmeübertrager verarbeitet wird. Das Gewebe ist dabei gleichmäßig strukturiert, eine Geometriegestaltung erfolgt durch punktuelles Verarbeiten dickerer Drähte oder durch Auffalten der Gewebematte. Eine schmutzabweisende Beschichtung durch Teflon wird erwähnt. Drahtabstände und Durchmesser werden nicht näher spezifiziert.
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Ähnlich dazu wird in der
DE 34 27 251 A1 ein Gewebe mit eingewebten Kupferröhrchen beschrieben. Die Struktur wird zur Verwendung als Niedertemperaturheizkörper vorgeschlagen. Die Verbindungstechnik, Drahtabstände und Durchmesser werden nicht näher spezifiziert.
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In der
DE 10 2006 022 629 A1 wird eine Wärmetauschvorrichtung für einen Wärmeaustausch zwischen Medien vorgeschlagen, mit welchen die Wärmetauschvorrichtung beaufschlagt ist, wobei die Medien nicht in Kontakt miteinander kommen und wenigstens eine Röhre für ein Medium vorgesehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Röhre in einer Webstruktur integriert ist.
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In der
WO 98/31976 A1 wird ein Wärmeübertragerelement beschrieben, bei dem die Wärmeübertragung durch senkrecht in der Strömung stehenden, untereinander gleich beabstandeten Stabrippen erreicht wird. Als geeignete Abmessungen werden der Stabquerschnitt mit 4 mm
2 und das Verhältnis von Stabdurchmesser/-länge mit 0,3 angegeben. In der Beschreibung zur Umsetzung werden Gewebe und Gewirke als bevorzugtes Material erwähnt und sowohl für die Wand als auch für die Erzeugung der Stabstruktur beschrieben. So sind die Stäbe z. B. auch in Form von Schlaufen vorstellbar.
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In der
US 3,313,343 A wird eine Oberflächenvergrößerung durch ein aufgefaltetes unstrukturiertes schräg-gewebtes Metallsieb beschrieben. Das Metallgewebe ist zwischen zwei das Fluid führende ebene Platten platziert, sodass vom gefalteten Gewebe Fluidkanäle gebildet werden.
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In der
WO 2012/141793 A1 wird eine allgemeine hierarchisch strukturierte Oberflächenvergrößerung für Wärmeübertrager mit ebenen Platten beschrieben. Die Oberflächenvergrößerung formt Kanäle in Strömungsrichtung des Fluids und wird mit zunehmendem Abstand zur Platte dicker.
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In der
WO 2011/137522 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragern aus Scheiben beschrieben, die aus einem Block geschichteter Gewebe geschnitten wurden. Die Oberflächen dieser Scheiben werden durch Beschichtungsverfahren versiegelt, so dass eine Medientrennung ohne zusätzliche Trennelemente (Platen, Folien) erreicht wird.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht in der nicht optimalen Anpassung verfügbarer Oberflächenvergrößerungen an die jeweilige Fragestellung und Einbausituation. Die Forderung nach hoher Wärmeübertragungsleistung bei kleinen treibenden Temperaturdifferenzen und kleinen Druckverlusten mit geringem Materialeinsatz auf kleinem Bauraum wird mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bislang nicht ausreichend erfüllt. Damit geht ein erhöhter Verbrauch an Material und Energie zur Überwindung der Druckverluste einher.
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Es war somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen zur Wärmeübertragung bereitzustellen, die eben diese Anforderungen nach reduziertem Material- und Energieverbrauch bei gleichzeitig hoher Wärmeübertragungsleistung erfüllen und gleichzeitig einfach und kostengünstig herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Wärmeübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und dem Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. In Anspruch 21 werden erfindungsgemäße Verwendungen angegeben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
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Erfindungsgemäß wird eine Wärmeübertragungsvorrichtung bereitgestellt, die mindestens einen Kanal für ein wärmeaufnehmendes Medium und mindestens einen Kanal für ein wärmeabgebendes Medium aufweist. Mindestens einer dieser Kanäle weist dabei zumindest bereichsweise eine textile Struktur auf, wobei die textile Struktur in regelmäßigen Abständen verdichtete Bereiche aufweist, wobei die verdichteten Bereiche der textilen Struktur im Übergangsbereich zwischen mindestens einem Kanal für ein wärmeaufnehmendes Medium und mindestens einem Kanal für ein wärmeabgebendes Medium zur Herstellung eines thermischen Kontaktes zwischen diesen Kanälen angeordnet sind. Weiterhin sind im Strömungsbereich mindestens eines Kanals nicht-verdichtete Bereiche der textilen Struktur angeordnet.
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Unter der Bezeichnung Kanal sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch solche Bereiche zu verstehen, die kanalförmig ausgebildet sind, aber aufgrund der Füllung mit einem Feststoff, z. B. PCM, keinen Kanal mehr darstellen oder, wie z. B. bei Flächenheizstrukturen, zur Umgebung hin offen sind.
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Die erfindungsgemäß eingesetzten textilen Strukturen ermöglichen sehr große Wärmeübertragungsflächen. Diese sind so ausgerichtet, dass gleichzeitig ein großer Wärmeübergang an die Wärmeübertragungsfläche und eine gute Wärmeleitung von der Wärmeübertragungsfläche zur Trennfläche erreicht wird. Bei durchströmten Wärmeübertragungsvorrichtungen wird die Strömung dabei möglichst nur soweit gestört, wie es der Verbesserung der Wärmeübertragung dient.
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Mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ist der Vorteil verbunden, dass bei gleichzeitigem Einsatz von Material und Bauvolumen weniger Energie für den gleichen Wärmeübergang aufgewendet werden muss. Bei gleichem Einsatz von Energie und Bauvolumen muss für die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung weniger Material eingesetzt und bei gleichem Einsatz von Energie und Material kann das Bauvolumen reduziert werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Kanäle für die wärmeaufnehmendes Medien von den Kanälen für die wärmeabgebende Medien durch eine Trennwand, insbesondere ein Blech, eine Folie, eine Membran oder die Mantelfläche eines Rohres oder Schlauchs, separiert sind.
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Dabei ist es bevorzugt, dass die verdichteten Bereiche im Übergangsbereich der Kanäle mit der Trennwand zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere durch Kleben, Löten, Schweißen, Sintern oder Gießen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die textile Struktur an den verdichteten Bereichen eine für die Medien undurchlässige Beschichtung aufweist.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung zur Trennung benachbarter Kanäle in mindestens einem Kanal ein für die Medien undurchlässiger, expandierbarer Schlauch oder Rohr integriert und/oder um mindestens einen Kanal ein für die Medien undurchlässiger, schrumpfbarer Schlauch oder Rohr angeordnet ist, die durch Aufweiten und/oder Schrumpfen eine Kontaktierung zur textilen Struktur ermöglichen.
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Die in mindestens einem Kanal angeordnete textile Struktur kann vorzugsweise zumindest bereichsweise von einem Fluid wärmeübertragend durchströmt werden. In einer weiteren Variante kann die textile Struktur zumindest bereichsweise in ein latent wärmespeicherndes, sorptives oder katalytisches ortsfestes Medium eingebettet sein.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die textilen Strukturen von zueinander benachbarten Kanälen sich unterscheidende Drahtlängen und/oder Abstände der Drähte in Trennflächenebene aufweisen.
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Die nicht verdichteten Bereiche können dabei vorzugsweise so variiert werden, dass der Strömungswiderstand im Kanal über die Drahtlängen, Drahtdurchmesser und/oder Abstände der Drähte einstellbar ist. Dies kann insbesondere dazu genutzt werden, schräg angeströmte Strukturen mit zwischenliegenden Sekundärkanälen zu erzeugen. Im Vergleich zur Anströmgeschwindigkeit ist die Strömungsgeschwindigkeit durch die textile Struktur, mit der die schrägen Strukturen durchströmt werden, verringert. Bei der Umströmung der erfindungsgemäßen textilen Strukturen mit geringen Faser-, Garn oder Drahtdurchmessern werden bereits bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten große Wärmeübergänge erzielt. So führen die langsamer durchströmten schrägen Strukturen zu einem vorteilhaften reduzierten Druckverlust bei gleicher Übertragungsdichte oder zu einer vorteilhaften höheren Übertragungsdichte bei gleichem Druckverlust. Der schräg angeströmte Bereich kann im Allgemeinen verdichtete und nicht-verdichtete textile Strukturen sowie ggf. getrennte wärmeübertragende Medien, die in der Ebene dieses Bereichs strömen, mit einschließen.
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Eine solche Anordnung der Gewebestrukturen ist insbesondere möglich, wenn die Strukturen flächig, d. h. mit einer geringen Durchströmungstiefe hergestellt werden. Eine Faltung dieser flächigen Strukturen in die gewünschte Form kann in einem zweiten Herstellungsprozess erfolgen. Die Erzeugung eines sekundären, strukturfreien Kanals durch entsprechende Faltung der Struktur ist nicht beschränkt auf textile Strukturen. Diese kann durch andere durchströmbare Wärmeübertragerstrukturen, insbesondere Lamellen, Schwämme, Schäume, gesinterte Faserstrukturen oder homogene textile Strukturen ersetzt werden. Damit kann ein vergleichbares vorteilhaftes Wärmeübertragungsverhalten erzielt werden.
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Die textile Struktur besteht dabei vorzugsweise aus Drähten, technischen Fasern oder Garnen hiervon mit einem bevorzugten Durchmesser von 10 μm bis 2 μm, besonders bevorzugt von 80 μm bis 300 μm. Die Drähte, technischen Fasern oder Garne hiervon weisen dabei in Strömungsrichtung vorzugsweise einen Abstand von 20 μm bis 20 mm, bevorzugt von 40 μm bis 10 mm und besonders bevorzugt von 100 μm bis 4 mm auf.
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Die Drähte, technischen Fasern oder Garne hiervon sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
- • metallischen Materialien und deren Legierungen, insbesondere Kupfer, Aluminium oder Edelstahl,
- • kohlenstoffhaltigen Materialien, insbesondere Kohlefasern, Aktivkohlefasern,
- • Glas- und Keramikfasern,
- • Polymermaterialien, insbesondere Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyetherketone (PEK), Polyester (PET) und
- • Verbundstoffe hiervon.
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Die textile Struktur weist vorzugsweise eine Eigensteifigkeit auf, die eine selbsttragende Bauweise des Wärmeübertragers ermöglicht.
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Bevorzugt besteht die textile Struktur aus einer Web-, Strick- oder Wirkstruktur oder Kombinationen hiervon.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die verwendete Gewebestruktur galvanisch mit einem Lot beschichtet wurde und durch Aufschmelzen des Lots die Eigenstabilität der Struktur und die stoffschlüssige Verbindung an den Knotenpunkten der Drähte untereinander und zur Trennfläche umgesetzt wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in die Wärmeübertragungsvorrichtung Beleuchtungselemente, insbesondere Lichtleitfasern oder LEDs aufweisende Elemente, integriert sind, bevorzugt in Form von eingearbeiteten Drähten, Fasern oder Garnen.
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Ebenso ist es möglich, dass in der Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens ein Heizdraht, insbesondere aus Kupfer, Kupfer-Nickel-Legierungen, Nickel-Chrom-Legierungen, Konstantan, Manganin, Nickel-Eisen-Legierungen oder Kanthal integriert ist.
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Erfindungsgemäß wird ebenso ein Wärmeübertrager bereitgestellt, der eine erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, enthält. Beim Wärmeübertrager handelt es sich dabei vorzugsweise um einen Plattenwärmeübertrager, einen Rohrbündelwärmeübertrager, einen Rohrbündel-Lamellen-Wärmeübertrager, einen Flachrohr-Lamellen-Wärmeübertrager oder einen Koaxialwärmeübertrager.
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Verwendung finden die erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtungen insbesondere in der Wärmeübertragung an/von Luft oder andere gasförmige Medien (z. B. Rückkühler, Abgaswärmetauscher, Konvektoren, Lüftungsgeräte, Ölkühler, etc.), in der Wärmeübertragung an/von Wasser oder andere flüssige Medien, in Anwendungen mit Phasenwechsel (Verdampfung, Kondensation, fest/flüssig) sowie in Kombination mit Sorptionsmaterialien oder katalytischen Beschichtungen.
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Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
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1 zeigt die erfindungsgemäße textile Struktur anhand zweier Ausführungsformen (1a und 1b) im flachen wie im gefalzten Zustand.
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2 zeigt eine erste flache Ausführungsform (2a) und eine zweite rohrförmige Ausführungsform (2b) der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung.
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3 zeigt eine Variante einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung mit einer Kombination verschiedener textiler Strukturen (3a) und in Kombination mit einem Sammler (3b).
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4 zeigt eine Variante der textilen Struktur mit unterschiedlichen Drahtabständen (4a) und Drahtlängen (4b) im durchströmten Bereich.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Variante eines Koaxialwärmeübertragers unter Nutzung der zuvor (4b) gezeigten Elemente.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen textilen Struktur.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen textilen Struktur dargestellt.
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8 zeigt erfindungsgemäße Beispiele für Strukturflächen.
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In 1 wird auf der linken Seite (1a) ein flaches Gewebe aus Drähten dargestellt, das nicht-verdichtete Bereiche (1) und enger gefertigte Drahtbereiche (2) aufweist. Durch Falzen dieser Struktur entsteht eine Abstandsstruktur, die einen Strömungskanal und zwei Deckflächen ausbildet. Zwei Beispiele solcher Abstandsstruktur sind in 1a im mittleren Teil und unteren Teil dargestellt. Während im mittleren Teil der Figur sind die Drähte des nicht verdichteten Bereichs schräg angeordnet, sind im unteren Teil der 1a die Drähte parallel zueinander und senkrecht zur gebildeten Wandfläche angeordnet. In 1b ist eine vergleichbare Ausführungsform dargestellt, in der aber die enger gefertigten Bereiche (2) gegenüber den Bereichen mit langen Drahtabständen (1) größer ausfallen. Bei der in 1c gezeigten Ausführungsform führt das Falzen zu zulaufenden Sekundärkanälen. Die zwischen den Sekundärkanälen befindlichen nicht-verdichteten Bereiche der textilen Struktur werden so mit einer im Vergleich zur Anströmgeschwindigkeit geringeren Normalgeschwindigkeit durchströmt, so dass ein geringerer Druckverlust erreicht wird. Die gebildeten Wandflächen können durch eines der oben genannten Fügeverfahren mit einer Trennwand verbunden werden oder direkt undurchlässig beschichtet werden.
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Bei der in 2a gezeigten flachen Ausführungsform wurde die oben skizzierte gefalzte Struktur an den Wandflächen mit einer Trennfläche (3), die als Blech oder Folie ausgeführt wurde, über Lötverbindungen (4) kontaktiert. Auf der anderen Seite der Trennwand befindet sich die gleiche textile Struktur um 90° gedreht, so dass dieses Element beispielsweise in einem Kreuzstrom-Plattenwärmeübertrager zum Einsatz kommen kann.
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Bei der in 2b gezeigten rohrförmigen Ausführungsform bilden die verdichteten Bereiche der textilen Struktur (2) eine schlauchartige Form aus, die von außen auf eine von Rohren ausgebildete Trennwand aufgebracht wird. Die nicht verdichteten Bereiche (1) bilden so im Bereich zwischen den Rohren die oberflächenvergrößernde Struktur. Diese Struktur kann beispielsweise senkrecht zu Rohren und Drähten wärmeübertragend durchströmt werden.
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Wie in 3a angedeutet, kann die Dimensionierung der Strömungsstrukturen an die entsprechenden über Trennflächen (7) getrennten Medien oder Strömungsbedingungen flexibel angepasst werden. So ist z. B. vorstellbar, dass die Abmessungen der Drahtabstände und -höhen für auf den verschiedenen Seiten des Wärmeübertragers unterschiedlich sind.
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Eine Anwendungsmöglichkeit hiervon ist mit der Ausführungsform in 3b gezeigt. Hier wird die eine Seite von der Trennfläche (8) vollständig umhüllt, so dass durchströmbare Flachrohre ausgebildete werden, auf die über einen Sammler (9) das eine Medium verteilt wird. Das andere Medium strömt senkrecht durch die zwischen den Flachrohren befindliche andere gefalzte Struktur. Als Vorteil gegenüber konventionellen Flachrohren, erlauben die stabilisierenden Abstandsstrukturen den Einsatz von sehr dünnen Trennwänden. Aufgrund der Falztechnik aber auch mit der textilen Fertigungstechnik können auch in einem Medium unterschiedlich dichte definierte Strukturbereiche erzeugt werden (4a), z. B. um ungleiche Geschwindigkeitsverteilungen im anströmenden Medium auszugleichen, Temperaturgradienten des zweiten Mediums gezielt zu steuern oder auf komplexe geometrische Anforderungen einzugehen. Wie in 4b gezeigt, müssen die Deckflächen dabei nicht zwangsläufig parallel sein.
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In 5 ist ein Koaxialwärmeüberträger mit umlaufender Außenhülle 6 dargestellt, wobei die einzelnen Segmente des Rohrquerschnitts mit der erfindungsgemäßen textilen Struktur ausgefüllt sind. Hier sind die nicht-verdichteten Bereiche 1 und die Trennwand 2, an der sich die verdichteten Bereiche befinden, zu erkennen. Dabei werden die Segmente abwechselt mit dem einen oder dem anderen Medium so durchströmt, dass das eine Medium in und das andere Medium aus der Bildebene strömt.
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Fertigungstechnisch möglich ist auch die Erzeugung von Strömungsstrukturen, die in einem Fertigungsschritt erzeugt werden (siehe 6), dabei können die nicht-verdichteten Drähte (1) schräg zu einander angeordnet. Die Verbindung zur Deckfläche (5) kann beispielsweise durch Wirkverfahren erreicht werden. Durch die schräge Stellung der Drähte wird eine erhöhte Eigenstabilität der Struktur erreicht. Attraktiv ist hieran auch die Reduzierung der Fertigungsschritte, zu beachten sind aber die thermischen Massen.
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In 7 ist eine Anordnung der textilen Strukturen als Wärmeübertrager dargestellt. Der Bereich der textilen Struktur ist beispielhaft durch die in 2b) dargestellte Struktur gegeben. Eines der wärmeübertragenden Medien strömt zunächst durch den Einströmbereich des Wärmeübertragers (10), dann durch den strukturfreien sekundären Kanalbereich (11) zur textilen Struktur (12). Diese wird durch das Medium mit geringeren Geschwindigkeiten als im Einströmbereich durchströmt, da die zu durchströmende Fläche durch die Faltung der Strukturen stark erhöht wurde. Das Medium strömt anschließend durch die ausströmenden strukturfreien Kanäle (13) in den Ausströmbereich (14).
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In 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Strukturflächen dargestellt. Eine gleichverteilte, niedrige Geschwindigkeit durch die Struktur kann beispielsweise durch diese verschiedenen Konfigurationen ermöglicht werden (spitz zulaufend (8a), hyperbolisch zulaufend (8b), sinusförmig zulaufend (8c). Eine gleichverteilte Geschwindigkeit durch die Struktur ist vorteilhaft, um alle Bereiche der Struktur optimal für den Wärmeübergang zu nutzen. Je nach Anordnung können weniger und stärker verdichtete Bereiche in der Struktur entlang der Gewebestruktur (7, (12)) variieren und eine Gleichverteilung weiter fördern.
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In 8d ist ein Ausführungsbeispiel mit mehreren hintereinander geschalteten gefalteten Strukturen dargestellt. Dadurch ist eine weitere Erhöhung der Wärmeübertragerfläche auf kleinem Bauraum realisierbar und somit eine Steigerung der Leistungsdichte, bei einem geringen Anstieg des Druckverlusts.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2702337 A1 [0009]
- DE 3124379 A1 [0010]
- DE 3427251 A1 [0011]
- DE 102006022629 A1 [0012]
- WO 98/31976 A1 [0013]
- US 3313343 A [0014]
- WO 2012/141793 A1 [0015]
- WO 2011/137522 A1 [0016]
