DE102015213320A1

DE102015213320A1 - Heat exchanger for an evaporator

Info

Publication number: DE102015213320A1
Application number: DE102015213320.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Josef Spahn; Thomas-Friedrich Szuder
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) zum Verdampfen eines außerhalb des Wärmetauschers (1) befindlichen Sorbats. Durch ein in einer Leitung (2) des Wärmetauschers (1) geführtes Wärmeträgermedium wird der Wärmetauscher erwärmt. Außenseitig weist der Wärmetauscher (1) einen porösen Wärmeverteiler (3) aus Sintermetall auf. Zwischen den Körnern des Sintermaterials verbleiben Hohlräume, die überwiegend miteinander verbunden sind und ein feines, verästeltes Kanalsystem bilden. Dadurch steht eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung auf das Sorbat bereit. Die Kapillarwirkung des Kanalsystems bewirkt, dass ein Großteil oder die vollständige Oberfläche des Kanalsystems von Sorbat benetzt wird, wenn der Wärmetauscher nur teilweise in das flüssige Sorbat eingetaucht ist,The invention relates to a heat exchanger (1) for evaporating a sorbate present outside the heat exchanger (1). By a in a line (2) of the heat exchanger (1) guided heat transfer medium, the heat exchanger is heated. On the outside, the heat exchanger (1) on a porous heat spreader (3) made of sintered metal. Between the grains of the sintered material remain cavities, which are mainly interconnected and form a fine, branched channel system. This provides a large surface area for heat transfer to the sorbate. The capillary action of the channel system causes most or all of the channel system surface to be wetted by sorbate when the heat exchanger is only partially submerged in the liquid sorbate.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Verdampfer einer Sorptionswärmepumpe. The invention relates to a heat exchanger for an evaporator of a sorption heat pump.

Ein gattungsgemäßer Wärmetauscher für den Verdampfer einer Sorptionswärmepumpe ist bekannt aus der Patentanmeldung EP 1 093 868 A1 . dieser ist zusammen mit anderen Baugruppen der Sorptionswärmepumpe in einem Vakuum dichten Behälter untergebracht und überträgt Wärme von einem in den Wärmetauscher primärseitig zugeführten Wärmeträgermedium auf ein Sorbat, das sich in dem Behälter befindet und den Wärmetauscher umspült, so dass es von dem Wärmeträgermedium erwärmt wird und verdampft. In der EP 1 093 868 A1 wird vorgeschlagen, den Wärmetauscher aus mehreren gestapelten Platten zu bilden, die jeweils spiralförmig angeordnete Kanäle umfassen, die von dem Wärmeträgermedium geschlossen werden. Durch die gestapelten Platten wird eine große Oberfläche bereitgestellt, über die die Wärme auf das Sorbat übertragen wird. Andere aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Wärmetauscher sind aus spiralförmigen oder wendelförmigen Rohrbündeln gebildet.A generic heat exchanger for the evaporator of a sorption heat pump is known from the patent application EP 1 093 868 A1 , this is housed together with other components of the sorption heat pump in a vacuum-tight container and transfers heat from a primary side in the heat exchanger heat transfer medium supplied to a sorbate, which is located in the container and the heat exchanger flows around, so that it is heated by the heat transfer medium and evaporated , In the EP 1 093 868 A1 It is proposed to form the heat exchanger from a plurality of stacked plates, each comprising spirally arranged channels, which are closed by the heat transfer medium. The stacked plates provide a large surface through which the heat is transferred to the sorbate. Other generic heat exchangers known from the prior art are formed from spiral or helical tube bundles.

Für die Wärmeübertragungsrate des Wärmetauschers ist eine große Kontaktoberfläche zum Sorbat wesentlich. Dies wird in der von der EP 1 093 868 A1 beschriebenen Lösung durch einen Scheibenstapel erreicht. Andere aus dem Stand der Technik bekannte Wärmetauscher mit Rohrbündeln erreichen dies durch eine große im Behälter verbaute Rohrlänge. Bei den bekannten Lösungen ergibt sich jedoch das Problem, das mit abnehmendem Flüssigkeitsstand die Kontaktfläche zwischen dem Sorbat, das den Wärmetauscher umspült, und dem Wärmetauscher verringert wird. Dadurch verschlechtert sich die Wärmeübertragungsrate des Wärmetauschers mit abnehmendem Flüssigkeitsstand. In der Patentanmeldung DE 102014223250.3 wird daher vorgeschlagen, das Rohr des Wärmetauschers mit einem Metallgewebe zu umhüllen, um die Oberfläche zu erhöhen und die Benetzung bei geringem Füllstand zu verbessern.For the heat transfer rate of the heat exchanger, a large contact surface with the sorbate is essential. This is in the of the EP 1 093 868 A1 achieved solution through a disk stack. Other known from the prior art heat exchanger with tube bundles achieve this by a large tube length installed in the container. In the known solutions, however, there is the problem that is reduced with decreasing liquid level, the contact area between the sorbate, which surrounds the heat exchanger, and the heat exchanger. As a result, the heat transfer rate of the heat exchanger deteriorates with decreasing liquid level. In the patent application DE 102014223250.3 It is therefore proposed to cover the tube of the heat exchanger with a metal mesh to increase the surface and to improve the wetting at low level.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher für den Verdampfer einer Sorptionswärmepumpe bereitzustellen, bei denen die Wärmeübertragungsrate des Wärmetauschers an das Sorbat auch bei niedrigem Flüssigkeitsspiegel weiter verbessert wird. It is an object of the invention to provide a heat exchanger for the evaporator of a sorption heat pump, in which the heat transfer rate of the heat exchanger to the sorbate is further improved even at a low liquid level.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Rohr des rohrförmigen Wärmetauschers von einem gesinterten porösen Wärmeverteiler umgeben wird. Beim Sintern werden zumeist körnige oder pulvrige Stoffe vermischt und dann durch Erwärmung miteinander verbunden oder verdichtet. Zwischen den Körnern verbleiben Hohlräume, die überwiegend miteinander verbunden sind und ein feines, verästeltes Kanalsystem bilden. Dies hat einerseits den Vorteil, dass eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung vom Wärmeverteiler des erfindungsgemäßen Wärmetauschers auf das Sorbat bereitgestellt wird. Andererseits bewirkt die Kapillarwirkung des Kanalsystems auch dann, wenn der Wärmetauscher nur teilweise in das flüssige Sorbat eingetaucht ist, dass ein Großteil oder die vollständige Oberfläche des Kanalsystems von Sorbat benetzt wird. This object is solved according to the features of claim 1, characterized in that the tube of the tubular heat exchanger is surrounded by a sintered porous heat spreader. When sintering mostly granular or powdery substances are mixed and then connected or compressed by heating. Between the grains remain cavities, which are mainly interconnected and form a fine, branched channel system. On the one hand, this has the advantage that a large surface is provided for heat transfer from the heat distributor of the heat exchanger according to the invention to the sorbate. On the other hand, even if the heat exchanger is only partially submerged in the liquid sorbate, the capillary action of the channel system causes most or all of the channel system surface to be wetted by sorbate.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche. Advantageous embodiments result from the features of the dependent claims.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Es stellen dar: The invention will now be explained in detail with reference to FIGS. They show:

1: einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer Sorptionswärmepumpe, 1 a heat exchanger according to the invention in a sorption heat pump,

2: einen Abschnitt des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, 2 a section of the heat exchanger according to the invention,

3: einen Abschnitt einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, 3 a section of an embodiment of the heat exchanger according to the invention,

4: einen Abschnitt einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, 4 a section of a further embodiment variant of the heat exchanger according to the invention,

1 stellt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer Sorptionswärmepumpe dar. Die Sorptionswärmepumpe besteht aus einem hermetisch dichten Behälter 5, in dem der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 als Verdampfer sowie ein Sorber 7 vorgesehen ist. In diesem Beispiel besteht der Wärmetauscher 1 aus einem Bündel von Leitungen 2 oder einer mäanderförmig verlegten Leitung 2, die in ihrem Inneren ein Wärmeträgermedium führt. Am Außenumfang ist die Leitung 2 mit einem Wärmeverteiler 3 aus einem gesinterten Werkstoff, bevorzugt aus gesintertem Metall wie zum Beispiel Edelstahl, umgeben. 1 represents in section a heat exchanger according to the invention in a sorption heat pump. The sorption heat pump consists of a hermetically sealed container 5 in which the heat exchanger according to the invention 1 as an evaporator and a sorber 7 is provided. In this example, there is the heat exchanger 1 from a bunch of wires 2 or a meandered line 2 which carries a heat transfer medium in its interior. On the outer circumference is the line 2 with a heat spreader 3 of a sintered material, preferably of sintered metal such as stainless steel surrounded.

Die 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsvariante des Wärmetauschers 1 im Schnitt parallel zur Achse der Leitung 2. In 1 ist der Wärmeverteiler 3 beispielsweise als Hülse außerhalb der Leitung 2 angeordnet. So kann beispielsweise der Wärmeverteiler als Hülse gesintert werden und durch Löten, Schweißen oder Kleben oder durch axiales Pressen des Wärmeverteilers 3, dessen Innendurchmesser ein Untermaß gegenüber dem Außendurchmesser der Leitung 2 aufweist, oder durch eine thermische Schrumpfverbindung auf die Leitung 2 aufgebracht werden. Ebenfalls ist direktes Aufsintern auf die Leitung 2 möglich. Die Leitung 2 kann z.B. ein Rohr oder ein Wellrohr sein. Für eine optimale Kapillarwirkung ist die Korngröße der Körner, aus denen der Wärmeverteiler gesinternt ist, im Bereich von 10 bis 25 Mikrometer. Die Stärke, also im Fall einer Hülse die Wandstärke der Hülse, beträgt bevorzugt 50 bis 250 Mikrometer.The 2 to 4 show different embodiment of the heat exchanger 1 in section parallel to the axis of the line 2 , In 1 is the heat spreader 3 for example, as a sleeve outside the line 2 arranged. Thus, for example, the heat spreader can be sintered as a sleeve and by soldering, welding or gluing or by axial pressing of the heat spreader 3 whose inner diameter is undersized with respect to the outer diameter of the pipe 2 or by a thermal shrink connection on the line 2 be applied. Also is direct sintering on the line 2 possible. The administration 2 can be eg a pipe or a corrugated pipe. For optimal capillary action, the grain size of the grains, from where the heat spreader is sintered, in the range of 10 to 25 microns. The thickness, ie in the case of a sleeve, the wall thickness of the sleeve, is preferably 50 to 250 micrometers.

3 stellt eine Variante dar, bei der der Wärmeverteiler 3 aus mehreren Rippen zusammengesetzt ist, die jeweils durch ein in der Beschreibung zu 2 genannten Verbindungsverfahren mit der Leitung 2 verbunden sind. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Oberfläche zwischen dem Wärmeverteiler und der Umgebung größer ist. Dadurch können Gasblasen, die sich beim Verdampfen in dem Kanalsystem des gesinterten Materials bilden, leichter aus dem Wärmeverteilerkreislauf austreten, da die sich ergebenden Transportwege kürzer sind. 3 represents a variant in which the heat spreader 3 is composed of several ribs, each by a in the description too 2 said connection method with the line 2 are connected. This variant has the advantage that the surface between the heat spreader and the environment is larger. As a result, gas bubbles which form during evaporation in the channel system of the sintered material can more easily escape from the heat distribution circuit, since the resulting transport paths are shorter.

In der Variante in 4 ist gegenüber der Variante 3 eine Rippe unter Platte 4 aus nicht porösem, massivem Material vorgesehen, das den Kern der Rippen des Wärmeverteilers 3 bildet. Dabei können in einem Herstellungsverfahren entweder die Rippen oder Platten 4 zuerst auf die Leitung 2 aufgebracht worden sein und diese anschließend nach den oben genannten Verfahren mit einer porösen Schicht versehen werden. Alternativ können die Wärmeverteiler 3 auch zuerst aus dem Rippen oder Platten 4 und der porösen Schicht gebildet werden und dann nach einem zu 3 beschriebenen Verfahren auf die Leitung 2 aufgebracht werden. In the variant in 4 is opposite the variant 3 a rib under plate 4 Made of non-porous, solid material that forms the core of the ribs of the heat spreader 3 forms. In a manufacturing process, either the ribs or plates 4 first on the line 2 have been applied and these are then provided by the above method with a porous layer. Alternatively, the heat spreaders 3 also first from the ribs or plates 4 and the porous layer are formed and then after one 3 described method on the line 2 be applied.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wärmetauscher heat exchangers
22: Leitung management
33: Wärmeverteiler heat spreader
44: Rippe rib
55: Behälter container
66: flüssiges Sorbat liquid sorbate
77: Sorber sorber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1093868 A1 [0002, 0002, 0003]
DE 102014223250 [0003]

Claims

Heat exchanger ( 1 ) for vaporizing one outside the heat exchanger ( 1 ) sorbate ( 6 ) by heating the heat exchanger by means of a in a line ( 2 ) of the heat exchanger ( 1 ) guided heat transfer medium, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) on the outside a porous heat spreader ( 3 ) of sintered metal.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) is tubular and that the heat spreader ( 3 ) has the form of a sleeve and the heat exchanger ( 1 ) surrounds at least on sections and is connected to this heat-conducting.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat spreader ( 3 ) is rib-shaped or plate-shaped and is thermally conductively connected to the heat exchanger.

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) outside ribs or plates ( 4 ) of non-porous material, and in that the ribs or plates ( 4 ) with the porous heat spreader ( 3 ) are made of sintered metal thermally conductive.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat spreader ( 3 ) by gluing, soldering, or welding on the line ( 2 ) is applied.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat spreader ( 3 ) The administration ( 2 ) surrounds positively and is pressed or thermally shrunk.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat spreader ( 3 ) directly on the line ( 2 ) is sintered.

Heat exchanger ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat spreader ( 3 ) is made of stainless steel.

Heat exchanger ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat spreader ( 3 ) is sintered from a powder having a particle size of 10 to 25 micrometers.

Heat exchanger ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the sintered layer is 50 to 250 micrometers.