DE10222443C1 - Flächenwärmetauscher - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der die thermische Energie von einer Oberlfäche gleichmäßig auf ein Medium überträgt, indem der Medienfluß in Teilflüsse aufgeteilt wird, diese auf der gesamten Oberfläche als Medienfilm zu fließen kommen und von dieser die übertragene thermische Energie flächig abgeleitet wird, wobei die Temperaturdifferenzen innerhalb der Oberfläche klein gehalten werden.
Description
Gebräuchliche und bekannte Geräte mit denen thermische Energien übertragen werden
bezeichnet man als Wärmetauscher. Es ist bekannt, daß Wärmetauscher thermische Energie von
flüssigen Medien auf flüssige oder gasförmige Medien oder umgekehrt übertragen. Die
gebräuchlichsten Wärmetauscher sind die, die thermische Energie vom Medium Wasser auf
Wasser oder Wasser auf Luft und umgekehrt übertragen.
Die häufigste Bauart von Wärmetauschern ist die, aus Rohren oder aus Platten Geräte
herzustellen, wobei dieses in ein- oder mehrfachen Rohrsystemen oder ein- oder mehrfach
geschichteten Platten erfolgt.
Die Anwendung und Nutzung der Systeme ist die, daß thermische Energie mittels Rohren oder
mittels Platten auf andere Medien übertragen wird.
Fließt oder strömt in einem Rohr Medium, so wird die thermische Energie des Mediums aufs
Rohr übertragen, das diese seinerseits auf ein anderes Medium, das das Rohr umspült überträgt.
Entsprechendes gilt für Plattenwärmetauscher; Medium fließt oder strömt über eine Platte,
wobei die thermische Energie auf diese übertragen wird, die ihrerseits auf ein weiteres Medium,
das auf der gegenüberliegenden Seite der Platte fließt, überführt wird.
Durch die Anzahl von gebündelten Rohren mit der gegebenen Rohrfläche erfolgt die Variierung
der thermischen Leistungsübertragung. Entsprechend bestimmt die Anzahl von aneinander
gereihten Platten mit der gegebenen Plattenfläche eine Variierung der thermischen
Leistungsübertragung.
Während bei den Rohrwärmetauschern das Medium der Länge nach das Rohr durchfließt, fließt
das Medium bei Plattenwärmetauschern der Länge nach an der Platte entlang.
Es findet entlang der Rohr- oder Plattenlänge ein thermischer Energieaustausch statt, indem das
eine Medium stetig thermische Energie abgibt und diese vom umspülten Medium
aufgenommen wird oder umgekehrt. Eine stetige Temperaturänderung der Medien längs des
Weges bzw. entlang der Fläche ist damit gegeben. Die Wärmeübertragung der Medien erfolgt in
dem Fall stets über eine Trennwand. Um den längs der Trennwand sich ergebenden mittleren
Medientemperaturunterschied zu beeinflussen, werden die Wärmetauscher auf verschiedene
Verschaltungsarten wie das Gleich-, Gegen-, Kreuz-Stromverfahren gefertigt und betrieben.
Neben den oben aufgeführten Wärmetauschern, die thermische Energie mittels Trennwände
übertragen, erfolgt häufig thermische Energieübertragung durch sogenannte freie Konvektion.
Diese beinhaltet, daß thermische Energie von einem Körper also einer Oberfläche durch den
Wärmeübergang meist von Körpern zur Luft bestimmt ist, wobei der natürliche Auftrieb durch
Thermik genutzt wird, mit dem der Energieabtransport erfolgt.
Dabei liegt oft das Problem zu Grunde, daß bezogen zur gegebenen Oberfläche das gewünschte
Medium kaum oder nur im geringen Umfang mit der Oberfläche in Kontakt steht und damit
lediglich ein kleiner Wärmeaustausch mit geringer thermischer Energieabfuhr erfolgt.
Meist müssen Oberflächen temperiert werden, die eine sehr kleine oder sehr große Ausdehnung
aufweisen. Es handelt sich um Wände, Decken und Böden von Räumen oder Geräten, deren
Oberfläche auf einem Temperaturniveau zu halten ist. Da überwiegend in den Geräten oder
Geräteteilen ungewöhnlich große thermische Energiedichten entstehen, müssen diese Energien
zwingend von den Oberflächen abgeführt werden, um eine Überhitzung der Objektes
auszuschließen. Aus technischen Gründen sind häufig plane Oberflächen gegeben, die den
Einsatz von zusätzlichen Aufbauten auf das Objekt wie in der Elektronik gegeben z. B. bei
Mikroprozessoren erlauben.
Eine spezielle und bekannte Bauart, die die thermische Energieübertragung verbessert, sind
Kühlkörper, die die thermische Energie größtenteils von einer kleinen Oberfläche auf eine
große Oberfläche überleiten. Von der größeren Oberfläche erfolgt eine thermische Ableitung
auf ein anderes Medium, meist Luft. Das Ziel ist, die Objektebene auf einem Temperaturniveau
zu halten. Meist muß ein Objekt vor Überhitzung, seltener vor Unterkühlung geschützt werden.
Um größeren thermischen Energieaustausch zwischen Kühlkörper und Luft zu erzielen, werden
die Luftwärmetauscher (Kühlkörper) zusätzlich mit Lüftern bestückt.
In der Elektronik ist gegeben, daß die Objektebenen eine große Energiedichte aufweisen, was
große Kühlkörper bedingt, die einerseits unhandlich sind, andererseits auf einer relativ kleinen
Objektebene montiert werden müssen.
Flüssige Medien wie Wasser verfügen in der Regel über eine große Wärmekapazität und sind
dadurch große Energiespeicher, die eine größere thermische Energieaufnahme (Übertragung)
gegenüber Luft ermöglichen. Aus diesem Vorteil heraus ist man bestrebt diese einzusetzen.
Um im Vergleich zur Luft eine günstigere thermische Energieabfuhr, also größere thermische
Energieabfuhr zu ermöglichen, sind sogenannte Flüssigkeitswärmetauscher (Flüssigkeitskühler)
im Einsatz, die eine Kopplung von Objektoberflächen zu flüssigen Medien ermöglichen.
Flüssigkeitswärmetauscher sind entweder hohle Körper oder flache Körper auf denen Rohre
aufgebracht sind, in denen jeweils Flüssigkeit fließt. Neben den genannten Aufbauten erfolgt
eine Verbesserung der thermischen Energieübertragung dadurch, daß Mäanderlinien in den
Flüssigkeitswärmetauscher eingearbeitet sind, in denen der Medienfluß fließt. Beim Einsatz in
der Elektronik (Mikroelektronik) wird fast ausschließlich auf Träger zurückgegriffen, auf denen
mechanisch eingeprägte Mäanderlinien eingelassen sind, die mit Medium durchströmt oder
durchflossen werden. Entsprechend den Luftwärmetauschern (Kühlkörper für elektronische
Bauteile) beruht der thermische Energieabtransport bzw. die thermische Übertragung darauf,
daß die thermische Energie von einer kleinen Oberfläche (Elekronikbaustein) auf einen großen
Körper mit gut leitenden Material meist Kupfer oder Aluminium abgeleitet wird. Von diesem
relativ großen und schweren Körper erfolgt der Energieaustausch durch das Medium.
Ausgehend vom obigen Stand der Technik liegt das Problem zugrunde, daß die Ableitung bzw.
Übertragung von thermischer Energie von oder auf eine Ebene mit großem
Wärmedurchgangswiderstand behaftet ist, was eine ungünstige Energieübertragung mit sich
bringt. Rohre, die auf der Ebene aufgeflanscht oder in die Ebene eingelassen sind, weisen einen
relativ großen Wärmedurchgangswiderstand auf. Mäanderlinien, die in der Ebene auf oder
eingelassen sind, verfügen gegenüber Rohren über einen größeren
Wärmedurchgangswiderstand und verfügen damit über eine bessere Energieableitung. Bezogen
auf die Gesamtlänge des eingelassenen Rohrsystems oder des eingelassenen Mäanders ergibt
sich längs zum Medienfluß ein unterschiedliches Temperaturniveau, das sich ungünstig auf die
Temperaturverteilung der Ebene auswirkt. Des weiteren ist die Wärmeleitung abseits und quer
zum Medienfluß äußerst gering.
Generell wird ein gleichmäßiges Temperaturniveau über die gesamte Fläche angestrebt, um wie
z. B. bei Anwendungen in der Elektronik, die Elektronikoberfläche mit vorhandenen kleinen
Temperaturdifferenzen zu temperieren, was ein flächiges und gleichmäßiges Temperieren von
Wärmetauscheroberflächen voraussetzt, das seinerseits das Entstehen von Hitzeflecken
ausschließt.
Um die oben genannten Einflüsse der unterschiedlichen Temperaturniveaus, das sich längs zum
Medienfluß erstreckt, auszugleichen, wird oft die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums
erhöht.
Bei dieser Maßnahme ist von Nachteil, daß bei gleichbleibendem Medienquerschnitt der
Stömungswiderstand zu nimmt und damit die elektrische Förderleistung für das Medium, also
die Pumpenleistung gesteigert werden muß. Nachteilig ist desweiteren, daß bei sehr großen
Strömungen im Mäander Abrasionen auftreten können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist einerseits eine gleichmäßige Energieableitung, also Temperaturverteilung
in der Ebene (Oberfläche), andererseits, flüssige Medien wie Wasser
mit großer spezifischer Wärmekapazität einzusetzen, wobei die Förderung des Medienflusses
mit kleiner elektrischer Leistung (Pumpenleistung) erfolgen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ausgehend von einem Fluß, der durch einen Verteilerkörper, das Verteilersystem fließt, ist der
Hauptfluß gemäß Definition mittig im Verteilerkörper in einen Zufluß und Abfluß geteilt.
Das Verteilungssystem ist in der Art strukturiert, daß sowohl der Zufluß als auch der Abfluß
einem Separator vergleichbar zwei ineinanderlaufenden Kämmen zugeleitet wird, die die
Medienflußaufteilung erzwingen, und die in Teilströme mit Zu- und Abflüssen gegliedert sind.
Die Zu- und Abflüsse sind abwechselnd und gleichmäßig über den Separator verteilt. Der
Separator bzw. die zwei ineinanderlaufenden Zu- und Abflüsse haben neben der
Medienflußaufteilung die Aufgabe, die Teilflüsse zu kanalisieren. Der Separator ist einseitig
von unten mit einer Flächendichtung bestückt, die an den Randbezirken mit Zu-, und
Abflußdurchdringungen (Löcher) versehen sind, die die jeweiligen Zugänge für die Zu- und
Abflüsse bzw. die somit ergebenden Zu- und Abflußkanäle ergänzen. Von oben ist das System
mit einer Abdeckung verschlossen, die oft gleichermaßen Befestigungsgrundlage oder
Schutzkappe (Träger) für elektronische Bauelemente ist.
Durch die gegebene Konstruktion, den Öffnungen der Flächendichtung und des Separators
fließen Teilströme in Zu- und Abflüsse separiert in die rundum geschlossenen Kanäle. Die
Oberseite des Separators ist mit einer Abdeckung (Träger) verschlossen, wobei in die
Oberfläche des Separators in gleichmäßigem Abstand kleine verteilte Vertiefungen eingelassen
sind, die quer zu den Kanälen verlaufen, was einen Spalt zwischen Separator und Abdeckung
(Träger) ergibt. In diesem Zwischenraum fließt das Medium von den Zuflußkanälen zu den
benachbarten Abflußkanälen. Bezogen auf die Länge und Breite des Separators bzw. der
Abdeckung (der Ebene) fließen flächig die Teilmedienflüsse. Die Abdeckung ist je nach
Anwendung bereits die Objektebene, so daß der thermische Energieabtransport direkt von
dieser erfolgt.
Der Separator inklusive der Flächendichtung, kann als Implantat in Körper eingelassen werden
oder der Separator ist bereits integraler Bestand des Körpers. Eine umliegende Dichtung, die
zwischen Abdeckung und des eingrenzenden Verteilersystems (Körper) fixiert ist, verhindert
ein Ausfließen des Mediums. Beim Implantat kann die umliegende Dichtung Bestand der
Flächendichtung sein. Oft ist eine weitere umliegende Flächendichtung integriert, die im
Havariefall das Ausfließen des Mediums verhindert.
Der mit der gegebenen Erfindung erzielte Vorteil ist, daß mittels der Separierung bzw der
Aufteilung des Medienflusses in Teilmedienflüsse eine sehr gleichmäßige Medienverteilung auf
die Oberfläche der Abdeckung oder des Objektes ermöglicht wird und so eine gleichmäßig gute
Temperierung derselben erfolgt.
Erfindungsgemäß ist über der gesamten Ebene (Oberfläche) eine gute Temperaturverteilung mit
sehr geringen Temperaturdifferenzen gegeben, was das Entstehen von Hitzeflecken
(Kälteflecken) ausschließt.
Erfindungsgemäß erfolgt eine großer thermischer Energieaustausch zwischen Abdeckung
(Oberfläche der Objektebene) und Medium, der durch den dünnen und flächigen Medienfluss
gegeben ist.
Erfindungsgemäß ist von Vorteil, daß das im Verteilersystem fließende Medium einen kleinen
Strömungswiderstand beinhaltet und dieses gleichermaßen durch den gegebenen schmalen
Spalt thermische Energie verlustarm überträgt, d. h. eine sehr große Energieübertragung vom
Objekt zum Medium ermöglicht wird.
Ein weiterer erfinderischer Vorteil ist dadurch gegeben, daß die Temperaturdifferenz innerhalb
des schmalen Medienflusses klein ist und dadurch die mittlere Medienmischungstemperatur
günstig ausfällt, während sich bei Systemen mit einer großen Kanalstruktur eine ungünstige
mittlere Medienmischungstemperatur ergibt. Dadurch ist jeweils bei gleichem thermischem
Energieabtransport der Massenstrom mit schmalen Medienspalt gegenüber mit einer großen
Kanalstruktur kleiner. Da durch diese erfinderische Maßnahme ein kleinerer Massenstrom
fließt, ergibt sich eine zusätzliche Reduzierung der Medienförderleistung also Pumpenleistung.
Erfindungsgemäß ist gegeben, daß sowohl der Abstand zwischen Separator und Abdeckung als
auch die Anzahl der Teilströme den Druckunterschied zwischen der Zu- und Abflußströmung
bestimmen, das die elektrische Medienförderleistung also Pumpenleistung gering
ausfallen läßt.
Erfindungsgemäß ist von großem Vorteil, daß die Flächendichtung einerseits dichtet und
andererseits ein gleichzeitiger Toleranzkompensator ist, der einen Toleranzausgleich innerhalb
der aufliegenden Abdeckung (Objektebene) gewährleistet, also Unebenheiten ausgleicht.
Erfindungsgemäß entfallen unhandliche, große, schwere und aufwendig gebaute Kühlkörper,
die zur Kühlung von Objekten auf denselben montiert werden müssen.
Ein weiterer und wesentlicher erfinderischer Vorteil ist, daß durch die gegebene Konstruktion
der uneingeschränkte Einsatz von solchen Werkstoffen möglich ist, die chemisch, biologisch
beständig sind und die auch einer hohen thermischen Beanspruchung stand halten. Vorteilhaft
ist, daß Werkstoffe mit elektrisch leitenden oder mit isolierenden Eigenschaften verwendbar
sind. Werkstoffe wie Metalle, Nichtmetalle (technische Keramiken), Kunststoffe,
Verbundwerkstoffe usw. sind je nach Anforderung des Mediums einsetzbar. Durch den
erfinderischen Vorteil des flächigen Medienflusses bzw. der Flächentemperierung ist eine
günstige thermische Energieableitung auch mit Werkstoffen gegeben, die einen ungünstigen
Wärmedurchgangswiderstand aufweisen, wie z. B. Kunststoffe, Keramik (Glimmer), Edelstähle
und andere.
Durch den schmalen Medienspalt ist erfindungsgemäß der Wärmetauscher lageunabhängig.
Dies ist dadurch begründet, daß im Vergleich zu den konventionellen Wärmetauschern mit
Mäanderlinien oder Rohren, Lufteinschlüsse bei dem gegebenen schmalen Medienspalt mit
gegebener flächiger und gleichmäßiger Medienströmung ausgeschlossen sind. Daraus resultiert
der Einbauvorteil in Schräg- oder Horizontallage, die beispielsweise bei einer
Tischtemperierung oder in der Solartechnologie (Dachschräge) vorausgesetzt wird.
Durch die Erfindung ist eine sehr flache und sehr kleine Bauform gegeben.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß die indirekte
thermische Energieübertragung vom Objekt zum Medium, statt durch einen dicken Träger,
mittels einer dünnen Medientrennwand, vergleichbar einer Folie erfolgt. Die Medientrennwand
steht in direktem Kontakt mit der zu kühlenden oder heizenden Objektebene. Zwischen
Medienwand und Separator stellt sich der Medienfluß ein. Um die Medientrennwand körperlich
zu befestigen und zu fixieren, ist diese von einem Rahmen umgeben, wobei dieser auf dem
Verteilerkörper mit Zu- und Abfluß fixiert und verspannt ist. Ein Dichtring, der hier auf dem
Rand der Medientrennwand und Verteilerkörper zu liegen kommt, verhindert das Ausfließen
des Mediums. Beim Implantat kann auch hier der Dichtring Bestand der Flächendichtung sein.
Der durch die erfinderische Ausgestaltung erzielte Vorteil ist dadurch gegeben, daß durch die
dünne Medienwand der Wärmedurchgangswiderstand klein ist, und somit eine günstige
indirekte thermische Energieübertragung von Objekt zum Medium gegeben ist. Hier ist
besonders der erfinderische Vorteil des Medienwandwerkstoffes genutzt, die aus chemisch,
biologisch und elektrisch isolierenden Materialien bestehen kann. Werkstoffe die meist
ungünstige thermische Wärmeleitfähigkeiten aufweisen.
Eine weiterer Vorteil dieser erfinderischen Ausgestaltung ist, daß sich die dünne
Medientrennwand durch den Mediendruck der Objektoberfläche anpaßt und somit die
Objektunebenheiten ausgleicht, so daß eine zusätzliche Objektoberflächenbearbeitung entfällt.
Durch die Ausgestaltung der Erfindung ist von Vorteil, daß sich durch die dünne
Medientrennwand ein gutes und schnelles thermisches Einschwingverhalten ergibt, was eine
schnelle Objekttemperierung gewährleistet.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß die Objektebene
direkt mit dem Medium in Kontakt steht. Die Oberseite des Separators ist direkt der
Objektebene, die zugleich der Abdeckung entspricht, zugewandt, wobei zwischen Separator
und Objektoberfläche mittels der eingearbeiteten Vertiefungen im Separator ein Medienfluß
zwischen Objektoberfläche und Separator sicher gestellt ist.
Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist gegeben, daß ein direkter Kontakt des
Mediums mit dem Objekt gegeben ist, so daß eine direkte Objekttemperierung gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung beinhaltet des weiteren, daß der
Wärmedurchgangswiderstand verbessert ist.
Erfindungsgemäß ist hier auch von Vorteil, daß die Flächendichtung einerseits dichtet und
andererseits einen gleichzeitigen Toleranzkompensator beinhaltet, so daß eine
Toleranzausgleich innerhalb der Objektebene gegeben ist.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der zwischen
Separator und Abdeckung oder Objektebene vorhandene Medienfluß vakuumisiert wird. Durch
das bekannt Verfahren, der Mediendruckvariierung ist eine Siedetemperaturvariierung gegeben
bzw. die Verdampfungstemperatur bestimmt. Mit dieser Maßnahme wird die
Verdampfungswärme (Phasenübergang) genutzt. Das Medium nimmt bei der abgesenkten
Medientemperatur die thermische Energie von der Objektebene auf, die als
Verdampfungswärme gespeichert wird. Die gespeicherte Energie wird anschließend durch
Druckerhöhung (Entspannung), die eine Siedetemperaturerhöhung mit sich bringt, auf ein
höheres Niveau überführt. Die bei niedriger Siedetemperatur gesamte gespeicherte
Verdampfungswärme wird durch die Siedetemperaturanhebung in der Weise aufgeteilt, daß ein
Teil der Verdampfungswärme als Wärmeenergie auftritt, die eine Medientemperaturerhöhung
zur Folge hat, und ein Teil als Verdampfungswärme, die auf hohem thermischem Niveau
gespeichert ist.
Durch die Erfindungausgestaltung ist von Vorteil, daß das vakuumisierte Medium, das
einerseits durch den Flächenfluß andererseits durch den sehr schmalen Medienfluß, der sich
zwischen Separator und Abdeckung oder Objektebene bewegt, die thermische Energie von der
Objektoberfläche aufnimmt, ohne dabei den Verdampfungsprozeß einzuleiten. Im Vergleich zu
den Flüssigwärmetauschern mit relativ großen Medienquerschnittskanälen, verdampft, durch
die thermische Energie, das Medium bereits an der Innenhaut des Kanals, während abseits vom
Randmedienfluß kaum eine thermische Energieaufnahme durch das Medium gegeben ist. Dies
tritt besonders stark bei laminarer Strömung auf, wo also bezogen auf den Medienquerschnitt
keine gleichmäßige Temperierung statt findet.
Erfindungsgemäß ist ebenso von Vorteil, daß die Flächendichtung einerseits dichtet und
andererseits einen gleichzeitigen Toleranzkompensator beinhaltet, der einen Toleranzausgleich
innerhalb der Abdeckung oder Objektebene ermöglicht.
Ein Vorteil ist dabei, daß die Verdampfungstemperatur im gesamten vakuumisierten System
konstant ist, d. h. die Ebene erfährt überall die gleiche Temperatur.
Der Separator ist je nach Anwendung, Anforderung und Nutzungszweck in unterschiedlicher
Weise gefertigt. Die Halbzeugbearbeitungen erfolgen mittels Lasern, Sägen, Drahtschneiden,
Wasserschnitten oder mit ähnlichen Methoden. Weitere Herstellungsverfahren sind
Spritzverfahren, Sinterverfahren und andere.
Anwendungen und Einsatzgebiete der oben benannten Erfindung bzw. der Ausgestaltungen
sind in den Bereiche der Wandkühlung oder -heizung, Tischkühlung oder -heizung,
Fußbodenkühlung oder -heizung der elektronischen zu kühlende Bauteile, der thermischen
Energiegewinnung durch Wärmestrahlung wie z. B. der Solaranlagen, der Temperierung von
Verbrennungsmaschinen und ähnlichem zu finden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch und
skizzenhaft dargestellt und werden, soweit es für das Verständnis der Erfindung notwendig ist,
im folgenden näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher mit integrierter Flächendichtung, Separator und
Medientrennwand, der zusätzlich mit einem elektronischen Bauteil bestückt ist, der seinerseits
in Verbindung mit der Abdeckung (Objektfläche) steht.
Die im Verteilerkörper 1 eingearbeiteter Hohlzylinder bilden die Hauptkanäle. Die Hauptkanäle
sind mittig aufgeteilt in einen Hauptzuflußkanal 2 und Hauptabflußkanal, wobei diese Kanäle
im Abstand zueinander parallel verlaufen. Längs zu den Hauptkanälen verlaufen
Verbindungskanäle 3 (Öffnungen) die von der Innenseite der Ebene zu dem Hauptzufluß- und
Hauptabflußkanal des Verteilerkörpers führen. Die im Verteilerkörper eingearbeitete vertiefte
Ebene 4 hat die Abmessungen der darüber gelegenen Flächendichtung 5. Die Dichtung weist
die Konturen eines hohlen Quaders mit rechteckigen Öffnungen 6 auf. Die Öffnungen sind den
Abmessungen der Verbindungskanäle angepaßt, so daß eine durchgängige Verbindung zu den
Hauptkanälen geschaffen ist. Der in der Dichtung eingelassene Separator 7 weist quer zu den
Dichtungsöffnungen und damit zu den Öffnungen der Hauptverbindungskanäle mehrere
Schlitze auf, die in gleichmäßigen Abständen in diesem verteilt sind. Die Schlitze ihrerseits
sind abwechselnd in Zu- 8 und Abflußschlitz 9 separiert, wobei die Zuflußschlitze in die
Richtung des Hauptzuflußkanals und die Abflußschlitze in Richtung des Hauptabflußkanals,
ihrer Länge nach verschoben sind. Mit dieser Maßnahme ist sicher gestellt, daß jeweils ein
Schlitzteilstück als Schlitzanfang und somit als Zufluß über der rechteckigen Öffnung der
Dichtung und dem Hauptzuflußkanals zu liegen kommt, während die anderen
gegenüberliegenden Zuflußschlitzenden vor der Dichtungsöffnung des Hauptabflußkanals zu
liegen kommen. Für die Abflußschlitze gilt sinngemäß das entsprechend Umgekehrte. Mit der
Bestückung des Separators mit der Dichtung ergeben sich nach oben offene Kanäle, die
einseitig an den Enden unten Zu- und Abflußöffnungen aufweisen. Der Separator weist quer zu
den Kanälen Vertiefungen 10 auf, die in der Oberseite gleichmäßig verteilt sind. Ein
Dichtungsring 11 der hier Bestand der Flächendichtung ist, umschließt den eingelassenen
Separator. Eine Medientrennwand 12 deckt den Separator ab, wobei diese mit den Rändern auf
der Dichtung aufliegt. Ein darüberliegender Aufnahmerahmen 13 verfügt über eine mittig
angebrachte Öffnung 14, die die Abmessung des elektronischen Teils 15 hier im speziellen ein
Temperaturdifferenzverstärker aufnimmt. Auf der Unterseite des Aufnahmerahmens ist um die
Öffnung eine umlaufende Kontur eingearbeitet, die die Medientrennwand, den Separator und
die Dichtung aufnimmt. Der Aufnahmerahmen seinerseits wird in den Verteilerkörper
eingelassen und mittels Schrauben 16 verspannt. Ein Dichtring (Flächendichtung) 17
umschließt den Aufnahmerahmen und dichtet zwischen Verteilerkörper und einer
darüberliegenden Abdeckung 18 ab, wobei dieser mit Schrauben 19 mit dem Verteilerkörper
verspannt ist. Die elektrischen Anschlüsse 20 des Temperaturdifferenzverstärkers sind separat
durch den Körper geführt und in diesem abgedichtet.
Fig. 2 zeigt einen Wärmetauscher, der auf einem Objektträger verspannt ist.
Die im Verteilerkörper 21 eingearbeiteten Hohlzylinder bilden die Hauptkanäle. Die Hauptkanäle
sind mittig aufgeteilt in einen Hauptzuflußkanal 22 und Hauptabflußkanal wobei diese Kanäle
zueinander parallel verlaufen. In die Oberfläche 23, die sich auf der Innenseite des
Verteilerkörpers befindet, sind quer zu dem Hauptzuflußkanal und dem Hauptabflußkanal
kleine Kanäle 24 eingearbeitet, die abwechselnd in gleichmäßigen Abständen jeweils einseitig
in den Hauptzuflußkanal und jeweils einseitig in den Hauptabflußkanal münden. Auf diese
Weise sind die Kanäle entweder mit einer Zuflußöffnung 25 oder mit einer Abflußöffnung 26
versehen. Die Zuflußkanalanfänge und Abflußkanalenden sind gegenüber den
Zuflußkanalenden und Abflußkanalanfängen tiefer gelegen, so daß nur eine Durchdringung der
Zuflußkananlanfänge und der Abflußkanalenden mit dem zugehörigen Hauptkanal gegeben ist.
Ein Dichtring (Flächendichtung) 27 umschließt die Kanalstruktur. Des weiteren ist in der
Oberseite quer zur Kanalstruktur gleichmäßig verteilte Vertiefungen 28 eingearbeitet. Die
Kanalstruktur mit ihren Vertiefungen ist von der Dichtung 27 umschlossen. Der Verteilerkörper
ist seinerseits mittels Verbindungsschrauben 29 auf die Abdeckung (Objektträgers) 30 fixiert
und aufgespannt.
Claims (3)
1. Flächen-Wärmetauscher zum Kühlen oder Heizen von Geräten und Medien, der die thermische
Energie auf strömendes Gas oder fließendes Medium überträgt, wobei in einem Verteiler
körper (1), der einen Hauptzuflußkanal (2) und einen Hauptabflußkanal aufweist, ein
Separator (7) eingebettet ist, der oberseitig parallel zur Längsachse rechteckförmige, über
die Gesamtbreite verlaufende Vertiefungen (10) aufweist und der auf einer Flächen
dichtung (5) aufliegt, die denselben mit einem Dichtungsring (11) umschließt und die an
den Längsseiten mit Randöffnungen (6) versehen ist, wobei der Separator (7) in gleich
mäßigen, quer zur Längsachse liegenden Abständen mit parallel zur Längsachse verlau
fenden Schlitzen durchbrochen ist, wobei jeder zweite Schlitz näher zum jeweiligen Rand
hin verschoben ist, nur dort auf den Randöffnungen der Flächendichtung aufliegt und
somit einerseits als Zuflußschlitz (8) fungiert und andererseits die übrigen Schlitze an den
gegenüberliegenden Enden als Abflußschlitze (9) fungieren und dieses Gebilde durch eine
Abdeckung verschlossen ist, und durch diese gleichmäßig wechselnde Anordnung der Zu-
und Abflußschlitze erreicht wird, dass das Medium gleichzeitig und gleichmäßig zwischen
Separator und Abdeckung fließt.
2. Flächen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkörper (21)
entsprechend aufgebaut ist, jedoch zusätzlich direkt in den Verteilerkörper parallel zur
Längsachse verlaufende Kanäle (24) eingearbeitet sind, die an den Kanalanfängen tiefer
gelegt sind als die Kanalenden, so dass jeweils eine Verbindung von den Zuflußkanälen
zum Hauptzuflußkanal (22) und von den Abflußkanälen zum Hauptabflußkanal hergestellt
wird.
3. Flächen-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung des
Separators (7) aus einer dünnen Medientrennwand (12) besteht, die von einem
Aufnahmerahmen (13) gehalten wird, und die auf den Verteilerkörper (1) mit Schrauben
verspannt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002122443 DE10222443C1 (de) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Flächenwärmetauscher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002122443 DE10222443C1 (de) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Flächenwärmetauscher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10222443C1 true DE10222443C1 (de) | 2003-10-02 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2002122443 Expired - Fee Related DE10222443C1 (de) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Flächenwärmetauscher |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10222443C1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004056409B3 (de) * | 2004-11-23 | 2006-01-05 | Bernhard Harter | Flächenverdampfer |
DE102007038136B3 (de) * | 2007-08-13 | 2009-04-02 | Bernhard Harter | Kondensierungsgerät |
CN107509366A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-12-22 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种基于多孔扁管的共形换热器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01270297A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Hitachi Ltd | 伝導冷却モジュール |
DE69010214T2 (de) * | 1989-11-02 | 1994-10-13 | Alfa Laval Desalt | Lamellenverdampfer. |
DE19653956A1 (de) * | 1995-12-21 | 1997-06-26 | Furukawa Electric Co Ltd | Flaches Wärmerohr |
DE69500348T2 (de) * | 1994-01-14 | 1998-03-12 | Long Mfg Ltd | Passive umleitung für wärmetauscher |
-
2002
- 2002-05-22 DE DE2002122443 patent/DE10222443C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01270297A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Hitachi Ltd | 伝導冷却モジュール |
DE69010214T2 (de) * | 1989-11-02 | 1994-10-13 | Alfa Laval Desalt | Lamellenverdampfer. |
DE69500348T2 (de) * | 1994-01-14 | 1998-03-12 | Long Mfg Ltd | Passive umleitung für wärmetauscher |
DE19653956A1 (de) * | 1995-12-21 | 1997-06-26 | Furukawa Electric Co Ltd | Flaches Wärmerohr |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004056409B3 (de) * | 2004-11-23 | 2006-01-05 | Bernhard Harter | Flächenverdampfer |
DE102007038136B3 (de) * | 2007-08-13 | 2009-04-02 | Bernhard Harter | Kondensierungsgerät |
CN107509366A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-12-22 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种基于多孔扁管的共形换热器 |
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