DE112007002451T5

DE112007002451T5 - Wärmetauschervorrichtung

Info

Publication number: DE112007002451T5
Application number: DE112007002451T
Authority: DE
Inventors: Kenji Toyota-shi Tsubone; Seiichi Hashi; Masahito Tsukahara; Masataka Fukuzawa; Kouji Narita
Original assignee: Toyota Motor Corp; T Rad Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; T Rad Co Ltd
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: CN101529194A; US20100319893A1; WO2008050210A3; WO2008050210A2; DE112007002451B4; JP4231518B2; CN101529194B; JP2008106971A

Abstract

Wärmetauschervorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie folgendes aufweist:
eine plattenförmige Röhre, in der eine Vielzahl an Kanälen ausgebildet ist, durch die ein erstes thermisches Medium oder ein zweites thermischen Medium strömt; und
ein Thermospeichermaterial, das Wärme mit dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium austauscht, wobei
die plattenförmige Röhre in dem Thermospeichermaterial angeordnet ist;
die plattenförmige Röhre so ausgebildet ist, dass zwei Platten zu einer laminierten Form verbunden sind;
jede der Platten eine Vielzahl an länglichen Vorsprüngen hat, die in einer Richtung vorragen, die zu Anschlussflächen der Platten entgegengesetzt ist, und jeweilige Hohlräume in ihnen ausgebildet sind, und wobei eine Vielzahl an flachen Abschnitten zwischen den länglichen Vorsprüngen angeordnet sind; und
Öffnungen der Hohlräume, die in einer der beiden Platten ausgebildet sind, durch die entsprechenden flachen Abschnitte der anderen Platte so verschlossen sind, dass die Hohlräume die Vielzahl an Kanälen...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauschervorrichtung, in der ein Wärmeaustausch zwischen einem ersten thermischen Medium oder einem zweiten thermischen Medium, das durch in plattenförmigen Röhren ausgebildeten Kanälen strömt, und einem thermischen Speichermaterial stattfindet, das mit den Kanälen in Kontakt steht.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Wärmetauschervorrichtungen, in denen Wärmeübertragungsplatten in der Form von gewellten Platten übereinander laminiert (geschichtet) sind, um Kanäle für thermische Medien auszubilden, sind beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 10-232 093 ( JP-A-10-232 093 ), in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 11-173 771 ( JP-A-11-173 771 ) und in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 10-122 770 ( JP-A-10-122 770 ) offenbart. Insbesondere offenbart die JP-A-10-232 093 eine thermische Speichervorrichtung, in der Wärmeübertragungsplatten mit Vorsprüngen und Vertiefungen in der Form von Sinuswellen aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet sind, wobei die Wärmeübertragungsplatten miteinander laminiert oder gestapelt sind. In der in der Druckschrift JP-A-10-232 093 offenbarten Vorrichtung sind Kanäle innerhalb der gewellten Wärmeübertragungsplatten ausgebildet (d. h. die Kanäle sind durch die Vorsprünge und Vertiefungen definiert), und ein thermisches Medium wird dazu gebracht, dass es durch die Kanäle strömt. Die Druckschrift JP-A-11-173 771 offenbart einen Wärmetauscher, in dem Wärmeübertragungsplatten aufeinander laminiert sind und Kanäle für ein thermisches Medium zwischen den Wärmeübertragungsplatten ausgebildet sind. Die Wärmeübertragungsplatten haben Vorsprünge, die miteinander so in Kontakt stehen, dass sie Kühlmittelkanäle definieren, durch die ein Kühlmittel strömt, und Vorsprünge, die miteinander so in Kontakt stehen, dass sie Thermomediumkanäle definieren, durch die ein thermisches Medium wie beispielsweise Wasser strömt. Die Vorsprünge, die die Kühlmittelkanäle definieren, sind miteinander verbunden, und die Vorsprünge, die die Thermomediumkanäle definieren, sind nicht miteinander verbunden. Wenn bei diesem Aufbau das Volumen des thermischen Mediums expandiert (sich ausdehnt), können bestimmte Teile der Wärmeübertragungsplatten mit Leichtigkeit verformt werden, da die miteinander in Kontakt stehenden Vorsprünge, die die Thermomediumkanäle definieren, nicht miteinander verbunden sind. Als ein Ergebnis wird die Volumenausdehnung des thermischen Mediums absorbiert (aufgenommen), und eine Verformung des Wärmetauschers wird verhindert. Die Druckschrift JP-A-10-122 770 offenbart einen Wärmetauscher, der ähnlich wie in der JP-A-11-173 771 ist, in dem Wärmeübertragungsplatten aufeinander laminiert sind, um Kanäle auszubilden.
In dem in jeder der vorstehend erwähnten Veröffentlichungen offenbarten Wärmetauscher oder Thermospeichervorrichtung sind die Wärmeübertragungsplatten laminiert oder miteinander gestapelt, um einen Mehrlagenaufbau (mehrlagige Baugruppe) vorzusehen, in welchem Kanäle für Wärmeübertragungsmedien (thermische Medien) ausgebildet sind. Um das miteinander erfolgende Verbinden der Wärmeübertragungsplatten beim Ausbilden der Kanäle zu erleichtern, stehen die durch Pressformen in den Wärmeübertragungsplatten ausgebildeten Vertiefungen einander gegenüber und werden miteinander verbunden. Da jedoch die Vertiefungen in den oberen und unteren Wärmeübertragungsplatten einander gegenüberstehen, um einen einzelnen Kanal auszubilden, wird lediglich ein Kanal im Hinblick auf zwei Vorsprünge der oberen und unteren Wärmeübertragungsplatten ausgebildet, was zu einer relativ geringen Anzahl an Kanälen führt, die durch jedes Paar an Platten ausgebildet werden. Demgemäß ist der Bereich (die Fläche) für den Wärmeaustausch zwischen dem thermischen Medium, das durch die Kanäle strömt und dem thermischen Medium, das sich um die Wärmeübertragungsplatten herum befindet, vermindert.
Außerdem ist eine Thermospeichervorrichtung bekannt, die derart aufgebaut ist, dass ein Kältespeichermaterial oder Wärmespeichermaterial zwischen plattenförmigen Röhren angeordnet ist, in denen Kanäle, durch die ein Wärmeübertragungsfluid strömt, durch laminierte Wärmeübertragungsplatten ausgebildet sind. Bei dieser Art an Thermospeichervorrichtung ist es jedoch wahrscheinlich, dass die plattenförmigen Röhren eine Spannung aufgrund einer Ausdehnung und Kontraktion aufnehmen, die sich dann ergibt, wenn das Kältespeichermaterial oder das Wärmespeichermaterial, das zwischen den plattenförmigen Röhren angeordnet ist, wiederholt schmilzt (oder einfriert) und koaguliert (oder auftaut), was zu einer Verformung der plattenförmigen Röhren führen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauschervorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, mit Leichtigkeit den Bereich (die Fläche) des Wärmeaustauschers von Wärmeübertragungsplatten zu erweitern, die miteinander verbunden sind, um Kanäle für ein thermisches Medium auszubilden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmetauschervorrichtung geschaffen worden, die eine plattenförmige Röhre, in der eine Vielzahl an Kanälen ausgebildet ist, durch die ein erstes thermisches Medium oder ein zweites thermisches Medium strömt, und ein thermisches Speichermaterial (Thermospeichermaterial) aufweist, das Wärme mit dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium austauscht. In dieser Vorrichtung ist die plattenförmige Röhre in dem Thermospeichermaterial angeordnet und wird ausgebildet, indem zwei Platten zu einer laminierten Form verbunden werden. Außerdem hat jede der Platten eine Vielzahl an länglichen Vorsprüngen, die in einer Richtung vorragen, die entgegengesetzt zu den Anschlussflächen der Platten sind, und haben jeweils in ihnen ausgebildete Hohlräume, und eine Vielzahl an flachen Abschnitten, die zwischen den länglichen Vorsprüngen angeordnet sind, und Öffnungen der Hohlräume, die in einer der beiden Platten ausgebildet sind, sind durch die entsprechenden flachen Abschnitte der anderen Platte so verschlossen, dass die Hohlräume die vorstehend erwähnte Vielzahl an Kanälen vorsehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmetauschervorrichtung geschaffen worden, die eine plattenförmige Röhre, in der eine Vielzahl an Kanälen ausgebildet ist, durch die ein erstes thermisches Medium oder ein zweites thermisches Medium strömt, und ein Thermospeichermaterial aufweist, das Wärme mit dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium austauscht. In dieser Vorrichtung ist die plattenförmige Röhre in dem Thermospeichermaterial angeordnet und ist so ausgebildet worden, dass zwei Platten zu einer laminierten Form verbunden worden sind. Außerdem hat jede der Platten eine Vielzahl an länglichen Vorsprüngen, die in einer Richtung vorragen, die entgegengesetzt zu den Anschlussflächen der Platten sind, und haben jeweilige in ihnen ausgebildete Hohlräume, und eine Vielzahl an flachen Abschnitten, die sich zwischen den länglichen Vorsprüngen befinden, und Öffnungen der Hohlräume, die in einer der beiden Platten ausgebildet sind, sind jenen Hohlräumen zugewandt, die in der anderen Platte ausgebildet sind, so dass die Hohlräume, die durch die länglichen Vorsprünge der beiden Platten definiert sind, die vorstehend erwähnte Vielzahl an Kanälen vorsehen.
In der Wärmetauschervorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die in Vielzahl vorgesehenen plattenförmigen Röhren, die jeweils durch die vorstehend beschriebene plattenförmige Röhre vorgesehen sind, parallel zueinander in vorbestimmten Intervallen (Abständen) angeordnet sein, und das Thermospeichermaterial, das den Raum zwischen den plattenförmigen Röhren ausfüllt, kann ein Thermospeichermaterial sein, das bei Erwärmung schmilzt und bei Abkühlen koaguliert. Die plattenförmigen Röhren können derart angeordnet sein, dass die länglichen Vorsprünge von einer der plattenförmigen Röhren den flachen Abschnitten einer benachbarten plattenförmigen Röhre gegenüberstehen, die benachbart zu der vorstehend erwähnten einen plattenförmigen Röhre angeordnet ist.
In der vorstehend beschriebenen Wärmetauschervorrichtung können die plattenförmigen Röhren erste plattenförmige Röhren, durch die das erste thermische Medium strömt, und zweite plattenförmige Röhren aufweisen, durch die das zweite thermische Medium strömt. Zumindest eine der ersten plattenförmigen Röhren und zumindest eine der zweiten plattenförmigen Röhren können benachbart zueinander sein.
In der Wärmetauschervorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung haben die länglichen Vorsprünge von einer der plattenförmigen Röhren Außenseiten, die relativ zu den flachen Abschnitten einer benachbarten Röhre der plattenförmigen Röhren geneigt (schräggestellt) sind.
In der Wärmetauschervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jeder der länglichen Vorsprünge von einer der beiden Platten wie ein Dreieck im Querschnitt geformt sein, und der entsprechende flache Abschnitt der anderen Platte kann einen Boden des Dreiecks (die Bodenseite) vorsehen.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Kanäle, die durch die länglichen Vorsprünge und die flachen Abschnitte definiert sind, in dem Thermospeichermaterial angeordnet, und daher ist ein Kanal in Bezug auf jeden Vorsprung der Vorsprünge der Platten ausgebildet. Somit wird die Kontaktfläche zwischen den Kanälen und dem Thermospeichermaterial größer als in dem Fall, bei dem die Vertiefungen der oberen und unteren Platte einander gegenüberstehen, um einen einzelnen Kanal auszubilden. Demgemäß wird der Wärmeaustausch zwischen dem Thermospeichermaterial und dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium, das durch die Kanäle strömt, mit einer höheren und verbesserten Effizienz bewirkt. Typische Beispiele der Platten sind Wärmeübertragungsplatten.
Gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung findet der Wärmeaustausch zwischen dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium und dem Thermospeichermaterial an den länglichen Vorsprüngen und den flachen Abschnitten statt. Daher koaguliert (oder friert ein) das Thermospeichermaterial entlang der länglichen Vorsprünge und der flachen Abschnitte, wenn ein Kühlmittel als das zweite thermische Medium durch die Kanäle strömt, und das Thermospeichermaterial schmilzt (oder taut auf) entlang der länglichen Vorsprünge und der flachen Abschnitte, wenn eine Kühlsole (als Kälteträger) als das erste thermische Medium durch die Kanäle strömt und das Thermospeichermaterial koaguliert wird (oder einfriert). Hierbei sind die länglichen Vorsprünge von einer der plattenförmigen Röhren so angeordnet, dass sie den flachen Abschnitten einer benachbarten Röhre der plattenförmigen Röhren gegenüberstehen, die benachbart zu der vorstehend erwähnten einen plattenförmigen Röhre angeordnet ist. Daher wird eine Spannung, die sich von der Koagulation oder dem Schmelzen des Thermospeichermaterials entlang der flachen Abschnitte der vorstehend erwähnten einen plattenförmigen Röhre ergibt, auf die länglichen Vorsprünge der anderen (oder benachbarten) plattenförmigen Röhre aufgebracht, so dass die auf die andere plattenförmige Röhre an den länglichen Vorsprüngen aufgebrachte Spannung gemildert oder verringert werden kann.
Darüber hinaus wird ein Teil der Spannung, die sich aus der Koagulation oder dem Schmelzen des Thermospeichermaterials entlang der länglichen Vorsprünge von einer der plattenförmigen Röhren ergibt, auf eine benachbarte Röhre der plattenförmigen Röhren in horizontaler Richtung aufgebracht, und daher kann die Spannung, die auf die andere (oder benachbarte) plattenförmige Röhre aufgebracht wird, verringert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehend erwähnten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlicher hervor.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des äußeren Erscheinungsbildes einer Wärmetauschervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Hauptteils einer plattenförmigen Röhre, die in der Wärmetauschervorrichtung von 1 verwendet wird.
3 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Hauptteils des Hauptkörpers der Wärmetauschervorrichtung.
4 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt eines Beispiels eines Betriebszustandes der Wärmetauschervorrichtung, wenn diese Kälte speichert.
5 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt eines anderen Beispiels eines Betriebszustandes der Wärmetauschervorrichtung, wenn diese Kälte speichert.
6 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt eines Betriebszustandes einer Wärmetauschervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die Vorrichtung Kälte speichert.
7 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt eines abgewandelten Beispiels der plattenförmigen Röhre, die in der Wärmetauschervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt eines anderen abgewandelten Beispiels der plattenförmigen Röhre, die in der Wärmetauschervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. Die Wärmetauschervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dazu in der Lage, sowohl positive Wärme (auch Wärme genannt), die die thermische Energie erhöht, als auch negative Wärme (Kälte), die die thermische Energie verringert, zu speichern. In der nachstehend dargelegten Beschreibung sind spezifische Beispiele veranschaulicht, die so eingerichtet sind, dass Kälte gespeichert wird oder ein thermisches Kühlen bewirkt wird. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Wärmetauschervorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 1 dargestellte Wärmetauschervorrichtung 1 weist plattenförmige Röhren 4 auf, wobei in jeder von ihnen eine Vielzahl an Kanälen ausgebildet sind, durch die ein erstes thermisches Medium 2 oder ein zweites thermisches Medium 3 strömt. Die plattenförmigen Röhren 4 sind in einem Wärmespeichermaterial 5 angeordnet, das Wärme mit dem ersten thermischen Medium 2 oder dem zweiten thermischen Medium 3 austauscht. Die plattenförmigen Röhren 4, die in dem Inneren der Wärmetauschervorrichtung 1 vorgesehen sind, sind parallel zueinander bei bestimmten Abständen in entweder der seitlichen Richtung (Breitenrichtung) α, der vertikalen Richtung (Tiefenrichtung) β oder der Höhenrichtung γ angeordnet.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Einlassröhre 6a für ein Kühlmittel als das erste thermische Medium 2 an einer Seite der Wärmetauschervorrichtung 1 so vorgesehen, dass sie sich durch eine Außenwand der Wärmetauschervorrichtung 1 erstreckt und mit einem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung steht, der an einem der entgegengesetzten Enden der plattenförmigen Röhren 4 vorgesehen ist. Außerdem ist eine Auslassröhre 7a für das Kühlmittel als das erste thermische Medium 2 an der gleichen Seite der Wärmetauschervorrichtung 1 so vorgesehen, dass sie sich durch die Außenwand der Vorrichtung 1 erstreckt und mit einem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung steht, der an dem anderen Ende der plattenförmigen Röhren 4 vorgesehen ist, das entgegengesetzt zu dem vorstehend erwähnten einen Ende der plattenförmigen Röhren 4 angeordnet ist. Darüber hinaus ist eine Einlassröhre 6b für eine Kühlsole als das zweite thermische Medium 3 an der gleichen Seite der Wärmetauschervorrichtung 1 so vorgesehen, dass sie sich durch die Außenwand der Vorrichtung 1 erstreckt und mit einem (nicht gezeigten) Raum in Verbindung steht, der an dem anderen Ende der plattenförmigen Röhren 4 vorgesehen ist, und sie nicht in Fluidverbindung mit dem Auslassrohr 7a steht. Darüber hinaus ist eine Auslassröhre 7b für Kühlsole an der gleichen Seite der Wärmetauschervorrichtung 1 so vorgesehen, dass sie sich durch die Außenwand der Vorrichtung 1 erstreckt und mit einem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung steht, der an dem vorstehend erwähnten einen Ende der plattenförmigen Röhren 4 vorgesehen ist, und sie nicht in Fluidverbindung mit der Einlassröhre 6a steht.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels der plattenförmigen Röhre 4, die im Inneren der Wärmetauschervorrichtung 1 in der vorstehend erläuterten Weise angeordnet ist. Die in 2 gezeigte plattenförmige Röhre 4 besteht aus zwei Wärmeübertragungsplatten 8 und 9, die den Platten der vorliegenden Erfindung entsprechen und die einander gegenüberstehen und miteinander verbunden sind. Jede der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 hat längliche Vorsprünge 8A, 9A, die ausgebildet sind, indem sie unter vorbestimmten Abständen gebogen sind und im Wesentlichen parallel zu einander sind und zwar so, dass Hohlräume innerhalb der jeweiligen Vorsprünge 8A und 9A ausgebildet sind. Jede Wärmeübertragungsplatte 8 und 9 hat außerdem flache Abschnitte 8B, 9B, die jeweils zwischen den länglichen Vorsprüngen 8A und 9A ausgebildet sind. Während die Querschnittsform jedes der länglichen Vorsprünge 8A und 9A ein Dreieck ist, dessen Boden (Bodenseite) durch den entsprechenden flachen Abschnitt 9B oder 8B der anderen Wärmeübertragungsplatte 9, 8 bei dem Beispiel von 2 vorgesehen ist, kann der Vorsprung 8A, 9A eine beliebige erwünschte Querschnittsform haben, wie beispielsweise ein Rechteck oder ein Halbkreis, wie dies in 7 und 8 dargestellt ist. Der im Inneren jedes länglichen Vorsprungs 8A, 9A ausgebildete Hohlraum ist zu den zugewandten Flächen der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 offen, um somit eine Nut vorzusehen, die sich in der Längsrichtung des länglichen Vorsprungs 8A und 9A erstreckt.
Die Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 sind miteinander derart verbunden, dass die länglichen Vorsprünge von einer der Wärmeübertragungsplatten 8, 9 den flachen Abschnitten der anderen Wärmeübertragungsplatte 9, 8 gegenüberstehen. Demgemäß ist die Öffnung des Hohlraums, der in jedem länglichen Vorsprung der vorstehend erwähnten einen Wärmeübertragungsplatte ausgebildet ist, durch den flachen Abschnitt der gegenüberstehenden (anderen) Wärmeübertragungsplatte geschlossen. In dieser Weise ist ein Kanal 10 im Inneren jedes länglichen Vorsprungs 8A und 9A ausgebildet.
Die Kanäle 10, die in den plattenförmigen Röhren 4 ausgebildet sind, stehen mit dem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung, der mit der Einlassröhre 6a an dem vorstehend erwähnten einen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht, und steht mit dem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung, der mit der Auslassröhre 7a an dem anderen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht. Außerdem stehen die Kanäle 10 mit dem (nicht gezeigten) Raum in Verbindung, der mit der Auslassröhre 7b an dem vorstehend erwähnten einen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht, und stehen mit dem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung, der mit der Einlassröhre 6b an dem anderen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht. Durch diesen Aufbau strömt das Kühlmittel, das in die Wärmetauschervorrichtung 1 durch die Einlassröhre 6a eingeleitet worden ist, zu der Auslassröhre 7a über die Kanäle 10, die im Inneren der länglichen Vorsprünge 8A und 9A ausgebildet sind. Außerdem strömt das Frostschutzmittel (Lauge oder Sole), das in die Wärmetauschervorrichtung 1 durch die Einlassröhre 6b eingeleitet worden ist, zu der Auslassröhre 7b über die Kanäle 10, die im Inneren der länglichen Vorsprünge 8A und 9A ausgebildet sind.
3 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt des Innenaufbaus der Wärmetauschervorrichtung 1, in der die plattenförmigen Röhren 4 eingebaut sind. Die in 3 dargestellten plattenförmigen Röhren 4 sind parallel zueinander bei vorbestimmten Abständen angeordnet. Genauer gesagt ist das Thermospeichermaterial 5 als ein anderes thermisches Medium, das sich von dem Kühlmittel und dem Frostschutzmittel (Lauge oder Sole) unterscheidet, durch die benachbarten plattenförmigen Röhren 4 sandwichartig und zwischen ihnen derart angeordnet, dass das Material 5 mit den plattenförmigen Röhren 4 in Kontakt steht, und die plattenförmigen Röhren 4 sind parallel zueinander angeordnet, während sie bei bestimmten Abständen beabstandet sind. Das Kühlmittel als das erste thermische Medium 2 oder das Frostschutzmittel als das zweite thermische Medium 3 strömt durch die Kanäle 10 der plattenförmigen Röhren 4, so dass der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Frostschutzmittel über das Thermospeichermedium 5 stattfindet. Wenn das Kühlmittel durch die Kanäle 10 von ausgewählten Röhren der plattenförmigen Röhren 4 strömt und das Frostschutzmittel durch die Kanäle 10 der plattenförmigen Röhren 4 strömt, die sich benachbart zu den ausgewählten plattenförmigen Röhren 4 befinden, findet der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Frostschutzmittel über das Thermospeichermaterial 5 statt.
Die in 3 dargestellten plattenförmigen Röhren 4 sind derart angeordnet, dass die länglichen Vorsprünge 8A und 9A einer der plattenförmigen Röhren 4 den flachen Abschnitt 9B, 8B von benachbarten plattenförmigen Röhren 4 gegenüberstehen, die sich an den zu der vorstehend erwähnten einen plattenförmigen Röhre 4 gegenüberliegenden Seiten befinden. Genauer gesagt sind die länglichen Vorsprünge 8A, die in der Wärmeübertragungsplatte 8 ausgebildet sind, zu den Anschlussflächen der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 hin offen, und die Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 sind miteinander derart verbunden, dass die länglichen Vorsprünge 8A der Wärmeübertragungsplatte 8 den flachen Abschnitten 9B der anderen Wärmeübertragungsplatte 9 gegenüberstehen. Daher sind die plattenförmigen Röhren 4 derart angeordnet, dass die länglichen Vorsprünge 8A, die in einer bestimmten Wärmeübertragungsplatte 8 ausgebildet sind, den flachen Abschnitten 9B gegenüberstehen, die in der Wärmeübertragungsplatte 9 der benachbarten plattenförmigen Röhre 4 ausgebildet sind.
Die 4 und 5 zeigen vergrößerte Seitenansichten im Querschnitt des Innenaufbaus der Wärmetauschervorrichtung 1, wenn diese Kälte speichert. Der Aufbau der in 4 und in 5 dargestellten Wärmetauschervorrichtung ist gegenüber demjenigen von 3 identisch, und daher werden die gleichen Bezugszeichen wie in 3 für die Darstellung der gleichen Bauelemente verwendet, deren weitere Erläuterung sich erübrigt. Das in 4 dargestellte Thermospeichermaterial 5 weist ein Thermospeichermaterial auf, das schmilzt (oder taut), wenn es erwärmt wird, und das koaguliert (oder einfriert), wenn es gekühlt wird. Genauer gesagt kann das Thermospeichermaterial 5 aus folgenden Materialien gewählt werden: Latentwärme-Thermospeichermaterialien wie beispielsweise Wasser, eine wässrige Lösung aus Ethylenglykol und eine wässrige Lösung aus Ammoniumchlorid mit niedrigen Schmelzpunkten und relativ hoher Schmelzwärme. Bei dem Beispiel von 4, bei dem die länglichen Vorsprünge 8A und 9A abwechselnd oder in einem gestaffelten Aufbau angeordnet sind, wird, wenn das Kühlmittel durch die Kanäle 10 strömt, eine Kongelation 11 in dem Thermospeichermaterial um die länglichen Vorsprünge 8A und 9A und die flachen Abschnitte 8B und 9B herum ausgebildet, die die Kanäle 10 definieren, durch die das Kühlmittel strömt. Da die Kongelation 11, die um die länglichen Vorsprünge 8A und 9A herum ausgebildet wird, entlang der geneigten (schrägen) Außenflächen der Vorsprünge 8A und 9A anwächst, wird die auf die gegenüberliegenden Wärmeübertragungsplatten 9 und 8 aufgebrachte Spannung gemildert oder verringert. Während die Kongelation 11, die an den flachen Abschnitten 8B und 9B ausgebildet wird, entlang der Ebenen der flachen Abschnitte 8B und 9B anwächst, dienen die gegenüberstehenden länglichen Vorsprünge 9A und 8A, die von den flachen Abschnitten 8B und 9B weg vorragen, dazu, die auf die gegenüberliegenden Wärmeübertragungsplatten 9 und 8 aufgebrachte Spannung zu mildern oder zu verringern.
Wenn das Kühlmittel durch die Kanäle 10 strömt, wird thermische Energie von den länglichen Vorsprüngen 8A, 9A und den flachen Abschnitten 8B, 9B zu dem Thermospeichermaterial 5 übertragen (thermisches Abkühlen), so dass das um die Vorsprünge 8A, 9A und die flachen Abschnitte 8B, 9B herum befindliche Thermospeichermaterial 5 gekühlt wird, und eine Kongelation 11 wird somit erzeugt. Die um die flachen Abschnitte 8B, 9B herum ausgebildete Kongelation 11 wächst zu den länglichen Vorsprüngen 9A, 8A hin an, die den flachen Abschnitten 88 und 9B über das Thermospeichermaterial 5 gegenüberstehen. Außerdem wächst die Kongelation 11, die um die länglichen Vorsprünge 8A und 9A ausgebildet wird, zu den flachen Abschnitten 9B und 8B hin an, die den Vorsprüngen 8A und 9A über das Thermospeichermaterial 5 gegenüberstehen.
Wenn die um die länglichen Vorsprünge 8A und 9A ausgebildete Kongelation 11 anwächst und sich den flachen Abschnitten 9B, 8B nähert, die den Vorsprüngen 8A und 9A über das Thermospeichermaterial 5 gegenüberstehen, wird die Kälte (Kälte im thermischen Sinne) der Kongelation 11, die um die Vorsprünge 8A und 9A herum ausgebildet worden ist, durch die gegenüberliegenden (oder benachbarten) Wärmeübertragungsplatten 9, 8 der benachbarten Platten von den Röhren 4 eingefangen, in denen das Frostschutzmittel durch die Kanäle 10 strömt, und die Kongelation wird um die Endstücke (Spitzen) der Vorsprünge 8A und 9A abgetrennt. Außerdem wird die Kälte (die thermische Kälte) der Kongelation 11, die um die flachen Abschnitte 8B und 9B herum ausgebildet worden ist, durch die länglichen Vorsprünge 9A und 8A der gegenüberliegenden (oder benachbarten) Wärmeübertragungsplatten 9 und 8 der benachbarten plattenförmigen Röhren 4 eingefangen, und daher wird die Kongelation 11 um die Endstücke (Spitzen) der Vorsprünge 9A und 8A herum abgetrennt.
Als ein Ergebnis wird die Kongelation 11 abgeschält, wobei das Thermospeichermaterial 5 sich in einem flüssigen Zustand befindet, und wird von den Oberflächen der Wärmeübertragungsplatten 8, 9 aufgrund einer Eigenkonvektion (natürliche Konvektion) abgetrennt und weg bewegt, die durch die Temperaturunterschiede des Thermospeichermaterials 5 herbeigeführt wird. Daher wird verhindert, dass die Kongelation 11 an den Oberflächen der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 fixiert wird oder sich an diesen anhaftet und die Übertragung der Kälte (der thermischen Kälte) hemmt, die durch das Kühlmittel zu dem Thermospeichermaterial 5 befördert wird. Außerdem wird die Kongelation 11 des Thermospeichermaterials 5 erneut an der Oberfläche der plattenförmigen Röhre 4 ausgebildet, und die Kälte (die thermische Kälte), die durch das Kühlmittel befördert wird, wird in effizienter Weise zu dem Thermospeichermaterial in seiner Gesamtheit übertragen.
6 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt des Innenaufbaus eines anderen Ausführungsbeispieles der Wärmetauschervorrichtung 1, wenn diese Kälte speichert. Jede der plattenförmigen Röhren 4, die in 6 gezeigt sind, besteht aus zwei Wärmeübertragungsplatten 8 und 9, die den Platten der vorliegenden Erfindung entsprechen und die einander gegenüberstehen und miteinander verbunden sind. Jede der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 hat längliche Vorsprünge 8A und 9A, die ausgebildet worden sind, indem sie an vorbestimmten Intervallen gebogen worden sind, wobei sie im Wesentlichen parallel zueinander derart sind, dass Hohlräume innerhalb der jeweiligen Vorsprünge 8A und 9A ausgebildet sind. Jede Wärmeübertragungsplatte 8 und 9 hat außerdem flache Abschnitte 8B und 9B, die jeweils zwischen den länglichen Vorsprüngen 8A und 9A ausgebildet sind. Die länglichen Vorsprünge 8A und 9A können eine beliebig erwünschte Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise ein Dreieck, ein Rechteck oder einen Halbkreis. Der Hohlraum, der in jedem länglichen Vorsprung 8A und 9A ausgebildet ist, ist zu den Anschlussflächen der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 offen, um somit eine Nut vorzusehen, die sich in der Längsrichtung des länglichen Vorsprungs 8A, 9A erstreckt. Die Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 sind miteinander derart verbunden, dass die länglichen Vorsprünge 8A und 9A einer der Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 den länglichen Vorsprüngen 9A und 8A der anderen Wärmeübertragungsplatten 9 und 8 gegenüberstehen. Somit ist der Hohlraum, der in jedem länglichen Vorsprung 8A und 9A der vorstehend erwähnten einen Wärmeübertragungsplatte 8, 9 ausgebildet ist, zu dem Hohlraum des entsprechenden länglichen Vorsprungs 9A, 8A der anderen Wärmeübertragungsplatte 9, 8 offen, und diese Hohlräume arbeiten miteinander zusammen, um eine einzelne Nut oder einen einzelnen Kanal 12 auszubilden, der oder die durch die gegenüberstehenden länglichen Vorsprünge 8A, 9A definiert ist und sich in der Längsrichtung der Vorsprünge 8A und 9A erstreckt.
Ähnlich wie die plattenförmigen Röhren 4, die in 2 gezeigt sind, stehen die Kanäle 12, die in den plattenförmigen Röhren 4 von 6 ausgebildet sind, mit einem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung, der mit der Einlassröhre 6a an einem Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht, und stehen mit einem (nicht gezeigten) Raum in Verbindung, der mit der Auslassröhre 7a an dem anderen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht. Außerdem stehen die Kanäle 12 mit einem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung, der mit der Auslassröhre 7b an dem vorstehend erwähnten einen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht, und sie stehen mit einem (nicht dargestellten) Raum in Verbindung, der mit der Einlassröhre 6b an dem anderen Ende der plattenförmigen Röhren 4 in Verbindung steht. Durch diesen Aufbau strömt das Kühlmittel, das von der Einlassröhre 6a eingeleitet worden ist, zu der Auslassröhre 7a über die Kanäle 12, die in den länglichen Vorsprüngen 8A und 9A ausgebildet sind. Außerdem strömt ein Frostschutzmittel, das von der Einlassröhre 6b eingeleitet worden ist, zu der Auslassröhre 6b über die Kanäle 12, die in den länglichen Vorsprüngen 8A und 9A ausgebildet sind.
Wenn das erste thermische Medium 2, das durch die Kanäle 12 strömt, ein Kühlmittel ist, findet ein Austausch der Wärme (oder der thermischen Energie) zwischen den länglichen Vorsprüngen 8A, 9A und dem Thermospeichermaterial 5 statt, und eine Kongelation 11 wird um die Vorsprünge 8A und 9A der plattenförmigen Röhren 4 herum ausgebildet, durch die das Kühlmittel strömt. Die Kälte (thermische Kälte), die durch das Kühlmittel befördert wird, das durch die Kanäle 12 strömt, wird außerdem zu den flachen Abschnitten 8B und 9B übertragen, und eine Kongelation 11 wird außerdem an den flachen Abschnitten 8B und 9B ausgebildet. Wenn die Kongelation 11 weiter zu den länglichen Vorsprüngen 9A und 8A der Wärmeübertragungsplatten 9 und 8 hin anwächst, die den Wärmeübertragungsplatten 8 und 9 über das Thermospeichermaterial 5 gegenüberstehen, wird eine Spannung auf die gegenüberliegenden Wärmeübertragungsplatten 9, 8 aufgrund einer Volumenausdehnung aufgebracht, die durch das Anwachsen der Kongelation 11 bewirkt wird. Da jedoch die länglichen Vorsprünge 8A und 9A in einer dreieckartigen Querschnittsform ausgebildet sind, wird die auf die gegenüberliegenden Wärmeübertragungsplatten 9, 8 aufgebrachte Spannung seitlich verteilt, wie dies durch Pfeile in 6 dargestellt ist. Somit wird die auf die Wärmeübertragungsplatten 9 und 8 aufgebrachte Spannung gemildert oder verringert.
Nachstehend ist im Rahmen des vorstehend Ausführungsbeispiels ein Beispiel beschrieben, bei dem die plattenförmige Röhre, durch die das Kühlmittel strömt, und die plattenförmige Röhre, durch die das Frostschutzmittel strömt, benachbart sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Aufbau beschränkt, bei dem die plattenförmigen Röhren für das Kühlmittel und die plattenförmigen Röhren für das Frostschutzmittel abwechselnd angeordnet sind. Beispielsweise können die plattenförmigen Röhren für das Kühlmittel und die plattenförmigen Röhren für das Frostschutzmittel abwechselnd angeordnet sein oder zwei plattenförmige Röhren für das Kühlmittel oder zwei plattenförmige Röhren für das Frostschutzmittel können kontinuierlich angeordnet sein. Diese plattenförmigen Röhren können flexibel angeordnet sein, um die Verteilung der Temperatur in der Wärmetauschervorrichtung zu steuern.
Während die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf die offenbarten Ausführungsbeispiele und die offenbarten Aufbaustrukturen streng beschränkt ist. Im Gegensatz dazu ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Anordnungen abdeckt. Während verschiedene Elemente der offenbarten Erfindung in den verschiedenen Kombinationen und Aufbauarten gezeigt sind, die beispielartiger Natur sind, fallen außerdem Kombinationen und Aufbauarten inklusive mehr oder weniger Elemente oder lediglich eines Elementes auch in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung
In einer Wärmetauschervorrichtung ist eine plattenförmige Röhre (4), in der eine Vielzahl an Kanälen (10) ausgebildet ist, durch die ein erstes oder zweites thermisches Medium (2 oder 3) strömt, in einem Thermospeichermaterial (5) angeordnet, das Wärme mit dem ersten oder zweiten thermischen Medium (2 oder 3) austauscht, und die plattenförmige Röhre (4) ist ausgebildet, indem zwei Platten zu einer laminierte Form verbunden sind. Jede Platte hat eine Vielzahl an länglichen Vorsprüngen (8A, 9A), die von gegenüberliegenden Flächen der Platten weg vorragen, und haben in ihnen ausgebildete Hohlräume, und eine Vielzahl an flachen Abschnitten (8B, 9B) zwischen den Vorsprüngen. Öffnungen der Hohlräume, die in einer der Platten ausgebildet sind, sind durch die entsprechenden flachen Abschnitte der anderen Platte so verschlossen, dass die Hohlräume die Kanäle vorsehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 10-232093 [0002]
- JP 10-232093 A [0002, 0002, 0002]
- JP 11-173771 [0002]
- JP 11-173771 A [0002, 0002, 0002]
- JP 10-122770 [0002]
- JP 10-122770 A [0002, 0002]

Claims

Wärmetauschervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes aufweist: eine plattenförmige Röhre, in der eine Vielzahl an Kanälen ausgebildet ist, durch die ein erstes thermisches Medium oder ein zweites thermischen Medium strömt; und ein Thermospeichermaterial, das Wärme mit dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium austauscht, wobei die plattenförmige Röhre in dem Thermospeichermaterial angeordnet ist; die plattenförmige Röhre so ausgebildet ist, dass zwei Platten zu einer laminierten Form verbunden sind; jede der Platten eine Vielzahl an länglichen Vorsprüngen hat, die in einer Richtung vorragen, die zu Anschlussflächen der Platten entgegengesetzt ist, und jeweilige Hohlräume in ihnen ausgebildet sind, und wobei eine Vielzahl an flachen Abschnitten zwischen den länglichen Vorsprüngen angeordnet sind; und Öffnungen der Hohlräume, die in einer der beiden Platten ausgebildet sind, durch die entsprechenden flachen Abschnitte der anderen Platte so verschlossen sind, dass die Hohlräume die Vielzahl an Kanälen vorsehen.
Wärmetauschvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes aufweist: eine plattenförmige Röhre, in der eine Vielzahl an Kanälen ausgebildet ist, durch die ein erstes thermisches Medium oder ein zweites thermisches Medium strömt; und ein Thermospeichermaterial, das Wärme mit dem ersten thermischen Medium oder dem zweiten thermischen Medium austauscht, wobei die plattenförmige Röhre in dem Thermospeichermaterial angeordnet ist; die plattenförmige Röhre ausgebildet ist, indem zwei Platten zu einer laminierten Form verbunden sind; wobei jede der Platten eine Vielzahl an länglichen Vorsprüngen hat, die in einer Richtung vorragen, die zu Anschlussflächen der Platten entgegengesetzt ist, und jeweilige Hohlräume in ihnen ausgebildet sind, und wobei eine Vielzahl an flachen Abschnitten zwischen den länglichen Vorsprüngen angeordnet ist; Öffnungen der Hohlräume, die in einer der beiden Platten ausgebildet sind, jenen Öffnungen der Hohlräume zugewandt sind, die in der anderen Platte ausgebildet sind, so dass die Hohlräume, die durch die länglichen Vorsprünge der beiden Platten definiert sind, die Vielzahl an Kanälen vorsehen.
Wärmetauschervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Vielzahl an plattenförmigen Röhren, die jeweils die plattenförmige Röhre aufweisen, parallel zueinander unter vorbestimmten Abständen angeordnet sind; das Thermospeichermaterial den Raum zwischen den plattenförmigen Röhren ausfüllt und ein Thermospeichermaterial aufweist, das schmilzt, wenn es erwärmt wird, und das koaguliert, wenn es gekühlt wird; und die plattenförmigen Röhren derart angeordnet sind, dass die länglichen Vorsprünge einer der plattenförmigen Röhren den flachen Abschnitten einer benachbarten der plattenförmigen Röhren gegenüberstehen, die sich benachbart zu der einen plattenförmigen Röhre befindet.
Wärmetauschervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Vielzahl an plattenförmigen Röhren erste plattenförmige Röhren, durch die das erste thermische Medium strömt, und zweite plattenförmige Röhren aufweist, durch die das zweite thermische Medium strömt.
Wärmetauschervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei zumindest eine der ersten plattenförmigen Röhren und zumindest eine der zweiten plattenförmigen Röhren benachbart zueinander sind.
Wärmetauschervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die länglichen Vorsprünge der einen plattenförmigen Röhre Außenflächen haben, die relativ zu den flachen Abschnitten der benachbarten plattenförmigen Röhre geneigt sind.
Wärmetauschervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jeder der länglichen Vorsprünge einer der beiden Platten wie ein Dreieck im Querschnitt geformt ist, und der entsprechende flache Abschnitt der anderen Platte einen Boden des Dreiecks vorsieht.