DE112017000640T5

DE112017000640T5 - Wärmeaustausch-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112017000640T5
Application number: DE112017000640.6T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-12-06
Also published as: JP6815039B2; WO2017135595A2; US20200166292A1; CN108603728A; JP2019504984A; KR101646761B1; WO2017135595A3

Abstract

Offenbart wird eine Wärmeaustausch-Vorrichtung. Die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung beinhaltet: einen Flüssigkeitsverteiler-/-aufnehmerteil zum Verteilen oder Aufnehmen einer ein- oder ausströmenden Flüssigkeit; eine Flüssigkeitsleitungsplatte, die mit dem Flüssigkeitsverteiler-/-aufnehmerteil gekoppelt ist und in der eine Flüssigkeitsleitung so ausgebildet ist, dass mindestens eine Leitung in eine Vielzahl von Leitungen basierend auf der Durchflussrate pro Flächeneinheit in einer Vielzahl von Platten verzweigt ist, und jede der verzweigten Leitungen in mindestens einer oder mehreren Stufen basierend auf der Durchflussrate pro Flächeneinheit erneut verzweigt ist; und eine Mikro-Leitungsplatte, die eine Leitung in einer geraden Richtung beinhaltet, was jeder den jeweiligen Leitungen entspricht, die sich an einer finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatte in der Vielzahl von Platten verzweigen, wobei der Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmerteil und die Flüssigkeitsleitungsplatte in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte symmetrisch ausgebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeaustausch-Vorrichtung, und insbesondere auf eine Wärmeaustausch-Vorrichtung, die einen signifikant reduzierten Wärmewiderstand aufweist und somit in der Lage ist, den Verbrauch von Energie wie etwa Gas oder Öl zu minimieren und die Effizienz bei der Erzeugung von Warmwasser und Heizwärme zu erhöhen.
Bisheriger Stand der Technik
Im Allgemeinen sind Wärmeaustausch-Vorrichtungen Vorrichtungen, die mittels eines Wärmeaustauschers mit hoher Wärmeleitfähigkeit Wärme von einer Flüssigkeit mit hoher Temperatur in eine Flüssigkeit mit niedriger Temperatur überführen, und kommen hauptsächlich in Produkten wie Klimaanlagen, Boilern, Kühlschränken, Heizungen und dergleichen zum Einsatz.
Dabei sind Boiler Vorrichtungen, die Warmwasser oder Hochtemperatur- und Hochdruckdampf durch das Erhitzen von Wasser erzeugen, das sich in einem innen oder außen abgedichteten Behälter befindet, und wegen des Zustands mit hoher Temperatur wird das mit dem Boiler erzeugte Warmwasser bzw. der damit erzeugte Dampf in verschiedenen Bereichen verwendet, wie etwa für Heizwärme im Winter unter Nutzung der Hochtemperatureigenschaften, für Dampfturbinen von Heizkraftwerken unter Nutzung der Hochdruckeigenschaften des erzeugten Dampfs zum Erzeugen von Energie, und dergleichen.
Insbesondere steigt der Verbrauch an Erdgas, das weniger Umweltverschmutzung verursacht als andere fossile Brennstoffe, weltweit signifikant, und dank der Verwertung von Schiefergas in jüngster Zeit wird erwartet, dass sich die Verwendung von Erdgas zur Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser weiter verbreitet.
Momentan ist die Nutzung von Wärmeaustausch-Vorrichtungen wie etwa Gasboiler zum Erzeugen von Heizwärme oder Warmwasser in Wohnhäusern oder in der Industrie weit verbreitet, und dank der Entwicklung der Kondensatortechnologie für die Rückgewinnung und Nutzung von Abwärme ist deren Effizienz um 20% oder mehr ebenfalls beträchtlich gestiegen. Allerdings sinkt die Durchschnittstemperatur im Winter aufgrund der von der globalen Erwärmung verursachten abnormen Wetterphänomene nach und nach und es kommt vor, dass mehrere Tage eine extreme Kälte herrscht, und somit der Verbrauch von Energiequellen wie Öl, Gas und dergleichen weiter ansteigt.
Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung einer Wärmeaustausch-Vorrichtung, die in der Lage ist, den Verbrauch von Energiequellen wie Gas, Öl, Elektrizität oder dergleichen zu minimieren und die Effizienz bei Warmwasser und Heizwärme zu erhöhen
Dokument des Standes der Technik
Patentschrift
(Patentschrift 1) Gebrauchsmuster Nr. 20-0255210 (Eintragungsdatum: 12. November 2001)
Offenlegung
Technische Aufgabe
Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die oben genannten Aufgaben getätigt, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeaustausch-Vorrichtung bereitzustellen, die einen signifikant reduzierten Wärmewiderstand aufweist und somit in der Lage ist, den Verbrauch von Energie wie etwa Gas oder Öl oder Elektrizität zu minimieren und die Effizienz bei der Erzeugung von Warmwasser und Heizwärme zu erhöhen.
Technische Lösung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmeaustausch-Vorrichtung bereitgestellt, die umfasst: Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmereinheiten, die so konfiguriert sind, dass sie eine ein- oder auszulassende Flüssigkeit verteilen oder aufnehmen; Flüssigkeitsleitungsplatten, die mit den Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmereinheiten gekoppelt sind und Flüssigkeitsleitungen aufweisen, die in einer Vielzahl von Platten so ausgebildet sind, dass mindestens eine Leitung in eine Vielzahl von Leitungen basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit verzweigt ist, und dass jede verzweigte Leitung auf mindestens einer Stufe basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit erneut verzweigt ist; und eine Mikro-Leitungsplatte, deren Leitungen linear in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die sich an einer finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatten verzweigen, wobei die Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmereinheiten und die Flüssigkeitsleitungsplatten in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte symmetrisch ausgebildet sind.
Die Wärmeaustausch-Vorrichtung kann ferner dazwischenliegende Leitungsplatten umfassen, deren dazwischenliegende Flüssigkeitsleitungen so ausgebildet sind, dass die Leitungen in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die sich an einer finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatten verzweigen, und dass jede Leitung in eine Vielzahl von Leitungen an mindestens einer Stufe basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit verzweigt ist. In diesem Fall weist eine Mikro-Leitungsplatte Leitungen auf, die linear in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die sich an einer finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatten verzweigen, und die Flüssigkeitsleitungsplatten sind in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte symmetrisch ausgebildet.
In dieser Hinsicht nehmen die Flüssigkeitsleitungsplatte, die Mikro-Leitungsplatte und die dazwischenliegenden Leitungsplatten die Form einer Platte an, in der sich konvexe Flächen und konkave Flächen zu einer vorgegebenen Tiefe und Breite wiederholen.
Zudem ist in der Mikro-Leitungsplatte oder der dazwischenliegenden Leitungsplatte auf einer unteren Seite in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte eine Vielzahl von Zündpunkten ausgebildet.
In dieser Hinsicht kann jede Leitung in den Flüssigkeitsleitungsplatten und den dazwischenliegenden Leitungsplatten in einem Verhältnis von 1:2 oder 1:3 verzweigt sein.
Zudem können kreisförmige Leitungen in den Flüssigkeitsleitungsplatten mittels Druckguss oder Schneiden ausgebildet werden, und die Leitungen können in den dazwischenliegenden Leitungsplatten und der Mikro-Leitungsplatte durch Ätzen ausgebildet werden.
Außerdem können die Flüssigkeitsleitungsplatten, die dazwischenliegenden Leitungsplatten und die Mikro-Leitungsplatte so konfiguriert sein, dass zwei Platten mit darin angebrachten Leitungen mittels Hart- oder Weichlöten aneinandergefügt werden.
Außerdem können die Flüssigkeitsleitungsplatten und die dazwischenliegenden Leitungsplatten so konfiguriert sein, dass eine Vielzahl von Schichten gemäß den Stufen, in die jede Leitung verzweigt ist, miteinander gekoppelt sind.
Außerdem kann jede der Flüssigkeitsleitungsplatten, der Mikro-Leitungsplatte und der dazwischenliegenden Leitungsplatten als flache Platten ausgebildet sein, wobei die flachen Platten miteinander gekoppelt sein können, und mindestens ein Heizdraht kann horizontal in der Mikro-Leitungsplatte angebracht sein oder an einer Position der dazwischenliegenden Leitungsplatte an einer unteren Seite in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte.
Außerdem können die dazwischenliegenden Leitungsplatten und die Mikro-Leitungsplatte in Baueinheit unter Verwendung eines 3D-Druckers ausgebildet sein.
Vorteilhafte Auswirkungen
Nach der vorliegenden Erfindung ist der Wärmewiderstand einer Wärmeaustausch-Vorrichtung wie etwa ein Wassererhitzer oder ein Boiler signifikant reduziert, und somit kann der Verbrauch von Energiequellen wie etwa Gas, Öl oder Elektrizität minimiert und die Effizienz bei der Erzeugung von Warmwasser und Heizwärme erhöht werden.
Zudem ist nach der vorliegenden Erfindung eine Leitung, durch die eine Flüssigkeit fließt, in mehreren Stufen verzweigt, und zwar basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit, so dass der Flüssigkeitsstrom vom Einlassen in einen Wärmeaustauscher zum Auslassen aus diesem reibungslos erfolgen kann.
Außerdem bilden nach der vorliegenden Erfindung eine verzweigte Struktur einer Leitung und Mikro-Leitungen eine Plattenstruktur, wodurch die Fertigung eines Boilers erleichtert und die Fertigungskosten signifikant reduziert werden.
Außerdem bildet die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine symmetrische Struktur in Bezug auf eine Mikro-Leitungsplatte und hat eine Struktur, bei der eine Leitung basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit einer jeden einer Vielzahl von Leitungen verzweigt ist, wodurch der Druckverlust einer in den Leitungen strömenden Flüssigkeit reduziert wird, was die Entstehung von Luftbläschen verhindert und das Auftreten eines Hindernisses für das Strömen einer Flüssigkeit verhindert.
Außerdem wird nach der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkeit unter Verwendung von Elektrizität unter Verwendung von elektrischen Heizdrähten anstelle eines fossilen Brennstoffs erwärmt, wodurch die Verwendung von fossilen Brennstoffen reduziert wird und die Flüssigkeit innerhalb kurzer Zeit erwärmt wird.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die ein Außengehäuse einer Wärmeaustausch-Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei 1(a) eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses ist, 1(b) eine Draufsicht auf das Außengehäuse ist, und 1(c) eine Seitenansicht des Außengehäuses ist.
2 ist eine schematische Darstellung einer Struktur der Wärmeaustausch-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel von Flüssigkeitsverteiler- /-aufnehmereinheiten der in 2 dargestellten Wärmeaustausch-Vorrichtung veranschaulicht.
4 ist eine schematische Darstellung einer Flüssigkeitsleitungsplatte der in 2 dargestellten Wärmeaustausch-Vorrichtung.
5 ist eine schematische Darstellung einer Mikro-Leitungsplatte der in 2 dargestellten Wärmeaustausch-Vorrichtung.
6 ist eine schematische Darstellung einer dazwischenliegenden Leitungsplatte der in 2 dargestellten Wärmeaustausch-Vorrichtung.
7 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Aufbaus der Zündpunkte der in 6 dargestellten dazwischenliegenden Leitungsplatte veranschaulicht.
8 ist eine perspektivische Ansicht der Wärmeaustausch-Vorrichtung, in der die Flüssigkeitsleitungsplatte, die Mikro-Leitungsplatte und die dazwischenliegende Leitungsplatte miteinander gekoppelt sind.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels von Leitungen der in 2 dargestellten Wärmeaustausch-Vorrichtung.
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Wärmeaustausch-Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist Draufsicht auf die in 10 dargestellte Wärmeaustausch-Vorrichtung.

Die beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend werden Wärmeaustausch-Vorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genau beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die ein Außengehäuse einer Wärmeaustausch-Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei 1 (a) eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses ist, 1 (b) eine Draufsicht auf das Außengehäuse ist, und 1 (c) eine Seitenansicht des Außengehäuses ist.
Es wird nun Bezug genommen auf die 1, in der die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Außengehäuse 10 untergebracht werden kann, wie in 1 dargestellt. In dieser Hinsicht kann das Außengehäuse 10 eine rechteckige Parallelepiped-Form aufweisen und kann auf seinen oberen und unteren Flächen mit Leitungsöffnungen 12 ausgestattet sein, durch die Leitungen zum Einlassen und Auslassen einer Flüssigkeit wie Gas, Öl, Wasser oder dergleichen passieren.
2 ist eine schematische Darstellung einer Struktur der Wärmeaustausch-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es wird nun Bezug genommen auf die 2, in der die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Flüssigkeitsverteiler- / - aufnehmereinheiten 110, Flüssigkeitsleitungsplatten 120, eine Mikro-Leitungsplatte 130, und dazwischenliegende Leitungsplatten 140 beinhalten können.
Die Flüssigkeitsverteiler- /-aufnehmereinheiten 110 sind jeweils an den Flüssigkeitseinlass- und Flüssigkeitsauslassseiten der Wärmeaustausch-Vorrichtung angebracht und so konfiguriert, dass sie eine ein- oder auszulassende Flüssigkeit verteilen oder aufnehmen. In dieser Hinsicht verteilt die Flüssigkeitsverteilereinheit 110 wie in 3 dargestellt eine in die Wärmeaustausch-Vorrichtung eingebrachte Flüssigkeit von einem primären Verteiler 112 in eine Vielzahl von Leitungen 114 und verteilt die durch jede Leitung 114 strömende Flüssigkeit in eine Vielzahl von Plattenverteilern 116.
Die Flüssigkeitsaufnehmereinheit 110 hat die gleiche Struktur wie die der Flüssigkeitsverteilereinheit 110 und ist symmetrisch zu/mit der Flüssigkeitsverteilereinheit 110 angebracht und somit erhalten die Flüssigkeitsverteiler-/ -aufnehmereinheiten dasselbe Bezugszeichen 110. Hier nimmt die Flüssigkeitsaufnehmereinheit 110 eine aus der Wärmeaustausch-Vorrichtung ausgelassene Flüssigkeit unter Verwendung einer Vielzahl von Plattenaufnehmern 116 auf, und nimmt die durch jeden Plattenaufnehmer 116 strömende Flüssigkeit in die Vielzahl von Leitungen 114 wieder auf, und ein finaler Aufnehmer 112 nimmt die aus jeder Leitung 114 ausgelassene Flüssigkeit auf und lässt die Flüssigkeit nach außen. In der nachfolgenden Beschreibung wird für die Beschreibung der Flüssigkeitsaufnehmereinheit 110 auf die Beschreibung der Flüssigkeitsverteilereinheit 110 verwiesen.
Die Flüssigkeitsleitungsplatten 120 sind jeweils mit den Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmereinheiten 110 gekoppelt und weisen Flüssigkeitsleitungen auf, die in einer Vielzahl von Platten so ausgebildet sind, dass mindestens eine Leitung in eine Vielzahl von Leitungen basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit verzweigt ist, und dass jede verzweigte Leitung auf mindestens einer Stufe basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit erneut verzweigt ist. Nun kann die Flüssigkeitsleitungsplatte 120 wie in 4 dargestellt die Form einer Platte annehmen, in der sich konvexe und konkave Flächen zu einer vorgegebenen Tiefe und Breite wiederholen. Außerdem kann die Flüssigkeitsleitungsplatte 120 so gefertigt sein, dass halbkreisförmige Leitungsnuten an einer Platte durch Druckguss oder Schneiden ausgebildet sind, und halbkreisförmige Leitungsnuten an einer anderen Platte so ausgebildet sind, dass sie denen der einen gegenüberliegen, und dann die beiden Platten durch Hart- oder Weichlöten aneinandergefügt werden. Außerdem kann die Flüssigkeitsleitungsplatte 120 wie in 4 dargestellt als eine Vielzahl von Schichten gemäß den Stufen ausgebildet sein, in die eine Leitung sich verzweigt. Das bedeutet, dass Flüssigkeitsaufnahmelöcher 125, durch die eine Flüssigkeit von der Flüssigkeitsverteilereinheit 110 aufgenommen wird, vertikal in der als oberste Schicht ausgebildeten Flüssigkeitsleitungsplatte 122 ausgebildet sein können, und eine obere Leitung 126, durch die die nach unten durch jedes Flüssigkeitsaufnahmeloch 125 strömende Flüssigkeit strömt, und verzweigte Aufnahmelöcher 126, die eine Form aufweisen, in die jedes Flüssigkeitsaufnahmeloch 125 verzweigt ist, können vertikal an einem oberen Ende der Flüssigkeitsleitungsplatte 124 ausgebildet sein, die als die zweite Schicht ausgebildet ist. Eine derartige Schichtstruktur kann als eine Vielzahl von Schichten gemäß den Stufen ausgebildet sein, in die die Leitungen verzweigt sind. Nun kann jede Leitung in einem Verhältnis von 1:2 oder 1:3 verzweigt sein, und der Durchmesser einer jeden verzweigten Leitung kann basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit einer Leitung vor der Verzweigung festgelegt sein. Das bedeutet, dass Leitung A in drei Leitungen B verzweigt sind, eine Durchflussrate pro Flächeneinheit kann die Bedingung in Gleichung 1 erfüllen. $\begin{array}{l} (π / 4) \times {(Durchmesser der Leitung A)}^{2} \times Durchflussrate der Leitung A \\ = 3 \times (π / 4) \times {(Durchmesser der Leitung B)}^{2} \times Durchflussrate der Leitung B \end{array}$
In dieser Hinsicht kann der Durchfluss, wenn sich die Durchflussrate einer Leitung vor der Verzweigung von einer Summe der Durchflussraten der Leitungen nach der Verzweigung unterscheidet, behindert sein und somit kann eine Durchflussrate zwischen den Leitungen konstant gehalten werden. Deshalb kann der Durchmesser jeder verzweigten Leitung basierend auf der Durchflussrate pro Flächeneinheit wie in Gleichung 1 festgelegt werden.
Die Mikro-Leitungsplatte 130 weist Leitungen auf, die linear in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die auf der finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatte 120 verzweigt sind. Das bedeutet, dass die Mikro-Leitungsplatte 130 wie in 5 dargestellt als eine Vielzahl von Platten ausgebildet ist, die die gleiche Form wie die Flüssigkeitsleitungsplatte 120 aufweist, und dass Leitungen 132 linear im Inneren jeder Platte ausgebildet sind, um den an der finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatte 120 zu entsprechen. Nun kann die Mikro-Leitungsplatte 130 so gefertigt sein, dass halbkreisförmige Leitungen durch Ätzen in zwei Platten ausgebildet sind, dass sie einander entsprechen, und die beiden Platten werden dann durch Hart- oder Weichlöten aneinander gefügt. In dieser Hinsicht können die Flüssigkeitsverteiler- /-aufnehmereinheiten 110 und die Flüssigkeitsleitungsplatten 120 symmetrisch im Hinblick auf die Mikro-Leitungsplatte 130 ausgebildet sein.
Währenddessen ist Ätzen eine Technik zum Ausbilden eines gewünschten Musters auf einem ausgewählten Abschnitt einer Oberfläche eines Materials durch Durchführen eines Abtragungsprozesses durch chemisches Ätzen unter Verwendung einer Säure oder anderer Ätzmittel, und wird in Herstellungsprozessen oder dergleichen von integrierten Halbleiter-Schaltkreisen verwendet. Es gibt drei Ätzverfahren wie etwa Nassätzen, Trockenätzen (Plasmaätzen) und Ionenstrahlätzen. Nassätzen ist ein Verfahren unter Verwendung einer Ätzlösung und seine Verwendung ist kostengünstig und bietet eine hohe Selektivität, verursacht jedoch eine Kontamination der Oberfläche und es geschieht leicht, dass ein unterätztes Photolackprofil ausgebildet wird. Plasmaätzen beinhaltet ein Verfahren unter Verwendung von neutralem Plasma und ein Verfahren unter Verwendung von geladenem Plasma. Dieses Verfahren reduziert signifikant die Bildung eines unterätzten Profils (insbesondere bei Verwendung von geladenem Plasma), verursacht jedoch eine reduzierte Selektivität. Zuletzt ist Ionenstrahlätzen ein Verfahren, das zum Entfernen eines Photolacks unter Verwendung von Ionenstrahlen eingesetzt wird und eine hohe Selektivität und hohe Genauigkeit bietet, aber der Vorgang ist langsam und dieses Verfahren kann nur dann eingesetzt werden, wenn ein positiv geladener Photolack verwendet wird (bei einem negativ geladenen Photolack geschieht es leicht, dass ein unterätztes Profil aufgrund der Dickenvariation entsteht).
Hart- oder Weichlöten ist eine Technik, bei der mittels dünne Metallplatten durch Löten aneinander gefügt werden, wird auch als Hartlöten bezeichnet, und durch Erwärmen der aneinander zu fügenden Abschnitte mittels Messinglot, Silberlot oder dergleichen als Haftmittel zum Schmelzen und Verbinden der Abschnitte durchgeführt. In dieser Hinsicht wird das Haftmittel Hartlot genannt und Hartlot hat hauptsächlich die Form eines Pulvers oder einer Platte. Es wird ein Hartlot verwendet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das zu fügende Teil hat, und ein Flussmittel (ein Lösungsmittel) wird zum Reinigen der zu fügenden Oberflächen verwendet, dabei werden hauptsächlich Flussmittel auf Borbasis verwendet. Ein vollständiger Erwärmungs- und Fügevorgang wird als Ofenhartlöten bezeichnet.
Die dazwischenliegende Leitungsplatte 140 kann zwischen der Flüssigkeitsleitungsplatte 120 und der Mikro-Leitungsplatte 130 angebracht sein. Leitungen der Mikro-Leitungsplatte 130 können einen Durchmesser von 1 mm oder weniger aufweisen und ein Kapillardruck-Phänomen zu erzeugen, und dazu können mehrere Stufen von Verzweigungsprozessen unter Berücksichtigung des Durchmessers der Leitungen am obersten Ende der Flüssigkeitsleitungsplatte 120 erforderlich sein.
Hier bezieht sich das Kapillardruck-Phänomen auf ein Phänomen, bei dem eine Flüssigkeit aufwärts in einer sehr engen hohlen Röhre fließt, und Giovanni Borelli hat bewiesen, dass die Höhe der aufwärtsfließenden Flüssigkeit umgekehrt proportional zum Innendurchmesser der Röhre ist. Im Allgemeinen beträgt unter der Annahme, dass der Durchmesser einer Röhre 0,5 mm ist, die Höhe des aufwärtsfließenden Wassers etwa 50 mm.
Die dazwischenliegenden Leitungsplatten 140 sind als eine Vielzahl von Leitungen in der gleichen Form wie bei den Flüssigkeitsleitungsplatten 120 ausgebildet, und dazwischenliegende Flüssigkeitsleitungen sind in jeder Platte ausgebildet, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die an der finale Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatte 120 verzweigt sind, und jede Leitung ist in eine Vielzahl von Leitungen an mindestens einer Stufe basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit verzweigt. Nun kann die dazwischenliegende Leitungsplatte 140 so ausgebildet sein, dass jede Leitung in einem Verhältnis von 1:2 oder 1:3 durch Ätzen verzweigt ist, oder wie in 6 dargestellt kann eine Vielzahl von Schichten vertikalen Leitungen, die darin gemäß den Verzweigungsstufen ausgebildet sind, miteinander gekoppelt werden. Nun ist die Form jeder Schicht ähnlich der einer Schichtstruktur der Flüssigkeitsleitungsplatte 120 und daher wird auf eine genaue Beschreibung derselben hier verzichtet. Außerdem kann die dazwischenliegende Leitungsplatte 140 wie die Mikro-Leitungsplatte 130 so gefertigt sein, dass dünnen Platten mittels Hart- oder Weichlöten aneinandergefügt werden. Außerdem können die dazwischenliegenden Leitungsplatten 140 und die Mikro-Leitungsplatte 130 in Baueinheit unter Verwendung eines 3D-Druckers ausgebildet sein. Nun können verschiedene bekannte Techniken als Verfahren unter Verwendung eines 3D-Druckers eingesetzt werden und daher wird auf eine genaue Beschreibung hier verzichtet.
Hier ist die Mikro-Leitungsplatte 130 so konfiguriert, dass Leitungen linear in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen final verzweigten Leitungen der Flüssigkeitsleitungsplatte 140 zu entsprechen, verzweigen, und die dazwischenliegenden Leitungsplatten 140 sind in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte 130 symmetrisch ausgebildet. In dieser Hinsicht kann die dazwischenliegende Leitungsplatte 140, die an einer unteren Seite in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte 130 positioniert ist, wie in 7 dargestellt eine Vielzahl von Zündpunkten 146 zwischen Platten der untersten Schicht 144 einer Vielzahl von Platten 142 und 144 beinhalten. Hier sind die Zündpunkte 146 so konfiguriert, dass sie die Temperatur einer durch die Leitungen fließenden Flüssigkeit erhöhen und können zwischen den Platten eine unregelmäßige Form annehmen. Außerdem können die Zündpunkte 146, obwohl die Zündpunkte 146 in der Darstellung in der dazwischenliegenden Leitungsplatte 140 ausgebildet sind, auch zwischen den Platten am untersten Ende der Mikro-Leitungsplatte 130 ausgebildet sein.
8 ist eine perspektivische Ansicht der Wärmeaustausch-Vorrichtung, in der die Flüssigkeitsleitungsplatte, die Mikro-Leitungsplatte und die dazwischenliegende Leitungsplatte miteinander gekoppelt sind.
Es wird nun Bezug genommen auf die 8, in der die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so konfiguriert ist, dass jede der Flüssigkeitsleitungsplatten 120 und die dazwischenliegende Leitungsplatte 140 als eine Vielzahl von Platten ausgebildet ist und dass verzweigte Leitungen in jeder Platte ausgebildet sind, wodurch Kapillarenröhrchen in der Mikro-Leitungsplatte 130 ausgebildet sind.
9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Anordnung der Leitungen der Wärmeaustausch-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 9 dargestellt, sind unter der Annahme dass vier Leitungen im Verhältnis 1:2 -> 1:2 -> 1:3 -> 1:3 - > 1:3 verzweigt sind, 432 Leitungen in der Mikro-Leitungsplatte 130 ausgebildet. Auf diese Weise hat die Mikro-Leitungsplatte 130 Kapillarenröhrchen mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger und kann verhindern, dass der Durchfluss einer Flüssigkeit behindert wird.
Im Fall von allgemeinen Boiler-Vorrichtungen kann eine Flüssigkeit in den Leitungen durch von außen zugeführte Wärme erwärmt werden Nun sollte zum Erwärmen von Wasser in den Leitungen die externe Wärme auf das Wasser im Inneren durch die Leitungen übertragen werden, und bei diesem Vorgang wird ein Wärmewiderstand aufgrund der Dicke der Leitungen, ein Wärmewiderstand aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der Leitungen, ein Wärmewiderstand aufgrund des Raumvolumens in den Leitungen und dergleichen erzeugt.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Leitungen mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger ausgebildet, anders als Leitungen im Allgemeinen mit einem Durchmesser von etwa 20 mm, wodurch der Wärmewiderstand minimiert und ein Flüssigkeit sofort erwärmt wird. Das bedeutet, dass bei einer Leitung mit einem Durchmesser von 20 mm ihre Wanddicke etwa 2 mm beträgt und eine Flächeneinheit, in der eine Flüssigkeit in der Leitung fließt, 0,000314 m² beträgt. Dagegen beträgt bei einer Leitung mit einem Durchmesser von 0,5 mm ihre Wanddicke etwa 0,15 mm beträgt und eine Flächeneinheit, in der eine Flüssigkeit darin fließt, 0,000000196 m². Anhand einer einfachen arithmetischen Rechnung kann gezeigt werden, dass eine 13-fache Verringerung des Wärmewiderstands aufgrund der Dicke und eine 1.600-fache Verringerung des Wärmewiderstands aufgrund der Fläche auftreten. In anderen Worten zeigt das, dass beim Erwärmen eines Wärmeaustauschers in einem gebündelten Brennertyp mit Leitungen mit 0,5 mm Durchmesser fast kein Wärmewiderstand erzeugt wird. Wenn existierende Boilersystem Warmwasser mit einer Temperatur von 100 °C oder weniger durch Erwärmen auf mehrere Hundert Grad Celsius produzieren, kann die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung Warmwasser mit 90 °C oder mehr erzeugen, und zwar durch Erwärmen auf 100 °C oder weniger.
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Wärmeaustausch-Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 ist Draufsicht auf die in 10 dargestellte Wärmeaustausch-Vorrichtung.
Es wird nun Bezug genommen auf 10 und 11, in denen die Wärmeaustausch-Vorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so konfiguriert sein kann, dass anstelle der Struktur, in der die Flüssigkeitsleitungsplatten 120, die Mikro-Leitungsplatte 130 und die dazwischenliegenden Leitungsplatten 140 die Form einer Platte annehmen, in der sich konvexe und konkave Oberflächen zu einer vorgegebenen Tiefe und Breite wiederholen, jede Platte als flache Platte ausgebildet ist und die flachen Platten können miteinander gekoppelt sein. Hier kann mindestens ein elektrischer Heizdraht 148 horizontal in der Mikro-Leitungsplatte 130 angebracht sein oder an einer Position der dazwischenliegenden Leitungsplatten 140 an einer unteren Seite in Bezug zur Mikro-Leitungsplatte 130. Nun gibt es fast keinen Wärmewiderstand zwischen dem elektrischen Heizdraht 148 und einer zwischen den Mikro-Leitungen der Mikro-Leitungsplatte 130 strömenden Flüssigkeit und somit kann die Flüssigkeit innerhalb von kurzer Zeit erwärmt werden.

Claims

Wärmeaustausch-Vorrichtung, die umfasst: Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmereinheiten, die so konfiguriert sind, dass sie eine ein- oder auszulassende Flüssigkeit verteilen oder aufnehmen; Flüssigkeitsleitungsplatten, die mit den Flüssigkeitsverteiler- / -aufnehmereinheiten gekoppelt sind und Flüssigkeitsleitungen aufweisen, die in einer Vielzahl von Platten so ausgebildet sind, dass mindestens eine Leitung in eine Vielzahl von Leitungen basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit verzweigt ist, und dass jede verzweigte Leitung auf mindestens einer Stufe basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit erneut verzweigt ist; dazwischenliegende Leitungsplatten, deren dazwischenliegende Flüssigkeitsleitungen so ausgebildet sind, dass die Leitungen in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die auf einer finalen Stufe der Flüssigkeitsleitungsplatten verzweigt sind, und dass jede Leitung mindestens auf einer Stufe basierend auf einer Durchflussrate pro Flächeneinheit in eine Vielzahl von Leitungen verzweigt ist; und eine Mikro-Leitungsplatte, deren Leitungen linear in einer Vielzahl von Platten ausgebildet sind, um den jeweiligen Leitungen zu entsprechen, die auf einer finalen Stufe der dazwischenliegenden Leitungsplatten verzweigt sind, wobei die Flüssigkeitsverteiler- /-aufnehmereinheiten, die Flüssigkeitsleitungsplatten und die dazwischenliegenden Leitungsplatten in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte symmetrisch ausgebildet ist.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsleitungsplatte, die Mikro-Leitungsplatte und die dazwischenliegenden Leitungsplatten die Form einer Platte annehmen, in der sich konvexe Flächen und konkave Flächen zu einer vorgegebenen Tiefe und Breite wiederholen.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Zündpunkten in der Mikro-Leitungsplatte oder der dazwischenliegenden Leitungsplatte auf einer unteren Seite in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte ausgebildet ist.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Leitung in den Flüssigkeitsleitungsplatten und den dazwischenliegenden Leitungsplatten in einem Verhältnis von 1:2 oder 1:3 verzweigt ist.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei kreisförmige Leitungen in den Flüssigkeitsleitungsplatten mittels Druckguss oder Schneiden ausgebildet sind, und die Leitungen in den dazwischenliegenden Leitungsplatten und der Mikro-Leitungsplatte durch Ätzen ausgebildet sind.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsleitungsplatten, die dazwischenliegenden Leitungsplatten und die Mikro-Leitungsplatte so konfiguriert sind, dass zwei Platten mit darin angebrachten Leitungen mittels Hart- oder Weichlöten aneinandergefügt werden.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsleitungsplatten und die dazwischenliegenden Leitungsplatten so konfiguriert sind, dass eine Vielzahl von Schichten gemäß den Stufen, in die jede Leitung verzweigt ist, miteinander gekoppelt sind.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Flüssigkeitsleitungsplatten, der Mikro-Leitungsplatte und der dazwischenliegenden Leitungsplatten als flache Platten ausgebildet ist, wobei die flachen Platten miteinander gekoppelt sind, und mindestens ein Heizdraht horizontal in der Mikro-Leitungsplatte angebracht ist oder an einer Position der dazwischenliegenden Leitungsplatte an einer unteren Seite in Bezug auf die Mikro-Leitungsplatte.
Wärmeaustausch-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dazwischenliegende Leitungsplatten und die Mikro-Leitungsplatte in Baueinheit unter Verwendung eines 3D-Druckers ausgebildet sind.