DE19728116A1 - Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme zwischen einem Adsorbens und einem Wärmetransportmedium - Google Patents
Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme zwischen einem Adsorbens und einem WärmetransportmediumInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur
Übertragung von Wärme zwischen einem Adsorbens und einem Wär
metransportmedium, umfassend mit dem Adsorbens befüllbare Ad
sorbenszellen und Rippen, die Zwischenwände zwischen neben
einander angeordneten Adsorbenszellen bilden.
Solche Wärmeübertrager werden insbesondere in Adsorbern von
Adsorptionskältemaschinen verwendet, um während einer Adsorp
tionsphase des Betriebs der Adsorptionskältemaschine bei der
Adsorption von Kältemittelteilchen an dem Adsorbens freiwer
dende Adsorptionswärme an das Wärmetransportmedium abzuführen
und in einer Desorptions- oder Regenerationsphase des Be
triebs der Adsorptionskältemaschine den Kältemittelteilchen
die zur Desorption von dem Adsorbens erforderliche Desorp
tionswärme aus dem Wärmetransportmedium zuzuführen.
Ein solcher Wärmeübertrager ist beispielsweise aus der deut
schen Patentschrift 33 24 745 bekannt. Der aus der genannten
Druckschrift bekannte Wärmeübertrager umfaßt eine zentrale
Platte, welche lamellenförmige Rippen trägt, die zwischen
sich quaderförmige Kammern oder Zellen abteilen, welche mit
einem granulatförmigen Adsorberfeststoff angefüllt sind.
Bei dem bekannten Wärmeübertrager ist von Nachteil, daß die
Zwischenwände zwischen nebeneinander angeordneten Adsorbens
zellen bildenden Rippen aus Gründen der mechanischen Stabili
tät eine gewisse Mindestwandstärke aufweisen müssen, was zu
einer relativ großen Masse des Wärmeübertragers im Verhältnis
zu der Rippenoberfläche führt.
Eine große Rippenoberfläche wird angestrebt, um eine mög
lichst große Oberfläche für den Wärmeübergang von dem Adsor
bens zum Wärmeübertrager zur Verfügung zu haben, was aufgrund
der schlechten Wärmeleitfähigkeit der meisten Adsorptionsmit
tel erforderlich ist. Eine große Masse der Rippen und damit
des Wärmeübertragers ist jedoch ungünstig, da ein Wärmeüber
trager mit einer großen Masse auch eine große Wärmekapazität
aufweist, so daß beim zyklischen Wechsel zwischen der Adsorp
tionsphase, in der der Wärmeübertrager gekühlt wird, und der
Desorptionsphase, in der der Wärmeübertrager geheizt wird,
entsprechend große Wärmeverluste entstehen. Ferner erfordert
bei einer größeren Wärmekapazität des Wärmeübertragers der
Wechsel zwischen der Adsorptions- und der Desorptionsphase
eine längere Zeit.
Aus der deutschen Patentschrift 36 33 465 ist ein weiterer
Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bekannt. Der aus
dieser Druckschrift bekannte Wärmeübertrager umfaßt ein ver
tikales Wärmeübertragungsrohr und eine Vielzahl von horizon
talen Rippen, die am Außenumfang des Wärmeübertragungsrohres
angebracht sind, wobei in die Rippenzwischenräume ein granu
latförmiges festes Adsorbens gepackt ist.
Auch bei diesem bekannten Wärmeübertrager ist aus Gründen der
mechanischen Stabilität eine gewisse Mindestwandstärke der
Zwischenwände zwischen den nebeneinander angeordneten Adsor
benszellen bildenden Rippen erforderlich, was die bereits
vorstehend genannten Nachteile mit sich bringt. Ferner haben
die zwischen den horizontalen Rippen angeordneten Adsorbens
zellen des aus der deutschen Patentschrift 36 33 465 bekann
ten Wärmeübertragers die Form eines längs seines äußeren Man
tels rundum offenen Hohlzylinders, was das Befüllen dieses
Wärmeübertragers mit dem Adsorbens erschwert und es erforder
lich macht, ein Herausfallen des Adsorbens aus den Adsorbens
zellen mittels den Wärmeübertrager umgebender Drahtnetze zu
verhindern.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu schaffen,
der bei ausreichender mechanischer Stabilität ein günstigeres
Verhältnis der Masse der Rippen zu der Oberfläche der Rippen
aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der vorstehend
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere der
Rippen, die Zwischenwände zwischen nebeneinander angeordneten
Adsorbenszellen bilden, einen zusammenhängenden Rippenkörper
bilden, in dem mehrere der Adsorbenszellen angeordnet sind.
Dem erfindungsgemäßen Konzept liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß durch die Zusammenfassung der Rippen zu einem zusammen
hängenden Rippenkörper bei gleicher Wandstärke der Rippen
eine größere mechanische Festigkeit der Rippen erzielbar ist
als bei voneinander getrennten Rippen, wie sie bei den aus
dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern verwendet
werden. Folglich kann bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertra
ger die Wandstärke der einzelnen Rippen verringert werden,
ohne die mechanische Stabilität des Rippenkörpers zu gefähr
den, da sich die Rippen des Rippenkörpers gegenseitig stüt
zen.
Außerdem bietet der zusammenhängende Rippenkörper den Vor
teil, daß er als Einheit unabhängig von den übrigen Bestand
teilen des Wärmeübertragers gefertigt werden und nach seiner
Herstellung als Ganzes mit den übrigen Bestandteilen des Wär
meübertragers, beispielsweise einer Grundplatte oder einem
Wärmeübertragungsrohr, verbunden werden kann, was den Her
stellungsaufwand verringert und die Herstellungszeit ver
kürzt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Wärmeübertragers weist der Rippenkörper die Gestalt einer
Wabe auf, deren Wabenzellen Adsorbenszellen des Wärmeübertra
gers bilden. Als Rippenkörper verwendbare Wabenstrukturen
sind als Halbzeuge erhältlich, was den Herstellungsaufwand
für den Wärmeübertrager weiter verringert.
Darüber hinaus ist eine Wabenstruktur mit in zwei Raumdimen
sionen aneinander angrenzenden Wabenzellen mechanisch beson
ders stabil. Besonders günstig für die mechanische Stabilität
der Wabenstruktur ist es, wenn die Wabenzellen einen sechs
eckigen Querschnitt aufweisen.
Der Rippenkörper des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann
in einfacher Weise dadurch gebildet werden, daß einander be
nachbarte Rippen des Rippenkörpers an Kontaktbereichen mit
einander verbunden sind.
Eine besonders wirksame gegenseitige Stützung jeweils zweier
einander benachbarten Rippen wird erreicht, wenn diese Rippen
an mehreren, in einer Längsrichtung der Rippen aufeinander
folgenden Kontaktbereichen miteinander verbunden sind.
Die Verbindung einander benachbarter Rippen an den Kontaktbe
reichen kann eine Klebe-, Löt- oder Schweißverbindung sein.
Ferner können die einander benachbarten Rippen des Rippenkör
pers an den Kontaktbereichen durch Falzung miteinander ver
bunden sein.
Eine besonders feste Verbindung zwischen einander benachbar
ten Rippen des Rippenkörpers wird dadurch erreicht, daß die
Kontaktbereiche nicht punktförmig, sondern flächenhaft ausge
dehnt sind.
Besonders einfach herzustellen sind Verbindungen zwischen
einander benachbarten Rippen, bei denen die Kontaktbereiche
streifenförmig sind. So können insbesondere Klebestreifen
verwendet werden, um einander benachbarte Rippen an einem
streifenförmigen Kontaktbereich miteinander zu verkleben.
Die mechanische Stabilität des Rippenkörpers wird weiter er
höht, wenn der Rippenkörper vorteilhafterweise Rippen umfaßt,
die mit auf gegenüberliegenden Seiten dieser Rippen angeord
neten Nachbarrippen jeweils an Kontaktbereichen verbunden
sind. Durch diese Maßnahme wird eine beidseitige Versteifung
der zwischen den Nachbarrippen angeordneten und von denselben
gestützten mittleren Rippe erreicht.
Um im Betrieb des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers die Ad
sorptionswärme möglichst rasch aus dem zwischen den Rippen
des Rippenkörpers angeordneten Adsorbens abführen oder dem
Adsorbens die erforderliche Desorptionswärme möglichst rasch
zuführen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Rippen des
Rippenkörpers aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfä
higkeit gebildet sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Material der Rip
pen Aluminium umfaßt.
Wie bereits ausgeführt, erlaubt es das erfindungsgemäße Kon
zept, Rippen mit einer erheblich geringeren Wandstärke als
bei den herkömmlichen granulatförmigen zu verwenden.
Insbesondere ist es bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager
möglich, die Rippen des Rippenkörpers jeweils aus einer Lage
eines Folienmaterials zu bilden, was zu einer sehr leichten
Bauweise des Wärmeübertragers und einer geringen Masse der
Rippen, bezogen auf ihre Oberfläche, führt.
Um die Rippenmasse im Verhältnis zu der Oberfläche der Rippen
möglichst gering zu halten, wird vorzugsweise ein Folienma
terial verwendet, dessen Dicke weniger als 200 µm, vorzugs
weise weniger als 100 µm, beträgt. Folienmaterial dieser
Dicke ist zudem zur Bildung des Rippenkörpers leicht verform
bar.
Die in dem Rippenkörper angeordneten Adsorbenszellen können
grundsätzlich einen beliebigen Querschnitt aufweisen, bei
spielsweise einen dreieckigen, rechteckigen oder kreisförmi
gen Querschnitt, wobei der jeweilige Querschnitt von der Form
der die Adsorbenszellen begrenzenden Rippen abhängt.
Eine besonders hohe mechanische Stabilität des Rippenkörpers
wird erreicht, wenn die Adsorbenszellen des Rippenkörpers
einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Um die Adsorbenszellen für den Betrieb des Wärmeübertragers
mit dem Adsorbens befüllen zu können und das Adsorbens im Be
trieb des Wärmeübertragers in Kontakt mit dem zu adsorbieren
den Kältemittel bringen zu können, weisen die Adsorbenszellen
des Rippenkörpers Öffnungen auf.
Vorteilhafterweise weisen die Öffnungen aller Adsorbenszellen
des Rippenkörpers in denselben Halbraum, so daß es möglich
ist, den Wärmeübertrager so auszurichten, daß alle Adsorbens
zellen von oben befüllt werden können, und auf Einrichtungen
zum Zurückhalten des Adsorbens in den Adsorbenszellen, bei
spielsweise Drahtnetze, verzichtet werden kann.
Besonders einfach zu befüllen sind die Adsorbenszellen des
Rippenkörpers, wenn die Öffnungen aller Adsorbenszellen des
Rippenkörpers im wesentlichen in dieselbe Richtung, im Be
reich des Wärmeübertragers vorzugsweise vertikal nach oben,
weisen.
Um die von dem Adsorbens auf den Rippenkörper übertragene Ad
sorptionswärme weiterleiten zu können, umfaßt der Wärmeüber
trager vorteilhafterweise einen Basiskörper, der den Rippen
körper trägt.
Um den Wärmeleitwiderstand des Rippenkörpers bei der Übertra
gung von Wärme zwischen dem Adsorbens und dem Basiskörper
nicht zu groß werden zu lassen, ist vorzugsweise vorgesehen,
daß die Ausdehnung des Rippenkörpers senkrecht zu einer Kon
taktfläche zwischen dem Rippenkörper und dem Basiskörper we
niger als das 1200-fache der Dicke der Rippen des Rippenkör
pers beträgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Wärmeübertragers verschließt der Basiskörper jeweils ein Ende
der in dem Rippenkörper angeordneten Adsorbenszellen. Die
seitlich durch die Rippen des Rippenkörpers und an einem Ende
durch den Basiskörper begrenzten Adsorbenszellen erhalten so
mit jeweils die Form eines einseitig offenen Topfes, der
leicht mit dem Adsorbens befüllbar ist und bei dem ein Her
ausfallen des Adsorbens nicht durch zusätzliche Einrichtun
gen, wie beispielsweise Drahtnetze, verhindert werden muß.
Um einen raschen Wärmeübergang zwischen dem Basiskörper und
dem Wärmetransportmedium zu ermöglichen, ist es von Vorteil,
wenn der Basiskörper von dem Wärmetransportmedium durchström
bar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Wärmetransportme
dium den Basiskörper mäanderförmig durchströmt, um das Wärme
transportmedium möglichst lange in Kontakt mit dem Basiskör
per zu halten und eine turbulente Strömungsform des Wärme
transportmediums zu erreichen, so daß der Übergang einer mög
lichst großen Wärmemenge zwischen dem Basiskörper und einem
vorgegebenen Volumen des Wärmetransportmediums ermöglicht
wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein,
daß der Basiskörper mit einem von dem Wärmetransportmedium
durchströmbaren Körper, insbesondere einem Rohr, verbunden
ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der von dem Wärme
transportmedium durchströmbare Körper mit mehreren Basiskör
pern verbunden ist, welche ihrerseits jeweils einen oder meh
rere Rippenkörper mit darin angeordneten Adsorbenszellen tra
gen. Auf diese Weise sind Wärmeübertrager mit sehr hoher Ad
sorptionskapazität, jedoch im Verhältnis zu der Adsorptions
kapazität geringem Gewicht realisierbar.
Bei allen vorstehend genannten Ausgestaltungen des erfin
dungsgemäßen Wärmeübertragers, die einen den Rippenkörper
tragenden Basiskörper umfassen, ist es von Vorteil, den Rip
penkörper und den Basiskörper so miteinander zu verbinden,
daß ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen diesen Körpern
entsteht.
Vorzugsweise ist daher vorgesehen, daß der Rippenkörper mit
dem Basiskörper verlötet ist. Das Vorsehen einer Lötverbin
dung zwischen dem Rippenkörper und dem Basiskörper bietet den
weiteren Vorteil, daß beim Herstellen der Lötverbindung gege
benenfalls ein Teil des Lotes durch Kapillarwirkung in Kon
taktbereiche, an denen einander benachbarte Rippen des Rip
penkörpers miteinander verbunden sind, eindringen und dadurch
die Stabilität der Verbindung zwischen den Rippen des Rippen
körpers erhöhen kann.
Wie bereits erwähnt, kann die Ausdehnung des Rippenkörpers
senkrecht zu einer Kontaktfläche zwischen einem Rippenkörper
und dem Basiskörper nicht beliebig erhöht werden, da durch
die Vergrößerung dieser Ausdehnung der Wärmeleitwiderstand
zwischen dem Adsorbens und dem Basiskörper ansteigt.
Das einem Basiskörper zugeordnete Adsorbensvolumen kann je
doch dadurch weiter erhöht werden, daß der Basiskörper meh
rere Rippenkörper trägt.
Besonders einfach herstellbar ist ein Basiskörper, der als im
wesentlichen ebene Grundplatte ausgebildet ist. Als ebene
Grundplatten können insbesondere Strangpreßprofile, vorzugs
weise aus Aluminium, verwendet werden, die bereits mit als
Strömungskanäle für das Wärmetransportmedium nutzbaren Durch
gangsöffnungen versehen sind.
Zur Erhöhung des jeweils einer Grundplatte zugeordneten Ad
sorbensvolumens kann vorgesehen sein, daß die Grundplatte auf
zwei einander gegenüberliegenden Außenflächen jeweils einen
Rippenkörper trägt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zu
grunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers
anzugeben, mit dem insbesondere ein Wärmeübertrager nach
einem der Ansprüche 1 bis 26 auf einfache und kostengünstige
Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum
Herstellen eines Wärmeübertragers gelöst, das folgende Ver
fahrensschritte umfaßt:
- - Bilden eines Folienstapels aus längs einer Stapelrich tung aufeinanderfolgenden Folienlagen, wobei einander benachbarte Folienlagen an Kontaktbereichen miteinander verbunden werden;
- - Bilden eines Rippenkörpers durch Auseinanderbewegen der Folienlagen im wesentlichen parallel zu der Stapelrich tung; und
- - Verbinden des Rippenkörpers mit einem Basiskörper.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß das
Bilden des Rippenkörpers in einem einzigen Verfahrensschritt
erfolgt, dessen Dauer im wesentlichen unabhängig von der
Größe des gebildeten Rippenkörpers ist. Alle zur Bildung des
Rippenkörpers erforderlichen Verformungen der einzelnen, als
Rippen des Rippenkörpers dienenden Folienlagen erfolgen
gleichzeitig durch das Auseinanderbewegen der Folienlagen
parallel zu der Stapelrichtung.
Beim Herstellen des Folienstapels können einander benachbarte
Folienlagen durch Verklebung, Verlötung oder Verschweißung
miteinander verbunden werden. Ferner kann vorgesehen sein,
daß beim Herstellen des Folienstapels einander benachbarte
Folienlagen durch Falzen miteinander verbunden werden.
Um einen geringen Wärmeleitwiderstand zwischen dem Rippenkör
per und dem Basiskörper zu erreichen, ist vorzugsweise vorge
sehen, daß der Rippenkörper mit dem Basiskörper verlötet
wird. Das Verlöten des Rippenkörpers mit dem Basiskörper bie
tet den weiteren Vorteil, daß beim Lötprozeß ein Teil des
Lots gegebenenfalls, nämlich wenn die Kontaktbereiche zwi
schen den einander benachbarten Folienlagen angeordnete
Spalte aufweisen, durch Kapillarwirkung in diese Spalte der
Kontaktbereiche, an denen einander benachbarte Folienlagen
miteinander verbunden sind, gezogen wird und somit die Stabi
lität der Verbindung zwischen den Folienlagen des Rippenkör
pers erhöht.
Wird ein Rippenkörper, welcher aus einem Folienstapel gebil
det ist, bei dessen Herstellung einander benachbarte Folien
lagen mittels eines Klebers miteinander verklebt worden sind,
mit dem Basiskörper verlötet, so ist es von Vorteil, wenn der
Rippenkörper vor dem Verlöten mit dem Basiskörper einer Wär
mebehandlung unterzogen wird, um flüchtige Kleberanteile zu
entfernen. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß der in
den Kontaktbereichen zwischen einander benachbarten Folienla
gen vorhandene Kleber während des Lötvorgangs verbrennt und
dadurch die Lötung beeinträchtigt.
Das Verlöten des Rippenkörpers mit dem Basiskörper wird vor
teilhafterweise so durchgeführt, daß der Basiskörper und der
Rippenkörper unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise
einer Stickstoffatmosphäre, miteinander verlötet werden.
Durch Benetzen des Basiskörpers und/oder des Rippenkörpers
mit einem Flußmittel können gegebenenfalls auf dem Basiskör
per oder dem Rippenkörper gebildete Oxidschichten vor dem
Verlöten entfernt werden.
Das Auftragen des Lots und eines die Schmelztemperatur des
Lots herabsetzenden Flußmittels kann dadurch vereinfacht und
beschleunigt werden, daß eine sowohl das Lot als auch das
Flußmittel enthaltende pastöse Masse auf den Basiskörper
und/oder auf den Rippenkörper aufgetragen wird.
Alternativ zum Auftragen des Lots auf den Basiskörper kann
auch ein mit Lot plattierter Basiskörper verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand
der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung
eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Adsorp
tionskältemaschine;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Wärme
übertragers für eine Adsorptionskältema
schine;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Wärmeübertrager aus
Fig. 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Wärmeübertrager
aus den Fig. 2 und 3 längs der Linie 4-4
in Fig. 3;
Fig. 5 einen Querschnitt durch den Wärmeübertrager
aus den Fig. 2 bis 4 längs der Linie 5-5
in Fig. 4;
Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf
einen Rippenkörper des Wärmeübertragers aus
den Fig. 2 bis 5;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Adsorption
eines Kältemittels an dem Wärmeübertrager;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf
eine mit Klebestreifen versehene Folienlage;
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Fo
lienstapels vor einem Auseinanderziehvorgang;
und
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Fo
lienstapels nach dem Auseinanderziehvorgang.
In allen Figuren sind gleiche oder funktional äquivalente
Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte, als Ganzes mit 100
bezeichnete Adsorptionskältemaschine umfaßt einen Verdampfer
102, in dem ein Kaltwasser-Wärmeübertrager 104 angeordnet
ist, welcher von Kaltwasser durchströmt wird und Wärme von
dem Kaltwasser auf ein in dem Verdampfer 102 befindliches
flüssiges Kältemittel überträgt, um letzteres zu verdampfen.
Ein Ausgang des Verdampfers 102 ist über eine mit einem
Sperrventil 106 versehene Kältemittel-Zwischenleitung 108 mit
einem Eingang eines Adsorbers 110 verbunden.
Der Adsorber 110 umfaßt ein Adsorbergehäuse 112 und einen
darin angeordneten Wärmeübertrager 114, der ein Adsorbens,
beispielsweise in Form eines Feststoff-Granulats, enthält und
von einem Wärmetransportmedium durchströmt wird.
In einer Adsorptionsphase der Adsorptionskältemaschine 100
wird dampfförmiges Kältemittel in dem Adsorber 110 an der
Oberfläche des in dem Wärmeübertrager 114 angeordneten Adsor
bens unter Abgabe einer Adsorptionswärme adsorbiert. In einer
Regenerations- oder Desorptionsphase der Adsorptionskältema
schine 100 wird das Kältemittel von dem Adsorbens unter Auf
nahme einer Desorptionswärme, die der vorher abgegebenen Ad
sorptionswärme entspricht, desorbiert.
Der Wärmeübertrager 114 in dem Adsorber 110 dient dazu, wäh
rend der Adsorptionsphase die Adsorptionswärme von dem Adsor
bens auf das den Wärmeübertrager 114 durchströmende Wärme
transportmedium zu übertragen. In der Regenerations- oder
Desorptionsphase dient der Wärmeübertrager 114 dazu, die
Desorptionswärme von dem Wärmetransportmedium auf das Adsor
bens zu übertragen.
Ein Ausgang des Adsorbers 110 ist über eine mit einem Sperr
ventil 116 versehene Kältemittel-Zwischenleitung 118 mit
einem Eingang eines Kondensators 120 verbunden.
In dem Kondensator 120 ist ein Kühlwasser-Wärmeübertrager 122
angeordnet, der bei der Kondensation des gasförmigen Kälte
mittels in dem Kondensator 120 freiwerdende Wärme auf Kühl
wasser, das den Kühlwasser-Wärmeübertrager 122 durchströmt,
überträgt.
Ein Ausgang des Kondensators 120 ist über eine mit einer
Drossel 124 versehene Kältemittel-Zwischenleitung 126 mit
einem Eingang des Verdampfers 102 verbunden.
Somit bilden der Verdampfer 102, die Kältemittel-Zwischenlei
tung 108, der Adsorber 110, die Kältemittel-Zwischenleitung
118, der Kondensator 120 und die Kältemittel-Zwischenleitung
126 einen Kältemittelkreislauf 128 der Adsorptionskältema
schine 100.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Wärmeübertragers
114 des Adsorbers 110 ist in den Fig. 2 bis 5 dargestellt.
Der Wärmeübertrager 114 umfaßt eine im wesentlichen quader
förmige, flache Grundplatte 130, die in einer mit einem Pfeil
132 bezeichneten Längsrichtung des Wärmeübertragers 114 von
mehreren, beispielsweise 16, Strömungskanälen 134 durchsetzt
wird, welche jeweils auf einer Vorderseite 136 und einer
Rückseite 138 der Grundplatte 130 münden und einen im wesent
lichen rechteckigen Querschnitt aufweisen (siehe Fig. 5).
An ihrem vorderen Ende trägt die Grundplatte 130 einen Front
flansch 140, der die Vorderseite 136 der Grundplatte 130 va
kuumdicht umschließt und der grundplattenseitig drei Ausneh
mungen aufweist, welche eine Wärmetransportmedium-Zuführkam
mer 142, eine erste Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 144 und
eine Wärmetransportmedium-Auslaßkammer 146 bilden.
Dabei ist die erste Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 144
zwischen der Wärmetransportmedium-Zuführkammer 142 und der
Wärmetransportmedium-Auslaßkammer 146 angeordnet und von den
selben durch Kammerwände 148 getrennt.
Ferner ist der Frontflansch 140 mit einem hohlzylindrischen
Zuführstutzen 150 versehen, der eine Seitenwand des Front
flansches 140 im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung
132 des Wärmeübertragers 114 durchsetzt und in die Wärme
transportmedium-Zuführkammer 142 mündet.
Ferner ist der Frontflansch 140 mit einem Auslaßstutzen 152
versehen, der eine dem Zuführstutzen 150 abgewandte Seiten
wand des Frontflansches 140 im wesentlichen senkrecht zu der
Längsrichtung 132 durchsetzt und in die Wärmetransportmedium-
Auslaßkammer 146 mündet.
Das hintere Ende der Grundplatte 130 trägt einen Endflansch
154, der die Rückseite 138 der Grundplatte 130 vakuumdicht
umschließt und grundplattenseitig zwei Ausnehmungen aufweist,
welche eine zweite wärmetransportmedium-Umlenkkammer 156 und
eine dritte Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 158 bilden. Die
zweite Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 156 und die dritte
Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 158 sind durch eine zwi
schen denselben angeordnete Kammerwand 160 voneinander ge
trennt.
Wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist, bilden die, bei
spielsweise vier, Strömungskanäle 134, die an ihrem vorderen
Ende in die Wärmetransportmedium-Zuführkammer 142 des Front
flansches 140 und an ihrem hinteren Ende in die zweite Wärme
transportmedium-Umlenkkammer 156 des Endflansches 154 münden,
ein erstes Strömungskanalbündel 162. Ferner bilden die, bei
spielsweise vier, Strömungskanäle 134 der Grundplatte 130,
die an ihrem hinteren Ende in die zweite Wärmetransportme
dium-Umlenkkammer 156 des Endflansches 154 und an ihrem vor
deren Ende in die erste Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 144
des Frontflansches 140 münden, ein zweites Strömungskanalbün
del 164. Die, beispielsweise vier, Strömungskanäle 134 der
Grundplatte 130, die an ihrem vorderen Ende in die erste Wär
metransportmedium-Umlenkkammer 144 des Frontflansches 140 und
an ihrem hinteren Ende in die dritte Wärmetransportmedium-Um
lenkkammer 158 des Endflansches 154 münden, bilden ein drit
tes Strömungskanalbündel 166. Die, beispielsweise vier, Strö
mungskanäle 134 der Grundplatte 130, die an ihrem hinteren
Ende in die dritte Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 158 des
Endflansches 154 und an ihrem vorderen Ende in die Wärme
transportmedium-Auslaßkammer 146 des Frontflansches 140 mün
den, bilden ein viertes Strömungskanalbündel 168.
Wird eine (nicht dargestellte) Wärmetransportmedium-Zuführ
leitung an den Zuführstutzen 150 des Frontflansches 140 und
eine (nicht dargestellte) Wärmetransportmedium-Abführleitung
an den Auslaßstutzen 152 des Frontflansches 140 angeschlos
sen, so strömt das Wärmetransportmedium von der Wärmetrans
portmedium-Zuführkammer 142 durch das erste Strömungskanal
bündel 162 in die zweite Wärmetransportmedium-Umlenkkammer
156, von dort durch das zweite Strömungskanalbündel 164 in
die erste Wärmetransportmedium-Umlenkkammer 144, von dort
durch das dritte Strömungskanalbündel 166 in die dritte Wär
metransportmedium-Umlenkkammer 158 und von dort schließlich
durch das vierte Strömungskanalbündel 168 in die Wärmetrans
portmedium-Auslaßkammer 146, von wo aus das Wärmetransportme
dium durch den Auslaßstutzen 152 in die Wärmetransportmedium-
Abführleitung austreten kann.
Die Grundplatte 130 wird somit mäanderförmig von dem Wärme
transportmedium durchströmt, so daß ein effektiver Wärmeüber
gang zwischen den Wänden der Grundplatte 130 und dem Wärme
transportmedium gewährleistet ist.
Die Strömungsrichtung des Wärmetransportmediums ist in den
Fig. 2 bis 5 durch Pfeile 170 angegeben.
An ihrer Oberseite 171 trägt die Grundplatte 130 einen waben
förmigen Rippenkörper 172, der aus einer Vielzahl von als
Rippen des Rippenkörpers 172 dienenden Folienlagen 174 gebil
det ist, welche sich im wesentlichen längs der Längsrichtung
132 des Wärmeübertragers 114 sowie längs der Oberflächennor
malen der Oberseite 171 der Grundplatte 130 erstrecken und in
einer zu der Oberseite 171 der Grundplatte 130 parallelen, zu
der Längsrichtung 132 senkrechten Querrichtung des Wärmeüber
tragers 114, die in den Fig. 2 bis 6 durch Pfeile 176 angege
ben ist, aufeinanderfolgen.
Die Länge des Rippenkörpers 172 (d. h. seine Ausdehnung paral
lel zur Längsrichtung 132) beträgt l (siehe Fig. 3), seine
Breite (d. h. seine Ausdehnung parallel zur Querrichtung 176)
beträgt b (siehe Fig. 3), und seine Höhe (d. h. seine Ausdeh
nung senkrecht zur Oberseite 171 der Grundplatte 130) beträgt
h (siehe Fig. 4).
Wie am besten aus der vergrößerten, ausschnittsweisen Drauf
sicht auf den Rippenkörper 172 in Fig. 6 zu sehen ist, ist
jede der Folienlagen 174, beispielsweise die in Fig. 6 darge
stellte Folienlage 174a, durch Faltung längs senkrecht zu der
Oberseite der Grundplatte 130 verlaufender Faltkanten 178 in
streifenförmige Segmente 180 gegliedert, die in der Längs
richtung 132 aufeinanderfolgen und abwechselnd parallel zu
der Längsrichtung 132 und quer zu derselben ausgerichtet
sind. Die parallel zu der Längsrichtung 132 ausgerichteten
Segmente werden im folgenden mit 180a, die quer zu der Längs
richtung 132 ausgerichteten Segmente mit 180b bezeichnet.
Die parallel zur Längsrichtung 132 ausgerichteten Segmente
180a jeder Folienlage 174 sind mit jeweils einem entsprechen
den Segment 180a einer benachbarten Folienlage 174 mittels
einer zwischen den jeweiligen Segmenten 180a angeordneten,
sich streifenförmig senkrecht zu der Oberseite 171 der Grund
platte 130 erstreckenden Klebeschicht 182 verbunden. Jeweils
ein Segment 180a einer Folienlage 174 bildet somit zusammen
mit einem über eine Klebeschicht 182 an demselben anliegenden
Segment 180a einer benachbarten Folienlage 174 einen strei
fenförmigen Kontaktbereich 184 zwischen den jeweiligen einan
der benachbarten Folienlagen 174.
Jede der Folienlagen 174 (außer den jeweils einen äußeren
Rand des Rippenkörpers 172 bildenden Randfolienlagen) ist so
mit an in Längsrichtung der Folienlage 174 aufeinanderfolgen
den Kontaktbereichen 184 mit einer dieser Folienlage 174 be
nachbarten, auf einer ersten Seite der Folienlage 174 ange
ordneten ersten Nachbar-Folienlage und mittels ebenfalls in
Längsrichtung der Folienlage 174 aufeinanderfolgender Kon
taktbereiche 184 mit einer dieser Folienlage 174 benachbar
ten, auf einer der ersten Seite dieser Folienlage 174 gegen
überliegenden zweiten Seite der Folienlage 174 angeordneten
zweiten Nachbar-Folienlage verbunden, wobei die Kontaktberei
che 184, an denen diese Folienlage 174 mit der ersten Nach
bar-Folienlage verbunden ist, und die Kontaktbereiche 184, an
denen diese Folienlage 174 mit der zweiten Nachbar-Folienlage
verbunden ist, in Längsrichtung dieser Folienlage 174 abwech
selnd aufeinander folgen.
So ist beispielsweise die in Fig. 6 dargestellte Folienlage
174a an in Längsrichtung der Folienlage 174a aufeinanderfol
genden Kontaktbereichen 184b mit einer der Folienlage 174a
benachbarten ersten Nachbar-Folienlage 174b und über in
Längsrichtung der Folienlage 174a aufeinanderfolgende Kon
taktbereiche 184c mit einer zweiten Nachbar-Folienlage 174c,
die auf einer der ersten Nachbar-Folienlage 174b gegenüber
liegenden Seite der Folienlage 174a angeordnet ist, verbun
den, wobei die Kontaktbereiche 184b zwischen der Folienlage
174a und der ersten Nachbar-Folienlage 174b und die Kontakt
bereiche 184c zwischen der Folienlage 174a und der zweiten
Nachbar-Folienlage 174c in Längsrichtung der Folienlage 174a
abwechselnd aufeinander folgen.
Alternativ oder ergänzend zu der vorstehend beschriebenen
Verklebung können einander benachbarte Folienlagen 174 an den
Kontaktbereichen 184 auch durch Verlötung, Verschweißung oder
durch Falzung miteinander verbunden sein.
Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kontaktbereichen 184 einer
Folienlage 174 und einer ihrer Nachbar-Folienlagen sind die
Folienlage 174 und diese Nachbar-Folienlage aufgrund der Fal
tung der Folienlagen 174 voneinander beabstandet, so daß zwi
schen der Folienlage 174 und ihrer Nachbar-Folienlage ein
Hohlraum gebildet ist, der einen im wesentlichen sechseckigen
Querschnitt aufweist und sich im wesentlichen senkrecht zu
der Oberseite 171 der Grundplatte 130 erstreckt. Diese zwi
schen den Folienlagen 174 gebildeten Hohlräume bilden Waben
zellen des wabenförmigen Körpers 172 und werden im folgenden
als Adsorbenszellen 186 bezeichnet.
Jeweils ein parallel zu der Längsrichtung 132 ausgerichtetes
Segment 180a und zwei an dasselbe angrenzende, quer zu der
Längsrichtung 132 ausgerichtete Segmente 180b einer Folien
lage 174 bilden zusammen mit jeweils einem parallel zu der
Längsrichtung 132 ausgerichteten Segment einer Nachbar-Fo
lienlage sowie zwei daran angrenzenden, quer zu der Längs
richtung 132 ausgerichteten Segmenten 180b der Nachbar-Fo
lienlage die Seitenwände 187 jeweils einer Adsorbenszelle
186.
So bilden beispielsweise, wie in Fig. 6 dargestellt, jeweils
ein Segment 180a eines Kontaktbereichs 184c der Folienlage
174a, zwei an dieses Segment 180a angrenzende Segmente 180b
der Folienlage 174a, ein Segment 180a eines Kontaktbereichs
184 der Nachbar-Folienlage 174b sowie zwei an dieses Segment
180a angrenzende Segmente 180b der Nachbar-Folienlage 174b
die insgesamt jeweils sechs Seitenwände zwischen der Folien
lage 174a und der Nachbar-Folienlage 174b gebildeter Adsor
benszellen 186b. In entsprechender Weise sind zwischen der
Folienlage 174a und deren zweiter Nachbar-Folienlage 174c Ad
sorbenszellen 186c gebildet.
An ihren unteren Enden sind die Adsorbenszellen 186 durch die
Oberseite 171 der Grundplatte 130 verschlossen. An ihren obe
ren, der Grundplatte 130 abgewandten Enden sind die Adsor
benszellen 186 offen und stehen über Mündungsöffnungen 188
mit der Umgebung des Wärmeübertragers 114 in Verbindung.
Vor der Inbetriebnahme des Wärmeübertragers 114 werden die
Adsorbenszellen 186 durch die Mündungsöffnungen 188 mit einem
Adsorbens, beispielsweise einem Feststoff-Adsorbens in Granu
latform, vorzugsweise Silicagel, Aktivkohle-oder Zeolith, be
füllt.
Die Funktionsweise des vorstehend beschriebenen Wärmeübertra
gers 114 während des Betriebs der Adsorptionskältemaschine
100 ist die folgende:
In dem Verdampfer 102 der Adsorptionskältemaschine 100 unter Wärmezufuhr aus dem Kaltwasser verdampftes Kältemittel ge langt durch die Kältemittel-Zwischenleitung 108 bei geöffne tem Sperrventil 106 in das evakuierte Gehäuse 112 des Adsor bers 110, in welchem der mit einem Adsorbens gefüllte Wärme übertrager 114 angeordnet ist.
In dem Verdampfer 102 der Adsorptionskältemaschine 100 unter Wärmezufuhr aus dem Kaltwasser verdampftes Kältemittel ge langt durch die Kältemittel-Zwischenleitung 108 bei geöffne tem Sperrventil 106 in das evakuierte Gehäuse 112 des Adsor bers 110, in welchem der mit einem Adsorbens gefüllte Wärme übertrager 114 angeordnet ist.
Aus dem Dampfraum des Adsorbers 110 kann der Kältemitteldampf
von der Oberseite des Rippenkörpers 172 her durch die Mün
dungsöffnungen 188 der Adsorbenszellen 186 in dieselben ein
dringen.
Wie in Fig. 7 schematisch dargestellt, werden die in die Ad
sorbenszellen 186 gelangten Kältemittelteilchen 190 an den
Adsorbensteilchen 192, aus denen das granulatförmige Fest
stoff-Adsorbens besteht, adsorbiert, wobei eine Adsorptions
wärme frei wird, die, wie in Fig. 7 durch Pfeile 194 darge
stellt, über die Adsorbensteilchen 192 zu den Seitenwänden
187 der Adsorbenszellen 186 und in den Seitenwänden 187 zu
der Grundplatte 130 des Wärmeübertragers 114 geleitet wird,
von wo sie auf das die Grundplatte 130 mäanderförmig durch
strömende Wärmetransportmedium, welches eine niedrigere Tem
peratur als das Adsorbens aufweist, übertragen wird.
Durch die rasche Abfuhr der Adsorptionswärme von den Adsor
bensteilchen ist gewährleistet, daß das Adsorbens eine mög
lichst niedrige Temperatur aufweist, was den Adsorptionsvor
gang an der Oberfläche der Adsorbensteilchen 192 beschleunigt
und die maximal mögliche Beladung des Adsorbens erhöht.
Das Ende der Adsorptionsphase im Betrieb der Adsorptionskäl
temaschine 100 ist erreicht, wenn das Adsorbens bis zum
Gleichgewichtszustand mit Kältemittel beladen ist.
Während der sich anschließenden Desorptions- oder Regenera
tionsphase im Betrieb der Adsorptionskältemaschine 100 wird
der Grundplatte 130 des Wärmeübertragers 114 ein Wärmetrans
portmedium zugeführt, dessen Temperatur oberhalb der Adsor
benstemperatur liegt. Somit wird während der Desorptions-
oder Regenerationsphase Wärme von dem die Grundplatte 130 des
Wärmeübertragers 114 mäanderförmig durchströmenden Wärme
transportmedium auf die Grundplatte 130 übertragen und von
dort durch die Seitenwände 187 der Adsorbenszellen 186 an die
Adsorbensteilchen 192 weitergeleitet. Die so zugeführte Wärme
dient als Desorptionswärme für die Desorption der Kältemit
telteilchen 190 von den Adsorbensteilchen 192. Während der
Desorptions- oder Regenerationsphase wird also das adsor
bierte Kältemittel aus dem Adsorbens ausgedampft, um die Ad
sorptionsfähigkeit des Adsorbens wieder herzustellen.
Um eine möglichst rasche Wärmeübertragung zwischen dem Adsor
bens und dem Wärmetransportmedium zu erreichen, ist eine mög
lichst große Oberfläche der Seitenwände 187 der Adsorbenszel
len 186 anzustreben.
Andererseits ist, um die Zykluszeiten kurz und die Verluste
beim abwechselnden Kühlen und Aufheizen des Wärmeübertragers
114 gering zu halten, eine möglichst geringe Masse des Wärme
übertragers 114 anzustreben.
Um den Wärmewiderstand in dem Rippenkörper 172 nicht zu groß
werden zu lassen, wird vorzugsweise die Höhe h des Rippenkör
pers 172 und damit der Adsorbenszellen 186 kleiner oder
gleich dem 1200-fachen der Dicke der Folienlagen 174 und da
mit der Seitenwände 187 der Adsorbenszellen 186 gewählt.
Ferner wird der Abstand einander gegenüberliegender Seiten
wände 187 jeweils einer Adsorbenszelle 186 vorzugsweise zwi
schen dem 100-fachen und dem 200-fachen der Dicke der Folien
lagen 174 und damit der Dicke der Seitenwände 187 gewählt.
Bei einer Dicke der Folienlagen 174 von ungefähr 50 µm, einer
Höhe h des Rippenkörpers 172 von ungefähr 60 mm und einem Ab
stand einander gegenüberliegender Seitenwände 187 jeweils
einer Adsorbenszelle 186 von ungefähr 8,2 mm ergibt sich ein
Verhältnis der Oberflächen der Seitenwände 187 zu der Ober
fläche der dem Rippenkörper 172 zugewandten Oberseite der
Grundplatte 130 von ungefähr 13,4.
Wird Aluminium als Material für die Folienlagen 174 und als
Grundplatte 130 ein Aluminium-Strangpreßprofil verwendet, so
ist ein Verhältnis der Gesamtmasse des Wärmeübertragers 114
zu dem Gesamtvolumen der Adsorbenszellen 186 von ungefähr
0,28 kg/l erreichbar.
Zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Wärmeübertragers
wird wie folgt vorgegangen:
Von einer Rolle des für den Rippenkörper 172 gewählten Fo lienmaterial, beispielsweise einer Aluminiumfolie, werden im wesentlichen rechteckige Folienlagen 174 abgelängt.
Von einer Rolle des für den Rippenkörper 172 gewählten Fo lienmaterial, beispielsweise einer Aluminiumfolie, werden im wesentlichen rechteckige Folienlagen 174 abgelängt.
Eine Oberseite jeder Folienlage 174 wird, wie in Fig. 8 dar
gestellt, mit Klebestreifen 196 versehen, die beispielsweise
aus einem Epoxidharzkleber bestehen, jeweils eine Breite r
aufweisen und parallel zueinander in einem Abstand von 3r an
geordnet sind.
Mehrere der zugeschnittenen und mit Klebestreifen 196 verse
henen Folienlagen 174 werden, wie in Fig. 9 dargestellt, zu
einem Folienstapel 198 der Höhe b' längs einer Stapelrichtung
199 aufeinandergestapelt, wobei die Ränder einander in dem
Folienstapel 198 benachbarter Folienlagen 174 miteinander
fluchten und die an benachbarten Folienlagen 174 angeordneten
Klebestreifen 196 parallel zueinander, jedoch um einen Ab
stand 2r gegeneinander versetzt angeordnet sind. Dies ist am
besten aus Fig. 8 zu ersehen, in der in durchgezogenen Linien
die an der Oberseite einer Folienlage 174 angeordneten Klebe
streifen 196 und in gebrochenen Linien die an einer in dem
Folienstapel 198 darunter liegenden Folienlage 174 angeordne
ten Klebestreifen 196a dargestellt sind.
Anschließend werden die Folienlagen 174 des Folienstapels 198
unter Temperaturerhöhung miteinander verpreßt, um eine stoff
schlüssige Verbindung in dem Folienstapel 198 aufeinander
liegender Folienlagen 174 mittels des in den Klebestreifen
196 enthaltenen und Klebeschichten 182 bildenden Epoxidharz
klebers zu erreichen.
Nach diesem Verfahrensschritt sind in dem Folienstapel 198
aufeinanderliegende Folienlagen 174 an streifenförmigen Kon
taktbereichen 184 der Breite r, die voneinander einen Abstand
3r aufweisen, miteinander verbunden.
Darauf wird der Folienstapel 198 so zugeschnitten, daß er
eine Länge l' und eine Breite h aufweist.
In einem nächsten Schritt wird der Folienstapel 198 auseinan
dergezogen, indem die unterste und die oberste Folienlage 174
längs der Stapelrichtung 199 auseinanderbewegt werden, bis
der Folienstapel 198 die Höhe b erreicht, die der Breite b
(Ausdehnung längs der Querrichtung 176) des Rippenkörpers 172
entspricht.
Dadurch bewegen sich die nicht miteinander verklebten Berei
che benachbarter Folienlagen 174 auseinander, so daß zwischen
den Folienlagen 174 Hohlräume mit im wesentlichen sechsecki
gem Querschnitt entstehen, die die Adsorbenszellen 186 des
Rippenkörpers 172 bilden, wie in Fig. 10 dargestellt.
Die Längsausdehnung l' des Folienstapels nimmt wegen der Fal
tung der Folienlagen 174 beim Auseinanderziehen auf den Wert
l ab, der der Länge (Ausdehnung längs der Längsrichtung 132)
des Rippenkörpers 172 entspricht.
Der so gebildete Rippenkörper 172 wird einer Wärmebehandlung
unterzogen, die beispielsweise bei einer Temperatur im Be
reich von 380°C bis 400°C erfolgen und ungefähr eine halbe
Stunde dauern kann. Diese Wärmebehandlung dient dem Ausgasen
flüchtiger Bestandteile des Epoxidharzklebers aus den Klebe
schichten 182 zwischen den Folienlagen 174, um ein Verbrennen
des Klebers bei dem anschließenden Lötvorgang zu verhindern.
Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß der Kleber nicht voll
ständig zersetzt wird, um zu verhindern, daß sich die Folien
lagen 174 des Rippenkörpers 172 voneinander lösen.
Darauf werden der Rippenkörper 172 und ein Strangpreßprofil,
beispielsweise aus Aluminium, das als Grundplatte 130 dient
und an das bereits der Frontflansch 140 und der Endflansch
154 angelötet wurden, mit einem flüssigen Flußmittel benetzt,
um Oxidschichten von diesen Bauteilen zu entfernen.
Anschließend wird die Oberseite der Grundplatte 130 mit einer
ein Lot und ein Flußmittel enthaltenden Paste beauftragt.
Als Lot kann beispielsweise ein Aluminiumlot und als
Flußmittel in der Paste kann beispielsweise K1-3AlF4-6 verwen
det werden. Dieses Flußmittel dient dazu, die Schmelztempera
tur des Lotes herabzusetzen.
Alternativ zum Auftragen des Lots als Paste kann auch eine
bereits mit dem Lot plattierte Grundplatte 130 verwendet wer
den.
Darauf werden die Grundplatte 130 und der Rippenkörper 172
unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise einer Stick
stoffatmosphäre, bei einer Temperatur im Bereich von 560°C
bis 610°C miteinander verlötet.
Während des Lötvorganges wird Lot durch Kapillarwirkung in
die zwischen jeweils zwei Folienlagen 174 angeordneten Klebe
schichten 182 gezogen, was die mechanische Stabilität des
Rippenkörpers 172 erhöht.
Nach dem Lötvorgang ist der Wärmeübertrager 114 fertigge
stellt und kann durch die Mündungsöffnungen 188 der Adsor
benszellen 186 des Rippenkörpers 172 mit einem Adsorbens,
beispielsweise einem granulatförmigen Feststoff-Adsorbens,
befüllt werden.
Claims (36)
1. Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme zwischen einem
Adsorbens und einem Wärmetransportmedium, umfassend mit
dem Adsorbens befüllbare Adsorbenszellen und Rippen, die
Zwischenwände zwischen nebeneinander angeordneten Adsor
benszellen bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Rippen (174)
einen zusammenhängenden Rippenkörper (172) bilden, in
dem mehrere der Adsorbenszellen (186) angeordnet sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rippenkörper (172) die Gestalt einer Wabe auf
weist, deren Wabenzellen Adsorbenszellen (186) des Wär
meübertragers (114) bilden.
3. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß einander benachbarte Rippen
(174) des Rippenkörpers (172) an Kontaktbereichen (184)
miteinander verbunden sind.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß einander benachbarte Rippen (174) des Rippenkörpers
(172) an den Kontaktbereichen (184) miteinander verklebt
sind.
5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß einander benachbarte Rippen
des Rippenkörpers an den Kontaktbereichen miteinander
verlötet sind.
6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Rippen des Rippenkörpers
an den Kontaktbereichen miteinander verschweißt sind.
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Rippen des Rippenkörpers
an den Kontaktbereichen durch Falzung miteinander ver
bunden sind.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche (184) zwi
schen einander benachbarten Rippen (174) flächenhaft
ausgedehnt sind.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktbereiche (184) zwischen einander benach
barten Rippen (174) streifenförmig sind.
10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß der Rippenkörper (172) Rippen
(174a) umfaßt, die mit auf gegenüberliegenden Seiten
dieser Rippen (174a) angeordneten Nachbarrippen (174b,
174c) jeweils an Kontaktbereichen (184b, 184c) verbunden
sind.
11. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Rippen (174) aus einem Ma
terial mit einer guten Wärmeleitfähigkeit gebildet sind.
12. Wärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß das Material der Rippen (174) Aluminium umfaßt.
13. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß die Rippen (174) jeweils aus
einer Lage eines Folienmaterials gebildet sind.
14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die Dicke des Folienmaterials weniger als 200
µm, vorzugsweise weniger als 100 µm, beträgt.
15. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß die Adsorbenszellen (186) des
Rippenkörpers (172) einen sechseckigen Querschnitt auf
weisen.
16. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Adsorbenszellen (186) des
Rippenkörpers (172) Öffnungen (188) aufweisen, durch die
die Adsorbenszellen (186) mit dem Adsorbens befüllbar
sind, und daß die Öffnungen (188) aller Adsorbenszellen
(186) des Rippenkörpers (172) in denselben Halbraum wei
sen.
17. Wärmeübertrager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, daß die Öffnungen (188) aller Adsorbenszellen (186)
des Rippenkörpers (172) im wesentlichen in dieselbe
Richtung weisen.
18. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (114)
einen Basiskörper (130) umfaßt, der den Rippenkörper
(172) trägt.
19. Wärmeübertrager nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich
net, daß die Ausdehnung des Rippenkörpers (172) senk
recht zu einer Kontaktfläche (171) zwischen dem Rippen
körper (172) und dem Basiskörper (130) weniger als das
1200-fache der Dicke der Rippen (174) des Rippenkörpers
(172) beträgt.
20. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 18 oder 19, da
durch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (130) jeweils
ein Ende der in dem Rippenkörper (172) angeordneten Ad
sorbenszellen (186) verschließt.
21. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 18 bis 20, da
durch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (130) von dem
Wärmetransportmedium durchströmbar ist.
22. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 18 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß der Basiskörper mit einem von
dem Wärmetransportmedium durchströmbaren Körper, insbe
sondere einem Rohr, verbunden ist.
23. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 18 bis 22, da
durch gekennzeichnet, daß der Rippenkörper (172) mit dem
Basiskörper (130) verlötet ist.
24. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 18 bis 23, da
durch gekennzeichnet, daß der Basiskörper mehrere Rip
penkörper trägt.
25. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 18 bis 24, da
durch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (130) als im
wesentlichen ebene Grundplatte ausgebildet ist.
26. Wärmeübertrager nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich
net, daß die Grundplatte auf zwei einander gegenüberlie
genden Außenflächen jeweils einen Rippenkörper trägt.
27. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers, insbe
sondere nach einem der Ansprüche 1 bis 26, umfassend
folgende Verfahrensschritte:
- - Herstellen eines Folienstapels aus längs einer Sta pelrichtung aufeinanderfolgenden Folienlagen, wobei einander benachbarte Folienlagen an Kontaktbereichen miteinander verbunden werden;
- - Bilden eines Rippenkörpers durch Auseinanderbewegen der Folienlagen im wesentlichen parallel zu der Sta pelrichtung; und
- - Verbinden des Rippenkörpers mit einem Basiskörper.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Herstellen des Folienstapels einander benachbarte
Folienlagen miteinander verklebt werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch
gekennzeichnet, daß beim Herstellen des Folienstapels
einander benachbarte Folienlagen miteinander verlötet
werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß beim Herstellen des Folienstapels
einander benachbarte Folienlagen miteinander verschweißt
werden.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß beim Herstellen des Folienstapels
einander benachbarte Folienlagen durch Falzen miteinan
der verbunden werden.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rippenkörper mit dem Basiskörper
verlötet wird.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Herstellen des Folienstapels einander benachbarte
Folienlagen mittels eines Klebers miteinander verklebt
werden und der Rippenkörper vor dem Verlöten mit dem Ba
siskörper einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um
flüchtige Anteile des Klebers zu entfernen.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch
gekennzeichnet, daß der Basiskörper und der Rippenkörper
unter einer Schutzgasatmosphäre miteinander verlötet
werden.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch
gekennzeichnet, daß eine ein Lot und ein Flußmittel ent
haltende pastöse Masse auf den Basiskörper und/oder den
Rippenkörper aufgetragen wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch
gekennzeichnet, daß ein mit Lot plattierter Basiskörper
verwendet wird.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19728116A DE19728116C2 (de) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme zwischen einem Adsorbens und einem Wärmetransportmedium und Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeübertragers |
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DE19728116A DE19728116C2 (de) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme zwischen einem Adsorbens und einem Wärmetransportmedium und Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeübertragers |
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