DE19827096A1 - Wärmeübertragereinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeübertragereinheit mit einer wärmeleitenden Fläche (12) und einem damit wärmekontaktierbaren Wärmeübertragungsfluid. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind Prallströmungsmittel (10, 11) zur Beaufschlagung der wärmeleitenden Fläche mit einer Prallströmung des Wärmeübertragungsfluids vorgesehen. Eine solche Prallströmung besitzt einen vergleichsweise hohen Wärmeübertragungskoeffizienten und ermöglicht dadurch einen sehr effektiven Wärmeübergang zwischen der wärmeleitenden Fläche und dem Fluid beispielsweise zwecks Bauteiltemperierung oder Zweifluid-Wärmeübertragung. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Kühlung von Bauteilen oder als Mehrfluid-Wärmeübertrager, insbesondere in Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeübertragereinheit mit einer wärmeleitenden Fläche, nachfolgend auch Wärmeleit­ fläche bezeichnet, und einem damit wärmekontaktierbaren Wär­ meübertragungsfluid. Der Begriff Fluid umfaßt hierbei sowohl gasförmige als auch flüssige Temperiermedien. Derartige Wär­ meübertragereinheiten sind für unterschiedlichste Anwendungen in Gebrauch. So können damit Bauteile temperiert werden, in­ dem eine Bauteilfläche die Wärmeleitfläche bildet, mit der das Wärmeübertragungsfluid in Wärmekontakt gebracht werden kann. Auf diese Weise können z. B. Elektronikbausteine durch einen Luft- oder Flüssigkeitsstrom gekühlt werden, der mit einer wärmeleitfähigen Platine oder Gehäusewandung des Bau­ steins in Wärmekontakt gebracht wird. Ein weiteres breites Anwendungsfeld sind Wärmeübertrager, die von zwei oder mehr Fluiden zwecks Wärmeübertragung zwischen denselben durch­ strömt werden. Bei solchen Wärmeübertragern dient die Wärme­ leitfläche zum einen zur strömungstechnischen Trennung von auf gegenüberliegenden Seiten dieser Fläche befindlichen Fluidströmen und zum anderen für den Wärmetransport von einem wärmeren zu einem kälteren dieser Fluidströme.

Beim Anwendungsfall der Bauteiltemperierung ist es bekannt, eine Wärmeübertragereinheit als separate Einheit an dem zu temperierenden Bauteil anzubringen, da es häufig nicht mög­ lich ist, die Wärmeübertragereinheit in das zu temperierende Bauteil zu integrieren. Die Verbindung der Wärmeübertrager­ einheit mit dem zu temperierenden Bauteil sollte eine gut wärmeleitfähige Kontaktfläche bereitstellen, welche die ge­ wünschte Wärmeleitung möglichst wenig behindert. Zu diesem Zweck werden beispielsweise die Kontaktflächen mechanisch be­ arbeitet und/oder Hilfsmittel in Form einer Wärmeleitpaste oder -folie eingebracht. Diese Maßnahmen sind mit entspre­ chendem Aufwand verbunden und wärmetechnisch häufig nicht be­ sonders günstig, da die Wärmeleitfähigkeit der Hilfsmittel nicht sehr hoch ist und zudem durch Alterung allmählich ab­ nimmt.

Üblicherweise wird bei den bekannten Wärmeübertragereinheiten der eingangs genannten Art das jeweilige Fluid längs der Wär­ meleitfläche als laminare oder turbulente Strömung entlangge­ führt, wobei der hauptsächliche Wärmeübergang durch Konvekti­ on erfolgt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer Wärmeübertragereinheit der eingangs genannten Art zugrunde, mit der eine vergleichsweise hohe Wärmeübertra­ gungsleistungsdichte erzielbar ist und die sich in verschie­ denen Bauformen zur Erfüllung entsprechend unterschiedlicher Wärmeübertragungsfunktionen realisieren läßt, insbesondere zur Wärmeübertragung zwischen zwei oder mehr getrennt hin­ durchströmenden Fluiden oder als Einheit zur Anbringung an einem Bauteil zwecks Temperierung desselben.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Wärmeübertragereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Wärmeübertragereinheit weist Prallströmungsmittel auf, welche die Wärmeleitfläche mit einer Prallströmung des Wärmeübertragungsfluids beaufschlagen. Dem liegt die Tatsache zugrunde, daß der Wärmeübergangskoeffizient von Prallströmun­ gen typischerweise deutlich größer ist als derjenige von kon­ vektivem Wärmeübergang, z. B. um etwa den Faktor zehn bis hun- dert. Die Prallströmung des oder der Wärmeübertragungsfluide auf die eine und/oder die andere Seite der Wärmeleitfläche ermöglicht somit eine hohe Wärmeübertragungsleistungsdichte, wobei die besagten hohen Werte des Wärmeübergangskoeffizien­ ten vor allem im Staubereich eines jeweiligen Prallstrahls vorliegen.

Der jeweilige Prallstrahl läßt sich z. B. durch eine Düse er­ zeugen, mit welcher der Strahl vorzugsweise senkrecht auf die Wärmeleitfläche aufgesprüht wird, die sich hierzu vorzugswei­ se in geringer Entfernung von der Düse befindet. Es zeigt sich, daß sich eine solche Wärmeübertragereinheit mit Prall­ strömungsmitteln mit relativ geringem Aufwand bauen läßt, ei­ nen sehr hohen Wärmeübergangskoeffizient bereitzustellen ver­ mag, als Wärmeübertrager für zwei oder mehr Fluide realisier­ bar ist und bei Bedarf auch eine effektive Bauteiltemperie­ rung ermöglicht, wobei sie ohne aufwendige Bearbeitungs­ schritte und/oder wärmeleitungsverbessernde Maßnahmen an das zu temperierende Bauteil angekoppelt werden kann.

Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Wärmeübertragereinheit beinhaltet einen Düsenblock mit einer Mehrzahl von voneinan­ der beabstandeten, vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeord­ neten Düsen, die auf eine zugehörige Seite der Wärmeleitflä­ che gerichtet sind. Mit diesem Düsenblock läßt sich ein Prallstrahlfeld erzeugen, was einen effektiven Wärmekontakt zwischen Fluid und Wärmeleitfläche selbst bei größeren Abmes­ sungen der Wärmeleitfläche ermöglicht. Der Düsenblock ist da­ bei in einer unter anderem auch konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 aus einem oder mehreren strö­ mungstechnich parallelen Düsenrohren gebildet, in welche um­ fangsseitig eine oder mehrere, in Rohrlängsrichtung beabstan­ dete Düsen eingebracht sind. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Maßnahme sind gemäß Anspruch 4 mehrere parallel ver­ laufende Düsenrohre vorgesehen, denen ein gemeinsamer Vertei­ lerkanal zugeordnet ist, über den das Fluid den Düsenrohren parallel zugeführt wird.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Wärmeübertrager­ einheit ist der Düsenblock auf einem Trog angeordnet, welcher randseitig mit der Wärmeleitfläche unter Belassung eines Fluidsammelraums fluiddicht verbunden werden kann und eine aus dem Sammelraum abführende Auslaßöffnung aufweist. Damit kann das auf die Wärmeleitfläche aufgesprühte Fluid nach Ab­ prallen von derselben im Trog gesammelt und über die Auslaß­ öffnung abgeführt werden.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Wärmeübertrager­ einheit sind beidseits der Wärmeleitfläche Prallströmungsmit­ tel vorgesehen, d. h. die Wärmeleitfläche wird beidseitig durch eine Prallströmung eines jeweiligen Fluids beauf­ schlagt. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Wärmeübertra­ gung zwischen zwei der Wärmeübertragereinheit getrennt zuge­ führten Fluiden über die Wärmeleitfläche.

Eine nach Anspruch 7 weitergebildete Wärmeübertragereinheit besteht aus einem Stapel mehrerer plattenförmiger Wärmeleit­ flächen mit zwischenliegenden Prallströmungsmitteln. Dies realisiert einen effektiven Wärmeübertrager in der sogenann­ ten Schichtbauweise, wobei wenigstens eine Seite jeder Wärme­ leitfläche mittels Prallströmung von einem betreffenden Fluid beaufschlagt wird. Die andere Seite der Wärmeleitfläche kann ebenfalls mittels Prallströmung oder auch andersartig, z. B. durch eine laminare oder turbulente Strömung, von einem wei­ teren Fluid beaufschlagt werden. Bei Bedarf kann zwischen zwei Wärmeleitflächen ein einzelner, beidseitig sprühender Düsenblock verwendet werden, um das betreffende Fluid auf die jeweils zugewandte Seite der beiden angrenzenden Wärmeleit­ flächen aufzusprühen.

Bei einem nach Anspruch 8 weitergebildeten Wärmeübertrager ist eine zylindrische Wärmeleitfläche vorgesehen, deren zuge­ ordnete Prallströmungsmittel ein innenliegendes und/oder ein umgebendes Düsenrohr umfassen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm der funktionellen Abhängigkeit der Nus­ seltzahl und des Wärmeübertragungskoeffizienten von der Reynoldszahl für eine typische Prallströmung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Düsenblock mit fluidsam­ melndem Trog einer insbesondere zur Bauteiltemperie­ rung geeigneten Wärmeübertragereinheit,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III von Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV von Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische, perspektivische Explosionsansicht einer Zweifluid-Wärmeübertragereinheit mit Prall­ strömung in Schichtbauweise und

Fig. 6 eine schematische Perspektivansicht einer Zweifluid- Wärmeübertragereinheit mit Prallströmung in Ko­ axialbauweise.

Fig. 1 zeigt in Diagrammform typische Kennlinien der funktio­ nalen Abhängigkeiten wichtiger Wärmeübertragungs-Kenngrößen für eine typische Prallströmung. Speziell zeigt eine erste Kennlinie K1 die funktionelle Abhängigkeit der Nusseltzahl Nu von der Reynoldszahl Re während eine zweite Kennlinie K2 die funktionelle Abhängigkeit des Wärmeübertragungskoeffizienten α von der Reynoldszahl Re darstellt. Wie aus diesem Diagramm zu erkennen und aus Untersuchungen bekannt, kann der Wärme­ übergangskoeffizient α von Prallströmungen unter technisch realistischen Randbedingungen problemlos Werte in der Größen­ ordnung von 50 kW/m²K bis 100 kW/m²K annehmen, was etwa dem 10fachen bis 100fachen des Wärmeübergangskoeffizienten bei konvektivem Wärmeübergang entspricht. Dies zeigt, daß bei Verwendung von Prallströmung eine hohe Wärmeübertragungslei- stungsdichte erzielbar ist. Der Prallstrahl wird z. B. durch eine Düse erzeugt, aus welcher der Strahl im allgemeinen senkrecht auf eine sich in geringer Entfernung befindende Wärmeleitfläche aufgesprüht wird. Im Staubereich des Strahls entstehen die besagten hohen Werte des Wärmeübergangskoeffi­ zienten. Für die Wärmeübertragung an Wärmeleitflächen größe­ rer Ausdehnung eignet sich besonders ein Prallstrahlfeld, bei dem mehrere Düsen als Feld in geeigneter Weise voneinander beabstandet angeordnet sind.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein erstes Beispiel einer solchen auf Prallströmung beruhenden Wärmeübertragereinheit mit Aus­ nahme der Wärmeleitfläche, die der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die Einheit gemäß Fig. 2 bis 4 eignet sich insbesondere zur Bauteiltemperierung, z. B. zur Kühlung von elektronischen Bauteilen. Sie beinhaltet ein Gehäuse 1 aus Kunststoff oder Metall in Form eines Trogs mit einem flanschartigen Rand 2, der zur Befestigung der Einheit an ei­ ner Wandung des zu temperierenden Bauteils dient, die als Wärmeleitfläche der Einheit fungiert, über welche die Wärme­ übertragung zwischen dem Bauteil und einem auf die Wandung als Prallströmung aufzusprühenden Fluid erfolgt, das als Tem­ periermedium dient. Zur Abdichtung ist eine nicht gezeigte, längs des Gehäuseflanschs 2 umlaufende Flach- oder O-Ring­ dichtung zwischen Gehäuseflansch 2 und Wärmeleitfläche vorge­ sehen.

Für das Aufsprühen des Temperiermediums auf die Wärmeleitflä­ che ist ein zweidimensionales Feld von Düsen 3 vorgesehen, die jeweils einen Prallstrahl erzeugen. Die Düsen 3 werden von einer Reihe nebeneinanderliegender Düsenrohre 4 bereitge­ stellt, die im Gehäusetrog 1 von einer Stegstruktur 5 gehal­ ten sind und dicht unterhalb und parallel zur Ebene des Ge­ häuseflansches 2 verlaufen, in welcher im Betrieb die ange­ sprühte Wärmeleitfläche liegt. Die Düsen 3 sind längs der Dü­ senrohre 4 in gleichmäßigem Abstand in deren oben liegendem, d. h. der Ebene des Gehäuseflanschs 2 zugewandten Umfangsbe­ reich eingebracht. Die Düsenrohre 4 bilden auf diese Weise einen Düsenblock, auch Düsenstock genannt, mit maxtrixförmi­ ger zweidimensionaler Düsenanordnung. Sie können beispiels­ weise unter Verwendung eines Längsnahtschweißvorgangs aus zu­ nächst im Querschnitt C-förmig offenen Rohrstücken herge­ stellt werden, wobei die Düsen 3 durch Unterbrechungen der Schweißnaht gebildet werden. Alternativ können die Düsenöff­ nungen in geschlossene Rohrstücke eingebracht werden, z. B. mechanisch oder mittels Laser oder Wasserstrahl.

Das Temperiermedium wird über ein Zufuhrrohr 6 zugeführt, das durch eine seitliche Öffnung im Gehäusetrog 1 hindurchgeführt ist. Der in den Trog 1 ragende Endabschnitt 6a des Zufuhr­ rohrs 6 ist stirnendseitig geschlossen und umfangsseitig mit Öffnungen versehen, in welche die Düsenrohre 4 mit ihrem dor­ tigen Stirnende fluiddicht eingefügt sind. Der im Trog 1 lie­ gende Zufuhrrohrendabschnitt 6a bildet auf diese Weise einen Verteilerkanal, von dem aus das Temperiermedium parallel in die Düsenrohre 4 eingeleitet wird. An ihrem gegenüberliegen­ den Stirnende 4a sind die Düsenrohre 4 geschlossen ausgebil­ det, was fertigungstechnisch z. B. durch Zudrücken und Ver­ schweißen zunächst offener Rohrenden realisierbar ist.

Das im Betrieb gegen die Wärmeleitfläche mittels Prallströ­ mung aufgesprühte und von diesem abprallende Temperiermedium sammelt sich am Boden des Gehäusetrogs 1, der dadurch einen entsprechenden Fluidsammelraum bildet. Zum Abführen des Tem­ periermediums ist im Boden des Gehäusetrogs 1 eine Auslaßöff­ nung 7 im mittleren Bereich derjenigen Trogseite vorgesehen, auf der sich der Verteilerkanal 6a befindet. Zur Unterstüt­ zung des Abfließens des Temperiermediums ist der Boden des Gehäusetrogs 1 allseitig zur Auslaßöffnung 7 hin abschüssig nach unten verlaufend ausgebildet.

Im Betrieb wird das zugeführte Temperiermedium in Form des von den Düsen erzeugten Prallstrahlfeldes gegen die gegen­ überliegende Wärmeleitfläche gesprüht. Aufgrund des hohen Wärmeübertragungskoeffizienten gerade auch im Staudruckbe­ reich des jeweiligen Prallstrahls wird dadurch sehr effektiv Wärme von der Wärmeleitfläche zum Temperiermedium oder umge­ kehrt übertragen. Es versteht sich, daß die Leistung der Wär­ meübertragereinheit je nach Anwendungsfall geeignet gewählt ist, wozu insbesondere die Leistung einer das Temperiermedium zwecks Erzeugung der Prallströmung unter Druck zuführenden Pumpe sowie Anzahl, Anordnung und Geometrie der Düsen 3 sowie deren Abstand zur Wärmeleitfläche geeignet gewählt werden.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel in Form ei­ nes Zweifluid-Wärmeübertragermoduls in Schichtbauweise. Die­ ses Wärmeübertragermodul beinhaltet als Stapel einen platten­ förmigen oberen Düsenblock 10, einen plattenförmigen unteren Düsenblock 11 und eine zwischenliegende Wärmeübertragerplatte 1 als Wärmeleitfläche. Der untere Düsenblock 11 ist an seiner Oberseite mit einem in Fig. 5 der Einfachheit halber unvoll­ ständig wiedergegebenen Düsenfeld 13 aus einer Mehrzahl von Düsen in regelmäßiger zweidimensionaler Anordnung versehen, aus denen ein erstes Wärmeübertragungsfluid auf die Untersei­ te der Wärmeübertragerplatte 12 als Prallstrahlfeld gesprüht werden kann. Analog dazu ist der obere Düsenblock 10 an sei­ ner Unterseite mit einem gleichartigen Düsenfeld 14 versehen, durch das ein zweites Wärmeübertragungsfluid als Prallstrahl­ feld auf die Oberseite der Wärmeübertragerplatte 12 gesprüht werden kann. Beide, nur schematisch gezeigte Düsenblöcke 10, 11 können z. B. nach Art des Düsenblocks 4 des Beispiels der Fig. 2 bis 4 gebildet sein. Alternativ ist auch eine Rea­ lisierung als Hohlplatten möglich. In beiden Fällen erfolgt die Fluidzufuhr vorzugsweise an einer Schmalseite 15, 16 der Düsenblöcke 10, 11, wobei sich die beiden Zufuhrseiten 15, 16 bevorzugt an verschiedenen Seiten des Schichtstapels befin­ den, wie dies in Fig. 5 beispielhaft illustriert ist, in wel­ cher die Zufuhrseite 15 des oberen Düsenblocks 10 auf der vorderen linken Stapelseite und die Zufuhrseite 16 des unte­ ren Düsenblocks 11 an der vorderen rechten Stapelseite liegt. Mit Ausnahme der Zufuhrseiten 15, 16 sind die vom jeweiligen Düsenblock 10, 11 gebildeten Zuströmkanäle für die Düsen 13, 14 geschlossen gestaltet. Die Düsen 13, 14 sind z. B. durch entsprechende Bohrungen gebildet, die in ihrem Durchmesser und gegenseitigen Abstand auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt sind, insbesondere abhängig von der Art der beiden Wärmeübertragungsfluide sowie den für diese gewünschten Mas­ senströmen und Drücken.

Um die Abführung der beiden Wärmeübertragerfluide zu ermögli­ chen, sind zwischen der Wärmeübertragerplatte 12 einerseits und den beiden Düsenblöcken 10, 11 andererseits jeweilige Ab­ flußkanäle 17, 18 gebildet, z. B. dadurch, daß die Düsenblöcke 10, 11 nur entlang einer randseitigen, an einer Seite offenen Abdichtung gegen die Wärmeübertragerplatte 12 anliegen und auf diese Weise im Inneren ein jeweiliger Fluidsammelraum entsteht, oder dadurch, daß durch eine kanalbildende Steg­ struktur an wenigstens einer der sich jeweils gegenüberlie­ genden beiden Flächen von Wärmeübertragerplatte 12 einerseits und Düsenblock 10, 11 anderseits eine entsprechende Abfluß­ kanalstruktur gebildet ist. In allen Fällen münden die Ab­ flußkanäle 17, 18 an einer jeweiligen Stapelseitenfläche aus dem Schichtstapel aus, bevorzugt wiederum die Abflußkanäle für das eine Fluid an einer anderen Stapelseite als diejeni­ gen für das andere Fluid.

Der modulartige Aufbau der Wärmeübertragereinheit von Fig. 5 läßt sich problemlos zu größeren Schichtstapeln erweitern. Eine Möglichkeit besteht darin, einfach mehrere der Module von Fig. 5 aufeinanderzustapeln, wobei dann im Stapel jeweils zwei Düsenblöcke zwischen zwei Wärmeübertragerplatten liegen. Eine vorteilhafte Alternative besteht darin, jeden Düsenblock nicht nur auf einer, sondern auf beiden Breitseiten mit Düsen zur Prallströmungserzeugung zu versehen und dann im Stapel jeweils abwechselnd eine Wärmeübertragerplatte und einen sol­ chen beidseitig prallstrahlemittierenden Düsenblock anzuord­ nen. In beiden Fällen dient vorzugsweise jeder zweite Düsen­ block im Stapel zum Aufsprühen je eines der beiden Fluide auf die eine bzw. die beiden angrenzenden Wärmeübertragerplatten. Bei der erwähnten Anordnung der Zufluß- und Abflußseiten für die beiden Fluide an verschiedenen Stapelseitenflächen können die beiden Fluide problemlos getrennt voneinander an einer jeweils eigens zugeordneten Stapelseite zu- bzw. abgeführt werden.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Zweifluid-Wärmeübertrager­ einheit in Koaxialbauweise. Die Wärmeübertragereinheit von Fig. 6 beinhaltet zwei koaxial angeordnete, zylindrische Dü­ senrohre 20, 21, in deren Zylindermantel jeweils ein nicht näher gezeigtes Düsenfeld in Form entsprechender, sowohl axial als auch in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordneter Bohrungen eingebracht ist. Koaxial zwischen den beiden Düsenrohren 20, 21 ist als Wärmeleitfläche eine zylin­ drische Wärmeübertragerplatte 22 vorgesehen. Ein äußerer Hüllzylinder 23 umgibt mit Abstand unter Belassung eines Zu­ fuhrringkanals 24 das äußere Düsenrohr 21, während das Innere des inneren Düsenrohrs 20 einen Zufuhrmittenkanal 25 bildet. Zwischen dem Wärmeleitzylinder 22 und jedem der beiden Düsen­ rohre 20, 21 ist je ein Abflußringkanal 26, 27 gebildet.

Im Betrieb wird ein erstes Wärmeübertragungsfluid über den Zufuhrmittenkanal 25 zugeführt und über die Düsen des inneren Düsenrohrs 20 ganzflächig als Prallstrahlfeld auf die Innen­ seite des Wärmeleitzylinders 22 gesprüht. Von dort prallt es ab und wird über den zugehörigen Abflußringkanal 26 abge­ führt. Ein mit dem ersten in Wärmekontakt zubringendes zwei­ tes Wärmeübertragungsfluid wird über den Zufuhrringkanal 24 zugeführt und über die Düsen des äußeren Düsenrohrs 21 ganz­ flächig in Form eines entsprechenden Prallstrahlfeldes auf die Außenseite des Wärmeleitzylinders 22 aufgesprüht, von wo es abprallt und über den zugehörigen Abflußringkanal 27 abge­ führt wird. Das wärmere Fluid gibt aufgrund des hohen Prall­ strömungs-Wärmeübertragungskoeffizienten sehr effektiv Wärme an den hoch wärmeleitfähigen Zylinder 22 ab, der diese sei­ nerseits ebenso effektiv an das kältere Fluid weiterleitet, so daß auch diese Koaxial-Wärmeübertragereinheit aufgrund der verwendeten Prallströmung eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden mit hoher Leistungsdichte ermöglicht.

Bei Bedarf können die beiden Ausführungsbeispiele der Fig. 5 und 6 dergestalt abgewandelt sein, daß die betreffende Wär­ meleitfläche 12 bzw. 22 nur auf einer Seite von einer Prall­ strömung des dortigen Fluids beaufschlagt wird, während sie auf der anderen Seite vom anderen Fluid laminar oder turbu­ lent angeströmt wird und der Wärmeübergang vom Fluid zur Wär­ meleitfläche oder umgekehrt auf dieser Seite dann hauptsäch­ lich durch Konvektion erfolgt. Zur Verbesserung des konvekti­ ven Wärmeübergangs können die betreffenden Strömungskanäle bei Bedarf wärmeübertragungserhöhend strukturiert sein, z. B. durch eine Wärmeleitrippenstruktur. In diesem Fall ist je­ weils nur einer Seite der Wärmeleitfläche 12 bzw. 22 ein Prallströmungsdüsenfeld zugeordnet, während auf der gegen­ überliegenden Seite herkömmliche Fluidströmungsmittel für konvektiven Wärmetransport vorgesehen sind.

Die oben beschriebenen Beispiele verdeutlichen, daß die er­ findungsgemäße Wärmeübertragereinheit eine Wärmeübertragung mit hohem Wärmeübergangskoeffizienten durch Verwendung von Prallströmungsmitteln ermöglicht und in verschiedenen Reali­ sierungen für unterschiedliche Wärmeübertragungszwecke be­ reitgestellt werden kann, insbesondere als Einheit zur Bau­ teiltemperierung, die ohne aufwendige Bearbeitung oder wärme­ leitungsverbessernde Maßnahmen an eine wärmeleitende Fläche eines zu temperierenden Bauteils angekoppelt werden kann, oder als Einheit zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden oder, bei geeigneter Wahl der Anschlußkonfiguration, wie als solches bekannt, auch zwischen mehr als zwei Fluiden.

Claims (8)

1. Wärmeübertrager mit
einer wärmeleitenden Fläche (12) und einem damit wärmekon­ taktierbaren Wärmeübertragungsfluid, gekennzeichnet durch
Prallströmungsmittel (10) zur Beaufschlagung der wärmelei- tenden Fläche (12) mit einer Prallströmung des Wärmeübertra­ gungsfluids.

2. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 1, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß die Prallströmungsmittel einen Dü­ senblock (10) mit einer Mehrzahl voneinander beabstandeter, einer Seite der wärmeleitenden Fläche (12) zugewandter Düsen (14) beinhalten.

3. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 2, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß der Düsenblock ein oder mehrere parallel durchströmbare Düsenrohre (4) mit jeweils einer oder mehreren, in Rohrlängsrichtung beabstandet umfangsseitig ein­ gebrachten Düsen (3) beinhaltet.

4. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 3, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß der Düsenblock mehrere parallel verlaufende Düsenrohre (4) beinhaltet, die auf einer Stirn­ endseite (4a) geschlossen sind und mit ihrem gegenüberliegen­ den Stirnendbereich in einen gemeinsamen Verteilerkanal (6a) münden.

5. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenblock (4) auf einem Gehäusetrog (1) angeordnet ist, welcher randseitig mit der wärmeleitenden Fläche unter Bildung eines Fluidsam­ melraums fluiddicht verbindbar ist und eine aus dem Fluidsam­ melraum abführende Auslaßöffnung (7) aufweist.

6. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der wär­ meleitenden Fläche (12) Prallströmungsmittel (10, 11) ange­ ordnet sind.

7. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Stapel mehrerer plattenförmiger, wärmeleitender Flächen (12) mit zwischenliegenden Prallströmungsmitteln (10, 11) umfaßt, wo­ bei jede wärmeleitende Fläche wenigstens auf einer Seite mit einer Prallströmung eines zugehörigen Wärmeübertragungsfluids beaufschlagbar ist.

8. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zylindri­ sche wärmeleitende Fläche (22) beinhaltet, der Prallströ­ mungsmittel zugeordnet sind, die ein koaxial innerhalb der wärmeleitenden Fläche angeordnetes, mit umfangsseitigen Düsen versehenes, inneres Düsenrohr (20) und/oder ein die wärmelei­ tende Fläche koaxial umgebendes, mit umfangsseitigen Düsen versehenes, äußeres Düsenrohr (21) beinhalten.