DE202017002900U1

DE202017002900U1 - Heat exchanger for a gas and a refrigerant as heat transfer fluids

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Publication number: DE202017002900U1
Application number: DE202017002900.6U
Authority: DE
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Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2027-06-02

Abstract

Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen zwei voneinander getrennten Volumenströmen, enthaltend ein Wärmeübertragerelement 7, das aus einer Matrix mit einer Vielzahl von zwischen zwei Matrix-Stirnseiten parallel verlaufenden Kanälen 5 besteht, die durch glatte 2 und gewellte Folien 3 gebildet werden, wobei jeweils eine gewellte Folie 3 über einer glatten Folie 2 liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom eines zweiphasigen Fluids über Sammeleingangsrohre 12 und Sammelausgangsrohre 13, die jeweils quer zu den Kanälen des Wärmeübertragerelements 7 auf zwei gegenüberliegenden Stirnseiten aufgesetzt sind, in Bündel von Matrix-Kanälen 16a, die von den Rohren 12, 13 belegt sind, eingeleitet, durch die Kanäle 16a weitergeleitet und anschließend über Ausleitungen 9 an den Sammelausgangsrohren 13 wieder ausgeleitet wird, und dass der Volumenstrom des einphasigen Fluids direkt in die Matrixkanäle 5 der Stirnseite der Wärmeübertragermatrix 7 eingeleitet wird, die sich zwischen den Sammeleingangsrohren 12 und zwischen den Sammeleingangsrohren 12 und einer Aufnahme 10 befinden, um auf der gegenüberliegenden Matrix-Stirnseite wieder auszutreten, und dass zu einem Kanal 11 für den Volumenstrom des zweiphasigen Fluids jeweils zu einem Sammeleingangsrohhr 12 ein Sammelausgangsrohr 13 gehört, das in entsprechend gleicher Lage und Position wie das Sammeleingangsrohr 12 auf der gegenüberliegenden Matrixstirnseite aufgesetzt ist, und dass in den Sammeleingangsrohren 12 und Sammelausgangsrohren 13 jeweils auf der Seite, die der Wärmeübertragermatrix 7 zugewandt ist, gleic große, kreisrunde Öffnungen so eingearbeitet sind, dass jeweils eine Öffnung im Sammeleingangsrohr 12 mit einer Öffnung im gegenüberliegenden Sammelausgangsrohr 13 axial positioniert ist, wobei der Durchmesser der Öffnungen groß ist im Vergleich zur mittleren Querschnitts-Ausdehnung eines Matrixkanals 5 und der Teil der Sammeleingangsrohre 12 und Sammelausgangsrohre 13, der auf einer Matrix-Stirnseite aufliegt, gasdicht mit der Matrix verbunden ist, und dass bei einer Anzahl von n Lochöffnungen hinter der 1., 3., ... und (2n – 1)-ten kreisrunden Öffnung im Sammeleingangsrohr 12 und hinter der 2., 4., ... und 2n-ten Öffnung im Sammelausgangsrohr 13 jeweils eine Trennwand 15 eingebracht ist, die für den Volumenstrom des zweiphasigen Fluids undurchlässig ist, so dass der Volumenstrom des zweiphasigen Fluids über eine Zuleitung 9 und eine erste Öffnung im Sammeleingangsrohr 12 in ein Bündel von Matrix-Kanälen 16a mit gleich großer Querschnittsfläche wie die der ersten Öffnung eingeleitet und durch die Kanäle 16a weitergeleitet wird, um dann durch eine erste Öffnung im Sammelausgangsrohr 13 auszutreten, in eine zweite Öffnung des Sammelausgangsrohres 13 umgeleitet, dann in ein zweites Matrix-Kanalbündel 16a eingeleitet, durch das Matrix-Kanalbündel 16a geführt, über eine zweite Öffnung im Sammeleingangsrohr wieder ausgeleitet und anschließend über eine dritte Öffnung im Sammeleingangsrohr 12 wieder in ein drittes Matrix-Längskanalbündel 16a eingeleitet zu werden usw., so dass der Kanal 11 für den Volumenstrom eines zweiphasigen Fluids bei einer Anzahl von n Öffnungen in einem Sammeleingangsrohr 12 wie auch in einem Sammelausgangsrohr 13, neben kurzen, in Längsrichtung der Rohre 12, 13 verlaufenden Kanalumleitungsstücken 14, aus n Stück Bündeln von Matrix-Kanälen 16a gebildet wird, in denen der Volumenstrom des zweiphasigen Fluids abwechselnd in derselben Richtung und in entgegengesetzter Richtung wie der Volumenstrom eines einphasigen Fluids fließt.Heat exchanger for heat transfer between two separate volume flows, comprising a heat transfer element 7, which consists of a matrix having a plurality of between two matrix end faces parallel channels 5, which are formed by smooth 2 and corrugated foils 3, wherein in each case a corrugated foil third is located above a smooth film 2, characterized in that the volume flow of a two-phase fluid via collection inlet pipes 12 and collecting outlet pipes 13, which are each placed transversely to the channels of the heat transfer element 7 on two opposite end faces, in bundles of matrix channels 16 a, of the Pipes 12, 13 are occupied, introduced, passed through the channels 16 a and then discharged via outlets 9 to the collecting outlet pipes 13 again, and that the volume flow of the single-phase fluid is introduced directly into the matrix channels 5 of the end face of the heat exchanger matrix 7, located between the collecting inlet pipes 12 and between the collecting inlet pipes 12 and a receptacle 10 to emerge again on the opposite matrix end face, and that to a channel 11 for the volume flow of the two-phase fluid each to a Sammeleleingangsrohhr 12 a collecting outlet pipe 13, the in accordance with the same position and position as the collecting input tube 12 is placed on the opposite matrix front side, and that in the collecting inlet tubes 12 and collecting outlet tubes 13 respectively on the side facing the heat exchanger matrix 7, the same large, circular openings are incorporated, that one each Opening in the collecting inlet pipe 12 is axially positioned with an opening in the opposite collecting outlet pipe 13, wherein the diameter of the openings is large compared to the average cross-sectional extent of a matrix channel 5 and the part of the collecting inlet pipes 12 and collecting outlet pipes 13, which rests on a matrix end face, is gas-tightly connected to the matrix, and that at a number of n hole openings behind the 1st, 3rd, ... and (2n - 1) -th circular opening in the collecting inlet tube 12 and behind the 2., 4., ... and 2n th opening in the collecting outlet pipe 13 each have a partition wall 15 is introduced, which is impermeable to the flow rate of the two-phase fluid, so that the volume flow of the two-phase fluid via a supply line 9 and a first opening in Collection inlet tube 12 is introduced into a bundle of matrix channels 16a of equal cross-sectional area as that of the first opening and passed through the channels 16a to then exit through a first opening in the collection exit tube 13, diverted into a second opening of the collection exit tube 13, then into a second matrix channel bundle 16a introduced, led through the matrix channel bundle 16a, discharged again via a second opening in the collecting inlet tube and ansc to be introduced again into a third matrix longitudinal channel bundle 16a via a third opening in the collecting input tube 12, etc., such that the channel 11 for the volume flow of a biphasic fluid at a number of n openings in a collecting inlet tube 12 as well as in a collecting outlet tube 13, in addition to short, in the longitudinal direction of the tubes 12, 13 extending Kanalumleitungsstücken 14, n pieces bundles of matrix channels 16a is formed, in which the volume flow of the biphasic fluid flows alternately in the same direction and in the opposite direction as the volume flow of a single-phase fluid.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit zwei von einander getrennten Volumenströmen und einem Wärmeübertragerelement. Das Wärmeübertragerelement wird aus glatten und gewellten Folien so gebildet, dass jeweils eine gewellte Folie über einer glatten Folie liegt, so dass Kanäle geformt werden, die parallel zueinander zwischen zwei Stirnseiten des Wärmeübertragerelements verlaufen. Vorzugsweise besteht das Wärmeübertragerelement aus einer kreiszylindrischen, in einer röhrenförmigen Aufnahme aufgenommenen Matrix, die durch spiralförmige Aufwicklung einer glatten mit einer darüberliegenden gewellten Folie gebildet wird, so dass parallel zur Zylinderachse Längskanäle geformt werden, deren Wände, die vorzugsweise aus Metallfolie bestehen, Wärme leitend miteinander verbunden sind. Weiterhin besteht das Wärmeübertragerelement aus auf den beiden Stirnseiten der Matrix gasdicht aufgesetzten, beabstandeten Rohren, deren Innendurchmesser groß ist gegenüber der mittleren Ausdehnung eines Matrixkanal-Querschnitts. Der eine Volumenstrom des beispielsweise Wärme aufnehmenden Fluids wird über die einzelnen aufgesetzten Rohre in Matrix-Längskanalbündel mit gleich großer Querschnittsfläche wie die des Innenquerschnitts eines aufgesetzten Rohres eingeleitet und an der gegenüberliegenden Stirnseite der Matrix wieder ausgeleitet, während der andere Volumenstrom des – im gegebenen Beispiel – Wärme abgebenden Fluids durch jene Matrix-Längskanäle geleitet wird, die sich zwischen den von den aufgesetzten Rohren belegten Längskanälen des Wärme aufnehmenden Fluids befinden.The invention relates to a heat exchanger with two separate flow rates and a heat transfer element. The heat transfer element is formed from smooth and corrugated films so that in each case a corrugated film is located over a smooth film, so that channels are formed, which extend parallel to each other between two end faces of the heat transfer element. Preferably, the heat transfer element consists of a circular cylindrical, received in a tubular receptacle matrix, which is formed by helical winding a smooth corrugated foil with an overlying, so that parallel to the cylinder axis longitudinal channels are formed whose walls, which preferably consist of metal foil, heat conductive each other are connected. Furthermore, the heat transfer element consists of gas-tight placed on the two end faces of the matrix, spaced tubes whose inner diameter is large compared to the average extent of a matrix channel cross-section. The one volume flow of, for example, heat-receiving fluid is introduced via the individual patch tubes in matrix longitudinal channel bundles with the same cross-sectional area as that of the inner cross section of an attached tube and discharged at the opposite end of the matrix again, while the other volume flow of - in the given example - Heat-emitting fluid is passed through those matrix longitudinal channels, which are located between the occupied by the pipes on the longitudinal channels of the heat-absorbing fluid.

Derartige Wärmeübertrager sind bekannt (Gebrauchsmuster: 20 2008 010 691.5, 20 2014 009 011.4, 20 2016 003 318.3). Sie sind vorzugsweise für eine Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden geeignet, die mit einer stabilen Phase den Wärmeübertrager durchströmen.Such heat exchangers are known (utility model: 20 2008 010 691.5, 20 2014 009 011.4, 20 2016 003 318.3). They are preferably suitable for heat transfer between two fluids which flow through the heat exchanger with a stable phase.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung derartiger Wärmeübertrager für den Fall einer Wärmeübertragung zwischen einem Fluid mit einer stabilen Phase und einem Gas-Flüssigkeits-Mischfluid, im Folgenden „zweiphasiges Fluid” genannt, dessen Phasenanteile sich beim Durchströmen durch den Wärmeübertrager relativ zueinander ändern, und dessen Temperatur beim Durchströmen unverändert bleibt. Ein bekanntes Anwendungsbeispiel ist ein Wärmeübertrager mit einem Gas, z. B. Luft, als einphasiges Fluid und einem Kältemittel, z. B. R134a, als zweiphasiges Fluid, wobei im Fall einer Wärmezufuhr aus einem Gas in ein Kältemittel bei geeigneten äußeren Bedingungen die flüssigen Bestandteile des Kältemittels zwischen Wärmeübertrager-Eingang und -Ausgang zunehmend verdampfen, und die Temperatur des Kältemittels bei seinem Durchfluss durch den Wärmeübertrager gleichbleibend seine Verdampfungstemperatur ist, und im Fall einer Wärmeabgabe von einem Kältemittel in ein Gas die gasförmigen Anteile des Kältemittels bei seinem Durchströmen durch den Wärmeübertrager bei geeigneten äußeren Bedingungen zunehmend kondensieren, und die Temperatur des Kältemittels dabei gleichbleibend seine Kondensationstemperatur ist. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager mit kleiner Baugröße und kleinem Gewicht im Vergleich zu bekannten Wärmeübertragern gleicher Leistung zu bilden.The object of the present invention is the advantageous development of such heat exchangers in the event of heat transfer between a fluid having a stable phase and a gas-liquid mixed fluid, hereinafter referred to as "biphasic fluid" whose phase components change as they flow through the heat exchanger relative to each other , And whose temperature remains unchanged when flowing through. A known application example is a heat exchanger with a gas, eg. As air, as a single-phase fluid and a refrigerant, for. B. R134a, as a two-phase fluid, wherein in the case of heat supply from a gas to a refrigerant under suitable external conditions, the liquid components of the refrigerant between the heat exchanger inlet and outlet increasingly evaporate, and the temperature of the refrigerant as it flows through the heat exchanger constant is its evaporation temperature, and in the case of heat release from a refrigerant into a gas, the gaseous portions of the refrigerant as it flows through the heat exchanger under appropriate external conditions increasingly condense, and the temperature of the refrigerant is thereby constant its condensation temperature. In particular, it is the object of the present invention to form a heat exchanger of small size and low weight compared to known heat exchangers of the same power.

Die Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager gelöst,
bei dem der Volumenstrom eines zweiphasigen Fluids über eine Zuleitung in einer Aufnahme und über Sammeleingangsrohre und Sammelausgangsrohre, die quer zu den Matrix-Kanälen auf zwei Matrix-Stirnseiten gegenüberliegend aufgesetzt sind, in von den Rohren belegte Matrix-Kanalbündel eingeleitet und durch die Kanalbündel weitergeleitet wird, um dann über Ausgänge an den Sammelausgangsrohren und über eine Ausleitung in der Aufnahme wieder ausgeleitet zu werden,
und der Volumenstrom eines einphasigen Fluids direkt in die Matrix-Kanäle der Matrixstirnseite eingeleitet wird, die sich zwischen den Sammeleingangsrohren und zwischen Sammeleingangsrohren und der Aufnahme befinden, um auf der gegenüberliegenden Matrix-Stirnseite wieder auszutreten.The task is solved by a heat exchanger,
in which the volume flow of a biphasic fluid is introduced via a feed line in a receptacle and via collecting inlet tubes and collecting outlet tubes, which are arranged transversely opposite the matrix channels on two matrix end faces, into matrix channel bundles occupied by the tubes and passed on through the channel bundles in order then to be discharged again via outlets on the collecting outlet pipes and via a discharge in the receptacle,
and directing the flow of a single-phase fluid directly into the array channels of the matrix face located between the collection inlet tubes and between header inlet tubes and the receptacle to exit on the opposite matrix face.

Zu jeweils einem Sammeleingangsrohr gehört ein Sammelausgangsrohr, das in entsprechend gleicher Lage und Position wie das Sammeleingangsrohr auf der gegenüberliegenden Matrixstirnseite aufgesetzt ist. In den Sammeleingangsrohren und Sammelausgangsrohren sind jeweils auf der Seite, die der Wärmeübertragermatrix zugewandt ist, gleich große, kreisrunde Öffnungen so eingearbeitet, z. B. gebohrt, dass jeweils eine Lochöffnung im Sammeleingangsrohr mit einer Lochöffnung im gegenüberliegenden Sammelausgangsrohr axial positioniert ist, wobei die Flächen der Sammeleingangs- und Sammelausgangsrohre, die auf der Matrix aufliegen, gasdicht mit der Matrix verbunden sind. Der Durchmesser einer Lochöffnung ist ein Vielfaches größer als die mittlere Ausdehnung eines Matrix-Längskanals. Bei einer Anzahl von n Lochöffnungen sowohl in einem Sammeleingangsrohr wie auch in einem Sammelausgangsrohr ist hinter der 1., 3., ... und (2n – 1)-ten Lochöffnung im Sammeleingangsrohr und hinter der 2., 4., ... und 2n-ten Lochöffnung im Sammelausgangsrohr jeweils eine Wand eingearbeitet, die für das zweiphasige Fluid undurchlässig sind. Diese Wände verhindern einen durchgehenden Volumenstrom längs durch ein Sammeleingangsrohr bzw. ein Sammelausgangsrohr, so dass der Volumenstrom des zweiphasigen Fluids vom Eingang eines Sammeleingangsrohres über seine erste Lochöffnung in ein Matrix-Längskanalbündel mit gleich großer Querschnittsfläche wie die der Lochöffnung eingeleitet und in das Sammelausgangsrohr über dessen erste Lochöffnung ausgeleitet wird. Von dort wird der Volumenstrom über die zweite Lochöffnung des Sammelausgangsrohres in ein zweites Matrix-Längskanalbündel eingeleitet und über die zweite Lochöffnung des Sammeleingangsrohres wieder ausgeleitet, um anschließend über eine dritte Lochöffnung des Sammeleingangsrohres wieder in ein drittes Matrix-Längskanalbündel eingeleitet zu werden usw., so dass auf diese Weise für ein zweiphasiges Fluid ein mäandrischer Kanal geformt wird. Explizit ausgedrückt, wird somit ein Kanal eines zweiphasigen Fluids, z. B. des Kältemittels R134a unter geeigneten äußeren Bedingungen, bei einer Anzahl von n Lochöffnungen sowohl in einem Sammeleingangsrohr als auch Sammelausgangsrohr – neben kurzen, in Längsrichtung der Rohre verlaufenden Kanalumleitungsstücken – aus n Stücken von parallelen Matrix-Längskanalbündeln gebildet, in denen der Volumenstrom des zweiphasigen Fluids abwechselnd gleichgerichtet und in entgegengesetzter Richtung zum Volumenstrom eines einphasigen Fluids, z. B. des Gases Luft, fließt.In each case one collecting inlet pipe includes a collecting outlet pipe, which is placed in accordance with the same position and position as the collecting input pipe on the opposite end face of the matrix. In the collecting inlet pipes and collecting outlet pipes of equal size, circular openings are respectively incorporated on the side facing the heat exchanger matrix, for. B. drilled, that in each case a hole opening in the collecting inlet pipe is axially positioned with a hole opening in the opposite collection outlet pipe, wherein the surfaces of the collecting input and collecting outlet pipes, which rest on the matrix, are gas-tightly connected to the matrix. The diameter of a hole opening is many times greater than the average extent of a matrix longitudinal channel. For a number of n hole openings both in a header inlet pipe and in a header exit pipe, behind the 1st, 3rd, ... and (2n - 1) th hole openings in the header inlet pipe and behind the 2nd, 4th, ... and 2n th hole opening in the collecting outlet pipe each incorporated a wall which are impermeable to the two-phase fluid. These walls prevent a continuous volume flow longitudinally through a collecting inlet pipe or a collecting outlet pipe, so that the volume flow of the two-phase fluid from Input of a collecting input pipe via its first hole opening in a matrix longitudinal channel bundle with the same size cross-sectional area as that of the hole opening is introduced and discharged into the collecting outlet pipe via the first hole opening. From there, the volume flow is introduced via the second hole opening of the collecting outlet pipe into a second array longitudinal channel bundle and discharged again via the second hole opening of the collecting input pipe to be then reintroduced via a third hole opening of the collecting input pipe in a third array longitudinal channel bundle, etc., so in this way a meandering channel is formed for a two-phase fluid. Expressed explicitly, thus a channel of a two-phase fluid, for. B. of the refrigerant R134a under suitable external conditions, with a number of n hole openings in both a collection input pipe and collecting outlet pipe - in addition to short, running in the longitudinal direction of the pipe Kanalumleitungsstücken - formed from n pieces of parallel matrix longitudinal channel bundles, in which the volume flow of the two-phase Fluids alternately rectified and in the opposite direction to the flow rate of a single-phase fluid, eg. As the gas air flows.

In den Gebrauchsmusterschriften 20 2008 010 691.5, 20 2014 009 011.4 und 20 2016 003 318.3 wird von einer kreizylindrischen Wärmeübertragermatrix mit Längskanälen parallel zur Zylinderachse als bevorzugte Ausführungsform ausgegangen. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist ein in einer rahmenförmigen Aufnahme aufgenommenes Wärmeübertragerelement mit einer quaderförmigen Wärmeübertragermatrix, die vorzugsweise durch horizontale Stapelung zweier Folien, einer glatten mit einer darüberliegenden gewellten Folie, gebildet wird, so dass Längskanäle geformt werden, die sich parallel zur Normalen der Matrixfrontseite von einer Matrix-Stirnseite bis zu seiner gegenüberliegenden Stirnseite erstrecken, wobei die Wände aller Matrix-Längskanäle vorzugsweise miteinander Wärme leitend verbunden sind, wenn das Folienmaterial aus Wärme leitendem Material, beispielsweise Metall, besteht, und die glatten mit den gewellten Folien Wärme leitend verbunden sind. Die Sammeleingangsrohre und Sammelausgangsrohre der Kanäle für den Volumenstrom eines zweiphasigen Fluids können auf zwei sich gegenüberliegenden Matrixstirnseiten in zwei vorteilhaften Ausführungsbeispielen aufgesetzt werden: In einem ersten Fall sind die Rohre mit ihren Längsachsen senkrecht zu den glatten Folien der Wärmeübertragermatrix ausgerichtet und im zweiten Fall parallel zu ihnen. Um eine Vermischung der beiden Volumenströme auszuschließen, sind die gewellten Folien mit den benachbarten glatten Folien vorzugsweise gasdicht verbunden, beispielsweise verklebt. Eine Vermischung der beiden Volumenströme wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch dadurch verhindert, dass diejenigen Längskanäle, die jeweils einen Kanal eines zweiphasigen Fluids gegenüber den Matrix-Längskanälen, durch die der Volumenstrom des einphasigen Fluids fließt, begrenzen, mit einem für die Volumenströme der beiden Fluide undurchlässigen Stoff, z. B. einem die Folienwände fest verbindenden Kleber, verschlossen sind.In the utility model publications 20 2008 010 691.5, 20 2014 009 011.4 and 20 2016 003 318.3 is assumed by a circular cylindrical heat transfer matrix with longitudinal channels parallel to the cylinder axis as a preferred embodiment. A further advantageous embodiment is a heat transfer element accommodated in a frame-shaped receptacle with a cuboid heat transfer matrix, which is preferably formed by horizontal stacking of two films, a smooth and an overlying corrugated film, so that longitudinal channels are formed which are parallel to the normal of the matrix front side of FIG extend a matrix end face to its opposite end face, wherein the walls of all matrix longitudinal channels are preferably conductively connected to each other heat, when the foil material of heat-conducting material, such as metal, and the smooth heat conductively connected to the corrugated foils. The manifold inlet and outlet ducts of the two-phase fluid flow passageways may be mounted on two opposed matrix faces in two advantageous embodiments. In a first case, the tubes are aligned with their longitudinal axes perpendicular to the smooth sheets of the heat transfer matrix and in the second case parallel to them , In order to preclude mixing of the two volume flows, the corrugated foils are preferably connected in a gastight manner to the adjacent smooth foils, for example adhesively bonded. A mixing of the two volume flows is also prevented in a further embodiment in that those longitudinal channels each defining a channel of a two-phase fluid with respect to the matrix longitudinal channels, through which the volume flow of the single-phase fluid flows, with one for the volume flows of the two fluids impermeable material, e.g. B. a film walls firmly connecting adhesive are closed.

Nach dem Stand der Technik kann ein Matrix-Längskanal so klein gefertigt werden, dass die mittlere Ausdehnung seines Querschnitts rund 0,3 mm beträgt, wobei die Wand eines Matrix-Längskanals 0,03 mm dünn sein kann, wenn die Wand beispielsweise aus einer Edelstahlfolie gebildet wird, so dass eine Dichte von 920 Matrix-Längskanälen pro Quadratzentimeter Matrix-Querschnittsfläche resultiert.According to the prior art, a matrix longitudinal channel can be made so small that the average extent of its cross section is about 0.3 mm, wherein the wall of a matrix longitudinal channel can be 0.03 mm thin, if the wall is made of a stainless steel foil, for example is formed, resulting in a density of 920 matrix longitudinal channels per square centimeter of matrix cross-sectional area.

Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Alle Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. Dabei zeigen:The invention is based on the in the 1 to 5 shown embodiments explained in more detail. All drawings are not to scale. Showing:

1 Schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Wärmeübertragermatrix in Ansicht 1 Schematic representation of a section of a heat transfer matrix in view

2 Schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Wärmeübertragermatrix in Draufsicht 2 Schematic representation of a section of a heat transfer matrix in plan view

3 Schematische Darstellung in Ansicht eines Wärmeübertragers mit einer quaderförmigen Wärmeübertragermatrix und zwei Kanälen für ein zweiphasiges Fluid 3 Schematic representation in view of a heat exchanger with a cuboid heat exchanger matrix and two channels for a two-phase fluid

4 Schematische Darstellung des Querschnitts durch einen Kanals eines zweiphasigen Fluids, beispielsweise eines Kältemittel-Kanals 4 Schematic representation of the cross section through a channel of a two-phase fluid, such as a refrigerant channel

5 Schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einer quaderförmigen Wärmeübertragermatrix mit horizontaler Folienstapelung in Draufsicht 5 Schematic representation of a section of a cuboid heat transfer matrix with horizontal film stacking in plan view

1 zeigt in Ansicht schematisch einen Ausschnitt 1 aus einer kreiszylindrischen Matrix, die durch spiralförmige Aufwicklung zweier übereinander liegender Folien gebildet wird, von denen die eine Folie 2 glatt und die darüberliegende Folie 3 gewellt ist, so dass Längskanäle 4 gebildet werden. 1 shows in view schematically a section 1 from a circular cylindrical matrix, which is formed by spiral winding two superimposed films, one of which is a film 2 smooth and the overlying film 3 is corrugated, so that longitudinal channels 4 be formed.

2 zeigt in Draufsicht schematisch einen Ausschnitt aus einer Wärmeübertragermatrix 1 mit durch spiralförmige Aufwicklung der Folien 2, 3 geformten Längskanälen 5. 2 schematically shows a section of a heat transfer matrix in plan view 1 with by spiral winding of the films 2 . 3 shaped longitudinal channels 5 ,

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmeübertragers 6 mit einer quaderförmigen Wärmeübertragermatrx 7 mit horizontaler Stapelung der Folien 2, 3, einer Zuleitung 8 und einer Ausleitung 9, einer rahmenförmigen Aufnahme 10 und mit zwei Kanälen 11 für den Volumenstrom eines zweiphasigen Fluids, z. B. des Kältemittels R134a, wobei von den Kanälen 11 in dieser Ansicht nur ihre Sammeleingangsrohre 12 auf der Matrix-Stirnseite sichtbar sind. Der Volumenstrom eines einphasigen Fluids, z. B. des Gases Luft, wird in die Eingangsöffnungen der Längskanäle 5, die sich auf der dargestellten rechteckigen Stirnseite der Wärmeübertragermatrix 7 zwischen der rahmenförmigen Aufnahme 10 und den Kanälen 11 eines zweiphasigen Fluids und zwischen den Kanälen 11 befinden, eingeleitet und durch die Matrix-Längskanäle bis zur gegenüberliegenden Matrix-Stirnseite weitergeleitet, wo der Volumenstrom des einphasigen Fluids dann wieder austritt. Glatte Folien 2 verlaufen bei der hier beispielhaft gezeigten Wärmeübertragermatrix 7 mit horizontaler Folienstapelung senkrecht durch diejenigen Kanalstücke des zweiphasigen Fluids, die von den Bündeln der Längskanäle 16a gebildet werden, wodurch eine direkte Verbindung zwischen Wänden der Längskanäle der Matrix, durch die das einphasige Fluid strömt, und den Wänden der Längskanäle 16a, durch die das zweiphasige Fluid strömt, gebildet wird, was bei einem vorteilhaft eingesetzten Folienmaterial mit guter Wärmeleitung eine von Wärmeleitung dominierte Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden zur Folge hat. 3 shows a schematic representation of a heat exchanger 6 with a cuboid heat exchanger matrix 7 with horizontal stacking of the films 2 . 3 , a supply line 8th and a diversion 9 , a frame-shaped recording 10 and with two channels 11 for the volume flow of a two-phase fluid, z. B. the refrigerant R134a, wherein of the channels 11 in this view only their collection inlet pipes 12 visible on the matrix face. The volume flow of a single-phase fluid, z. As the gas air, is in the inlet openings of the longitudinal channels 5 located on the illustrated rectangular face of the heat transfer matrix 7 between the frame-shaped receptacle 10 and the channels 11 a two-phase fluid and between the channels 11 are introduced and forwarded by the matrix longitudinal channels to the opposite matrix end face, where the volume flow of the single-phase fluid then exits again. Smooth films 2 run in the heat transfer matrix shown here by way of example 7 with horizontal film stacking perpendicular through those channel pieces of the biphasic fluid coming from the bundles of the longitudinal channels 16a forming a direct connection between walls of the longitudinal channels of the matrix, through which the single-phase fluid flows, and the walls of the longitudinal channels 16a , through which the two-phase fluid flows, is formed, which in the case of an advantageously used film material with good heat conduction has a heat conduction dominated by heat transfer between the two fluids.

4 zeigt in Seitenansicht eine schematische Darstellung eines Kanals 11 für ein zweiphasiges Fluid, z. B. des Kältemittels R134a, mit einem Sammeleingangsrohr 12 und einem Sammelausgangsrohr 13 mit jeweils drei Kanalumleitungsstücken 14 und jeweils drei Trennwänden 15 zwischen den Kanalumleitungsstücken 14. Der Volumenstrom des zweiphasigen Fluids strömt über eine Zuleitung 8 in ein erstes Kanalumleitungsstück 14 des Sammeleingangsrohres 12, von dem aus er in die vom ersten Kanalumleitungsstück 14 belegten Matrix-Längskanäle 16a eingeleitet, durch die Längskanäle 16a bis in das gegenüberliegende erste Kanalumleitungsstück 14 des Sammelausgangsrohres 13 weitergeleitet und wieder in entgegengesetzter Richtung den vom Kanalumleitungsstück 14 belegten Matrix-Längskanälen 16a zugeführt wird, durch die der Volumenstrom zurück in ein zweites Kanalumleitungsstück 14 des Sammeleingangsrohres 12 zurückgeleitet wird u. s. w., bis er schließlich über eine Ausleitung 9 aus dem Wärmeübertrager 6 ausgeleitet wird. Durch die von den Kanalumleitungsstücken 14 nicht belegten Matrix-Längskanäle 16b wird der Volumenstrom eines zweiphasigen Fluids nicht geleitet; die Kanäle 16b sind aber Wärme leitend mit den Längskanälen 5 verbunden, durch die der Volumenstrom des einphasigen Fluids geleitet wird. 4 shows in side view a schematic representation of a channel 11 for a biphasic fluid, e.g. B. the refrigerant R134a, with a collecting inlet pipe 12 and a collection exit pipe 13 each with three Kanalumleitungsstücken 14 and three partitions each 15 between the channel diversion pieces 14 , The volume flow of the two-phase fluid flows via a supply line 8th in a first channel redirection piece 14 of the collection inlet pipe 12 from which he enters the first channel diverter 14 occupied matrix longitudinal channels 16a initiated, through the longitudinal channels 16a to the opposite first Kanalumleitungsstück 14 of the collecting outlet pipe 13 forwarded and again in the opposite direction from the Kanalumleitungsstück 14 occupied matrix longitudinal channels 16a is fed through which the volume flow back into a second Kanalumleitungsstück 14 of the collection inlet pipe 12 is returned, and so on, until finally a drainage 9 from the heat exchanger 6 is discharged. By the one of the channel diversion pieces 14 unused matrix longitudinal channels 16b the volume flow of a two-phase fluid is not conducted; the channels 16b but are heat conducting with the longitudinal channels 5 connected, through which the volume flow of the single-phase fluid is passed.

Die 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt 17 aus einer quaderförmigen Wärmeübertragermatrix 7 mit horizontaler Stapelung einer glatten Folie 2 mit einer darüberliegenden gewellten Folie 3 in Draufsicht. Nach dem Stand der Technik sind Folien mit einer Dicke von wenigen Hundertstel Millimeter verfügbar, aus denen Matrix-Längskanäle 5 mit einer mittleren Querschnitts-Ausdehnung von wenigen Zehnteln Millimetern gefertigt werden können.The 5 schematically shows a section 17 from a cuboid heat transfer matrix 7 with horizontal stacking of a smooth foil 2 with an overlying corrugated foil 3 in plan view. According to the prior art, films with a thickness of a few hundredths of a millimeter are available, from which matrix longitudinal channels 5 can be made with a mean cross-sectional dimension of a few tenths of a millimeter.

Claims

Heat exchanger for heat transfer between two separate volume flows, comprising a heat transfer element 7 consisting of a matrix with a plurality of parallel between two matrix end faces channels 5 that passes through smooth 2 and corrugated foils 3 are formed, each with a corrugated foil 3 over a smooth foil 2 is located, characterized in that the volume flow of a two-phase fluid via collecting inlet pipes 12 and collecting outlet pipes 13 , each transverse to the channels of the heat transfer element 7 are placed on two opposite end faces, in bundles of matrix channels 16a that from the pipes 12 . 13 are occupied, initiated, through the channels 16a forwarded and then via discharges 9 at the collecting outlet pipes 13 is discharged again, and that the volume flow of the single-phase fluid directly into the matrix channels 5 the front of the heat transfer matrix 7 is initiated, located between the collecting input pipes 12 and between the collection inlet pipes 12 and a recording 10 to exit on the opposite matrix end face, and that to a channel 11 for the volume flow of the two-phase fluid each to a Sammeleingangsrohhr 12 a collecting outlet pipe 13 heard that in accordance with the same position and position as the collection input pipe 12 is placed on the opposite matrix front side, and that in the collecting input pipes 12 and collecting outlet pipes 13 each on the side, the heat transfer matrix 7 facing, same large, circular openings are incorporated so that in each case an opening in the collecting inlet pipe 12 with an opening in the opposite collecting outlet pipe 13 is positioned axially, wherein the diameter of the openings is large compared to the average cross-sectional dimension of a matrix channel 5 and the part of the collection inlet pipes 12 and collecting outlet pipes 13 which rests on a matrix end face, is gas-tightly connected to the matrix, and that at a number of n hole openings behind the 1st, 3rd, ... and (2n - 1) -th circular opening in the collecting inlet pipe 12 and behind the 2nd, 4th, ... and 2nd nth opening in the manifold outlet pipe 13 one partition each 15 is introduced, which is impermeable to the volume flow of the biphasic fluid, so that the volume flow of the biphasic fluid via a supply line 9 and a first opening in the collection inlet tube 12 into a bunch of matrix channels 16a with the same cross-sectional area as which initiated the first opening and through the channels 16a is passed through, then through a first opening in the collecting outlet pipe 13 To exit, in a second opening of the collecting outlet pipe 13 redirected, then into a second matrix channel bundle 16a initiated, through the matrix channel bundle 16a guided, discharged through a second opening in the collecting inlet pipe again and then via a third opening in the collecting inlet pipe 12 again in a third matrix longitudinal channel bundle 16a be initiated, etc., so that the channel 11 for the flow rate of a two-phase fluid at a number of n orifices in a header inlet pipe 12 as well as in a collecting outlet pipe 13 , in addition to short, in the longitudinal direction of the tubes 12 . 13 extending Kanalumleitungsstücken 14 , out of n pieces of bundles of matrix channels 16a is formed, in which the volume flow of the two-phase fluid flows alternately in the same direction and in the opposite direction as the volume flow of a single-phase fluid.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat transfer element is a cuboid matrix 7 That is through horizontal stacking of smooth slides 2 and corrugated foils 3 is formed so that in each case a corrugated foil 3 over a smooth foil 2 lies, leaving channels 5 be formed, which are parallel to the normal of the matrix front surface 7 from a matrix front 7 extend to its opposite end, and the collection inlet pipes 12 and collecting outlet pipes 13 a channel 11 for the volume flow of a two-phase fluid perpendicular to the smooth films 2 the heat transfer matrix 7 are aligned.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat transfer element is a cuboid matrix 7 That is through horizontal stacking of smooth slides 2 and corrugated foils 3 is formed so that in each case a corrugated foil 3 over a smooth foil 2 lies, leaving channels 5 be formed, which are parallel to the normal of the matrix front surface 7 from a matrix front 7 extend to its opposite end, and the collection inlet pipes 12 and collecting outlet pipes 13 of the canal 11 for the volume flow of a two-phase fluid parallel to the smooth films 2 the heat transfer matrix 7 are aligned.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat transfer element 7 a circular cylindrical matrix is formed by helical winding of two films, a smooth 2 and an overlying corrugated film 3 is formed, so that longitudinal channels 5 be formed parallel to the cylinder axis.