EP4177557A1 - Wärmeübertragungsvorrichtung - Google Patents

Wärmeübertragungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
EP4177557A1
EP4177557A1 EP22204727.6A EP22204727A EP4177557A1 EP 4177557 A1 EP4177557 A1 EP 4177557A1 EP 22204727 A EP22204727 A EP 22204727A EP 4177557 A1 EP4177557 A1 EP 4177557A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat transfer
fluid
transfer device
distribution
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP22204727.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4177557B1 (de
EP4177557C0 (de
Inventor
Ulrich Hafner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Viessmann Climate Solutions SE filed Critical Viessmann Climate Solutions SE
Publication of EP4177557A1 publication Critical patent/EP4177557A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4177557B1 publication Critical patent/EP4177557B1/de
Publication of EP4177557C0 publication Critical patent/EP4177557C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0278—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of stacked distribution plates or perforated plates arranged over end plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/04—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F28F1/16—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0275—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple branch pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates
    • F28F2009/0297—Side headers, e.g. for radiators having conduits laterally connected to common header
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer device according to the preamble of patent claim 1.
  • a heat transfer device of the type mentioned is generally known (see, for example, https://www.zpm-systeme.de/wp-content/uploads/2017/04/bean effet_waerme- (2004)er_manual_heat_exchangers.pdf - there page 13).
  • Such a heat transfer device consists of a first flow guide for a first fluid and a second flow guide for a second fluid which is in heat-transferring contact with the first, the first flow guide having a large number of line sections which are arranged parallel to one another and conduct the first fluid vertically, the second flow guide has a space surrounding the line pieces and vertically conducting the second fluid, a first distribution device being provided for supplying the first fluid to the line pieces and a second distribution device for removing the first fluid from the line pieces.
  • the term “fluid” is to be understood as meaning an optionally gaseous or liquid medium. In the aforementioned solution, both fluids are one liquid.
  • a heat transfer device according to the preamble of claim 1 is from document U.S. 4,235,281A known.
  • the object of the invention is to improve a heat transfer device of the type mentioned at the outset.
  • the line sections have a rectangular internal flow cross section.
  • the solution according to the invention is characterized, which will be explained in more detail below, in that the cross section through which both fluids flow is optimally utilized.
  • the heat transfer device shown in the figures initially consists, in a known manner, of a first flow guide 1 for a first fluid and a second flow guide 2 for a second fluid, which is in heat-transferring contact with the first, the first flow guide 1 having a plurality of mutually parallel, line pieces 1.1 that conduct the first fluid vertically, with the second flow guide 2 having a space 2.1 that bypasses line pieces 1.1 and conducts the second fluid vertically, with a first distribution device 3.1 for supplying the first fluid to the line pieces 1.1 and a second distribution device 3.2 for discharge of the first fluid is provided by the line sections 1.1, with a plurality of flow openings 3.3 connected to the space 2.1 being provided for the second fluid on the two distribution devices 3.1, 3.2.
  • the line sections 1.1 have a rectangular internal flow cross section. There are within the rectangular internal flow cross-section of the line pieces 1.1 preferably transverse ribs 1.1.2 arranged, see figure 3 .
  • the distribution devices 3.1, 3.2 (here and in the following: both, in principle, as claimed: "at least one"), seen in the main flow direction of the second fluid, are many times shorter, at least a factor of 4, than in the direction of extension in one Plane are formed perpendicular to the main flow direction of the second fluid.
  • the distribution devices 3.1, 3.2 have a multiplicity of distribution channels 3.4 for the first fluid.
  • the through-flow openings 3.3 and the distribution channels 3.4 are preferably arranged alternately with one another. It is also preferred that the through-flow openings 3.3 and/or the distribution channels 3.4 are optionally arranged along the circumference of imaginary rectangles, in particular squares, arranged concentrically to one another.
  • the distribution devices 3.1, 3.2 are designed in two parts.
  • the distribution devices 3.1, 3.2 are preferably formed from a base body 3.5 delimiting the distribution channels 3.4 on at least three sides and a cover element 3.6 delimiting the distribution channels 3.4 on one side, see FIG figure 2 .
  • the distribution devices 3.1, 3.2 each have webs on their mutually facing sides for delimiting an insertion opening for the line pieces 1.1.
  • each flow opening 3.3 has at least two parallel wall sections 3.3.1, 3.3.2, see figure 4 .
  • longer sides of the rectangular internal flow cross-sections are designed to run parallel to the (aforementioned) wall sections 3.3.1, 3.3.2 of a through-flow opening 3.3.
  • the line sections 1.1 it is preferable for the line sections 1.1 to be designed so that they can be inserted into the two distribution devices 3.1, 3.2, preferably their base body 3.5, for installation. In addition, it is preferred that the line sections 1.1 are produced as extruded profiles. It is also preferred that the line pieces 1.1 preferably have vertically extending heat transfer ribs 1.1.1 on a side facing the second flow guide 2, the outer cross section of the line pieces 1.1 preferably and in principle, i.e. without the heat transfer ribs 1.1.1 being considered - as well as the flow inner cross sections - is rectangular.
  • the first distribution device 3.1 is optionally arranged below the second distribution device 3.2 when used as an evaporator in heating mode or above the second distribution device 3.2 when used as a condenser in cooling mode when the heat transfer device is used as intended.
  • the first fluid it is preferable for the first fluid to flow in a first main flow direction through the line pieces 1.1 and for the second fluid to flow in a second main flow direction, opposite to the first, through the conductive space 2.1.
  • the heat transfer device has a first supply and a first discharge connection for the first fluid, through which the first fluid is supplied perpendicularly to the first main flow direction of the first distribution device 3.1 or from the second distribution device 3.2 is discharged.
  • the heat transfer device has a second supply and a second discharge connection for the second fluid, through which the second fluid is fed parallel to the second main flow direction of the second flow guide 2 and discharged from it.
  • the first fluid is optionally all liquid or mixed liquid and gaseous. It is preferred that the first fluid is a refrigerant for a thermodynamic cycle. Furthermore, it is preferred that the second fluid is gaseous, preferably air.
  • the line sections 1.1 are soldered at both ends to a distribution device 3.1, 3.2 in the heating furnace.
  • the assembly of the heat transfer device can be carried out in a simple manner and without a large deployment of personnel.
  • the line pieces 1.1 and/or the distribution devices 3.1, 3.2 are made of aluminum. This enables the heat transfer device to be manufactured inexpensively and reduces its weight.
  • the heat transfer device is designed either as part of a condenser or as part of an evaporator.
  • a drain 4 for condensate or the like is provided at a lower end of the second flow guide 2 when used as intended.
  • the first distribution device 3.1 is preceded by a separating device 5 for gaseous components of the first fluid, see FIG figure 1 .
  • the heat transfer device works as follows: The heat transfer device is first, such as in figure 1 shown oriented in the vertical direction. Then the first fluid is introduced through the first supply connection into the first distribution device 3.1. It is now deflected there by 90° and guided upwards in the line sections 1.1. Finally, the first fluid enters the second distribution device 3.2, is deflected again by 90° and finally conducted out of the heat transfer device through the first discharge connection. At the same time as this process, the second fluid is introduced into the second flow guide 2 from above through the second supply connection. This rectilinear guidance--without detours--of the second fluid causes less turbulence to occur in it and thus also a lower associated pressure loss and less noise generation. It then flows from top to bottom through space 2.1 and then leaves the heat transfer device again through the second discharge connection arranged on its underside.
  • the first and second fluids thus flow antiparallel through the heat transfer device for some distance. While the second fluid flows from top to bottom through the space 2.1, it comes into contact with the heat transfer fins 1.1.1 of the line pieces 1.1. This causes heat to be transferred from the second fluid via these same heat transfer fins 1.1.1 to the first fluid in the power pieces 1.1 (or vice versa).
  • the vertical structure of the heat transfer device prevents an unequal distribution of the first fluid flow to the individual line sections 1.1 due to the effects of gravity and the removal of any condensate in the heat transfer device is facilitated, both of which in turn increase the efficiency of the device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend eine erste Strömungsführung (1) für ein erstes Fluid und eine mit der ersten in wärmeübertragendem Kontakt stehende, zweite Strömungsführung (2) für ein zweites Fluid, wobei die erste Strömungsführung (1) eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, das erste Fluid vertikal leitenden Leitungsstücken (1.1) aufweist, wobei die zweite Strömungsführung (2) einen die Leitungsstücke (1.1) umgehenden, das zweite Fluid vertikal leitenden Raum (2.1) aufweist, wobei eine erste Verteileinrichtung (3.1) zur Zuführung des ersten Fluids zu den Leitungsstücken (1.1) und eine zweite Verteileinrichtung (3.2) zur Abführung des ersten Fluids von den Leitungsstücken (1.1) vorgesehen ist, wobei an den beiden Verteileinrichtungen (3.1, 3.2) jeweils eine Vielzahl von mit dem Raum (2.1) verbundenen Durchströmöffnungen (3.3) für das zweite Fluid vorgesehen sind, wobei die Verteileinrichtungen (3.1, 3.2) scheibenförmig ausgebildet sind. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitungsstücke (1.1) einen rechteckigen Strömungsinnenquerschnitt aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt (siehe zum Beispiel https://www.zpm-systeme.de/wp-content/uploads/2017/04/betriebsanleitung_waerme-tauscher_manual_heat_exchangers.pdf - dort Seite 13). Eine solche Wärmeübertragungsvorrichtung besteht aus einer ersten Strömungsführung für ein erstes Fluid und einer mit der ersten in wärmeübertragendem Kontakt stehenden, zweiten Strömungsführung für ein zweites Fluid, wobei die erste Strömungsführung eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, das erste Fluid vertikal leitenden Leitungsstücken aufweist, wobei die zweite Strömungsführung einen die Leitungsstücke umgehenden, das zweite Fluid vertikal leitenden Raum aufweist, wobei eine erste Verteileinrichtung zur Zuführung des ersten Fluids zu den Leitungsstücken und eine zweite Verteileinrichtung zur Abführung des ersten Fluids von den Leitungsstücken vorgesehen ist. Unter dem Begriff "Fluid" ist dabei hier und auch im Folgenden ein wahlweise gasförmiges oder flüssiges Medium zu verstehen. Bei der vorgenannten Lösung handelt es sich bei beiden Fluiden um eine Flüssigkeit.
  • Eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus dem Dokument US 4 235 281 A bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
  • Insbesondere soll eine sowohl wärmetechnisch besonders effizient arbeitende als auch leicht herstellbare Wärmeübertragungsvorrichtung geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe ist mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Leitungsstücke einen rechteckigen Strömungsinnenquerschnitt aufweisen.
  • Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit, was weiter unten noch genauer erläutert wird, dadurch aus, dass der Querschnitt, durch den beide Fluide strömen, optimal ausgenutzt wird.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Dokument DE 835 612 B hingewiesen.
  • Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt perspektivisch
    • Figur 1
    teilweise schematisch die Wärmeübertragungsvorrichtung mit Durchströmöffnungen für das zweite Fluid;
    Figur 2
    eine zweiteilig ausgebildete Verteileinrichtung für die Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß Figur 1;
    Figur 3
    ein vertikales Leitungsstück für das erste Fluid gemäß Figur 1 mit Wärmeübertragungsrippen und Querrippen; und
    Figur 4
    als Explosionsdarstellung das Leitungsstück gemäß Figur 3 senkrecht oberhalb der Verteileinrichtung kurz vor dem Einstecken.
  • Die in den Figuren dargestellte Wärmeübertragungsvorrichtung besteht zunächst in bekannter Weise aus einer ersten Strömungsführung 1 für ein erstes Fluid und einer mit der ersten in wärmeübertragendem Kontakt stehenden, zweiten Strömungsführung 2 für ein zweites Fluid, wobei die erste Strömungsführung 1 eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, das erste Fluid vertikal leitenden Leitungsstücken 1.1 aufweist, wobei die zweite Strömungsführung 2 einen die Leitungsstücke 1.1 umgehenden, das zweite Fluid vertikal leitenden Raum 2.1 aufweist, wobei eine erste Verteileinrichtung 3.1 zur Zuführung des ersten Fluids zu den Leitungsstücken 1.1 und eine zweite Verteileinrichtung 3.2 zur Abführung des ersten Fluids von den Leitungsstücken 1.1 vorgesehen ist, wobei an den beiden Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 jeweils eine Vielzahl von mit dem Raum 2.1 verbundenen Durchströmöffnungen 3.3 für das zweite Fluid vorgesehen sind.
  • Wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung ist nun, dass die Leitungsstücke 1.1 einen rechteckigen Strömungsinnenquerschnitt aufweisen. Dabei sind innerhalb des rechteckigen Strömungsinnenquerschnitts der Leitungsstücke 1.1 vorzugsweise Querrippen 1.1.2 angeordnet, siehe Figur 3.
  • Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 (hier und im folgenden: beide, grundsätzlich gilt, wie beansprucht: "mindestens eine") in Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids gesehen um ein Vielfaches, mindestens Faktor 4, kürzer als in Erstreckungsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids ausgebildet sind. Zudem ist bevorzugt, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 eine Vielzahl von Verteilkanälen 3.4 für das erste Fluid aufweisen. Dabei sind die Durchströmöffungen 3.3 und die Verteilkanäle 3.4 vorzugsweise abwechselnd zueinander angeordnet. Ebenso ist bevorzugt, dass wahlweise die Durchströmöffnungen 3.3 und/oder die Verteilkanäle 3.4 entlang des Umfangs von gedachten, konzentrisch zueinander angeordneten Rechtecken, insbesondere Quadraten, angeordnet sind.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 zweiteilig ausgebildet sind. Dabei sind die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 vorzugsweise aus einem die Verteilkanäle 3.4 mindestens dreiseitig begrenzenden Grundkörper 3.5 und einem die Verteilkanäle 3.4 einseitig begrenzenden Deckelelement 3.6 gebildet, siehe Figur 2. Ferner ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 scheibenförmig (siehe: https:// de.wikipedia.org/w/index.php?title=Scheibe&oldid=212958815), insbesondere kreisscheibenförmig, ausgebildet sind. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 jeweils auf ihren einander zugewandten Seiten Stege zur Begrenzung einer Einstecköffnung für die Leitungsstücke 1.1 aufweisen. Zudem ist bevorzugt, dass jede Durchströmöffnung 3.3 mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Wandungsabschnitte 3.3.1, 3.3.2 aufweist, siehe Figur 4. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass jeweils längere Seiten der rechteckigen Strömungsinnenquerschnitte parallel zu den (vorgenannten) Wandungsabschnitten 3.3.1, 3.3.2 einer Durchströmöffnung 3.3 verlaufend ausgebildet sind.
  • Zusätzlich ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 zur Montage in die beiden Verteileinrichtungen 3.1, 3.2, vorzugsweise deren Grundkörper 3.5, einsteckbar ausgebildet sind. Zudem ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 als Strangpressprofile hergestellt ausgebildet sind. Ebenso ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 an einer der zweiten Strömungsführung 2 zugewandten Seite vorzugsweise vertikal erstreckte Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 aufweisen, wobei ferner der Außenquerschnitt der Leitungsstücke 1.1 vorzugsweise und grundsätzlich, also ohne die Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 betrachtet - wie auch die Strömungsinnenquerschnitte - rechteckig ausgebildet ist.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass die erste Verteileinrichtung 3.1 bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise bei Benutzung als Verdampfer im Heizbetrieb unterhalb oder bei Benutzung als Kondensator im Kühlbetrieb oberhalb der zweiten Verteileinrichtung 3.2 angeordnet ist. Zudem ist bevorzugt, dass das erste Fluid in einer ersten Hauptströmungsrichtung durch die Leitungsstücke 1.1 und das zweite Fluid in einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Hauptströmungsrichtung durch den leitenden Raum 2.1 strömend ausgebildet ist. Dabei ist bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung einen ersten Zufuhr- und einen ersten Abfuhranschluss für das erste Fluid aufweist, durch welche das erste Fluid senkrecht zur ersten Hauptströmrichtung der ersten Verteileinrichtung 3.1 zugeführt bzw. von der zweiten Verteileinrichtung 3.2 abgeführt wird. Zudem ist bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung einen zweiten Zufuhr- und einen zweiten Abfuhranschluss für das zweite Fluid aufweist, durch welche das zweite Fluid parallel zur zweiten Hauptströmrichtung der zweiten Strömungsführung 2 zugeführt bzw. von dieser abgeführt wird.
  • Zusätzlich ist bevorzugt, dass das erste Fluid wahlweise vollständig flüssig oder gemischt flüssig und gasförmig ist. Dabei ist bevorzugt, dass das erste Fluid ein Kältemittel für einen thermodynamischen Kreisprozess ist. Des Weiteren ist bevorzugt, dass das zweite Fluid gasförmig, vorzugsweise Luft, ist.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 beidendig jeweils an eine Verteileinrichtung 3.1, 3.2 im Wärmeofen angelötet ausgebildet sind. Der Zusammenbau der Wärmeübertragungsvorrichtung kann hierdurch auf einfache Weise und ohne großen Personaleinsatz erfolgen. Ebenso ist bevorzugt, dass wahlweise die Leitungsstücke 1.1 und/oder die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 aus Aluminium hergestellt ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Wärmeübertragungsvorrichtung und reduziert ihr Gewicht. Zudem ist bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise als Teil eines Kondensators oder als Teil eines Verdampfers ausgebildet ist.
  • Zudem ist bevorzugt, dass an einem bei bestimmungsgemäßer Benutzung unteren Ende der zweiten Strömungsführung 2 ein Ablauf 4 für Kondensat oder dergleichen vorgesehen ist. Zuletzt ist bevorzugt, dass der ersten Verteileinrichtung 3.1 eine Abscheideeinrichtung 5 für gasförmige Anteile des ersten Fluids vorgeschaltet ist, siehe Figur 1.
  • Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform funktioniert wie folgt:
    Die Wärmeübertragungsvorrichtung wird zunächst, wie etwa in Figur 1 dargestellt, in vertikaler Richtung ausgerichtet. Dann wird das erste Fluid durch den ersten Zufuhranschluss in die erste Verteileinrichtung 3.1 eingeleitet. Es wird dort nun um 90° umgelenkt und in den Leitungsstücken 1.1 nach oben geführt. Schließlich tritt das erste Fluid in die zweite Verteileinrichtung 3.2 ein, wird wieder um 90° umgelenkt und schließlich durch den ersten Abfuhranschuss aus der Wärmeübertragungsvorrichtung herausgeleitet. Gleichzeitig zu diesem Vorgang wird das zweite Fluid durch den zweiten Zufuhranschluss von oben in die zweite Strömungsführung 2 eingeleitet. Diese geradlinige Führung - ohne Umleitungen - des zweiten Fluids bewirkt, dass in diesem weniger Turbulenzen auftreten und somit auch ein geringerer damit einhergehender Druckverlust und eine geringere Geräuschbildung vorliegen. Es fließt dann von oben nach unten durch den Raum 2.1 und verlässt die Wärmeübertragungsvorrichtung danach wieder durch den an deren Unterseite angeordneten zweiten Abfuhranschluss.
  • Das erste und das zweite Fluid strömen somit über eine gewisse Strecke antiparallel bzw. entgegengesetzt durch die Wärmeübertragungsvorrichtung. Während das zweite Fluid von oben nach unten durch den Raum 2.1 strömt, kommt es in Kontakt mit den Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 der Leitungsstücke 1.1. Dies bewirkt, dass Wärme von dem zweiten Fluid über ebendiese Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 auf das erste Fluid in den Leistungsstücken 1.1 übertragen wird (oder umgekehrt).
  • Durch die (Anti-) Parallelführung der beiden Fluide entsteht eine geringe Grädigkeit zwischen ihren jeweiligen Temperaturen, was zu einer hohen Effizienz der Wärmeübertragungsvorrichtung führt. Zudem ist durch den vertikalen Aufbau der Wärmeübertragungsvorrichtung eine Ungleichverteilung des ersten Fluidstroms auf die einzelnen Leitungsstücke 1.1 aufgrund von Schwerkrafteinflüssen ausgeschlossen und es wird der Abtransport etwaigen Kondensats in der Wärmeübertragungsvorrichtung erleichtert, was beides wiederum die Effizienz der Vorrichtung erhöht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Strömungsführung
    1.1
    Leitungsstück
    1.1.1
    Wärmeübertragungsrippe
    1.1.2
    Querrippe
    2
    zweite Strömungsführung
    2.1
    Raum
    3.1
    erste Verteileinrichtung
    3.2
    zweite Verteileinrichtung
    3.3
    Durchströmöffnung
    3.3.1
    Wandungsabschnitt
    3.3.2
    Wandungsabschnitt
    3.4
    Verteilkanal
    3.5
    Grundkörper
    3.6
    Deckelelement
    4
    Ablauf
    5
    Abscheideeinrichtung

Claims (14)

  1. Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend eine erste Strömungsführung (1) für ein erstes Fluid und eine mit der ersten in wärmeübertragendem Kontakt stehende, zweite Strömungsführung (2) für ein zweites Fluid, wobei die erste Strömungsführung (1) eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, das erste Fluid vertikal leitenden Leitungsstücken (1.1) aufweist, wobei die zweite Strömungsführung (2) einen die Leitungsstücke (1.1) umgehenden, das zweite Fluid vertikal leitenden Raum (2.1) aufweist, wobei eine erste Verteileinrichtung (3.1) zur Zuführung des ersten Fluids zu den Leitungsstücken (1.1) und eine zweite Verteileinrichtung (3.2) zur Abführung des ersten Fluids von den Leitungsstücken (1.1) vorgesehen ist, wobei an den beiden Verteileinrichtungen (3.1, 3.2) jeweils eine Vielzahl von mit dem Raum (2.1) verbundenen Durchströmöffnungen (3.3) für das zweite Fluid vorgesehen sind, wobei die Verteileinrichtungen (3.1, 3.2) scheibenförmig ausgebildet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Leitungsstücke (1.1) einen rechteckigen Strömungsinnenquerschnitt aufweisen.
  2. Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteileinrichtung (3.1, 3.2) in Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids gesehen um ein Vielfaches kürzer als in Erstreckungsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids ausgebildet ist.
  3. Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteileinrichtung (3.1, 3.2) eine Vielzahl von Verteilkanälen (3.4) für das erste Fluid aufweist.
  4. Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Durchströmöffungen (3.3) und die Verteilkanäle (3.4) abwechselnd zueinander angeordnet sind.
  5. Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wahlweise die Durchströmöffnungen (3.3) und/oder die Verteilkanäle (3.4) entlang des Umfangs von gedachten, konzentrisch zueinander angeordneten Rechtecken, insbesondere Quadraten, angeordnet sind.
  6. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteileinrichtung (3.1, 3.2) zweiteilig ausgebildet ist.
  7. Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteileinrichtung (3.1, 3.2) aus einem die Verteilkanäle (3.4) mindestens dreiseitig begrenzenden Grundkörper (3.5) und einem die Verteilkanäle (3.4) einseitig begrenzenden Deckelelement (3.6) gebildet ist.
  8. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jede Durchströmöffnung (3.3) mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Wandungsabschnitte (3.3.1, 3.3.2) aufweist.
  9. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Leitungsstücke (1.1) zur Montage in die beiden Verteileinrichtungen (3.1, 3.2) einsteckbar ausgebildet sind.
  10. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Leitungsstücke (1.1) als Strangpressprofile hergestellt ausgebildet sind.
  11. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Leitungsstücke (1.1) an ihrer der zweiten Strömungsführung (2) zugewandten Seite Wärmeübertragungsrippen (1.1.1) aufweisen.
  12. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass innerhalb des rechteckigen Strömungsinnenquerschnitts der Leitungsstücke (1.1) Querrippen (1.1.2) angeordnet sind.
  13. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Verteileinrichtung (3.1) bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise unterhalb oder oberhalb der zweiten Verteileinrichtung (3.2) angeordnet ist.
  14. Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Fluid in einer ersten Hauptströmungsrichtung durch die Leitungsstücke (1.1) und das zweite Fluid in einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Hauptströmungsrichtung durch den leitenden Raum (2.1) strömend ausgebildet ist.
EP22204727.6A 2021-11-05 2022-10-31 Wärmeübertragungsvorrichtung Active EP4177557B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021128819.3A DE102021128819A1 (de) 2021-11-05 2021-11-05 Wärmeübertragungsvorrichtung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP4177557A1 true EP4177557A1 (de) 2023-05-10
EP4177557B1 EP4177557B1 (de) 2024-06-19
EP4177557C0 EP4177557C0 (de) 2024-06-19

Family

ID=84044442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22204727.6A Active EP4177557B1 (de) 2021-11-05 2022-10-31 Wärmeübertragungsvorrichtung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4177557B1 (de)
DE (1) DE102021128819A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE835612C (de) 1950-11-21 1952-04-03 Metallgesellschaft Ag Waermeaustauscher mit Laengsrippenrohren
US4235281A (en) 1978-04-07 1980-11-25 The Boeing Company Condenser/evaporator heat exchange apparatus and method of utilizing the same
US4929798A (en) * 1984-03-05 1990-05-29 Canadian Patents And Development Limited Pseudoadiabatic reactor for exothermal catalytic conversions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE835612C (de) 1950-11-21 1952-04-03 Metallgesellschaft Ag Waermeaustauscher mit Laengsrippenrohren
US4235281A (en) 1978-04-07 1980-11-25 The Boeing Company Condenser/evaporator heat exchange apparatus and method of utilizing the same
US4929798A (en) * 1984-03-05 1990-05-29 Canadian Patents And Development Limited Pseudoadiabatic reactor for exothermal catalytic conversions

Also Published As

Publication number Publication date
EP4177557B1 (de) 2024-06-19
DE102021128819A1 (de) 2023-05-11
EP4177557C0 (de) 2024-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3107010C2 (de) Metallkühler zum Kühlen eines unter hohem Druck durchströmenden Fluids durch Luft
DE60011616T2 (de) Wärmetauscher mit mehrkanalrohren
EP1400772B1 (de) Plattenwärmeübertrager
DE2951352C2 (de) Flachrohr-Wärmetauscher
DE112014004189T5 (de) Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Bauteils
DE69007709T2 (de) Stapelverdampfer.
EP3491323B1 (de) Wärmetauscher mit mikrokanal-struktur oder flügelrohr-struktur
CH656951A5 (de) Waermetauscher.
DE2531450A1 (de) Kuehlkoerper
DE2549359A1 (de) Kuehlturm
DE202014105709U1 (de) Wärmeaustauscher
DE202017102436U1 (de) Wärmetauscher mit Mikrokanal-Struktur oder Flügelrohr-Struktur
DE202004011489U1 (de) Wärmeaustauscher für Hochtemperatur-Anwendungen, insbesondere Ladeluftkühler
DE19716836A1 (de) Plattenwärmetauscher, insbesondere Verdampfer für Klimatisierungskreislauf
EP4177557A1 (de) Wärmeübertragungsvorrichtung
DE102004044861A1 (de) Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge
DE102006005245A1 (de) Wärmetauscher für einen Kältekreislauf
DE4340506A1 (de) Heiz- oder Kühleinrichtung
EP1434023B1 (de) Kältetrockner
EP3239641A1 (de) Flachrohr für einen wärmeübertrager
EP2757336A2 (de) Wärmetauscher mit optimierter Wärmeübertragung und Heizeinrichtung mit einem solchen Wärmetauscher
EP2711658A2 (de) Wärmeübertrager
DE102021210826A1 (de) Kühler mit zwei weitgehend parallelen Strömungsräumen und drei weitgehend parallelen Platten
DE102004018317A1 (de) Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge
WO2019141513A1 (de) Verwirbelungsvorrichtung für einen plattenwärmeübertrager und plattenwärmeübertrager

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231031

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F28F 1/02 20060101AFI20231121BHEP

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20240116

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502022001077

Country of ref document: DE

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20240619

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT SE SI

Effective date: 20240627

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240619

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240920