EP4677296A1 - Additiv gefertigter wärmeübertrager - Google Patents

Additiv gefertigter wärmeübertrager

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Publication number
EP4677296A1
EP4677296A1 EP24703530.6A EP24703530A EP4677296A1 EP 4677296 A1 EP4677296 A1 EP 4677296A1 EP 24703530 A EP24703530 A EP 24703530A EP 4677296 A1 EP4677296 A1 EP 4677296A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
block
heat exchanger
chamber
flow channels
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.)
Pending
Application number
EP24703530.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Kerler
Marco Renz
Volker Velte
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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 Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP4677296A1 publication Critical patent/EP4677296A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • 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
    • F28F1/006—Tubular elements; Assemblies of tubular elements with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • 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
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/08—Assemblies of conduits having different features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered

Definitions

  • the present invention relates to an additively manufactured heat exchanger for media-separated heat transfer between a first fluid and a second fluid, in particular for cooling a gas.
  • additive manufacturing particularly with three-dimensional printing, geometries can be realized that cannot be realized with conventional manufacturing methods, such as casting and machining, or that can only be realized with extremely high costs. Additive manufacturing can be carried out with plastics and metals.
  • a heat exchanger has a heat exchanger block in which a media-separated heat transfer between two different fluids takes place.
  • the heat exchanger block consists of several separate components that are assembled in a suitable manner.
  • a conventional heat exchanger block comprises a distributor pipe or a distributor box and a collecting pipe or a collecting box that are fluidically connected to one another via a large number of connecting pipes. Between adjacent connecting pipes, flow-through spaces are formed in which fins can usually be arranged. A first fluid is passed through these spaces, which is to be heated or cooled. A second fluid is passed through the connecting pipes, which is to supply or remove the heat. The second fluid is fed to the connecting pipes via the distributor pipe or the distributor box.
  • the second fluid is discharged from the connecting pipes via the collecting pipe or the collecting box.
  • Thermal and/or mechanical stress peaks occur, particularly at the transitions between the connecting pipes and the distributor pipe or the header pipe, which the heat exchanger block must tolerate.
  • the heat exchanger block is inevitably oversized in many places.
  • the heat transfer performance of a heat exchanger correlates with the surface area available for heat transfer. For example, the number of connecting pipes that can be realized is limited by their manufacturability, the space required and the connection technology used in each case, usually a soldering process.
  • the present invention addresses the problem of providing an improved or at least a different embodiment for a heat exchanger, which is characterized in particular by efficient heat transfer, wherein a reduction of thermal and/or mechanical stress peaks within the heat exchanger block is also sought.
  • the invention is based on the general idea of additively manufacturing the heat exchanger block in such a way that a plurality of first flow channels for guiding a first fluid are formed in the heat exchanger block, which penetrate the heat exchanger block in one direction, for example in the block longitudinal direction or in the block transverse direction, so that the first fluid can flow through the heat exchanger block in the first flow channels in the direction defined by these channels. Furthermore, a first chamber is formed on the heat exchanger block at a first transverse end, which extends, for example, in the block height direction.
  • the heat exchanger has a first connection for supplying or discharging a second fluid.
  • a second chamber is formed on the heat exchanger block at a second transverse end which faces away from the first transverse end in the block transverse direction, and which extends in the block height direction.
  • the heat exchanger has a second connection for discharging or supplying the second fluid.
  • a plurality of second flow channels for guiding the second fluid are formed in the heat exchanger block, which are fluidically separated from the first flow channels which penetrate the heat exchanger block in the block transverse direction and which fluidically connect the first chamber to the second chamber.
  • the heat exchanger block several such longitudinal rows of channels are then arranged next to one another in the block height direction.
  • at least three, preferably at least five, in particular at least ten, connecting channels can be arranged next to one another in the longitudinal direction of the block.
  • the design proposed here results in an extreme increase in the surface area available for heat transfer with the same installation space requirement.
  • more material is available in the heat exchanger block for heat transfer, since the second flow channels and the first flow channels are guided through the material of the heat exchanger block.
  • the material of the heat exchanger block is formed exclusively by the pipe walls of the connecting pipes and by the walls of the fins that may be arranged between the connecting pipes. This means that more material is available for heat transfer in the additively manufactured heat exchanger block.
  • Such a heat exchanger can be used, for example, at a hydrogen filling station to cool the hydrogen when filling a vehicle tank.
  • the heat exchanger block has a longitudinal center plane that runs transversely to the longitudinal direction of the block and extends centrally through the heat exchanger block with respect to the longitudinal direction of the block.
  • the connecting channels can be configured with regard to their flow resistance such that in the respective longitudinal channel row, the size of the flow resistance of the respective second flow channel correlates with the distance of the respective second flow channel from the longitudinal center plane of the block, so that the second flow channels that are at a greater distance from the longitudinal center plane of the block have a greater flow resistance than second flow channels that are at a smaller distance from the longitudinal center plane of the block.
  • This measure ensures that during operation of the heat exchanger, the volume flow of the second fluid is directed to the second flow channels within the respective longitudinal row of channels is distributed unevenly, such that a larger volume flow flows through the second flow channels in the area of the block's longitudinal center plane than in second flow channels that are spaced apart from the block's longitudinal center plane, with the volume flow decreasing further with increasing distance from the block's longitudinal center plane.
  • This allows stress peaks to be reduced.
  • This design uses the knowledge that thermal and/or mechanical stresses at the transition between the second flow channels and the first and/or second chamber, in particular the distribution chamber and/or the collection chamber, correlate with the distance from the block's longitudinal center plane. These stresses increase with increasing distance from the block's longitudinal center plane. By reducing the flow rate, the stresses in the block's longitudinal direction can be homogenized.
  • a “configuration” is synonymous with a “design”, so that the phrase “configured so that” is synonymous with the phrase “designed so that”.
  • a particularly useful embodiment is one in which the second flow channels are configured with regard to their flow-through cross-sectional area such that in the respective longitudinal row of channels the size of the flow-through cross-sectional area of the respective second flow channel correlates with the distance of the respective second flow channel from the block longitudinal center plane, in such a way that the second flow channels that are at a greater distance from the block longitudinal center plane have a smaller flow-through cross-sectional area than second flow channels that are at a smaller distance from the block longitudinal center plane.
  • the flow resistance of the respective second flow channel correlates with the flow-through cross-sectional area of the respective second flow channel. The larger the flow-through cross-sectional area, the lower the flow resistance.
  • the flow resistance can therefore be influenced particularly easily via the cross-sectional area through which the material can flow.
  • the flow resistance of the second flow channels can also be influenced using other measures.
  • flow obstacles such as chicanes, flow guide surfaces, ribs and knobs can be incorporated into second flow channels that are intended to have a higher flow resistance.
  • the heat exchanger block has a central transverse region which is spaced apart from the first transverse end and the second transverse end and which passes into the first chamber via a first transition region at the first transverse end and passes into the second chamber via a second transition region at the second transverse end.
  • the configuration of the second flow channels explained above with regard to their cross-sectional area through which flow occurs preferably applies at least in the central transverse region, since this is where the greatest influence on the flow resistance occurs via the length of the second flow channels measured in the transverse direction of the block.
  • the configuration of the second flow channels explained above with regard to their cross-sectional area through which flow occurs expediently also applies in the first transition region which connects the first chamber with the central transverse region.
  • the configuration of the second flow channels explained above with regard to their cross-sectional area through which flow occurs can also apply to the second transition region which connects the central transverse region with the second chamber.
  • the first chamber can form or have a distribution chamber which supplies the second fluid to the second flow channels, wherein the first connection forms a supply connection for supplying the second fluid to the distribution chamber.
  • the heat exchanger block can have a block longitudinal center plane running transversely to the block longitudinal direction, which extends centrally through the heat exchanger block with respect to the longitudinal direction of the block.
  • the second flow channels on the distributor chamber can each have an inlet opening with a round inlet cross-section through which flow can pass. These round inlet cross-sections have a longitudinal diameter measured in the longitudinal direction of the block and a height diameter measured in the vertical direction of the block.
  • the second flow channels can now be configured with regard to their inlet cross-section such that in the respective longitudinal row of channels the size of the longitudinal diameter of the inlet cross-section of the inlet opening of the respective second flow channel correlates with the distance of the respective second flow channel from the longitudinal center plane of the block, in such a way that the second flow channels which are at a greater distance from the longitudinal center plane of the block have an inlet cross-section with a larger longitudinal diameter than second flow channels which are at a smaller distance from the longitudinal center plane of the block.
  • the inlet cross-sections of the inlet openings become larger in terms of their longitudinal diameter as the distance from the block's longitudinal center plane increases. This measure helps to reduce thermal and/or mechanical stress peaks.
  • the inlet cross-sections can be circular or elliptical.
  • the height diameter of the inlet cross section of the inlet opening of the respective second flow channel can be the same for all second flow channels of the respective channel longitudinal row.
  • the inlet cross sections of the inlet openings of second flow channels that are spaced from the block longitudinal center plane are flat or elongated.
  • the inlet cross sections of the inlet openings of the second flow channels arranged in the region of the block longitudinal center plane can be circular, while the inlet cross sections of the inlet openings of the second flow channels spaced from the block longitudinal center plane are elliptical, the elliptical cross sections becoming increasingly flatter or more elongated as the distance of the second flow channels from the block longitudinal center plane increases.
  • the second chamber forms or has a collecting chamber which receives the second fluid coming from the second flow channels, wherein the second connection then forms a discharge connection for discharging the second fluid from the collecting chamber.
  • the transition between the distribution chamber and the second flow channels also applies to the transition from the second flow channels to the collection chamber.
  • the second flow channels on the collection chamber expediently each have an outlet opening with a round outlet cross-section through which flow can pass, wherein the outlet cross-sections have a longitudinal diameter measured in the block longitudinal direction and a height diameter measured in the block height direction.
  • the second flow channels are now expediently configured with regard to their outlet cross-section such that in the respective channel longitudinal row the size of the longitudinal diameter of the outlet cross-section of the respective second flow channel correlates with the distance of the respective second flow channel from the block longitudinal center plane, so that the second flow channels which are at a greater distance from the block longitudinal center plane have an outlet cross-section with a larger longitudinal diameter than second flow channels which are at a smaller distance from the block longitudinal center plane.
  • the height diameter of the outlet cross-section of the respective second flow channel is the same for all second flow channels of the respective longitudinal channel row.
  • the longitudinal diameter can be the same as the height diameter or to be larger than the height diameter.
  • the outlet cross-sections in the area of the block longitudinal center plane can thus be circular in particular, while they can be elliptical at a distance from the block longitudinal center plane, with the elliptical cross-sections becoming increasingly flatter or more elongated with increasing distance from the block longitudinal center plane.
  • the heat exchanger block can have a central transverse region that is spaced from the first transverse end and the second transverse end.
  • the second flow channels have a cross-sectional area through which flow can pass and can be configured such that their cross-sectional area through which flow can pass decreases from a first opening opening at the first chamber to the central transverse region and/or increases from the central transverse region to a second opening opening at the second chamber.
  • the second flow channels have a varying cross-sectional area through which flow can pass along the block height direction. This makes it possible to reduce thermal and/or mechanical stress peaks at the transition between the connecting channels and the first chamber and/or the second chamber.
  • the heat exchanger block can have a central transverse region which is spaced apart from the first transverse end and the second transverse end. Furthermore, the heat exchanger block has a first transition region at the first transverse end which connects the first chamber with the middle transverse region, and at the second transverse end a second transition region which connects the second chamber to the middle transverse region. In addition, the heat exchanger block has a block longitudinal center plane running transversely to the block longitudinal direction. The second flow channels can now be configured such that they run parallel to the block transverse direction in the middle transverse region.
  • the second flow channels can be configured such that second flow channels which are spaced from the block longitudinal center plane run inclined to the block transverse direction in the first transition region and/or in the second transition region, with the inclination increasing from the middle transverse region to the first chamber and/or to the second chamber. This results in a fan-like course for the second flow channels in the respective transition region. It has been shown that such a design can reduce thermal and/or mechanical stress peaks in the respective transition region.
  • the heat exchanger block has a central transverse region which is spaced from the first transverse end and from the second transverse end, wherein the heat exchanger block has a first transition region at the first transverse end which connects the first chamber to the central transverse region, and a second transition region at the second transverse end which connects the second chamber to the central transverse region.
  • the heat exchanger block also has a block longitudinal center plane running transversely to the block longitudinal direction.
  • the second flow channels can now be configured such that at least those second flow channels which are spaced from or facing away from the block longitudinal center plane have a geometrically varying opening cross-section in the first transition region and/or in the second transition region along the block transverse direction.
  • the second flow channels facing away from the block longitudinal center plane are those second flow channels which are within the respective channel longitudinal row have the greatest distance from the block's longitudinal center plane.
  • the geometrically varying opening cross-section allows thermal and/or mechanical stress peaks in the respective transition area to be reduced.
  • At least the second flow channels which are spaced apart from or facing away from the block longitudinal center plane, can have an opening cross-section that is geometrically constant along the block transverse direction in the central transverse region.
  • the opening cross-sections of the second flow channels are constant along the block transverse direction in the central transverse region, while they vary in the two transition regions.
  • the second flow channels of the respective longitudinal channel row extend separately from the first chamber to the second chamber and each have separate inlet and outlet openings there.
  • the flow channels of the respective longitudinal channel row run separately from one another at least in a central transverse region of the heat exchanger block, which is spaced from the first transverse end and the second transverse end, while they are combined to form a common channel in a first transition region of the heat exchanger block, which leads to the first chamber, and/or in a second transition region of the heat exchanger block, which leads to the second chamber.
  • At least the second flow channels which are spaced apart from or facing away from the block longitudinal center plane, can have an elliptical opening cross-section in a first opening opening into the first chamber, which is elongated in the block longitudinal direction and which extends along the block transverse direction within the first transition region up to the middle transverse region into a circular opening cross-section.
  • at least the second flow channels which are spaced from or face away from the block longitudinal center plane, can have an elliptical opening cross-section in a second opening opening into the second chamber, which is elongated in the block longitudinal direction and which merges into a circular opening cross-section along the block transverse direction within the second transition region up to the middle transverse region.
  • the elliptical first openings in the first transition region can thus merge into circular opening cross-sections which remain in particular constantly circular within the middle transverse region and which can merge again into elliptical second openings in the second transition region.
  • the first chamber forms or has a distribution chamber which supplies the second fluid to the second flow channels, wherein the first connection forms a supply connection for supplying the second fluid to the distribution chamber.
  • the distribution chamber can have a profile running transversely to the block height direction on a distribution side facing the connecting channels, which is concavely curved towards the interior of the distribution chamber.
  • the second chamber forms or has a collecting chamber which receives the second fluid coming from the second flow channels, and in which the second connection forms a discharge connection for discharging the second fluid from the collecting chamber
  • the collecting chamber has a profile running transversely to the block height direction on a collecting side facing the connecting channels. running profile that is concavely curved towards the inside of the collection chamber. The curved or arched profile on the distribution side of the distribution chamber or on the collection side of the collection chamber can reduce thermal and/or mechanical stress peaks.
  • the second flow channels in which the geometric cross-section varies along the block transverse direction, can optionally be configured such that their flow-through cross-sectional area is or remains constant along the block transverse direction.
  • ribs or knobs protrude into the flow-through cross section, so that the second fluid can flow against and/or around the ribs or knobs. This allows the surface area provided for heat transfer in the respective connecting channels to be increased.
  • the ribs can be designed in a helical manner, so that they extend in a helical manner along the respective second flow channel in the block transverse direction or along the respective first flow channel in the block longitudinal direction or in the block transverse direction.
  • the helical ribs increase the surface area available for heat transfer and are characterized by a comparatively low flow resistance.
  • the first and/or the second chamber can have depressions on an inner side exposed to the second fluid to increase the surface area of the inner side.
  • these recesses can significantly improve the evaporation of the refrigerant.
  • Such recesses are also called re-entry cavities.
  • several or all of the second flow channels can have depressions on their inner side exposed to the second fluid to increase the surface area of the inner side, at least in a transition region of the heat exchanger block adjoining the first or second box. This measure also improves heat transfer and, when used as an evaporator, supports the evaporation of the second fluid.
  • a particularly advantageous embodiment is one in which the depressions have a constriction at the transition to the inside, so that a cross-section of the respective depression running transversely to the normal direction of the inside is larger within the respective depression than within the constriction.
  • the constriction thus forms an undercut.
  • Such depressions or undercuts cannot be produced using conventional manufacturing methods, or are extremely difficult to produce. It has been shown that depressions with such a constriction significantly support the boiling behavior of the second fluid and improve the efficiency of the heat exchanger used as an evaporator.
  • the heat exchanger can be designed as a cooler for cooling the first fluid by means of the second fluid, wherein the first fluid is a liquid coolant, while the second fluid is a liquid or a gas.
  • the heat exchanger can be designed as an evaporator for cooling the first fluid using the second fluid, wherein the first fluid is a two-phase refrigerant, while the second fluid is a liquid or a gas.
  • the refrigerant is two-phase because it is to be evaporated in the evaporator, so that it is largely liquid at the supply port, while it is largely gaseous at the discharge port.
  • the first chamber forms a distribution chamber and has the first connection, which then forms a supply connection.
  • the second chamber then forms a collection chamber and has the second connection, which forms a discharge connection.
  • the distribution chamber and the collection chamber are fluidically connected to one another via the second flow channels. The second fluid thus flows once in the transverse direction of the block through the heat exchanger block, namely from the distribution chamber through the second flow channels to the collection chamber.
  • the first chamber has or forms a distribution chamber and a collection chamber, wherein the first connection is then formed on the distribution chamber and forms a supply connection, while the second connection is formed on the collection chamber and forms a discharge connection.
  • the second chamber forms a deflection chamber.
  • the deflection chamber is fluidically connected to the distribution chamber and to the collection chamber via the second flow channels.
  • the second fluid flows twice through the heat exchanger block, namely from the distribution chamber through a first group of second flow channels to the deflection chamber and from the deflection chamber through a second group of second flow channels to the collection chamber.
  • the heat exchanger is designed as a cross-flow heat exchanger, in which the first flow channels and the second flow channels are guided through the heat exchanger block according to the cross-flow principle, i.e. they cross or traverse each other in a media-separated manner.
  • the first flow channels pass through the heat exchanger block in the longitudinal direction of the block and fluidically connect an inflow side of the heat exchanger block exposed to the first fluid with an outflow side of the heat exchanger block exposed to the first fluid.
  • first flow channels can be arranged next to one another in the heat exchanger block in the transverse direction of the block and form a transverse row of channels.
  • Several transverse rows of channels are then arranged next to one another in the heat exchanger block in the block height direction.
  • the heat exchanger block has a middle height region which is spaced from lateral block ends which face away from one another in the block height direction.
  • the transverse rows of channels can now be guided through the heat exchanger block between two adjacent longitudinal rows of channels, at least in the middle height region of the heat exchanger block. This results in an extremely compact design with very large surfaces for contact with the first fluid and with the second fluid.
  • first flow channels can be arranged next to one another in the block transverse direction in order to form the respective transverse row of channels.
  • the heat exchanger can be designed as a parallel flow heat exchanger, in which the first flow channels and the second flow channels are guided through the heat exchanger block according to the parallel flow principle, i.e. they extend parallel to one another therein, separated by media.
  • the first flow channels pass through the heat exchanger block in the transverse direction of the block.
  • first flow channels and second flow channels alternate in the heat exchanger block in the block height direction and/or in the block length direction. This can improve the efficiency of the heat transfer.
  • the first chamber has or forms a first sub-chamber and a second sub-chamber, the first sub-chamber being fluidically connected to the first flow channels, while the second sub-chamber is fluidically connected to the second flow channels.
  • the second chamber has or forms a third sub-chamber and a fourth sub-chamber, the third sub-chamber being fluidically connected to the first flow channels, while the fourth sub-chamber is fluidically connected to the second flow channels.
  • Each sub-chamber can expediently have its own connection for supplying or discharging the first or second fluid. This makes it possible to achieve a particularly compact design.
  • the first sub-chamber forms a collection chamber for the first flow channels and has a discharge connection for the first fluid
  • the second sub-chamber forms a distribution chamber for the second flow channels and has a supply connection for the second fluid
  • the third sub-chamber forms a distribution chamber for forms the first flow channels and has a supply connection for the first fluid
  • the fourth sub-chamber forms a collection chamber for the second flow channels and has a discharge connection for the second fluid.
  • first and second flow channels run parallel to one another in a central transverse region, while several or all first and second flow channels cross or traverse each other in a media-separated manner in a first transition region that leads to the first and second sub-chambers and/or in a second transition region that leads to the third and fourth sub-chambers.
  • This also supports efficient heat transfer with a compact design.
  • the heat exchanger is designed as a parallel flow heat exchanger, all of the above-described designs and features relating to the second flow channels can also be implemented in a corresponding manner in the first flow channels.
  • the first flow channels in the heat exchanger block can therefore also form longitudinal channel rows with several first flow channels adjacent in the block longitudinal direction, with several such longitudinal channel rows being adjacent in the block height direction.
  • Figure 1 is a highly simplified side view of a heat exchanger
  • FIG. 2 is a sectioned isometric view of the heat exchanger in
  • Figure 3 is a sectioned isometric view of the heat exchanger in the area of a collecting chamber
  • Figure 4 is an enlarged detail IV from Figure 2, Figure 5 highly simplified cross-sections of second flow channels at inlet openings or outlet openings for different flow channels A and B,
  • Figure 7 different views of a second flow channel in a transition area in different viewing directions A, B, C,
  • Figure 8 is an isometric view of several second flow channels in a transition area
  • Figure 9 is an isometric view of a longitudinal section of a second flow channel or a first flow channel with ribs
  • Figure 10 is a highly simplified sectional view in the area of recesses
  • Figure 11 is a highly simplified sectional view of the heat exchanger in a cross-flow embodiment
  • Figure 12 is a highly simplified sectional view of the heat exchanger in a parallel flow embodiment
  • Figure 13 is a highly simplified sectional view of the heat exchanger in the region of a chamber in another embodiment.
  • an additively manufactured heat exchanger 1 comprises a additively manufactured heat exchanger block 2, which has a block longitudinal direction X, a block transverse direction Y and a block height direction Z, which run perpendicular to each other.
  • the block longitudinal direction X extends perpendicular to the drawing plane, while the block transverse direction Y runs vertically and the block height direction Z runs horizontally.
  • a first chamber 4 is formed at a first transverse end 3, which extends longitudinally in the block height direction Z and has a first connection 5.
  • the first chamber 4 forms a distribution chamber 4 and the first connection 5 forms a supply connection 5.
  • a second chamber 7 is also formed at a second transverse end 6, which faces away from the first transverse end 3 in the block transverse direction Y, which extends longitudinally in the block height direction Z and has a second connection 8.
  • the second chamber 7 forms a collection chamber 7 and the second connection 8 forms a discharge connection 8.
  • a plurality of first flow channels 9 for guiding a first fluid are formed in the heat exchanger block 2, which penetrate the heat exchanger block 2 in the block longitudinal direction X and which fluidically connect an inflow side 10 of the heat exchanger block 2 exposed to the first fluid, which is located at a first longitudinal end 11 of the heat exchanger block 2 facing the viewer in Figures 1 to 3, with an outflow side 12 exposed to the first fluid, which is located at a second longitudinal end 13 of the heat exchanger block 2 facing away from the viewer in Figures 1 to 3.
  • a flow through the heat exchanger block 2 or the first flow channels 9 with the first fluid that occurs during operation of the heat exchanger 1 is indicated by arrows in Figures 2 and 3 and designated by 14.
  • a plurality of second flow channels 15 for guiding a second fluid are also formed in the heat exchanger block 2, which are fluidically separated from the first flow channels 9.
  • the second flow channels 15 penetrate the heat exchanger block 2 in the block transverse direction Y and fluidically connect the distribution chamber 4 to the collection chamber 7.
  • a flow of the second fluid through the heat exchanger block 2 or the distribution chamber 4, the connecting pipes 15 and the collection chamber 7 that occurs during operation of the heat exchanger 1 is indicated by arrows in Figures 1 to 3 and designated by 16.
  • each channel longitudinal row 17 contains ten second flow channels 15.
  • several channel longitudinal rows 17 are arranged next to one another in the block height direction Z.
  • nine such channel longitudinal rows 17 can be seen in Figures 2 and 3. It is clear that in the heat exchanger block 2, significantly more channel longitudinal rows 17 can be arranged next to one another in the block height direction Z, for example more than fifty.
  • the heat exchanger block 2 has a block longitudinal center plane 18, indicated in Figures 2 and 3 with a dot-dash line, which runs transversely to the block longitudinal direction X.
  • the second flow channels 15 each have a first opening 19 on the distributor chamber 4, which here forms an inlet opening 19 and has a round inlet cross-section 43 through which flow can pass.
  • These inlet cross-sections 43 have a longitudinal diameter 20 measured in the block longitudinal direction X and a height diameter 21 measured in the block height direction Z.
  • the second flow channels 15 are now in terms of their Inlet cross sections 43 are configured such that in the respective longitudinal channel row 17 the size of the longitudinal diameter 20 correlates with the distance of the respective second flow channel 15 from the block longitudinal center plane 18, in such a way that the second flow channels 15, which are at a greater distance from the block longitudinal center plane 18, have an inlet cross section 43 with a larger longitudinal diameter 20 than second flow channels 15, which are at a smaller distance from the block longitudinal center plane 18.
  • Figure 5A shows the inlet cross section 43 of an inlet opening 19 of a second flow channel 15, which is comparatively far away from the block longitudinal center plane 18.
  • Figure 5B shows the inlet cross-section 43 of an inlet opening 19 of a second flow channel 15, which is located relatively close to the block longitudinal center plane 18. It is clear that the longitudinal diameter 20 increases with increasing distance from the block longitudinal center plane 18. A corresponding transition is indicated in Figure 5 by an arrow and designated 22. In the example shown, it can also be provided that the height diameter 21 of the inlet cross-section 43 of the inlet opening 19 is the same size for all second flow channels 15 of the respective channel longitudinal row 17, i.e. remains constant.
  • the second flow channels 15 are then configured with regard to their outlet cross sections 44 such that in the respective the size of the longitudinal diameter 20 of the respective channel longitudinal row 17 correlates with the distance of the respective second flow channel 15 from the block longitudinal center plane 18, such that the second flow channels 15, which are at a greater distance from the block longitudinal center plane 18, have an outlet cross-section 44 with a larger longitudinal diameter 20 than second flow channels 15, which are at a smaller distance from the block longitudinal center plane 18.
  • the height diameter 21 of the outlet cross-section 44 is the same size for all second flow channels 15 of the respective channel longitudinal row 17.
  • the second flow channels 15 can be configured with regard to their flow resistance such that in the respective channel longitudinal row 17 the size of the flow resistance of the respective second flow channel 15 correlates with the distance of the respective second flow channel 15 from the block longitudinal center plane 18, in such a way that the second flow channels 15 which are at a greater distance from the block longitudinal center plane 18 have a greater flow resistance than second flow channels 15 which are at a smaller distance from the port block longitudinal center plane 18. It is conceivable that the flow resistance of the second flow channels 15 is increased by obstacles which are formed for this purpose in the second flow channels 15. In this case, This embodiment can also be combined with the embodiment described above, in which the longitudinal diameters 20 vary in the second flow channels 15 adjacent in the block longitudinal direction X.
  • the heat exchanger block 2 has a central transverse region 26 which is separated from the first transverse end 3 and the second transverse end 6. Furthermore, the heat exchanger block 2 has a first transition region 27 which connects the central transverse region 26 with the distribution chamber 4. In addition, the heat exchanger block 2 has a second transition region 28 which connects the central transverse region 26 with the collection chamber 27.
  • the second flow channels 15 can be configured such that their cross-sectional area 24 through which the flow can pass decreases from the inlet opening 19 opening at the distributor chamber 4 to the central transverse region 26 and/or increases from the central transverse region 26 to the outlet opening 23 opening at the collection chamber 7. It can preferably be provided that in the second flow channels 15, the cross-sectional area 24 through which the flow can pass decreases from the inlet opening 19 within the first transition region 27 to the central transverse region 26, is constant in the central transverse region 26 and increases from the central transverse region 26 to the outlet opening 23, i.e. within the second transition region 28. The decrease in cross-section in the central transverse region 26 also allows the flow resistance of the second flow channels 15 to be varied.
  • the second flow channels 15 extend from the inlet opening 19 to the outlet opening 23 have a constant flow-through cross-sectional area 24 throughout, wherein the geometric flow-through cross-section 45 or opening cross-section 45 can be constant or can vary.
  • the second flow channels 15 can optionally also be configured such that second flow channels 15 which are spaced apart from or facing away from the block longitudinal center plane 18 run inclined to the block transverse direction Y in the first transition region 27 or in the second transition region 28.
  • a longitudinal center axis 29 is shown as an example and representative of all other second flow channels 15, which the respective second flow channel 15 has in its inlet opening 19 or in its outlet opening 23.
  • This longitudinal central axis 29 has an angle of inclination 30 or an inclination 30 relative to the block transverse direction Y.
  • the embodiment shown here is particularly advantageous, in which the inclination 30 increases from the central transverse region 26 in the first transition region 27 to the distribution chamber 4 and increases in the second transition region 28 from the central transverse region 26 to the collection chamber 7.
  • the second flow channels 15 at the distribution chamber 4 and at the collection chamber 7 are thus distributed in the block longitudinal direction X over a larger area than in the central transverse region 26 of the heat exchanger block 2.
  • Figures 7 and 8 show second flow channels 15 or wall material of the heat exchanger block 2, which delimits the second flow channels 15, optionally in the first transition region 27 leading to the distribution chamber 4 or in the second transition region leading to the collection chamber 7. 28.
  • Figure 7A shows an isometric view of a second flow channel 15.
  • Figure 7B shows a side view of the second flow channel 15 in a viewing direction parallel to the block height direction Z.
  • Figure 7C shows a side view of the second flow channel 15 in a viewing direction parallel to the block longitudinal direction X.
  • Figure 8 shows an isometric view of several second flow channels 15 arranged next to one another in the block height direction Z.
  • Figures 7 and 8 each show second flow channels 15 which are a comparatively large distance from the block longitudinal center plane 18. In particular, these can be the second flow channels 15 which are furthest away from the block longitudinal center plane 18.
  • the second flow channels 15 can now be expediently configured such that those second flow channels 15 which are spaced apart from or facing away from the block longitudinal center plane 18 have a geometrically varying opening cross-section 45 in the first transition region 27 or in the second transition region 28 along the block transverse direction Y.
  • the second flow channels 15 can be configured such that they have a geometrically constant opening cross-section 45 in the middle transverse region 26 along the block transverse direction Y.
  • the second flow channels 15 have an elliptical opening cross-section 45 in their inlet opening 19 which is elongated in the block longitudinal direction X, i.e., as in Figure 5A, has the larger longitudinal diameter 20 in the block longitudinal direction X.
  • This elliptical opening cross-section 45 then merges into a circular opening cross-section 45 along the block transverse direction Y within the first transition region 27 up to the middle transverse region 26.
  • This circular opening cross-section 45 is located in Figures 7 and 8 at the lower end of the section of the second flow channel 15 shown.
  • Circular cross-sections 45 are shown purely as examples in Figures 5B, 6A and 6B. The same can optionally also apply in the second transition region 28.
  • the second flow channels 15 have an elliptical opening cross-section 45 in their outlet opening 23 opening into the collecting chamber 7, which is elongated in the block longitudinal direction X and which merges into a circular opening cross-section 45 along the block transverse direction Y within the second transition region 28 up to the middle transverse region 26.
  • the distribution chamber 4 has a profile on a distribution side 31 facing the second flow channels 15 that runs transversely to the block height direction Z and is concavely curved towards the interior of the distribution chamber 4.
  • the inlet openings 19 are located in the distribution side 31.
  • the collection chamber 7 has a profile on a collection side 32 facing the second flow channels 15 that runs transversely to the block height direction Z and is concavely curved towards the interior of the collection chamber 7.
  • the outlet openings 23 are located in the collection side 32.
  • each channel transverse row 33 can have more than twenty or more than fifty first flow channels 9.
  • several channel transverse rows 33 are now arranged next to one another in the block height direction Z.
  • the heat exchanger block 1 has a middle height region 34, which is spaced from lateral block ends 35, 36, which face away from one another in the block height direction Z.
  • the channel transverse rows 33 are at least in this middle height region 34, between two adjacent longitudinal channel rows 17, through the heat exchanger block 2. This results in a particularly compact arrangement of intersecting first flow channels 9 and second flow channels 15, which promotes intensive heat transfer.
  • Figure 9 shows an example of two helically designed ribs 37 that extend in a screw shape along the respective second flow channel 15, i.e. along the block transverse direction Y, or along the respective first flow channel 9, i.e. along the block longitudinal direction X. It is clear that more than two such ribs 37 can also be present in the respective channel 9, 15.
  • depressions 38 can be seen which are formed in an inner side 39 which is exposed to the second fluid.
  • the inner side 39 can belong to the collection chamber 7 or to the distribution chamber 4 or to one of the second flow channels 15, preferably in the first transition region 27 or in the second transition region 28.
  • the depressions 38 increase the surface area of the respective inner side 39.
  • the depressions 38 can have a constriction 40 at the transition to the inner side 39.
  • a cross section 41 of the respective depression 38 is larger within the respective depression 38 than within the constriction 40.
  • the cross section 41 is measured transversely to a normal direction 42 of the inner side 39, which is perpendicular to the inner side 39.
  • the cross section 41 measured within the respective depression 38 is also designated 411.
  • the significantly smaller Cross section 41 within the constriction 40 is also designated 412.
  • the heat exchanger 1 is designed as a cross-flow heat exchanger 1, so that the first flow channels 9 penetrate the heat exchanger block 2 in the block longitudinal direction X and fluidically connect an inflow side 10 of the heat exchanger block 2 exposed to the first fluid with an outflow side 12 of the heat exchanger block 2 exposed to the first fluid.
  • the first chamber 4 forms a distribution chamber 4 and has the supply connection 5, while the second chamber 7 forms a collection chamber 7 and has the discharge connection 8.
  • Figure 11 now shows, purely by way of example and in a highly simplified manner, another embodiment in which the first chamber 4 has or forms a distribution chamber 46 and a collection chamber 47.
  • This can be achieved, for example, by means of a partition wall 48 which divides the first chamber 4 in order to form the distribution chamber 46 and the collection chamber 47 therein.
  • the first connection 5 is then formed on the distribution chamber 46 and forms a supply connection 5, while the second connection 8 is formed on the collection chamber 47 and forms a discharge connection 8.
  • the second chamber 7 forms a deflection chamber 49 in this case.
  • a web 50 can be formed in the second chamber 7 for this purpose, which guides or supports the flow deflection of the second fluid in the deflection chamber 49.
  • a first group 51 of several second flow channels 15 connects the distribution chamber 46 with the deflection chamber 49.
  • a second group 52 of several second flow channels 15 connects the deflection chamber 49 with the collection chamber 47.
  • the heat exchanger 1 can, however, be designed as a parallel flow heat exchanger 1, in which the first flow channels 9 pass through the heat exchanger block 2 in the block transverse direction Y. In this case, it can then be provided in particular that in the heat exchanger block 2, first flow channels 9 and second flow channels 15 alternate in the block height direction Z and/or in the block longitudinal direction X.
  • Figure 12 shows how in the central transverse region 26, first flow channels 9 and second flow channels 15 alternate in the block longitudinal direction X and cross over in the transition regions 27, 28 in a media-separated manner.
  • the first chamber 4 has or forms a first sub-chamber 53 and a second sub-chamber 54, wherein the first sub-chamber 53 is fluidically connected to the first flow channels 9, while the second sub-chamber 54 is fluidically connected to the second flow channels 15.
  • the second chamber 7 can have or form a third sub-chamber 55 and a fourth sub-chamber 56, wherein the third sub-chamber 55 is fluidically connected to the first flow channels 9, while the fourth sub-chamber 56 is fluidically connected to the second flow channels 15.
  • the first sub-chamber 53 forms a collecting chamber 53 for the first flow channels 9, that the second sub-chamber 54 forms a distribution chamber 54 for the second flow channels 15, that the third sub-chamber 55 forms a distribution chamber 55 for the first flow channels 9, and that the fourth sub-chamber 56 forms a collecting chamber 7 for the second flow channels 15.
  • the first connection 5 serves as a supply connection 5 for the second fluid and is formed on the second sub-chamber.
  • the second connection 8 serves as a discharge connection 8 for the second fluid and is formed on the fourth sub-chamber 56.
  • a third connection 57 serves as a supply connection 57 for the first fluid and is formed on the third sub-chamber 55.
  • a fourth connection 58 serves as a discharge connection 58 for the first fluid and is formed on the first sub-chamber 53.
  • the heat exchanger 1 is designed as a parallel flow heat exchanger 1
  • all of the configurations and features described above for Figures 1 to 10 that relate to the second flow channels 15 can also be implemented in a corresponding manner in the first flow channels 9.
  • the first flow channels 9 in the heat exchanger block 2 can therefore also form longitudinal channel rows with a plurality of first flow channels 9 adjacent in the block longitudinal direction X, wherein a plurality of such longitudinal channel rows are adjacent in the block height direction Z.
  • the second flow channels 15 of the respective longitudinal channel row 17 extend separately from the first chamber 4 to the second chamber 7 and each have separate inlet openings 19 or separate outlet openings 23 there.
  • the second flow channels 15 of the respective longitudinal channel row 17 run separately from one another at least in the middle transverse region 26 of the heat exchanger block 2, while in the first transition region 27 of the heat exchanger block 2 and/or are combined to form a common channel 59 in the second transition region 28 of the heat exchanger block 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1), insbesondere zum Kühlen eines Gases, mit einem additiv gefertigten Wärmeübertragerblock (2), wobei im Wärmeübertrageblock (2) mehrere erste Strömungskanäle (9) zum Führen eines ersten Fluids ausgebildet sind, die den Wärmeübertragerblock (2) durchdringen, wobei am Wärmeübertragerblock (2) an einem ersten Querende (3) eine erste Kammer (4) ausgebildet ist, wobei am Wärmeübertragerblock (2) an einem zweiten Querende (6) eine zweite Kammer (7) ausgebildet ist, wobei im Wärmeübertragerblock (2) mehrere zweite Strömungskanäle (15) zum Führen eines zweiten Fluids ausgebildet sind, die von den ersten Strömungskanälen (9) fluidisch getrennt sind, die den Wärmeübertragerblock (2) in der Blockquerrichtung (Y) durchdringen und die die erste Kammer (4) mit der zweiten Kammer (7) fluidisch verbinden. Eine günstige Verteilung thermischer und/oder mechanischer Spannungen ergibt sich, wenn im Wärmeübertragerblock (2) mehrere zweite Strömungskanäle (15) in der Blocklängsrichtung (X) nebeneinander angeordnet sind und eine Kanallängsreihe (17) bilden und wenn im Wärmeübertragerblock (2) mehrere Kanallängsreihen (17) in der Blockhöhenrichtung (Z) nebeneinander angeordnet sind.

Description

Additiv Gefertigter Wärmeübertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen additiv gefertigten Wärmeübertrager zur mediengetrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, insbesondere zum Kühlen eines Gases.
Bei einer additiven Fertigung, also insbesondere bei einem dreidimensionalen Druckvorgang lassen sich Geometrien realisieren, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden, wie Gießverfahren und spanabhebende Bearbeitung, nicht oder nur mit extrem hohem Aufwand realisierbar sind. Eine additive Fertigung lässt sich mit Kunststoffen und mit Metallen durchführen.
Ein Wärmeübertrager besitzt einen Wärmeübertragerblock, in dem eine mediengetrennte Wärmeübertragung zwischen zwei verschiedenen Fluiden erfolgt. Bei konventioneller Bauweise besteht der Wärmeübertragerblock aus mehreren separaten Bauteilen, die auf geeignete Weise zusammengebaut werden. Beispielsweise umfasst ein konventioneller Wärmeübertragerblock ein Verteilerrohr oder einen Verteilerkasten und ein Sammelrohr oder einen Sammelkasten, die über eine Vielzahl von Verbindungsrohren miteinander fluidisch verbunden sind. Zwischen benachbarten Verbindungsrohren sind durchströmbare Zwischenräume ausgebildet, in denen üblicherweise Lamellen angeordnet sein können. Durch diese Zwischenräume wird ein erstes Fluid hindurchgeführt, das erwärmt oder gekühlt werden soll. Durch die Verbindungsrohre wird ein zweites Fluid hindurchgeführt, das die Wärme zuführen bzw. abführen soll. Über das Verteilerrohr bzw. den Verteilerkasten wird das zweite Fluid den Verbindungsrohren zugeführt. Über das Sammelrohr bzw. den Sammelkasten wird das zweite Fluid von den Verbindungsrohren abgeführt. Im Betrieb des Wärmeübertragers entstehen, insbeson- dere an den Übergängen zwischen den Verbindungsrohren und dem Verteilerrohr bzw. dem Sammelrohr thermische und/oder mechanische Spannungsspitzen, die der Wärmeübertragerblock tolerieren muss. Dadurch ist der Wärmeübertragerblock zwangsläufig an vielen Stellen überdimensioniert. Des Weiteren korreliert die Wärmeübertragungsleistung eines Wärmeübertragers mit der für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Oberfläche. Dabei ist beispielsweise die Anzahl der realisierbaren Verbindungsrohre durch deren Herstellbar- keit, den Raumbedarf und die jeweils zur Anwendung kommende Verbindungstechnik, in der Regel ein Lötverfahren, begrenzt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine effiziente Wärmeübertragung auszeichnet, wobei außerdem eine Reduzierung von thermischen und/oder mechanischen Spannungsspitzen innerhalb des Wärmeübertragerblocks angestrebt wird.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Wärmeübertragerblock additiv zu fertigen, derart, dass im Wärmeübertragerblock eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zum Führen eines ersten Fluids ausgebildet sind, die den Wärmeübertragerblock in einer Richtung, beispielsweise in der Blocklängsrichtung oder in der Blockquerrichtung, durchdringen, so dass das erste Fluid in den ersten Strömungskanälen in der durch diese Kanäle definierten Richtung durch den Wärmeübertragerblock hindurchströmen kann. Ferner wird am Wärmeübertragerblock an einem ersten Querende eine erste Kammer ausgebildet, die sich beispielsweise in der Blockhöhenrichtung erstreckt. Der Wärmeübertrager weist einen ersten Anschluss zum Zuführen oder Abführen eines zweiten Fluids auf. Außerdem wird am Wärmeübertragerblock an einem zweiten Querende, das in der Blockquerrichtung vom ersten Querende abgewandt ist, eine zweite Kammer ausgebildet, die sich in der Blockhöhenrichtung erstreckt. Der Wärmeübertrager weist einen zweiten Anschluss zum Abführen oder Zuführen des zweiten Fluids auf. Darüber hinaus wird in Wärmeübertragerblock eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zum Führen des zweiten Fluids ausgebildet, die von den ersten Strömungskanälen fluidisch getrennt sind, die den Wärmeübertragerblock in der Blockquerrichtung durchdringen und die die erste Kammer mit der zweiten Kammer fluidisch verbinden. Durch die additive Fertigung des Wärmeübertragerblocks ist es dabei möglich, im Wärmeübertragerblock mehrere zweite Strömungskanäle in der Blocklängsrichtung nebeneinander bzw. hintereinander anzuordnen, um eine Kanallängsreihe zu bilden. Im Wärmeübertragerblock sind dann mehrere solche Kanallängsreihen in der Blockhöhenrichtung nebeneinander angeordnet. Beispielsweise können in der jeweiligen Kanallängsreihe mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, Verbindungskanäle in der Blocklängsrichtung nebeneinander angeordnet sein. Im Vergleich zu einem herkömmlich gefertigten Wärmeübertragerblock, bei dem in der Blocklängsrichtung maximal zwei Verbindungsrohre nebeneinander angeordnet sind, ergibt sich durch die hier vorgeschlagene Bauweise bei gleichem Bauraumbedarf eine extreme Vergrößerung der für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Oberfläche. Ferner steht bei der additiven Bauweise mehr Material im Wärmeübertragerblock für die Wärmeübertragung zur Verfügung, da die zweiten Strömungskanäle und die ersten Strömungskanäle durch das Material des Wärmeübertragerblocks hindurchgeführt sind. Im Unterschied dazu wird bei herkömmlicher Bauweise das Material des Wärmeübertragerblocks ausschließlich durch die Rohrwände der Verbindungsrohre und durch die Wände der gegebenenfalls zwischen den Verbindungsrohren angeordneten Lamellen gebildet. Damit steht beim additiv gefertigten Wärmeübertragerblock mehr Material zur Wärmeübertragung zur Verfügung.
Während bei konventioneller Fertigung des Wärmeübertragerblocks die Verbindungsrohre eine das Verteilerrohr, respektive den Verteilerkasten, bzw. das Sammelrohr, respektive den Sammelkasten, begrenzende Seitenwand durchdringen und dadurch in das Innere des Verteilerrohrs/Verteilerkastens bzw. des Sammel- rohrs/Verteilerkastens vorstehen und dort ein Strömungshindernis bilden, ist ein derartiger Überstand bei einer additiven Fertigung nicht erforderlich, wodurch sich eine signifikante Reduzierung des Durchströmungswiderstands des Wärmeübertragers für das zweite Fluid ergibt.
Ein derartiger Wärmeübertrager kann beispielsweise an einer Wasserstofftankstelle zum Einsatz kommen, um beim Befüllen eines Fahrzeugtanks den Wasserstoff zu kühlen.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt der Wärmeübertragerblock eine quer zur Blocklängsrichtung verlaufende Blocklängsmittelebene, die sich bezüglich der Blocklängsrichtung mittig durch den Wärmeübertragerblock erstreckt. Außerdem können die Verbindungskanäle hinsichtlich ihres Durchströmungswiderstands so konfiguriert sein, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe die Größe des Durchströmungswiderstands des jeweiligen zweiten Strömungskanals mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals von der Blocklängsmittelebene korreliert, sodass die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen größeren Abstand aufweisen, einen größeren Durchströmungswiderstand aufweisen als zweite Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen kleineren Abstand aufweisen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass während des Betriebs des Wärmeübertragers der Volumenstrom des zweiten Fluids auf die zweiten Strömungskanäle innerhalb der jeweiligen Kanallängsreihe ungleich verteilt wird, derart, dass durch die zweiten Strömungskanäle im Bereich der Blocklängsmittelebene jeweils ein größerer Volumenstrom fließt als in zweiten Strömungskanälen, die von der Blocklängsmittelebene beabstandet sind, wobei der Volumenstrom mit zunehmendem Abstand von der Blocklängsmittelebene weiter abnimmt. Hierdurch lassen sich Spannungsspitzen abbauen. Diese Bauform nutzt die Erkenntnis, dass thermische und/oder mechanische Spannungen am Übergang zwischen den zweiten Strömungskanälen und der ersten und/oder zweiten Kammer, insbesondere der Verteilerkammer und/oder der Sammelkammer, mit dem Abstand von der Blocklängsmittelebene korrelieren. Mit zunehmendem Abstand von der Blocklängsmittelebene nehmen diese Spannungen zu. Durch Reduzierung der Durchflussmenge lassen sich die Spannungen in der Blocklängsrichtung homogenisieren.
Im vorliegenden Zusammenhang ist eine "Konfiguration" gleichbedeutend mit einer "Ausgestaltung", sodass die Formulierung "so konfiguriert, dass" gleichbedeutend ist mit der Formulierung "so ausgestaltet, dass".
Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei der die zweiten Strömungskanäle hinsichtlich ihrer durchström baren Querschnittsfläche so konfiguriert sind, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe die Größe der durchström baren Querschnittsfläche des jeweiligen zweiten Strömungskanals mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals von der Blocklängsmittelebene korreliert, und zwar derart, dass die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen größeren Abstand aufweisen, eine kleinere durchström bare Querschnittsfläche aufweisen als zweite Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen kleineren Abstand aufweisen. Der Durchströmungswiderstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals korreliert mit der durchström baren Querschnittsfläche des jeweiligen zweiten Strömungskanals. Je größer die durch- strömbare Querschnittsfläche, desto geringer der Durchströmungswiderstand. Über die durchströmbare Querschnittsfläche lässt sich somit besonders einfach der Durchströmungswiderstand beeinflussen. Alternativ dazu lässt sich der Durchströmungswiderstand der zweiten Strömungskanäle auch mithilfe anderer Maßnahmen beeinflussen. Beispielsweise können im Rahmen der additiven Fertigung in zweiten Strömungskanälen, die einen höheren Durchströmungswiderstand aufweisen sollen, Strömungshindernisse eingearbeitet werden, wie zum Beispiel Schikanen, Strömungsleitflächen, Rippen und Noppen.
Der Wärmeübertragerblock besitzt einen mittleren Querbereich, der vom ersten Querende und vom zweiten Querende beabstandet ist und der über einen ersten Übergangsbereich am ersten Querende in die erste Kammer übergeht und über einen zweiten Übergangsbereich am zweiten Querende in die zweite Kammer übergeht. Die vorstehend erläuterte Konfiguration der zweiten Strömungskanäle hinsichtlich ihrer durchström baren Querschnittsfläche gilt vorzugsweise zumindest im mittleren Querbereich, da dort über die in der Blockquerrichtung gemessene Länge der zweiten Strömungskanäle der größte Einfluss auf den Durchströmungswiderstand erfolgt. Zweckmäßig gilt die vorstehend erläuterte Konfiguration der zweiten Strömungskanäle hinsichtlich ihrer durchström baren Querschnittsfläche auch im ersten Übergangsbereich, der die erste Kammer mit dem mittleren Querbereich verbindet. Optional kann die vorstehend erläuterte Konfiguration der zweiten Strömungskanäle hinsichtlich ihrer durchström baren Querschnittsfläche auch für den zweiten Übergangsbereich gelten, der den mittleren Querbereich mit der zweiten Kammer verbindet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die erste Kammer eine Verteilerkammer bilden oder aufweisen, die das zweite Fluid den zweiten Strömungskanälen zuführt, wobei der erste Anschluss einen Zuführanschluss zum Zuführen des zweiten Fluids zur Verteilerkammer bildet. Der Wärmeübertragerblock kann eine quer zur Blocklängsrichtung verlaufende Blocklängsmittelebene aufweisen, die sich bezüglich der Blocklängsrichtung mittig durch den Wärmeübertragerblock erstreckt. Ferner können die zweiten Strömungskanäle an der Verteilerkammer jeweils eine Eintrittsöffnung mit einem durchströmbaren runden Eintrittsquerschnitt aufweisen. Diese runden Eintrittsquerschnitte weisen einen in der Blocklängsrichtung gemessenen Längsdurchmesser und einen in der Blockhöhenrichtung gemessenen Höhendurchmesser auf. Die zweiten Strömungskanäle können nun hinsichtlich ihres Eintrittsquerschnitts so konfiguriert sein, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe die Größe des Längsdurchmessers des Eintrittsquerschnitts der Eintrittsöffnung des jeweiligen zweiten Strömungskanals mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals von der Blocklängsmittelebene korreliert, und zwar derart, dass die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen größeren Abstand aufweisen, einen Eintrittsquerschnitt mit größerem Längsdurchmesser aufweisen als zweite Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen kleineren Abstand aufweisen. Mit anderen Worten, die Eintrittsquerschnitte der Eintrittsöffnungen werden mit zunehmendem Abstand von der Blocklängsmittelebene hinsichtlich ihres Längsdurchmessers immer größer. Diese Maßnahme trägt zur Reduzierung der thermischen und/oder mechanischen Spannungsspitzen bei.
Vorteilhaft ist dabei eine Konfiguration, bei der bei allen Eintrittsöffnungen der Längsdurchmesser der Eintrittsquerschnitte mindestens so groß ist wie der Höhendurchmesser. Insbesondere können die Eintrittsquerschnitte kreisförmig oder elliptisch sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Höhendurchmesser des Eintrittsquerschnitts der Eintrittsöffnung des jeweiligen zweiten Strömungskanals bei allen zweiten Strömungskanälen der jeweiligen Kanallängsreihe gleich groß sein. In der Folge sind die Eintrittsquerschnitte der Eintrittsöffnungen von zweiten Strömungskanälen, die von der Blocklängsmittelebene beabstandet sind, flach bzw. länglich. Ferner können die Eintrittsquerschnitte der Eintrittsöffnungen der im Bereich der Blocklängsm ittelebene angeordneten zweiten Strömungskanäle kreisförmig sein, während die Eintrittsquerschnitte der Eintrittsöffnungen der von der Blocklängsmittelebene beabstandeten zweiten Strömungskanäle elliptisch sind, wobei die elliptischen Querschnitte mit zunehmendem Abstand der zweiten Strömungskanäle von der Blocklängsmittelebene immer flacher bzw. länglicher werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Kammer eine Sammelkammer bildet oder aufweist, die das von den zweiten Strömungskanälen kommende zweite Fluid aufnimmt, wobei dann der zweite Anschluss einen Abführanschluss zum Abführen des zweiten Fluids von der Sammelkammer bildet.
Vorzugsweise gilt das vorstehend zum Übergang zwischen der Verteilerkammer und den zweiten Strömungskanälen Gesagte auch für den Übergang von den zweiten Strömungskanälen zur Sammelkammer. Dementsprechend weisen die zweiten Strömungskanäle an der Sammelkammer zweckmäßig jeweils eine Austrittsöffnung mit einem durchströmbaren runden Austrittsquerschnitt auf, wobei die Austrittsquerschnitte einen in der Blocklängsrichtung gemessenen Längs- durchmesser und einen in der Blockhöhenrichtung gemessenen Höhendurchmesser aufweisen. Die zweiten Strömungskanäle sind nun zweckmäßig hinsichtlich ihres Austrittsquerschnitts so konfiguriert, dass in der jeweiligen Kanallängs- reihe die Größe des Längsdurchmessers des Austrittsquerschnitts des jeweiligen zweiten Strömungskanals mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals von der Blocklängsmittelebene korreliert, sodass die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen größeren Abstand aufweisen, einen Austrittsquerschnitt mit größerem Längsdurchmesser aufweisen als zweite Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene einen kleineren Abstand aufweisen. Vorzugsweise kann auch hier vorgesehen sein, dass der Höhendurchmesser des Austrittsquerschnitts des jeweiligen zweiten Strömungskanals bei allen zweiten Strömungskanälen der jeweiligen Kanallängsreihe gleich groß ist. Auch hier kann zweckmäßig gelten, dass der Längsdurchmesser gleich groß ist wie der Höhendurchmesser oder größer ist als der Höhendurchmesser. Damit können die Austrittsquerschnitte im Bereich der Blocklängsmittelebene insbesondere kreisförmig sein, während sie beabstandet zur Blocklängsmittelebene elliptisch ausgestaltet sein können, wobei die elliptischen Querschnitte mit zunehmendem Abstand von der Blocklängsmittelebene immer flacher bzw. länglicher werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Wärmeübertragerblock einen mittleren Querbereich aufweisen, der vom ersten Querende und vom zweiten Querende beabstandet ist. Die zweiten Strömungskanäle weisen eine durchströmbare Querschnittsfläche auf und können so konfiguriert sein, dass ihre durchströmbare Querschnittsfläche von einer an der ersten Kammer mündenden ersten Öffnung bis zum mittleren Querbereich abnimmt und/oder vom mittleren Querbereich bis zu einer an der zweiten Kammer mündenden zweiten Öffnung zunimmt. Mit anderen Worten, die zweiten Strömungskanäle weisen entlang der Blockhöhenrichtung eine variierende durchströmbare Querschnittsfläche auf. Hierdurch lassen sich thermische und/oder mechanische Spannungsspitzen am Übergang zwischen den Verbindungskanälen und der ersten Kammer und/oder der zweiten Kammer reduzieren.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Wärmeübertragerblock einen mittleren Querbereich aufweisen, der vom ersten Querende und vom zweiten Querende beabstandet ist. Ferner weist der Wärmeübertragerblock am ersten Querende einen ersten Übergangsbereich, der die erste Kammer mit dem mittleren Querbereich verbindet, und am zweiten Querende einen zweiten Übergangsbereich auf, der die zweite Kammer mit dem mittleren Querbereich verbindet. Außerdem weist der Wärmeübertragerblock eine quer zur Blocklängsrichtung verlaufende Blocklängsmittelebene auf. Die zweiten Strömungskanäle können nun so konfiguriert sein, dass sie im mittleren Querbereich parallel zur Blockquerrichtung verlaufen. Darüber hinaus können die zweiten Strömungskanäle so konfiguriert sein, dass zweite Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene beabstandet sind, im ersten Übergangsbereich und/oder im zweiten Übergangsbereich geneigt zur Blockquerrichtung verlaufen, wobei die Neigung vom mittleren Querbereich bis zur ersten Kammer und/oder bis zur zweiten Kammer zunimmt. Damit ergibt sich für die zweiten Strömungskanäle im jeweiligen Übergangsbereich ein fächerartiger Verlauf. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Bauform thermische und/oder mechanische Spannungsspitzen im jeweiligen Übergangsbereich reduziert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Wärmeübertragerblock einen mittleren Querbereich auf, der vom ersten Querende und vom zweiten Querende beabstandet ist, wobei der Wärmeübertragerblock am ersten Querende einen ersten Übergangsbereich, der die erste Kammer mit dem mittleren Querbereich verbindet, und am zweiten Querende einen zweiten Übergangsbereich aufweist, der die zweite Kammer mit dem mittleren Querbereich verbindet. Der Wärmeübertragerblock weist außerdem eine quer zur Blocklängsrichtung verlaufende Blocklängsmittelebene auf. Vorteilhaft können die zweiten Strömungskanäle nun so konfiguriert sein, dass zumindest diejenigen zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene beabstandet oder abgewandt sind, im ersten Übergangsbereich und/oder im zweiten Übergangsbereich entlang der Blockquerrichtung einen geometrisch variierenden Öffnungsquerschnitt aufweisen. Die von der Blocklängsmittelebene abgewandten zweiten Strömungskanäle sind diejenigen zweiten Strömungskanäle, die innerhalb der jeweiligen Kanallängsreihe den größten Abstand von der Blocklängsm ittelebene aufweisen. Durch den geometrisch variierenden Öffnungsquerschnitt lassen sich thermische und/oder mechanische Spannungsspitzen im jeweiligen Übergangsbereich reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können zumindest die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene beabstandet oder abgewandt sind, im mittleren Querbereich ein einen entlang der Blockquerrichtung geometrisch konstanten Öffnungsquerschnitt aufweisen. Mit anderen Worten, die Öff- nungsquerschnitte der zweiten Strömungskanäle sind, entlang der Blockquerrichtung im mittleren Querbereich konstant, während sie in den beiden Übergangsbereichen variieren.
Grundsätzlich ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der sich die zweiten Strömungskanäle der jeweiligen Kanallängsreihe separat von der ersten Kammer bis zur zweiten Kammer erstrecken und dort jeweils separate Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die Strömungskanäle der jeweiligen Kanallängsreihe zumindest in einem mittleren Querbereich des Wärmeübertragerblocks, der vom ersten Querende und vom zweiten Querende beabstandet ist, separat voneinander verlaufen, während sie in einem ersten Übergangsbereich des Wärmeübertragerblocks, der zur ersten Kammer führt, und/oder in einem zweiten Übergangsbereich des Wärmeübertragerblocks, der zur zweiten Kammer führt, zu einem gemeinsamen Kanal zusammengefasst sind.
Gemäß einer anderen Weiterbildung können zumindest die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsmittelebene beabstandet oder abgewandt sind, in einer in die erste Kammer mündenden ersten Öffnung einen elliptischen Öffnungsquerschnitt aufweisen, der in der Blocklängsrichtung länglich ist und der entlang der Blockquerrichtung innerhalb des ersten Übergangsbereichs bis zum mittleren Querbereich in einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt übergeht. Zusätzlich oder alternativ können zumindest die zweiten Strömungskanäle, die von der Blocklängsm ittelebene beabstandet oder abgewandt sind, in einer in die zweite Kammer mündenden zweiten Öffnung einen elliptischen Öffnungsquerschnitt aufweisen, der in der Blocklängsrichtung länglich ist und der entlang der Blockquerrichtung innerhalb des zweiten Übergangsbereichs bis zum mittleren Querbereich in einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt übergeht. Insbesondere können somit die elliptischen ersten Öffnungen im ersten Übergangsbereich in kreisförmige Öffnungsquerschnitte übergehen, die innerhalb des mittleren Querbereichs insbesondere konstant kreisförmig bleiben und die im zweiten Übergangsbereich wieder in elliptische zweite Öffnungen übergehen können. Die Verwendung von runden Querschnitten in den zweiten Strömungskanälen, insbesondere von elliptischen und kreisförmigen Querschnitten, reduziert thermische und/oder mechanische Spannungen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann wieder vorgesehen sein, dass die erste Kammer eine Verteilerkammer bildet oder aufweist, die das zweite Fluid den zweiten Strömungskanälen zuführt, wobei der erste Anschluss einen Zuführanschluss zum Zuführen des zweiten Fluids zur Verteilerkammer bildet. In diesem Fall kann die Verteilerkammer an einer den Verbindungskanälen zugewandten Verteilerseite ein quer zur Blockhöhenrichtung verlaufendes Profil aufweisen, das zum Inneren der Verteilerkammer hin konkav gewölbt ist. Zusätzlich oder alternativ kann bei einer Ausführungsform, bei der die zweite Kammer eine Sammelkammer bildet oder aufweist, die das von den zweiten Strömungskanälen kommende zweite Fluid aufnimmt, und bei der der zweite Anschluss einen Abführanschluss zum Abführen des zweiten Fluids von der Sammelkammer bildet, optional vorgesehen sein, dass die Sammelkammer an einer den Verbindungskanälen zugewandten Sammelseite ein quer zur Blockhöhenrichtung ver- laufendes Profil aufweist, das zum Inneren der Sammelkammer hin konkav gewölbt ist. Durch das gewölbte oder gekrümmte Profil an der Verteilerseite der Verteilerkammer bzw. an der Sammelseite der Sammelkammer lassen sich thermische und/oder mechanische Spannungsspitzen reduzieren.
Die zweiten Strömungskanäle, bei denen der geometrische Querschnitt entlang der Blockquerrichtung variiert, können optional so konfiguriert sein, dass ihre durchströmbare Querschnittsfläche entlang der Blockquerrichtung konstant ist bzw. bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in mehreren oder in allen ersten und/oder zweiten Strömungskanälen Rippen oder Noppen in den durchströmbaren Querschnitt vorstehen, sodass die Rippen oder Noppen vom zweiten Fluid anströmbar und/oder umströmbar sind. Hierdurch kann die zur Wärmeübertragung bereitgestellte Oberfläche in den jeweiligen Verbindungskanälen vergrößert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können die Rippen helixartig ausgestaltet sein, sodass sie sich schraubenförmig entlang des jeweiligen zweiten Strömungskanals in der Blockquerrichtung oder entlang des jeweiligen erste Strömungskanals in der Blocklängsrichtung oder in der Blockquerrichtung erstrecken. Die helixartigen Rippen erhöhen die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche und zeichnen sich durch einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand aus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die erste und/oder die zweite Kammer an einer dem zweiten Fluid ausgesetzten Innenseite Vertiefungen zur Vergrößerung der Oberfläche der Innenseite aufweisen. Insbesondere bei einem Wärmeübertrager, der in einem Kältekreis verwendet wird und darin einen Verdampfter bildet, können diese Vertiefungen signifikant die Verdampfung des Kältemittels verbessern. Derartige Vertiefungen werden auch als Re-Entry Cavity bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können mehrere oder alle zweiten Strömungskanäle zumindest in einem an den ersten oder zweiten Kasten anschließenden Übergangsbereich des Wärmeübertragerblocks an ihrer dem zweiten Fluid ausgesetzten Innenseite Vertiefungen zur Vergrößerung der Oberfläche der Innenseite aufweisen. Auch diese Maßnahme verbessert die Wärmeübertragung und unterstützt bei einem Einsatz als Verdampfer die Verdampfung des zweiten Fluids.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Vertiefungen am Übergang zur Innenseite eine Verengung aufweisen, sodass ein quer zur Normalrichtung der Innenseite verlaufender Querschnitt der jeweiligen Vertiefung innerhalb der jeweiligen Vertiefung größer ist als innerhalb der Verengung. Damit bildet die Verengung einen Hinterschnitt. Derartige Vertiefungen oder Hinterschnitte lassen sich mit konventionellen Fertigungsmethoden nicht oder nur extrem schwierig herstellen. Es hat sich gezeigt, dass Vertiefungen mit einer solchen Verengung das Siedeverhalten des zweiten Fluids signifikant unterstützen und die Effizienz des als Verdampfer verwendeten Wärmeübertragers verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Wärmeübertrager als Kühler zum Kühlen des ersten Fluids mithilfe des zweiten Fluids ausgestaltet sein, wobei das erste Fluid ein flüssiges Kühlmittel ist, während das zweite Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas ist. Alternativ dazu kann der Wärmeübertrager als Verdampfer zum Kühlen des ersten Fluids mithilfe des zweiten Fluids ausgestaltet sein, wobei das erste Fluid ein zweiphasiges Kältemittel ist, während das zweite Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas ist. Das Kältemittel ist zweiphasig, da es im Verdampfer verdampft werden soll, sodass es am Zuführanschluss weitgehend flüssig ist, während es am Abführanschluss weitgehend gasförmig ist.
Wie weiter oben bereits erläutert, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Kammer eine Verteilerkammer bildet und den ersten Anschluss aufweisen, der dann einen Zuführanschluss bildet. Die zweite Kammer bildet dann eine Sammelkammer und weist den zweiten Anschluss auf, der einen Abführanschluss bildet. Die Verteilerkammer und die Sammelkammer sind über die zweiten Strömungskanäle fluidisch miteinander verbunden. Damit strömt das zweite Fluid einmal in der Blockquerrichtung durch den Wärmeübertragerblock, nämlich von der Verteilerkammer durch die zweiten Strömungskanäle zur Sammelkammer. Bei einer anderen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die erste Kammer eine Verteilerkammer und eine Sammelkammer aufweist oder bildet, wobei dann der erste Anschluss an der Verteilerkammer ausgebildet ist und einen Zuführanschluss bildet, während der zweite Anschluss an der Sammelkammer ausgebildet ist und einen Abführanschluss bildet. Die zweite Kammer bildet in diesem Fall eine Umlenkkammer. Die Umlenkkammer ist über die zweiten Strömungskanäle mit der Verteilerkammer und mit der Sammelkammer fluidisch verbunden. Damit strömt bei dieser Ausgestaltung das zweite Fluid zweimal durch den Wärmeübertragerblock, nämlich von der Verteilerkammer durch eine erste Gruppe von zweiten Strömungskanälen zur Umlenkkammer und von der Umlenkkammer durch eine zweite Gruppe von zweiten Strömungskanälen zur Sammelkammer. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmeübertrager als Kreuzstromwärmeübertrager ausgestaltet ist, bei dem also die ersten Strömungskanäle und die zweiten Strömungskanäle nach dem Kreuzstromprinzip durch den Wärmeübertragerblock hindurchgeführt sind, sich darin also mediengetrennt kreuzen oder queren. In der Folge durchsetzen die ersten Strömungskanäle den Wärmeübertragerblock in der Blocklängsrichtung und verbinden fluidisch eine dem ersten Fluid ausgesetzte Anströmseite des Wärmeübertragerblocks mit einer dem ersten Fluid ausgesetzten Abströmseite des Wärmeübertragerblocks.
Gemäß einer vorteilhaft Ausführungsform können im Wärmeübertragerblock mehrere erste Strömungskanäle in der Blockquerrichtung nebeneinander angeordnet sein und eine Kanalquerreihe bilden. Im Wärmeübertragerblock sind dann mehrere Kanalquerreihen in der Blockhöhenrichtung nebeneinander angeordnet. Der Wärmeübertragerblock weist einen mittleren Höhenbereich auf, der von seitlichen Blockenden beabstandet ist, die in der Blockhöhenrichtung voneinander abgewandt sind. Die Kanalquerreihen können nun zumindest im mittleren Höhenbereich des Wärmeübertragerblocks jeweils zwischen zwei benachbarten Kanal- längsreihen durch den Wärmeübertragerblock hindurchgeführt sein. Somit ergibt sich eine extrem kompakte Bauweise mit sehr großen Oberflächen zur Kontaktierung mit dem ersten Fluid und mit dem zweiten Fluid. Während bei konventioneller Bauweise der Wärmeübertragerblock zwischen zwei benachbarten Verbindungsrohren jeweils nur einen durchströmbaren Zwischenraum aufweist, in dem Lamellen zur Oberflächenvergrößerung angeordnet sein können, lassen sich beim additiv gefertigten Wärmeübertragerblock mehrere, vorzugsweise mehr als zehn, insbesondere mehr als zwanzig, erste Strömungskanäle in der Blockquerrichtung nebeneinander anordnen, um die jeweilige Kanalquerreihe zu bilden. Alternativ zur Kreuzstrombauweise kann bei einer anderen Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager als Parallelstromwärmeübertrager ausgestaltet ist, bei dem also die ersten Strömungskanäle und die zweiten Strömungskanäle nach dem Parallelstromprinzip durch den Wärmeübertragerblock hindurchgeführt sind, sich darin also mediengetrennt parallel zueinander erstrecken. In der Folge durchsetzen die ersten Strömungskanäle den Wärmeübertragerblock in der Blockquerrichtung. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich im Wärmeübertragerblock erste Strömungskanäle und zweite Strömungskanäle in der Blockhöhenrichtung und/oder in der Blocklängsrichtung abwechseln. Hierdurch kann die Effizienz der Wärmeübertragung verbessert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann dabei vorgesehen sein, dass die erste Kammer eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer aufweist o- der bildet, wobei die erste Teilkammer mit den ersten Strömungskanälen fluidisch verbunden ist, während die zweite Teilkammer mit dem zweiten Strömungskanälen fluidisch verbunden ist. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zweite Kammer eine dritte Teilkammer und eine vierte Teilkammer aufweist oder bildet, wobei die dritte Teilkammer mit den ersten Strömungskanälen fluidisch verbunden ist, während die vierte Teilkammer mit dem zweiten Strömungskanälen fluidisch verbunden ist. Zweckmäßig kann dabei jede Teilkammer einen eigenen Anschluss zum Zuführen bzw. Abführen des ersten oder zweiten Fluids aufweisen. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauform realisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die erste Teilkammer eine Sammelkammer für die ersten Strömungskanäle bildet und einen Abführanschluss für das erste Fluid aufweist, bei der die zweite Teilkammer eine Verteilerkammer für die zweiten Strömungskanäle bildet und einen Zuführanschluss für das zweite Fluid aufweist, bei der die dritte Teilkammer eine Verteilerkammer für die ersten Strömungskanäle bildet und einen Zuführanschluss für das erste Fluid aufweist, und bei der die vierte Teilkammer eine Sammelkammer für die zweiten Strömungskanäle bildet und einen Abführanschluss für das zweite Fluid aufweist. Auch diese Ausgestaltung unterstützt eine kompakte Bauform.
Bei der Ausgestaltung als Parallelstromwärmeübertrager kann außerdem vorgesehen sein, dass alle ersten und zweiten Strömungskanäle in einem mittleren Querbereich parallel zueinander verlaufen, während sich mehrere oder alle ersten und zweiten Strömungskanäle in einem ersten Übergangsbereich, der zur ersten und zweiten Teilkammer führt, und/oder in einem zweiten Übergangsbereich, der zur dritten und vierten Teilkammer führt, mediengetrennt kreuzen oder queren. Auch dies unterstützt eine effiziente Wärmeübertragung bei kompakter Bauform.
Sofern der Wärmeübertrager als Parallelstromwärmeübertrager ausgestaltet ist, können alle vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen und Merkmale, die sich auf die zweiten Strömungskanäle beziehen, auch in entsprechender Weise bei den ersten Strömungskanälen realisiert werden. Dies gilt insbesondere für die geometrischen Ausgestaltungen der Öffnungen, die an der jeweiligen Kammer bzw. Teilkammer münden, und/oder für das Variieren der durchströmbaren Querschnitte in der Blockquerrichtung innerhalb der Strömungskanäle und in der Blocklängsrichtung bei benachbarten Strömungskanälen. Insbesondere können daher auch die ersten Strömungskanäle im Wärmeübertragerblock Kanallängs- reihen mit mehreren in der Blocklängsrichtung benachbarten ersten Strömungskanälen ausbilden, wobei mehrere solcher Kanallängsreihen in der Blockhöhenrichtung benachbart sind.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den durch die Ansprüche definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Figur 1 eine stark vereinfachte Seitenansicht eines Wärmeübertragers,
Figur 2 eine geschnittene isometrische Ansicht des Wärmeübertragers im
Bereich einer Verteilerkammer,
Figur 3 eine geschnittene isometrische Ansicht des Wärmeübertragers im Bereich einer Sammelkammer,
Figur 4 ein vergrößertes Detail IV aus Figur 2, Figur 5 stark vereinfachte Querschnitte von zweiten Strömungskanälen an Eintrittsöffnungen oder Austrittsöffnungen bei verschiedenen Strömungskanälen A und B,
Figur 6 Querschnitte wie in Figur 5, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
Figur 7 verschiedene Ansichten eines zweiten Strömungskanals in einem Übergangsbereich in unterschiedlichen Blickrichtungen A, B, C,
Figur 8 eine isometrische Ansicht mehrerer zweiter Strömungskanäle in einem Übergangsbereich,
Figur 9 eine isometrische Ansicht eines Längsabschnitts eines zweiten Strömungskanals oder eines ersten Strömungskanals mit Rippen,
Figur 10 eine stark vereinfachte Schnittansicht im Bereich von Vertiefungen,
Figur 11 eine stark vereinfachte Schnittansicht des Wärmeübertragers bei einer Ausführungsform mit Kreuzstrom,
Figur 12 eine stark vereinfachte Schnittansicht des Wärmeübertragers bei einer Ausführungsform mit Parallelstrom,
Figur 13 eine stark vereinfachte Schnittansicht des Wärmeübertragers im Bereich einer Kammer bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend Figur 1 umfasst ein additiv gefertigter Wärmeübertrager 1 einen additiv gefertigten Wärmeübertragerblock 2, der eine Blocklängsrichtung X, eine Blockquerrichtung Y und eine Blockhöhenrichtung Z aufweist, die senkrecht zueinander verlaufen. In Figur 1 erstreckt sich die Blocklängsrichtung X senkrecht zur Zeichnungsebene, während die Blockquerrichtung Y vertikal verläuft und die Blockhöhenrichtung Z horizontal verläuft.
Am Wärmeübertragerblock 2 ist an einem ersten Querende 3 eine erste Kammer 4 ausgebildet, die sich in der Blockhöhenrichtung Z längserstreckt und die einen ersten Anschluss 5 aufweist. Im hier gezeigten Beispiel bildet die erste Kammer 4 eine Verteilerkammer 4 und der erste Anschluss 5 bildet einen Zuführanschluss 5. Am Wärmeübertragerblock 2 ist außerdem an einem zweiten Querende 6, das in der Blockquerrichtung Y vom ersten Querende 3 abgewandt ist, eine zweite Kammer 7 ausgebildet, die sich in der Blockhöhenrichtung Z längserstreckt und die einen zweiten Anschluss 8 aufweist. Im hier gezeigten Beispiel bildet die zweite Kammer 7 eine Sammelkammer 7 und der zweite Anschluss 8 bildet einen Abführanschluss 8.
Gemäß den Figuren 1 bis 3 ist im Wärmeübertragerblock 2 eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen 9 zum Führen eines ersten Fluids ausgebildet, die den Wärmeübertragerblock 2 in der Blocklängsrichtung X durchdringen und die eine dem ersten Fluid ausgesetzte Anströmseite 10 des Wärmeübertragerblocks 2, die sich an einem in den Figuren 1 bis 3 dem Betrachter zugewandten ersten Längsende 11 des Wärmeübertragerblocks 2 befindet, mit einer dem ersten Fluid ausgesetzten Abströmseite 12 fluidisch verbinden, die sich an einem in den Figuren 1 bis 3 vom Betrachter abgewandten zweiten Längsende 13 des Wärmeübertragerblocks 2 befindet. Eine sich während des Betriebs des Wärmeübertragers 1 einstellende Durchströmung des Wärmeübertragerblocks 2 bzw. der ersten Strömungskanäle 9 mit dem ersten Fluid ist in den Figuren 2 und 3 durch Pfeile angedeutet und mit 14 bezeichnet. Gemäß den Figuren 2 und 3 ist im Wärmeübertragerblock 2 außerdem eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen 15 zum Führen eines zweiten Fluids ausgebildet, die von den ersten Strömungskanälen 9 fluidisch getrennt sind. Die zweiten Strömungskanäle 15 durchdringen den Wärmeübertragerblock 2 in der Blockquerrichtung Y und verbinden die Verteilerkammer 4 fluidisch mit der Sammelkammer 7. Eine sich während des Betriebs des Wärmeübertragers 1 einstellende Durchströmung des Wärmeübertragerblocks 2 bzw. der Verteilerkammer 4, der Verbindungsrohre 15 und der Sammelkammer 7 mit dem zweiten Fluid ist in den Figuren 1 bis 3 durch Pfeile angedeutet und mit 16 bezeichnet.
Gemäß den Figuren 2 und 3 sind im Wärmeübertragerblock 2 mehrere zweite Strömungskanäle 15 in der Blocklängsrichtung X nebeneinander angeordnet und bilden eine Kanallängsreihe 17. Im gezeigten Beispiel enthält jede Kanallängs- reihe 17 zehn zweite Strömungskanäle 15. Im Wärmeübertragerblock 2 sind mehrere Kanallängsreihen 17 in der Blockhöhenrichtung Z nebeneinander angeordnet. Beispielsweise sind in den Figuren 2 und 3 jeweils neun solche Kanallängsreihen 17 erkennbar. Es ist klar, dass im Wärmeübertragerblock 2 auch deutlich mehr Kanallängsreihen 17 in der Blockhöhenrichtung Z nebeneinander angeordnet sein können, beispielsweise mehr als fünfzig.
Der Wärmeübertragerblock 2 besitzt eine in den Figuren 2 und 3 mit strichpunktierter Linie angedeutet Blocklängsmittelebene 18, die quer zur Blocklängsrichtung X verläuft. Die zweiten Strömungskanäle 15 besitzen gemäß Figur 4 an der Verteilerkammer 4 jeweils eine erste Öffnung 19, die hier eine Eintrittsöffnung 19 bildet und einen durchström baren runden Eintrittsquerschnitt 43 aufweist. Diese Eintrittsquerschnitte 43 besitzen einen in der Blocklängsrichtung X gemessenen Längsdurchmesser 20 und einen in der Blockhöhenrichtung Z gemessenen Höhendurchmesser 21 . Die zweiten Strömungskanäle 15 sind nun hinsichtlich ihrer Eintrittsquerschnitte 43 so konfiguriert, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe 17 die Größe des Längsdurchmessers 20 mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 von der Blocklängsm ittelebene 18 korreliert, und zwar derart, dass die zweiten Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen größeren Abstand aufweisen, einen Eintrittsquerschnitt 43 mit größerem Längsdurchmesser 20 aufweisen als zweite Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen kleineren Abstand aufweisen. Rein exemplarisch ist in Figur 5 dieser Übergang von größerem Längsdurchmesser 20 zu kleineren Längsdurchmesser 20 dargestellt. Figur 5A zeigt den Eintrittsquerschnitt 43 einer Eintrittsöffnung 19 eines zweiten Strömungskanals 15, der vergleichsweise weit von der Blocklängsmittelebene 18 beabstandet ist. Im Unterschied dazu zeigt Figur 5B den Eintrittsquerschnitt 43 einer Eintrittsöffnung 19 eines zweiten Strömungskanals 15, der relativ nahe an der Blocklängsmittelebene 18 liegt. Erkennbar nimmt der Längsdurchmesser 20 mit zunehmendem Abstand von der Blocklängsmittelebene 18 zu. Ein entsprechender Übergang ist in Figur 5 durch einen Pfeil angedeutet und mit 22 bezeichnet. Im gezeigten Beispiel kann außerdem vorgesehen sein, dass der Höhendurchmesser 21 des Eintrittsquerschnitts 43 der Eintrittsöffnung 19 bei allen zweiten Strömungskanälen 15 der jeweiligen Kanallängsreihe 17 gleich groß ist, also konstant bleibt.
Entsprechendes kann optional auch im Bereich der Sammelkammer 7 gelten. Zur Vereinfachung wird dieser Zusammenhang ebenfalls anhand der Figuren 4 und 5 erläutert. Sofern es sich bei den Figur 4 gezeigten Kammer um die Sammelkammer 7 handelt, sind die Mündungsöffnungen der zweiten Strömungskanäle 15 dann keine Eintrittsöffnungen 19, sondern zweite Öffnungen 23 oder Austrittsöffnungen 23, deren Austrittsquerschnitte 44 ebenfalls einen Längsdurchmesser 20 und einen Höhendurchmesser 21 aufweisen. Die zweiten Strömungskanäle 15 sind dann hinsichtlich ihres Austrittsquerschnitts 44 so konfiguriert, dass in der je- weiligen Kanallängsreihe 17 die Größe des Längsdurchmessers 20 mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 von der Blocklängsmittelebene 18 korreliert, derart, dass die zweiten Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen größeren Abstand aufweisen, einen Austrittsquerschnitt 44 mit größerem Längsdurchmesser 20 aufweisen als zweite Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen kleineren Abstand aufweisen. Auch hier kann gemäß den Figuren 5A und 5B vorgesehen sein, dass der Höhendurchmesser 21 des Austrittsquerschnitts 44 bei allen zweiten Strömungskanälen 15 der jeweiligen Kanallängsreihe 17 gleich groß ist.
Im Beispiel der Figur 5 ist bei den zweiten Strömungskanälen 15, die nahe an der Blocklängsmittelebene 18 angeordnet sind, der jeweilige Querschnitt 43, 44 bei den Eintrittsöffnungen 19 bzw. bei den Austrittsöffnungen 23 kreisförmig, während bei den von der Blocklängsmittelebene 18 beabstandeten zweiten Strömungskanälen 15 der jeweilige Querschnitt 43, 44 bei den Eintrittsöffnungen 19 bzw. bei den Austrittsöffnungen 23 elliptisch ist.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in Verbindung mit Figur 6 näher erläutert wird, können die zweiten Strömungskanäle 15 hinsichtlich ihres Durchströmungswiderstands so konfiguriert sein, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe 17 die Größe des Durchströmungswiderstands des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 von der Blocklängsmittelebene 18 korreliert, und zwar derart, dass die zweiten Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen größeren Abstand aufweisen, einen größeren Durchströmungswiderstand aufweisen als zweiten Strömungskanäle 15, die von der Port Blocklängsmittelebene 18 einen kleineren Abstand aufweisen. Denkbar ist, dass der Durchströmungswiderstand der zweiten Strömungskanäle 15 Hindernisse vergrößert wird, die zu diesem Zweck in den zweiten Strömungskanälen 15 ausgebildet werden. In diesem Fall lässt sich diese Ausführungsform auch mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombinieren, bei der die Längsdurchmesser 20 bei in der Blocklängsrichtung X benachbarten zweiten Strömungskanälen 15 variieren.
In Verbindung mit den Figuren 6A und 6B wird noch eine andere Ausführungsform näher erläutert, bei der mithilfe der durchströmbaren Querschnittsfläche 24 des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 der Durchströmungswiderstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 variiert wird. Im Beispiel der Figuren 6A und 6B besitzen die zweiten Strömungskanäle 15 jeweils einen kreisförmigen durchström baren Querschnitt 45. Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe 17 die Größe der durchström baren Querschnittsfläche 24 des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 von der Blocklängsmittelebene 18 korreliert, und zwar derart, dass die zweiten Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen größeren Abstand aufweisen, eine kleinere durchström bare Querschnittsfläche 24 aufweisen als zweiten Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 einen kleineren Abstand aufweisen. Figur 6A zeigt die durchström bare Querschnittsfläche 24 eines zweiten Strömungskanals 15, der einen vergleichsweise großen Abstand zur Blocklängsmittelebene 18 besitzt, während Figur 6B die durchström bare Querschnittsfläche 24 eines zweiten Strömungskanals 15 zeigt, der einen vergleichsweise kleinen Abstand zur Blocklängsmittelebene 18 besitzt. Erkennbar nimmt die durchström bare Querschnittsfläche 24 mit zunehmendem Abstand von der Blocklängsmittelebene 18 deutlich ab. Ein entsprechender Übergang ist in Figur 6 durch einen Pfeil angedeutet und mit 25 bezeichnet.
Entsprechend Figur 1 weist der Wärmeübertragerblock 2 einen mittleren Querbereich 26 auf, der vom ersten Querende 3 und vom zweiten Querende 6 beab- standet ist. Ferner weist der Wärmeübertragerblock 2 einen ersten Übergangsbereich 27 auf, der den mittleren Querbereich 26 mit der Verteilerkammer 4 verbindet. Außerdem weiß der Wärmeübertragerblock 2 einen zweiten Übergangsbereich 28 auf, der den mittleren Querbereich 26 mit der Sammelkammer 27 verbindet.
Der vorstehend beschriebene Zusammenhang, wonach die durchströmbare Querschnittsfläche 24 des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 mit zunehmendem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15 von der Block- längsm ittelebene 18 abnimmt, gilt zumindest für den mittleren Querbereich 26 des Wärmeübertragerblocks 2. Zweckmäßig gilt dieser Zusammenhang auch im ersten Übergangsbereich 27 und/oder im zweiten Übergangsbereich 28.
Grundsätzlich können die zweiten Strömungskanäle 15 so konfiguriert sein, dass ihre durchströmbare Querschnittsfläche 24 von der an der Verteilerkammer 4 mündenden Eintrittsöffnung 19 bis zum mittleren Querbereich 26 abnimmt und/oder vom mittleren Querbereich 26 bis zu der an der Sammelkammer 7 mündenden Austrittsöffnung 23 zunimmt. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass bei den zweiten Strömungskanälen 15 die durchströmbare Querschnittsfläche 24 von der Eintrittsöffnung 19 innerhalb des ersten Übergangsbereichs 27 bis zum mittleren Querbereich 26 abnimmt, im mittleren Querbereich 26 konstant ist und vom mittleren Querbereich 26 bis zur Austrittsöffnung 23, also innerhalb des zweiten Übergangsbereichs 28 zunimmt. Durch die Querschnittsabnahme im mittleren Querbereich 26 lässt sich insbesondere auch der Durchströmungswiderstand der zweiten Strömungskanäle 15 variieren.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die zweiten Strömungskanäle 15 von der Eintrittsöffnung 19 bis zur Austrittsöffnung 23 durchgehend eine konstante durchströmbare Querschnittsfläche 24 aufweisen, wobei der geometrische durchströmbare Querschnitt 45 oder Öffnungsquer- schnitt 45 konstant sein kann, oder variieren kann.
Gemäß den Figuren 2 und 3 können die zweiten Strömungskanäle 15 optional auch so konfiguriert sein, dass zweite Strömungskanäle 15, die von der Block- längsmittelebene 18 beabstandet oder abgewandt sind, im ersten Übergangsbereich 27 bzw. im zweiten Übergangsbereich 28 zur Blockquerrichtung Y geneigt verlaufen. In den Figuren 2 und 3 ist für jeweils einen zweiten Strömungskanal 15, der von der Blocklängsmittelebene 18 abgewandt ist, also innerhalb der jeweiligen Kanallängsreihe 17 den größten Abstand zur Blocklängsmittelebene 18 aufweist, exemplarisch und stellvertretend für alle anderen zweiten Strömungskanäle 15 eine Längsmittelachse 29 eingezeichnet, die der jeweilige zweite Strömungskanal 15 in seiner Eintrittsöffnung 19 bzw. in seiner Austrittsöffnung 23 aufweist. Diese Längsmittelachse 29 besitzt einen Neigungswinkel 30 bzw. eine Neigung 30 gegenüber der Blockquerrichtung Y. Besonders vorteilhaft ist nun die hier gezeigte Ausführungsform, bei der die Neigung 30 vom mittleren Querbereich 26 im ersten Übergangsbereich 27 bis zur Verteilerkammer 4 zunimmt und im zweiten Übergangsbereich 28 vom mittleren Querbereich 26 bis zur Sammelkammer 7 zunimmt. Damit verteilen sich die zweiten Strömungskanäle 15 an der Verteilerkammer 4 und an der Sammelkammer 7 in der Blocklängsrichtung X über einen größeren Bereich als im mittleren Querbereich 26 des Wärmeübertragerblocks 2.
Die Figuren 7 und 8 zeigen zweite Strömungskanäle 15 bzw. Wandmaterial des Wärmeübertragerblocks 2, das die zweiten Strömungskanäle 15 begrenzt, und zwar wahlweise in dem zur Verteilerkammer 4 führenden ersten Übergangsbereich 27 oder in dem zur Sammelkammer 7 führenden zweiten Übergangsbereich 28. Dabei zeigt Figur 7A eine isometrische Ansicht eines zweiten Strömungskanals 15. Figur 7B zeigt eine Seitenansicht des zweiten Strömungskanals 15 in einer parallel zur Blockhöhenrichtung Z verlaufenden Blickrichtung. Figur 7C zeigt eine Seitenansicht des zweiten Strömungskanals 15 in einer parallel zur Blocklängsrichtung X verlaufenden Blickrichtung. Figur 8 zeigt eine isometrische Ansicht von mehreren zweiten Strömungskanälen 15, die in der Blockhöhenrichtung Z nebeneinander angeordnet sind. Die Figuren 7 und 8 zeigen dabei jeweils zweiten Strömungskanäle 15, die einen vergleichsweise großen Abstand zur Blocklängsmittelebene 18 besitzen. Insbesondere kann es sich dabei um die jeweils am weitesten von der Blocklängsmittelebene 18 entfernten zweiten Strömungskanäle 15 handeln.
Zweckmäßig können die zweiten Strömungskanäle 15 nun so konfiguriert sein, dass diejenigen zweiten Strömungskanäle 15, die von der Blocklängsmittelebene 18 beabstandet oder abgewandt sind, im ersten Übergangsbereich 27 bzw. im zweiten Übergangsbereich 28 entlang der Blockquerrichtung Y einen geometrisch variierenden Öffnungsquerschnitt 45 aufweisen. Außerdem können die zweiten Strömungskanäle 15 so konfiguriert sein, dass sie im mittleren Querbereich 26 einen entlang der Blockquerrichtung Y geometrisch konstanten Öffnungsquerschnitt 45 besitzen. In den Beispielen der Figuren 7 und 8 besitzen die zweiten Strömungskanäle 15 in ihrer Eintrittsöffnung 19 einen elliptischen Öffnungsquerschnitt 45, der in der Blocklängsrichtung X länglich ist, also wie in Figur 5A in der Blocklängsrichtung X den größeren Längsdurchmesser 20 aufweist. Dieser elliptische Öffnungsquerschnitt 45 geht dann entlang der Blockquerrichtung Y innerhalb des ersten Übergangsbereichs 27 bis zum mittleren Querbereich 26 in einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt 45 über. Dieser kreisförmige Öffnungsquerschnitt 45 befindet sich in den Figuren 7 und 8 jeweils am unteren Ende des gezeigten Abschnitts des zweiten Strömungskanals 15. Kreisförmige Querschnitte 45 sind rein exemplarisch in den Figuren 5B, 6A und 6B gezeigt. Entsprechendes kann optional auch im zweiten Übergangsbereich 28 gelten. Dann besitzen die zweiten Strömungskanäle 15 in ihrer in die Sammelkammer 7 mündenden Austrittsöffnung 23 einen elliptischen Öffnungsquerschnitt 45, der in der Blocklängsrichtung X länglich ist und der entlang der Blockquerrichtung Y innerhalb des zweiten Übergangsbereichs 28 bis zum mittleren Querbereich 26 in einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt 45 übergeht.
Entsprechend den Figuren 2 und 4 weist die Verteilerkammer 4 an einer den zweiten Strömungskanälen 15 zugewandten Verteilerseite 31 ein quer zur Blockhöhenrichtung Z verlaufendes Profil auf, das zum Inneren der Verteilerkammer 4 hin konkav gewölbt ist. In der Verteilerseite 31 befinden sich die Eintrittsöffnungen 19. Gemäß den Figuren 3 und 4 weist die Sammelkammer 7 an einer den zweiten Strömungskanälen 15 zugewandten Sammelseite 32 ein quer zur Blockhöhenrichtung Z verlaufendes Profil auf, das zum Inneren der Sammelkammer 7 hin konkav gewölbt ist. In der Sammelseite 32 befinden sich die Austrittsöffnungen 23. Durch diese Bauform wird ein strömungsgünstiger Übergang von der Verteilerkammer 4 in die zweiten Strömungskanäle 15 und von den zweiten Strömungskanälen 15 in die Sammelkammer 7 erreicht, der sich durch einen reduzierten Strömungswiderstand auszeichnet.
Wie sich insbesondere den Figuren 1 bis 3 entnehmen lässt, sind im Wärmeübertragerblock 2 mehrere erste Strömungskanäle 9 in der Blockquerrichtung Y nebeneinander angeordnet, sodass sie eine Kanalquerreihe 33 bilden. Beispielsweise kann jede Kanalquerreihe 33 mehr als zwanzig oder mehr als fünfzig erste Strömungskanäle 9 aufweisen. Im Wärmeübertragerblock 2 sind nun mehrere Kanalquerreihen 33 in der Blockhöhenrichtung Z nebeneinander angeordnet. Der Wärmeübertragerblock 1 weist gemäß Figur 1 einen mittleren Höhenbereich 34 auf, der von seitlichen Blockenden 35, 36 beabstandet ist, die in der Blockhöhenrichtung Z voneinander abgewandt sind. Die Kanalquerreihen 33 sind zumindest in diesem mittleren Höhenbereich 34 jeweils zwischen zwei benachbarten Kanal- längsreihen 17 durch den Wärmeübertragerblock 2 hindurchgeführt. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung sich kreuzender erster Strömungskanäle 9 und zweiter Strömungskanäle 15, was eine intensive Wärmeübertragung begünstigt.
In mehreren oder in allen zweiten Strömungskanälen 15 und/oder in mehreren o- der in allen ersten Strömungskanälen 9 können Rippen oder Noppen in den durchströmbaren Querschnitt 45 vorstehen, sodass diese Rippen oder Noppen vom ersten Fluid oder vom zweiten Fluid anströmbar und/oder umströmbar sind. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit zeigt Figur 9 ein Beispiel für zwei helixartig ausgestalteten Rippen 37, die sich schraubenförmig entlang des jeweiligen zweiten Strömungskanals 15, also entlang der Blockquerrichtung Y oder entlang des jeweiligen ersten Strömungskanals 9, also entlang der Blocklängsrichtung X erstrecken. Es ist klar, dass im jeweiligen Kanal 9, 15 auch mehr als zwei derartige Rippen 37 vorhanden sein können.
In Figur 10 sind Vertiefungen 38 erkennbar, die in einer Innenseite 39 ausgebildet sind, die dem zweiten Fluid ausgesetzt ist. Die Innenseite 39 kann dabei zur Sammelkammer 7 oder zur Verteilerkammer 4 oder zu einem der zweiten Strömungskanäle 15 gehören, dort vorzugsweise im ersten Übergangsbereich 27 o- der im zweiten Übergangsbereich 28. Die Vertiefungen 38 vergrößern die Oberfläche der jeweiligen Innenseite 39. Beispielsweise können die Vertiefungen 38 am Übergang zur Innenseite 39 eine Verengung 40 aufweisen. In der Folge ist ein Querschnitt 41 der jeweiligen Vertiefung 38 innerhalb der jeweiligen Vertiefung 38 größer als innerhalb der Verengung 40. Der Querschnitt 41 ist dabei quer zu einer Normalrichtung 42 der Innenseite 39 gemessen, die senkrecht auf der Innenseite 39 steht. In Figur 10 ist der innerhalb der jeweiligen Vertiefung 38 gemessene Querschnitt 41 mit außerdem mit 411 bezeichnet. Der deutlich kleinere Querschnitt 41 innerhalb der Verengung 40 ist außerdem mit 412 bezeichnet.
In den Figuren 1 bis 10 ist der Wärmeübertrager 1 als Kreuzstromwärmeübertrager 1 ausgestaltet, so dass die ersten Strömungskanäle 9 den Wärmeübertragerblock 2 in der Blocklängsrichtung X durchsetzen und eine dem ersten Fluid ausgesetzte Anströmseite 10 des Wärmeübertragerblocks 2 mit einer dem ersten Fluid ausgesetzten Abströmseite 12 des Wärmeübertragerblocks 2 fluidisch verbinden.
Ferner ist im Beispiel der Figuren 1 bis 10 vorgesehen, dass die erste Kammer 4 eine Verteilerkammer 4 bildet und den Zuführanschluss 5 aufweist, während die zweite Kammer 7 eine Sammelkammer 7 bildet und den Abführanschluss 8 aufweist.
Figur 11 zeigt nun rein exemplarisch und stark vereinfacht eine andere Ausführungsform, bei der die erste Kammer 4 eine Verteilerkammer 46 und eine Sammelkammer 47 aufweist oder bildet. Dies kann beispielsweise mittels einer Trennwand 48 realisiert werden, welche die erste Kammer 4 unterteilt, um darin die Verteilerkammer 46 und die Sammelkammer 47 auszubilden. Der erste Anschluss 5 ist dann an der Verteilerkammer 46 ausgebildet ist und bildet einen Zuführanschluss 5, während der zweite Anschluss 8 an der Sammelkammer 47 ausgebildet ist und einen Abführanschluss 8 bildet. Die zweite Kammer 7 bildet in diesem Fall eine Umlenkkammer 49. Beispielsweise kann in der zweiten Kammer 7 hierzu ein Steg 50 ausgebildet sein, der die Strömungsumlenkung des zweiten Fluids in der Umlenkkammer 49 führt bzw. unterstützt. Eine erste Gruppe 51 von mehreren zweiten Strömungskanälen 15 verbindet die Verteilerkammer 46 mit der Umlenkkammer 49. Eine zweite Gruppe 52 von mehreren zweiten Strömungskanälen 15 verbindet die Umlenkkammer 49 mit der Sammelkammer 47. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform, die rein exemplarisch und stark vereinfacht in Figur 12 angedeutet ist, kann der Wärmeübertrager 1 dagegen als Parallelstromwärmeübertrager 1 ausgestaltet sein, bei dem die ersten Strömungskanäle 9 den Wärmeübertragerblock 2 in der Blockquerrichtung Y durchsetzen. Dabei kann dann insbesondere vorgesehen sein, dass sich im Wärmeübertragerblock 2 erste Strömungskanäle 9 und zweite Strömungskanäle 15 in der Blockhöhenrichtung Z und/oder in der Blocklängsrichtung X abwechseln. Figur 12 zeigt, wie sich im mittleren Querbereich 26 erste Strömungskanäle 9 und zweite Strömungskanäle 15 in der Blocklängsrichtung X abwechseln und in den Übergangsbereichen 27, 28 mediengetrennt überkreuzen.
Ferner kann bei der Ausgestaltung als Parallelstromwärmeübertrager 1 gemäß Figur 12 vorgesehen sein, dass die erste Kammer 4 eine erste Teilkammer 53 und eine zweite Teilkammer 54 aufweist oder bildet, wobei die erste Teilkammer 53 mit den ersten Strömungskanälen 9 fluidisch verbunden ist, während die zweite Teilkammer 54 mit dem zweiten Strömungskanälen 15 fluidisch verbunden ist. Außerdem kann die zweite Kammer 7 eine dritte Teilkammer 55 und eine vierte Teilkammer 56 aufweisen oder bilden, wobei die dritte Teilkammer 55 mit den ersten Strömungskanälen 9 fluidisch verbunden ist, während die vierte Teilkammer 56 mit dem zweiten Strömungskanälen 15 fluidisch verbunden ist.
Optional kann dann gemäß Figur 12 außerdem vorgesehen sein, dass die erste Teilkammer 53 eine Sammelkammer 53 für die ersten Strömungskanäle 9 bildet, dass die zweite Teilkammer 54 eine Verteilerkammer 54 für die zweiten Strömungskanäle 15 bildet, dass die dritte Teilkammer 55 eine Verteilerkammer 55 für die ersten Strömungskanäle 9 bildet, und dass die vierte Teilkammer 56 eine Sammelkammer 7 für die zweiten Strömungskanäle 15 bildet. Der erste Anschluss 5 dient als Zuführanschluss 5 für das zweite Fluid und ist an der zweiten Teilkammer ausgebildet. Der zweite Anschluss 8 dient als Abführanschluss 8 für das zweite Fluid und ist an der vierten Teilkammer 56 ausgebildet. Ein dritter Anschluss 57 dient als Zuführanschluss 57 für das erste Fluid und ist an der dritten Teilkammer 55 ausgebildet. Ein vierter Anschluss 58 dient als Abführanschluss 58 für das erste Fluid und ist an der ersten Teilkammer 53 ausgebildet.
Sofern der Wärmeübertrager 1 als Parallelstromwärmeübertrager 1 ausgestaltet ist, können alle vorstehend zu den Figuren 1 bis 10 beschriebenen Ausgestaltungen und Merkmale, die sich auf die zweiten Strömungskanäle 15 beziehen, auch in entsprechender Weise bei den ersten Strömungskanälen 9 realisiert werden. Dies gilt insbesondere für die geometrischen Ausgestaltungen der Öffnungen, die an der jeweiligen Kammer 4, 7 bzw. Teilkammer 53, 54, 55, 56 münden, und/oder für das Variieren der durchström baren Querschnitte in der Blockquerrichtung Y innerhalb der Strömungskanäle 9, 15 und in der Blocklängsrichtung X bei benachbarten Strömungskanälen 9, 15. Insbesondere können daher auch die ersten Strömungskanäle 9 im Wärmeübertragerblock 2 Kanallängsreihen mit mehreren in der Blocklängsrichtung X benachbarten ersten Strömungskanälen 9 ausbilden, wobei mehrere solcher Kanallängsreihen in der Blockhöhenrichtung Z benachbart sind.
Grundsätzlich ist gemäß den Figuren 1 bis 12 eine Ausführungsform bevorzugt, bei der sich die zweiten Strömungskanäle 15 der jeweiligen Kanallängsreihe 17 separat von der ersten Kammer 4 bis zur zweiten Kammer 7 erstrecken und dort jeweils separate Eintrittsöffnungen 19 bzw. separate Austrittsöffnungen 23 aufweisen. Bei einer in Figur 13 rein exemplarisch und stark vereinfacht dargestellten anderen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die zweiten Strömungskanäle 15 der jeweiligen Kanallängsreihe 17 zumindest in dem mittleren Querbereich 26 des Wärmeübertragerblocks 2 separat voneinander verlaufen, während sie im ersten Übergangsbereich 27 des Wärmeübertragerblocks 2 und/oder im zweiten Übergangsbereich 28 des Wärmeübertragerblocks 2 zu einem gemeinsamen Kanal 59 zusammengefasst sind.

Claims

Ansprüche
1 . Additiv gefertigter Wärmeübertrager (1 ) zur mediengetrennten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, insbesondere zum Kühlen eines Gases,
- mit einem additiv gefertigten Wärmeübertragerblock (2), der eine Blocklängsrichtung (X), eine Blockquerrichtung (Y) und eine Blockhöhenrichtung (Z) aufweist, die senkrecht zueinander verlaufen,
- wobei im Wärmeübertrageblock (2) eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen (9) zum Führen eines ersten Fluids ausgebildet ist, die den Wärmeübertragerblock (2) durchdringen,
- wobei am Wärmeübertragerblock (2) an einem ersten Querende (3) eine erste Kammer (4) ausgebildet ist, die sich in der Blockhöhenrichtung (Z) erstreckt,
- wobei am Wärmeübertragerblock (2) an einem zweiten Querende (6), das in der Blockquerrichtung (Y) vom ersten Querende (3) abgewandt ist, eine zweite Kammer (7) ausgebildet ist, die sich in der Blockhöhenrichtung (Z) erstreckt,
- wobei im Wärmeübertragerblock (2) eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen (15) zum Führen eines zweiten Fluids ausgebildet ist, die von den ersten Strömungskanälen (9) fluidisch getrennt sind, die den Wärmeübertragerblock (2) in der Blockquerrichtung (Y) durchdringen und die die erste Kammer (4) mit der zweiten Kammer (7) fluidisch verbinden,
- wobei der Wärmeübertrager (1 ) einen ersten Anschluss (5) zum Zu- oder Abführen des zweiten Fluids und einen zweiten Anschluss (8) zum Ab- oder Zuführen des zweiten Fluids aufweist,
- wobei im Wärmeübertragerblock (2) mehrere zweite Strömungskanäle (15) in der Blocklängsrichtung (X) nebeneinander angeordnet sind und eine Kanal- längsreihe (17) bilden, - wobei im Wärmeübertragerblock (2) mehrere Kanallängsreihen (17) in der Blockhöhenrichtung (Z) nebeneinander angeordnet sind.
2. Wärmeübertrager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) eine quer zur Blocklängsrichtung (X) verlaufende Blocklängsmittelebene (18) aufweist,
- dass die zweiten Strömungskanäle (15) hinsichtlich ihres Durchströmungswiderstands so konfiguriert sind, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe (17) die Größe des Durchströmungswiderstands des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) von der Blocklängsmittelebene (18) korreliert, so dass die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) einen größeren Abstand aufweisen, einen größeren Durchströmungswiderstand aufweisen als zweite Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) einen kleineren Abstand aufweisen.
3. Wärmeübertrager (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) eine quer zur Blocklängsrichtung (X) verlaufende Blocklängsmittelebene (18) aufweist,
- dass die zweiten Strömungskanäle (15) hinsichtlich ihrer durchströmbaren Querschnittsfläche (24) so konfiguriert sind, dass in der jeweiligen Kanallängsreihe (17) die Größe der durchströmbaren Querschnittsfläche (24) des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) von der Blocklängsmittelebene (18) korreliert, so dass die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) ei- nen größeren Abstand aufweisen, eine kleinere durchströmbare Querschnittsfläche (24) aufweisen als zweite Strömungskanäle (15), die von der Block- längsmittelebene (18) einen kleineren Abstand aufweisen.
4. Wärmeübertrager (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) einen mittleren Querbereich (26) aufweist, der vom ersten Querende (3) und vom zweiten Querende (6) beabstandet ist,
- dass die zweiten Strömungskanäle (15) hinsichtlich ihrer durchström baren Querschnittsfläche (24) so konfiguriert sind, dass zumindest im mittleren Querbereich (26) in der jeweiligen Kanallängsreihe (17) die Größe der durchström- baren Querschnittsfläche (24) des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) mit dem Abstand des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) von der Block- längsmittelebene (18) korreliert, so dass die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) einen größeren Abstand aufweisen, eine kleinere durchströmbare Querschnittsfläche (24) aufweisen als zweite Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) einen kleineren Abstand aufweisen.
5. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) einen mittleren Querbereich (26) aufweist, der vom ersten Querende (3) und vom zweiten Querende (6) beabstandet ist,
- dass die zweiten Strömungskanäle (15) eine durchström bare Querschnittsfläche (24) aufweisen, die von einer an der ersten Kammer (4) mündenden ersten Öffnung (19) bis zum mittleren Querbereich (26) abnimmt und/oder vom mittleren Querbereich (26) bis zu einer an der zweiten Kammer (7) mündenden zweiten Öffnung (23) zunimmt.
6. Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) einen mittleren Querbereich (26) aufweist, der vom ersten Querende (3) und vom zweiten Querende (6) beabstandet ist,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) am ersten Querende (3) einen ersten Übergangsbereich (27), der die erste Kammer (4) mit dem mittleren Querbereich (26) verbindet, und am zweiten Querende (6) einen zweiten Übergangsbereich (28) aufweist, der die zweite Kammer (7) mit dem mittleren Querbereich (26) verbindet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) eine quer zur Blocklängsrichtung (X) verlaufende Blocklängsmittelebene (18) aufweist,
- dass die zweiten Strömungskanäle (15) im mittleren Querbereich (26) parallel zur Blockquerrichtung (Y) verlaufen,
- dass zweite Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) beabstandet oder abgewandt sind, im ersten Übergangsbereich (27) und/oder im zweiten Übergangsbereich (28) geneigt zur Blockquerrichtung (Y) verlaufen, wobei die Neigung (30) vom mittleren Querbereich (26) bis zur Verteilerkammer (4) und/oder bis zur Sammelkammer (7) zunimmt.
7. Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) einen mittleren Querbereich (26) aufweist, der vom ersten Querende (3) und vom zweiten Querende (6) beabstandet ist,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) am ersten Querende (3) einen ersten Übergangsbereich (27), der die erste Kammer (4) mit dem mittleren Querbereich (26) verbindet, und am zweiten Querende (6) einen zweiten Übergangsbereich (28) aufweist, der die zweite Kammer (7) mit dem mittleren Querbereich (26) verbindet, - dass der Wärmeübertragerblock (2) eine quer zur Blocklängsrichtung (X) verlaufende Blocklängsmittelebene (18) aufweist,
- dass zumindest die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) beabstandet oder abgewandt sind, im ersten Übergangsbereich (17) und/oder im zweiten Übergangsbereich (28) entlang der Blockquerrichtung (Y) einen variierenden Öffnungsquerschnitt (45) aufweisen.
8. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) beabstandet oder abgewandt sind, im mittleren Querbereich (26) einen entlang der Blockquerrichtung (Y) konstanten Öffnungsquerschnitt (45) aufweisen.
9. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) beabstandet oder abgewandt sind, in einer in die erste Kammer (4) mündenden ersten Öffnung (19) einen elliptischen Öffnungsquerschnitt (45) aufweisen, der in der Blocklängsrichtung (X) länglich ist und der entlang der Blockquerrichtung (Y) innerhalb des ersten Übergangsbereichs (27) bis zum mittleren Querbereich (26) in einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt (45) übergeht, und/oder
- dass zumindest die zweiten Strömungskanäle (15), die von der Blocklängsmittelebene (18) beabstandet oder abgewandt sind, in einer in die zweite Kammer (7) mündenden zweiten Öffnung (23) einen elliptischen Öffnungsquerschnitt (45) aufweisen, der in der Blocklängsrichtung (X) länglich ist und der entlang der Blockquerrichtung (Y) innerhalb des zweiten Übergangsbereichs (28) bis zum mittleren Querbereich (26) in einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt (45) übergeht.
10. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste Kammer (4) eine Verteilerkammer (4) bildet oder aufweist, die das zweite Fluid den zweiten Strömungskanälen (15) zuführt,
- dass der erste Anschluss (5) an der Verteilerkammer (4) ausgebildet ist und einen Zuführanschluss (5) zum Zuführen des zweiten Fluids zur Verteilerkammer (4) bildet,
- dass die Verteilerkammer (4) an einer den zweiten Strömungskanälen (15) zugewandten Verteilerseite (31 ) ein quer zur Blockhöhenrichtung (Z) verlaufendes Profil aufweist, das zum Inneren der Verteilerkammer (4) hin konkav gewölbt ist.
11 . Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
- dass die zweite Kammer (7) eine Sammelkammer (7) bildet oder aufweist, die das von den zweiten Strömungskanälen (15) kommende zweite Fluid aufnimmt,
- dass der zweite Anschluss (8) an der Sammelkammer (7) ausgebildet ist und einen Abführanschluss (8) zum Abführen des zweiten Fluids von der Sammelkammer (7) bildet,
- dass die Sammelkammer (7) an einer den Verbindungskanälen (15) zugewandten Sammelseite (32) ein quer zur Blockhöhenrichtung (Z) verlaufendes Profil aufweist, das zum Inneren der Sammelkammer (7) hin konkav gewölbt ist.
12. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet,
- dass in mehreren oder in allen zweiten Strömungskanälen (15) Rippen (37) o- der Noppen in den durchström baren Querschnitt (45) vorstehen, so dass die Rippen (37) oder Noppen vom zweiten Fluid anströmbar und/oder umströmbar sind.
13. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
- dass in mehreren oder in allen ersten Strömungskanälen (9) Rippen (37) oder Noppen in den durchström baren Querschnitt (45) vorstehen, so dass die Rippen (37) oder Noppen vom ersten Fluid anströmbar und/oder umströmbar sind.
14. Wärmeübertrager (1 ) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Rippen (37) helixartig ausgestaltet sind, so dass sie sich schraubenförmig entlang des jeweiligen zweiten Strömungskanals (15) oder entlang des jeweiligen ersten Strömungskanals (9) erstrecken.
15. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste oder zweite Kammer (4, 7) an ihrer dem zweiten Fluid ausgesetzten Innenseite (39) Vertiefungen (38) zur Vergrößerung der Oberfläche der Innenseite (39) aufweist.
16. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass mehrere oder alle zweiten Strömungskanäle (15) zumindest in einem an die erste oder zweite Kammer (4, 7) anschließenden Übergangsbereich (27, 28) des Wärmeübertragerblocks (2) an ihrer dem zweiten Fluid ausgesetzten Innenseite (39) Vertiefungen (38) zur Vergrößerung der Oberfläche der Innenseite (39) aufweisen.
17. Wärmeübertrager (1 ) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Vertiefungen (38) am Übergang zur Innenseite (39) eine Verengung (40) aufweisen, so dass ein quer zur Normalrichtung (42) der Innenseite (39) verlaufender Querschnitt (41 ) der jeweiligen Vertiefung (38) innerhalb der jeweiligen Vertiefung (38) größer ist als in der Verengung (40).
18. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste Kammer (4) eine Verteilerkammer (46) und eine Sammelkammer (47) aufweist oder bildet,
- dass der erste Anschluss (5) an der Verteilerkammer (46) ausgebildet ist und einen Zuführanschluss (5) bildet,
- dass der zweite Anschluss (8) an der Sammelkammer (47) ausgebildet ist und einen Abführanschluss (8) bildet,
- dass die zweite Kammer (7) eine Umlenkkammer (49) bildet.
19. Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertrager (1 ) als Kreuzstromwärmeübertrager (1 ) ausgestaltet ist,
- dass die ersten Strömungskanäle (9) den Wärmeübertragerblock (2) in der Blocklängsrichtung (X) durchsetzen und eine dem ersten Fluid ausgesetzte Anströmseite (10) des Wärmeübertragerblocks (2) mit einer dem ersten Fluid ausgesetzten Abströmseite (12) des Wärmeübertragerblocks (2) fluidisch verbinden.
20. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
- dass im Wärmeübertragerblock (2) mehrere erste Strömungskanäle (9) in der Blockquerrichtung (Y) nebeneinander angeordnet sind und eine Kanalquerreihe (33) bilden,
- dass im Wärmeübertragerblock (2) mehrere Kanalquerreihen (33) in der Blockhöhenrichtung (Z) nebeneinander angeordnet sind,
- dass der Wärmeübertragerblock (2) einen mittleren Höhenbereich (34) aufweist, der von seitlichen Blockenden (35, 36) beabstandet ist, die in der Blockhöhenrichtung (Z) voneinander abgewandt sind,
- dass die Kanalquerreihen (33) zumindest im mittleren Höhenbereich (34) des Wärmeübertragerblocks (2) jeweils zwischen zwei benachbarten Kanallängs- reihen (17) durch den Wärmeübertragerblock (2) hindurchgeführt sind.
21 . Wärmeübertrager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wärmeübertrager (1 ) als Parallelstromwärmeübertrager (1 ) ausgestaltet ist,
- dass die ersten Strömungskanäle (9) den Wärmeübertragerblock (2) in der Blockquerrichtung (Y) durchsetzen,
- dass sich im Wärmeübertragerblock (2) erste Strömungskanäle (9) und zweite Strömungskanäle (15) in der Blockhöhenrichtung (Z) und/oder in der Blocklängsrichtung (X) abwechseln.
22. Wärmeübertrager (1 ) nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, - dass die erste Kammer (4) eine erste Teilkammer (53) und eine zweite Teilkammer (54) aufweist oder bildet,
- dass die erste Teilkammer (53) mit den ersten Strömungskanälen (9) fluidisch verbunden ist, während die zweite Teilkammer (54) mit den zweiten Strömungskanälen (15) fluidisch verbunden ist,
- dass die zweite Kammer (7) eine dritte Teilkammer (55) und eine vierte Teilkammer (56) aufweist oder bildet,
- dass die dritte Teilkammer (55) mit den ersten Strömungskanälen (9) fluidisch verbunden ist, während die vierte Teilkammer (56) mit den zweiten Strömungskanälen (15) fluidisch verbunden ist.
23. Wärmeübertrager nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste Teilkammer (53) eine Sammelkammer für die ersten Strömungskanäle (9) bildet,
- dass die zweite Teilkammer (54) eine Verteilerkammer für die zweiten Strömungskanäle (15) bildet,
- dass die dritte Teilkammer (55) eine Verteilerkammer für die ersten Strömungskanäle (9) bildet,
- dass die vierte Teilkammer (56) eine Sammelkammer für die zweiten Strömungskanäle (15) bildet.
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