NL1016713C2

NL1016713C2 - Warmtewisselaar en een dergelijke warmtewisselaar omvattende thermo-akoestische omvorminrichting.

Info

Publication number: NL1016713C2
Application number: NL1016713A
Authority: NL
Inventors: Peter Leerkamp; Bob Meuzelaar; Theodor Johannes Peter Toonen
Original assignee: Stork Screens Bv
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-05-29
Also published as: US20040226702A1; DE60124005T2; US7131288B2; AU2002222799A1; CA2429489A1; DE60124005D1; JP2004522121A; TW502103B; ES2271125T3; ATE343114T1; EP1346184A1; KR20040011438A; JP3988046B2; EP1346184B1; WO2002042707A1

Description

Korte aanduiding: Warmtewisselaar en een dergelijke warmtewisselaar omvattende thermo-akoestische omvorminrichting

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar voor het overdragen van warmte van een eerste fluïdum naar een tweede fluïdum, omvattende een of meer evenwijdig op afstand van elkaar opgestelde doorstroomkanalen voor een eerste fluïdum, waarvan de buitenwand in 5 warmte-overdragende aanraking verkeert met een uit metaalschuim vervaardigd doorstroomlichaam metaalschuim voor een tweede fluïdum.

Uit EP-A-0 744 586 is een warmte-overdragend element, bijvoorbeeld een plaat of buis, met een groot warmte-overdragend oppervlak in de vorm van koperschuim voor toepassing in een 10 warmtewisselaar bekend teneinde de warmte-overdracht te verbeteren. Een dergelijk element wordt vervaardigd door een poeder van koperoxide via een dampfaseproces af te zetten op een kunststofschuim, dat vooraf is voorzien van een geschikt hechtmiddel. Het aldus voorbereide schuim wordt vervolgens onder lichte druk op 15 een plaat of buis aangebracht, die eveneens vooraf met een poeder van koperoxide is bedekt, om aldus een samengesteld element te vormen door middel van sinteren. Na pyrolyse van het kunststofschuim wordt het koperoxide gereduceerd tot koper.

Een warmtewisselaar van het hierboven beschreven type wordt 20 bijvoorbeeld toegepast in zogeheten thermisch akoestische warmtepompen ("thermo-acoustic heat engines"). Bij een dergelijke warmtewisselaar wordt een eerste warmtecircuit gevormd door een stroom van een eerste fluïdum, zoals een gas of vloeistof, door in het algemeen meerdere doorstroomkanalen. Een tweede warmtecircuit 25 bestaat uit een stroom van een tweede fluïdum, in het algemeen een gas (lucht, argon), door het poreuze doorstroomlichaam heen, welk doorstroomlichaam de doorstroomkanalen over een zeker gebied omgeeft. De stromingsrichting van het tweede fluïdum door het doorstroomlichaam staat in het algemeen nagenoeg loodrecht op de 30 stromingsrichting van het eerste fluïdum in de doorstroomkanalen. Het poreuze doorstroomlichaam staat in warmte-uitwisselende aanraking met de buitenwand van de doorstroomkanalen. Warmte wordt bijvoorbeeld vanaf het eerste fluïdum overgedragen aan de binnenwand van de doorstroomkanalen en door geleiding in het wandmateriaal naar de 10 16 713 - 2 - buitenwand getransporteerd. Bij de buitenwand vindt warmte-overdracht naar het poreuze doorstroomlichaan plaats door straling en geleiding. In het poreuze doorstroomlichaam vindt warmtegeleiding plaats. In alleen een doorstroomlichaam van metaalschuim is deze 5 warmtegeleiding beperkt, zodat soms massieve lamellen van een goed geleidend materiaal zijn voorzien in het metaalschuim teneinde de warmtegeleiding te vergroten. Overdracht van warmte van het doorstroomlichaam naar het tweede fluïdum vindt eveneens plaats door straling en geleiding. De doelmatigheid van de warmte-overdracht in 10 zijn totaliteit is onder meer afhankelijk van al deze overgangen, waarbij in het bijzonder de overdracht van het doorstroomlichaam naar het tweede fluïdum of vice versa - veelal de gaszijdige warmteoverdracht - een remmende factor kan zijn.

Gebleken is nu dat hoewel de toepassing van een metaalschuim, 15 al dan niet in combinatie met lamellen of vinnen, een vergroot warmte-uitwisselend oppervlak en eventueel verhoogde geleiding biedt, de stromingsweerstand relatief hoog is, zodat de totale prestatie, uitgedrukt als de verhouding tussen warmteoverdracht en stromingsweerstand, achterblijft ten opzichte van een conventionele 20 warmtewisselaar met alleen vinnen of lamellen. Veelal gaat een toename van de warmteoverdracht bij toepassing van een metaalschuim gepaard met een meer dan evenredige toename van de stromingsweerstand.

De uitvinding heeft in zijn algemeenheid ten doel de totale 25 prestatie, de hierboven genoemde verhouding tussen warmteoverdracht en stromingsweerstand, van een warmtewisselaar te verbeteren.

Bij de warmtewisselaar van de hierboven beschreven soort heeft volgens de uitvinding het metaalschuim een gradiënt van de volumedichtheid. Door het toepassen van een metaalschuim met een 30 gradiënt van de volumedichtheid is het mogelijk de dichtheid van het schuim, m.a.w. de hoeveelheid metaal, aan te passen aan de lokale warmtestroomdichtheid en stromingsweerstand. In het metaalschuim is de warmtestroomdichtheid in de nabijheid van de doorstroomkanalen het grootst, zodat het metaalschuim op deze positie meer metaal zou 35 moeten bevatten dan aan de buitenomtrek van het doorstroomlichaam, waar de warmtestroomdichtheid veel kleiner is. Dit is mogelijk door variatie van de volumedichtheid van het toegepaste metaalschuim.

Dergelijk metaalschuim met een gradiënt van de volumedichtheid kan bijvoorbeeld door middel van elektroplatteerwerkwijzen voor het *01 6 7 13 - 3 - elektroplatteren van een kunststofschuim in een elektrolysebad worden verkregen, zoals hierna nog in meer detail zal worden uitgelegd.

Aangezien bij een dergelijke vervaardigingswerkwijze de dichtheid in het schuim in één richting vërandert, bestaat het 5 doorstroomlichaam bij voorkeur uit tenminste twee lagen metaalschuim, waarvan laagoppervlakken met gelijke volumedichtheid naar elkaar toe zijn gekeerd. Dit laat verschillende gunstige uitvoeringsvormen van het doorstroomlichaam toe.

Bij een eerste voorkeursuitvoeringsvorm neemt de 10 volumedichtheid van het metaalschuim vanaf een aanstroomzijde van het doorstroomlichaam voor het tweede fluïdum in de richting van een doorstroomkanaal toe, zodat meer metaal aanwezig is waar de warmtestroomdichtheid groter is.

De vorm van de doorstroomkanalen is niet kritisch; ronde 15 buizen, vlakke holle platen e.d. zijn bruikbaar. Echter teneinde de stromingsweerstand beperkt te houden, wordt de vorm van een doorstroomkanaal bij voorkeur aan het stromingsprofiel van het tweede fluïdum aangepast. Met voordeel heeft een doorstroomkanaal een ellipsvormige dwarsdoorsnede waarvan de hoofdas zich in de 20 stromingsrichting van het tweede fluïdum uitstrekt. Een doorstroomkanaal met een dergelijke vorm combineert een groot warmte-uitwisselend oppervlak met een betrekkelijk lage stromingsweerstand.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm, die in het bijzonder vanwege de eenvoudige modulaire opbouw voordelig is, 25 omvatten de doorstroomkanalen door secties van het doorstroomlichaam gescheiden buisvormige lichamen met rechthoekige dwarsdoorsnede, waarbij de volumedichtheid van de secties van het doorstroomlichaam nabij de buitenwanden van de doorstroomkanalen de hoogste waarde bezit. Een module van deze voorkeursuitvoeringsvorm van een 30 warmtewisselaar kan bijvoorbeeld bestaan uit een dergelijk doorstroomkanaal met rechthoekige doorsnede, waarvan twee tegenover elkaar liggende wanden zijn voorzien van een laag metaalschuim, waarvan het laagoppervlak met de hoogste volumedichtheid grenst aan die betreffende wanden.

35 Wanneer een meer op een warmtewisselaar met een doorstroomlichaam van door lamellen gescheiden metaalschuimdelen gelijkende warmtewisselaar is gewenst, kunnen meerdere lagen metaalschuim worden toegepast, waarvan de gradiënten van de volumedichtheid evenwijdig aan de stromingsrichting van het eerste 40 fluïdum verlopen, bij voorkeur afwisselend. Qua totale prestatie 1016713 - 4 - heeft deze uitvoeringsvorm minder de voorkeur dan de overige hierboven beschreven varianten.

Wanneer een metaalschuim als materiaal voor het poreuze doorstroomlichaam wordt gekozen, is vanwege het zeer grote warmte-5 uitwisselend oppervlak voor een gegeven volume, de warmte-overdracht tussen enerzijds metaalschuim en anderzijds het tweede fluïdum groot en niet langer de beperkende factor.

De warmtegeleiding in het doorstroomlichaam van metaalschuim is vanwege de porositeit daarvan echter gering, welke porositeit 10 eveneens een ongunstige invloed heeft op de warmte-overdracht tussen het doorstroomlichaam en de buitenwand van de doorstroomkanalen. Door geleidelijke verhoging van de hoeveelheid metaal in het schuim wordt een verbetering van het totaal effect van deze twee tegenstrijdige factoren bewerkstelligt.

15 Bij voorkeur wordt een metaalschuim van een metaal met een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt, zoals koper toegepast. Ook de doorstroomlichamen zijn met voordeel uit een metaal met een hoge warmtegeleiding en' warmteoverdracht, zoals koper vervaardigd. Als uitgangsmateriaal voor de vervaardiging van het metaalschuim wordt 20 met voordeel een kunststofschuim, zoals polyurethaan, polyester of polyether met een open netwerk van met elkaar in verbinding staande poriën toegepast, waarbij de diameter van de poriën bij voorkeur in het gebied van 400 - 1500 micrometer, meer bij voorkeur 800-1200 micrometer ligt. De dikte van het daarop afgezette metaal vertoont 25 met voordeel een gradiënt die vanaf 5-10 micrometer, bij voorkeur aan de aanstroomzijde van het doorstroomlichaam, naar 30-70 micrometer, bij voorkeur nabij de doorstroomkanalen gaat, bijvoorbeeld 8 micrometer, respectievelijk 42 micrometer. Dergelijke metaalschuimen kunnen op eenvoudige wijze door middel van elektroformeren van 30 bijvoorbeeld koper op een drager van polymeerschuim worden vervaardigd in een geschikt elektrolysebad, al dan niet gevolgd door pyrolyse van het polymeer. Desgewenst kan eerst een dunne geleidende bijvoorbeeld koperen film op het schuim zijn afgezet met behulp van andere technieken, bijvoorbeeld PVD, CVD e.d., waarna men deze film 35 verder laat groeien in het elektrolysebad.

Voor de bevestiging van het metaalschuim aan de doorstroomkanalen kunnen diverse lastechnieken (inductie, diffusie) en soldeertechnieken worden toegepast. Tinbevattende soldeerlegeringen voldoen uitstekend voor koperschuim.

1016 713 - 5 -

Bij voorkeur heeft de warmtewisselaar volgens de uitvinding een modulaire opbouw, zodat meerdere modules tot een groter geheel kunnen worden samengevoegd.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een warmtepomp, 5 bijvoorbeeld een thermo-akoestische omvorminrichting, voor energieomzetting zoals gedefinieerd in conclusie 11, waarin warmtewisselaars volgens de uitvinding worden toegepast. De motor voor het comprimeren en verplaatsen van het gasvormig fluïdum is bijvoorbeeld een gesloten akoestisch resonantiecircuit. Bij voorkeur 10 heeft de toegepaste regenerator een gelaagde opbouw van schuimlagen van een slecht geleidend metaal. Voorbeelden van een dergelijke thermo-akoestische omvorminrichting omvatten een thermo-akoestische warmtepomp en een thermo-akoestische motor.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de 15 bijgevoegde tekening, waarin:

Fig. 1 is een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de stand van de techniek;

Fig. 2 is een aanzicht in perspectief van een eerste uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding; 20 Fig. 3 is een aanzicht in perspectief van een tweede uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding;

Fig. 4 is een aanzicht in perspectief van een module van de warmtewisselaar volgens fig. 3;

Fig. 5 is een aanzicht in perspectief van een derde 25 uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding; en

Fig. 6 is een schematische weergave van een thermo-akoestische omvorminrichting voor energieomzetting, waarin warmtewisselaars volgens de uitvinding zijn toegepast.

Bij de in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm van een 30 warmtewisselaar 10 volgens de stand van de techniek zijn een aantal buisvormige doorstroomkanalen 12, bijvoorbeeld van koper, evenwijdig aan elkaar opgesteld. De stromingsrichting van een eerste fluïdum door de doorstroomkanalen 12 heen is met een enkele pijl aangeduid, in de weergegeven situatie van boven naar onder. Gebruikelijk zijn de 35 inlaatuiteinden 14 van de doorstroomkanalen 12 met behulp van een verdeelkap (niet weergegeven) met elkaar verbonden. Op gelijke wijze zijn de uitlaatuiteinden 16 met elkaar verbonden. Een poreus doorstroomlichaam voor een tweede fluïdum is in zijn geheel met verwijzingscijfer 20 aangeduid, en omvat een aantal op afstand van 40 elkaar gelegen en evenwijdig aan elkaar opgestelde metaalstroken 22 1016 715 - 6 - met daartussen telkens een laag 24 van metaalschuim. In de metaalstroken 22 en lagen 24 zijn op de juiste plaatsen gaten voorzien voor de doorstroomkanalen 12. De metaalstroken 22 zijn aan de buitenwanden 26 van de doorstroomkanalen 12 gesoldeerd. Het 5 doorstroomlichaam 20 is in een niet weergegeven kamer of behuizing opgesteld, die voorzien zijn van toevoer en afvoer en desgewenst verdeelmiddelen voor het tweede fluïdum. De zijkanten van de behuizing van de warmtewisselaar 10 kunnen zijn voorzien van koppelingsmiddelen, zodat meerdere warmtewisselaars naar behoefte aan 10 elkaar kunnen worden gekoppeld.

Fig. 2 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding, waarin dezelfde onderdelen als in fig. 1 met dezelfde cijfers en verwijzingen zijn aangeduid.

De warmtewisselaar 10 omvat een aantal evenwijdige, op afstand 15 van elkaar opgestelde doorstroomkanalen 12 met een ellipsvormige dwarsdoorsnede, waar een eerste fluïdum, bijvoorbeeld een vloeistof, doorheen wordt geleid. Het doorstroomlichaam 20 omvat 2 metaalschuimdelen 30, respectievelijk 32, elk met een gradiënt van de volumedichtheid evenwijdig aan de stromingsrichting van het tweede 20 fluïdum, bijvoorbeeld een gas. Het oppervlak met de hoogste volumedichtheid is gemakshalve in deze en de volgende figuren weergegeven met een ononderbroken dikke lijn. In deel 30 neemt de volumedichtheid (hoeveelheid metaal) toe in de stromingsrichting van het tweede fluïdum, terwijl in deel 32 de volumedichtheid afneemt in 25 de weergegeven stromingsrichting. Aldus is het meeste metaal in de directe nabijheid van de doorstroomkanalen 12 aanwezig, waar tevens de hoogste warmtestroomdichtheid heerst. Het buitenoppervlak van het doorstroomlichaam 20, in het bijzonder de aanstroomzijde (en afvoerzijde) is relatief open.

30 Fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm, waarbij doorstroomkanalen 12 met een rechthoekige dwarsdoorsnede zijn opgesteld tussen secties 40 van het doorstroomlichaam 20. Elke sectie 40 is opgebouwd uit 2 metaalschuimlagen 42, waarvan de oppervlakken met de hoogste volumedichtheid grenzen aan de buitenwanden 44 van 35 twee naast elkaar opgestelde doorstroomkanalen 12, terwijl de oppervlakken met de laagste volumedichtheid tegen elkaar aan liggen. In deze figuur is het scheidingsvlak daartussen weergegeven met een streep-stippellijn. Fig. 4 toont een module van de in fig. 3 weergeven uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de 40 uitvinding.

f 0 1 6 713 - 7 -

Fig. 5 toont een nog andere variant van een warmtewisselaaar volgens de uitvinding, waarbij 6 om en om gestapelde metaalschuimlagen 50 als doorstroomlichaam 20 zijn voorzien, waarvan aldus de gradiënt steeds gezien in de stromingsrichting van het 5 eerste fluïdum, dat door de doorstroomkanalen 12 wordt geleid, van teken verwisselt.

Fig. 6 toont een principeschets van een waterpomp volgens de uitvinding, in dit geval een uitvoeringsvorm van een thermo-akoestische omvorminrichting 60 voor energieomzetting, waarin met 10 voordeel warmtewisselaars volgens de uitvinding kunnen worden toegepast.

De inrichting 60 omvat een gasgevuld akoestisch of akoestisch-mechanisch resonantiecircuit 62 met een tussen twee warmtewisselaars 10 volgens de uitvinding opgestelde regenerator 64, bijvoorbeeld van 15 nikkelschuim. Wanneer de inrichting 60 als warmtepomp wordt toegepast wordt mechanische energie aan het gas toegevoerd, bijvoorbeeld via een membraan, dat met behulp van een lineaire elektromotor in trilling wordt gebracht. Andere mogelijkheden omvatten bijvoorbeeld een balg of een vrije zuigerconstructie. Het in trilling gebrachte 20 gas, dat als tweede fluïdum fungeert, onttrekt warmte aan een eerste fluïdum in de eerste warmtewisselaar 10 en pompt de onttrokken warmte via de regenator naar de tweede warmtewisselaar 10, waar de warmte wordt overgedragen aan een derde fluïdum. Aldus is het mogelijk warmte van een fluïdumstroom met lage temperatuur naar een fluïdum 25 met een hoge temperatuur te verplaatsen. De voor dit proces benodigde periodieke drukvariatie en gasverplaatsing vinden in het gesloten resonantiecircuit 62 plaats onder invloed van een krachtige akoestische golf. Hierbij wordt opgemerkt dat de drukamplitude vele malen groter is dan gebruikelijk is in een vrije ruimte, nl. in de 30 orde van grootte van 10% van de gemiddelde druk in het systeem.

Wanneer de omvorminrichting als motor wordt toegepast, wordt aan een warmtewisselaar bij hoge temperatuur warmte toegevoerd en afgevoerd door een verdere warmtewisselaar bij lage temperatuur, bijvoorbeeld omgevingstemperatuur, waardoor de trilling in stand 35 wordt gehouden. Wanneer meer warmte wordt toegevoerd dan noodzakelijk is voor het instand houden van de trilling, kan een deel van de akoestische energie aan de resonator worden onttrokken als nuttig uitgangsvermogen.

101 6 713 - 8 -

De prestatie van de warmtewisselaars volgens de uitvinding wordt hierna verder toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

Verschillende warmtewisselaars zijn vervaardigd en getest. Het 5 poreus doorstroomlichaam van een eerste warmtewisselaar A is vervaardigd uit materiaalstroken van koperschuim (65 poriën per inch) met een lengte van 90 mm en een breedte van 12 mm. Daarin zijn gaten voor de doorstroomkanalen uitgestanst. De doorstroomkanalen bestonden uit 9 op regelmatige afstand van elkaar opgestelde koperen buisjes 10 met een buitendiameter van 6 mm (inwendige diameter 4 mm). De effectieve doorlaat voor het tweede fluïdum is 90 mm x 70 mm. Verdeelstukken aan de inlaateinden en uitlaateinden van de koperen buisjes waren met een watertoevoer, resp. -afvoer verbonden.

Bij een tweede warmtewisselaar B is een doorstroomlichaam van 15 hetzelfde koperschuim toegepast, waarin echter messing lamellen met een dikte van 0,25 mm zijn aangebracht. In een oven zijn het schuim en de lamellen aan elkaar gesoldeerd. Teneinde dichtvloeien van het metaalschuim tegen te gaan kunnen de koperschuimstroken en messing lamellen ook een voor een aan de koperen buisjes worden 20 vastgesoldeerd.

Bij een derde warmtewisselaar C bestaat het doorstroomlichaam alleen uit 39 messing lamellen.

Bij een vierde warmtewisselaar D volgens de uitvinding, zoals weergegeven in fig. 2, met dezelfde afmetingen en aantal buisjes als 25 bij warmtewisselaars A-C bestaat het doorstroomlichaam uit 2 lagen koperschuim, die waren vervaardigd bij kamertemperatuur op een PU-schuim met poriediameter van 800 micrometer in een koperbad met samenstelling CuS04 = 250 g/1, H2S04 = 70g/l, Cl" = 15 mg/1 en pH= 0-1 bij een stroomdichtheid van 5 A/dm2. Na pyrolyse bezat een aldus 30 vervaardigde koperschuimlaag aan de ene zijde een metaaldikte van 8 micrometer, terwijl op de andere zijde de dikte van het afgezette metaal 42 micrometer bedroeg. In deze laatste zijden van deze schuimlagen werden verdiepingen overeenkomend met de halve diameter van de koperen buisjes voorzien, waarna die buisjes daarin werden 35 geplaatst. Solderen met tin werd als bevestigingstechniek gebruikt.

Met deze warmtewisselaars werden proeven uitgevoerd, waarbij men een met een flowmeter geregelde hoeveelheid warm water (T = ca.

80 °C) door de buisjes liet circuleren via een thermostaatbad. Omgevingslucht werd met behulp van een centrifugaalpomp door het 40 doorstroomlichaam van de warmtewisselaar gezogen, die in een kanaal 1016713 - 9 - was opgesteld. Het aangezogen luchtvolume werd tussen de warmtewisselaar en de centrifugaalpomp met een flowmeter gemeten. De drukval over het doorstroomlichaam en de inlaattemperatuur Ti en uitlaattemperatuur T2 van de eerste fluïdumstroom van water en de 5 uitlaattemperatuur T3 van de tweede fluïdumstroom van lucht werden gemeten. De door de luchtstroom opgenomen hoeveelheid warmte Q wordt berekend uit de volumestroom van water Fw (1/min) en het temperatuurverschil tussen de ingaande en uitgaande stroom van water (Tj—T2) volgens de formule 10 Q = W„. (Tr-Tz) . Fw/60 [W] , waarin Ww de warmtecapaciteit van water is (4180 J.kg.K-1). De testen werden bij verschillende luchtsnelheden uitgevoerd. Het getal van Reynolds wordt bepaald uit de gemeten gassnelheid ter plekke van de warmtewisselaar en de hydraulische diameter DH=0,0033 voor al deze 15 warmtewisselaars A-D. De waarde van de viscositeit geldt bij de gastemperatuur van de verse aangezogen lucht, welke temperatuur eveneens gemeten werd. Onder eliminatie van de warmteoverdracht aan de vloeistofzijde en aanname van turbulente buisstroming kan het getal van Nusselt voor de gaszijde worden berekend: Nu(Re) = 20 Q.Dh/A.aTi, waarin A„ het totale uitwisseloppervlak is en AÏi het temperatuurverschil tussen gas en warmtewisselaar.

Zoals gebruikelijk is in het vak, wordt de warmteoverdracht weergegeven asl jH= Nu.Re-1. Pr~1/3 tegen Re. Hierin is Pr het getal van Prandtl, dat voor lucht de waarde 0,7 heeft.

25 Op dezelfde wijze kan de zogeheten frictiecoëfficiënt f = A0 Δρ/Α„(1/2 p v2) worden berekend uit de gemeten drukval en de gemeten snelheid voor deze warmtewisselaars met bekende afmetingen, en weergegeven als functie van het getal van Reynolds.

30 Onderstaande tabel toont de resultaten van de warmteoverdracht (jH), de frictiecoëfficiënt (f) en de verhouding jH/f voor Re=300 voor de verschillende warmtewisselaars A-D.

10 1 6 713 - 10 -

Tabel.

Warmtewisselaar jH f jH/f A 0,07 ~2Ö 0,004 “ Έ ~ 0,7 ~~ 4Ö ~Ö, 018 "c 0,03 T74 TTÖ2Ï _ __ _ 0,033

Uit bovenstaande tabel blijkt dat zoals te verwachten is 5 warmtewisselaar A (alleen schuim) een hogere warmteoverdracht geeft dan warmtewisselaar C (alleen lamellen). De stromingsweerstand is echter meer dan evenredig toegenomen. Verder blijkt dat hoewel de warmtewisselaar B (schuim en lamellen) een hogere warmteoverdracht heeft dan de warmtewisselaar D volgens de uitvinding, de 10 stromingsweerstand zeer hoog is. De warmtewisselaar volgens de uitvinding heeft de beste totaalprestatie, uitgedrukt als jH/f.

Hieruit blijkt dat door toepassing van een schuim met een geschikte verdeling van metaal en verandering van de hoeveelheid daarvan een gunstig evenwicht tussen warmteoverdracht/geleiding enerzijds en 15 stromingsweerstand anderzijds kan worden bereikt.

101 e 7t3

Claims

1. Warmtewisselaar (10) voor het overdragen van warmte van een eerste fluïdum naar een tweede fluïdum, omvattende een of meer evenwijdig op afstand van elkaar evenwijdig opgestelde doorstroomkanalen (12) voor een eerste fluïdum, waarvan de buitenwand 5 (26) in warmte-overdragende aanraking verkeert met een uit metaalschuim vervaardigd doorstroomlichaam (20) voor een tweede fluïdum, met het kenmerk dat het metaalschuim een gradiënt van de volumedichtheid bezit.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het 10 doorstroomlichaam (20) uit tenminste twee lagen metaalschuim (30, 32; 42; 50) is opgebouwd, waarvan laagoppervlakken met gelijke volumedichtheid naar elkaar toe zijn gekeerd.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de volumedichtheid van het metaalschuim vanaf een aanstroomzijde van 15 het doorstroomlichaam (20) voor het tweede fluïdum in de richting van de doorstroomkanalen toeneemt.

4. Warmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies 3, met het kenmerk dat de doorstroomkanalen (12) een ellipsvormige dwarsdoorsnede bezitten, waarvan de hoofdas zich in de 20 stromingsrichting van het tweede fluïdum uitstrekt.

5. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de doorstroomkanalen (12) door secties (40) van het doorstroomlichaam (20) gescheiden buisvormige lichamen met rechthoekige dwarsdoorsnede omvatten, waarbij de volumedichtheid van de secties (40) van het 25 doorstroomlichaam (20) nabij de buitenwanden (26) van de doorstroomkanalen (12) de hoogste waarde bezit.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de gradiënt afwisselend in de stromingsrichting van het eerste fluïdum toe- en afneemt.

7. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het metaal van het metaalschuim koper is.

8. Warmtewisselaar volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verbinding tussen het doorstroomlichaam (20) en de buitenwand (26) van de ten minste één 35 doorstroomkanaal een soldeerverbinding omvat.

9. Warmtewisselaar volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk dat de soldeerverbinding tin of een tinlegering omvat. B0 1 6 713 - 12 -

10. Warmtewisselaar volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de warmtewisselaar (10) een modulaire opbouw heeft en is voorzien van koppelingsmiddelen voor het aan elkaar koppelen van modulaire warmtewisselaars.

11. Warmtepomp voor energieomzetting, omvattende een motor voor het comprimeren en verplaatsen van een gasvormig tweede fluïdum, alsmede een warmtewisselaar voor het overdragen van warmte vanaf een eerste fluïdum naar het tweede fluïdum, en een warmtewisselaar voor het overdragen van warmte vanaf het tweede fluïdum naar een derde 10 fluïdum, waarbij tussen de warmtewisselaars, gezien in de stromingsrichting van het gas, een regenerator (64) is opgesteld, met het kenmerk dat de warmtewisselaars inrichtingen (10) volgens één of meer van de voorgaande conclusies zijn.

12. Warmtepomp volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de 15 regenerator (64) een gelaagde structuur van meerdere lagen metaalschuim van een slecht geleidend metaal omvat.

13. Warmtepomp volgens conclusie 12, met het kenmerk dat het slecht geleidend metaal nikkel is. 1016 713