NL2004187C2

NL2004187C2 - HEAT EXCHANGER.

Info

Publication number: NL2004187C2
Application number: NL2004187A
Authority: NL
Inventors: Symen Spoelstra; Ronald Batenburg; Moulay El Hassan Tijani
Original assignee: Stichting Energie
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-04
Also published as: WO2011096801A3; WO2011096801A2

Description

Warmtewisselaar Gebied van de uitvindingField of the invention

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar voor het 5 overbrengen van warmte-energie tussen een eerste fluïdum in een eerste fluïdumcircuit en een tweede fluïdum in een tweede fluïdumcircuit, waarbij het eerste fluïdumcircuit en het tweede fluïdumcircuit thermisch geleidend met elkaar verbonden zijn.The present invention relates to a heat exchanger for transferring heat energy between a first fluid in a first fluid circuit and a second fluid in a second fluid circuit, the first fluid circuit and the second fluid circuit being thermally connected to each other.

Stand van de techniek 10 De Europese octrooipublicatie EP-A-0 563 951 openbaart een oliekoeler voor het koelen van (motor)olic met behulp van (koel)watcr. Olie- en waterkanalen staan in thermisch contact met elkaar, en worden gevormd door het stapelen van drie verschillende soorten platen die sleuven en ribben omvatten. Water stroomt tijdens bedrijf in cirkelvormige kanalen in radiale richting en olie stroomt loodrecht daarop 15 door kleine gaten en via een centrale boring in de oliekoeler weer terug.State of the art The European patent publication EP-A-0 563 951 discloses an oil cooler for cooling (motor) oil using (cooling) water. Oil and water channels are in thermal contact with each other, and are formed by stacking three different types of plates that include slots and ribs. During operation, water flows in circular channels in a radial direction and oil flows perpendicular thereto through small holes and via a central bore in the oil cooler.

Samenvatting van de uitvindingSummary of the invention

De onderhavige uitvinding tracht een warmtewisselaar te verschaffen die bruikbaar is in thermo-akoestische toepassingen, zoals in combinatie met of als 20 onderdeel van een warmtepomp of motor.The present invention seeks to provide a heat exchanger that is useful in thermo-acoustic applications, such as in combination with or as part of a heat pump or motor.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een warmtewisselaar volgens de in de aanhef gedefinieerde soort verschaft, waarbij het eerste en tweede fluïdumcircuit gevormd wordt door een opeenstapeling van plaatelementen die eerste kanalen voor het eerste fluïdumcircuit en een veelvoud van kanalen voor het tweede fluïdumcircuit 25 vormen, en waarbij het totaal van doorsneden van het veelvoud van kanalen minimaal 25% van een frontaal oppervlak van het tweede fluïdumcircuit beslaat. In de plaatelementen zijn bijvoorbeeld eerste kanalen aangebracht voor het eerste fluïdum die het veelvoud van kanalen van het tweede fluïdumcircuit omstromen. Hierdoor kan een efficiënte warmteoverdracht plaatsvinden in de warmtewisselaar met een zo compact 30 mogelijke bouw. Een dergelijke structuur van de warmtewisselaar maakt een eenvoudige vervaardiging van de warmtewisselaar mogelijk (stapeling van plaatelementen), en tegelijkertijd ontstaat een warmtewisselaar waarbij het tweede fluïdumcircuit voldoende openheid (of doorzichtigheid) heeft, waardoor tijdens bedrijf 2 weinig of geen wrijving optreedt voor het tweede fluïdum. Hierdoor is bij thermo-akoestische toepassingen de demping van een akoestische golf in het tweede fluïdum verwaarloosbaar. De openheid van de structuur van het tweede fluïdumcircuit kan ook worden aangeduid als de porositeit van de warmtewisselaar voor het tweede fluïdum.According to the present invention, a heat exchanger of the type defined in the preamble is provided, wherein the first and second fluid circuit is formed by an accumulation of plate elements forming first channels for the first fluid circuit and a plurality of channels for the second fluid circuit 25, and wherein the total cross-section of the plurality of channels covers at least 25% of a frontal surface of the second fluid circuit. For example, first plate channels are provided in the plate elements for the first fluid that surround the plurality of channels of the second fluid circuit. An efficient heat transfer can hereby take place in the heat exchanger with a construction that is as compact as possible. Such a structure of the heat exchanger allows a simple manufacture of the heat exchanger (stacking of plate elements), and at the same time a heat exchanger is created in which the second fluid circuit has sufficient openness (or transparency), whereby during operation 2 little or no friction occurs for the second fluid. . As a result, the damping of an acoustic wave in the second fluid is negligible in thermo-acoustic applications. The openness of the structure of the second fluid circuit can also be referred to as the porosity of the heat exchanger for the second fluid.

5 De Europese octrooipublicatie EP-A-0 678 715 openbaart een warmtewisselaar voor een thermo-akoestische warmtepomp, opgebouwd uit gebogen holle leidingen met daartussen vinnen. Deze warmtewisselaar is moeilijk te vervaardigen, en kan makkelijk beschadigd worden, zowel tijdens samenbouwen als tijdens gebruik.The European patent publication EP-A-0 678 715 discloses a heat exchanger for a thermo-acoustic heat pump, composed of curved hollow pipes with fins between them. This heat exchanger is difficult to manufacture, and can easily be damaged, both during assembly and during use.

De plaatelementen zijn in een uitvoeringsvorm vlakke (bijvoorbeeld gestanste of 10 uitgesneden) plaatelementen, waarbij twee opeenvolgende plaatelementen uitgelijnde gaten omvatten die na samenbouw het veelvoud van kanalen van het tweede fluïdumcircuit vormen, en gedeeltelijk overlappende groeven die na samenbouw de eerste kanalen vormen.In one embodiment, the plate elements are flat (for example punched or cut-out) plate elements, wherein two consecutive plate elements comprise aligned holes which after assembly form the plurality of channels of the second fluid circuit, and partially overlapping grooves which form the first channels after assembly.

In een uitvoeringsvorm is tijdens bedrijf een akoestische golf aanwezig in het 15 tweede fluïdum, en is de lengte van elk kanaal minimaal gelijk is aan een piek- piekafstand van de fluïdumverplaatsing in de akoestische golf. Deze structuur zorgt voor een minimale demping van de akoestische golf tijdens bedrijf, waardoor de warmtewisselaar efficiënt kan werken.In one embodiment, an acoustic wave is present in the second fluid during operation, and the length of each channel is at least equal to a peak-to-peak distance of the fluid displacement in the acoustic wave. This structure ensures a minimal damping of the acoustic wave during operation, so that the heat exchanger can work efficiently.

In een uitvoeringsvorm is de lengte van elk kanaal minder dan 5 cm, en in een 20 verdere uitvoeringsvorm is de lengte van elk kanaal meer dan 0,5 cm. Over een breed gebied van keuze van tweede fluïdum en operationele omstandigheden biedt dit een efficiënte warmtewisselaar.In one embodiment the length of each channel is less than 5 cm, and in a further embodiment the length of each channel is more than 0.5 cm. This offers an efficient heat exchanger over a wide range of choice of second fluid and operational conditions.

Het veelvoud van kanalen loopt in het tweede fluïdumcircuit evenwijdig aan een langsas van de warmtewisselaar vanaf een beginopening tot aan een eindopening van 25 elk kanaal. Hierdoor ondervindt de akoestische golf tijdens bedrijf een zo laag mogelijke demping.The plurality of channels in the second fluid circuit run parallel to a longitudinal axis of the heat exchanger from an initial opening to an end opening of each channel. This causes the acoustic wave to experience the lowest possible damping during operation.

In een verdere uitvoeringsvorm omvatten een of meer van het veelvoud van kanalen secundaire warmtegeleidende elementen (bijvoorbeeld in de vorm van vinnen) van materiaal waarvan een hoofdoppervlak evenwijdig loopt aan de langsas van de 30 warmtewisselaar. Het materiaal kan dun plaatmateriaal zijn, maar ook equivalente materialen zoals metaalschuim of cilindrische kanalen. Dit heeft als effect dat een betere warmteoverdracht plaats kan vinden vanuit het tweede fluïdum. De secundaire warmtegeleidende elementen worden in een uitvoeringsvorm door gebogen 3 plaatmateriaal, bijvoorbeeld gegolfd of gevouwen. In een nog verdere uitvoeringsvorm heeft het gebogen plaatmateriaal een steekafstand in een richting loodrecht op de langsas van de warmtewisselaar, en wordt de maximale steekafstand bepaald door een thermische penetratiediepte van het tweede fluïdum. De steekafstand is in een 5 uitvoeringsvorm gelegen in het gebied van één maal en vijf maal de thermische penetratiediepte.In a further embodiment, one or more of the plurality of channels comprise secondary heat-conducting elements (for example in the form of fins) of material whose main surface is parallel to the longitudinal axis of the heat exchanger. The material can be thin sheet material, but also equivalent materials such as metal foam or cylindrical channels. This has the effect that a better heat transfer can take place from the second fluid. The secondary heat-conducting elements are, in one embodiment, bent or folded by bent sheet material. In a still further embodiment, the bent plate material has a pitch distance in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the heat exchanger, and the maximum pitch distance is determined by a thermal penetration depth of the second fluid. In one embodiment, the pitch distance is in the range of one time and five times the thermal penetration depth.

In een uitvoeringsvorm omvat het eerste fluïdumcircuit eerste kanalen die ten minste gedeeltelijk coaxiaal aan de langsas van de warmtewisselaar lopen, bijvoorbeeld in een vlak in hoofdzaak loodrecht op de langsas. Hierdoor is het mogelijk om de hele 10 dwarsdoorsnede van de warmtewisselaar effectief te benutten. Als alternatief kunnen de eerste kanalen ook gevormd zijn als rechte kanalen.In one embodiment, the first fluid circuit comprises first channels which run at least partially coaxially on the longitudinal axis of the heat exchanger, for example in a plane substantially perpendicular to the longitudinal axis. This makes it possible to use the entire cross-section of the heat exchanger effectively. Alternatively, the first channels can also be formed as straight channels.

Het eerste fluïdum is in een uitvoeringsvorm een vloeistof (bijvoorbeeld water) en het tweede fluïdum een gas (bijvoorbeeld Helium).In one embodiment, the first fluid is a liquid (e.g. water) and the second fluid is a gas (e.g. Helium).

In een verder aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een thermo-15 akoestische inrichting omvattende ten minste één warmtewisselaar volgens een van onderhavige uitvoeringsvormen. Deze thermo-akoestische inrichting kan functioneren als een motor of als een warmtepomp.In a further aspect the present invention relates to a thermo-acoustic device comprising at least one heat exchanger according to one of the present embodiments. This thermo-acoustic device can function as a motor or as a heat pump.

Korte beschrijving van de tekeningen 20 De onderhavige uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand van een aantal voorbeelduitvoeringsvormen, met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarinBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be discussed in more detail with reference to a number of exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which

Fig. 1 een schematische weergave toont van een thermo-akoestische inrichting waarin de onderhavige uitvinding toegepast wordt; 25 Fig. 2 een vooraanzicht toont van een uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de onderhavige uitvinding;FIG. 1 shows a schematic representation of a thermo-acoustic device in which the present invention is applied; FIG. 2 shows a front view of an embodiment of a heat exchanger according to the present invention;

Fig. 3 een zijaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, toont van de warmtewisselaar volgens Fig. 2; enFIG. 3 shows a side view, partially in section, of the heat exchanger according to FIG. 2; and

Fig. 4 een uiteengelegd perspectiefaanzicht toont van een uitvoeringsvorm van de 30 warmtewisselaar.FIG. 4 shows an exploded perspective view of an embodiment of the heat exchanger.

44

Gedetailleerde beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormenDetailed description of exemplary embodiments

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar, die bijvoorbeeld geschikt is voor toepassingen in het gebied van thermo-akoestiek. In thermo-akoestische systemen wordt warmte omgezet in akoestische energie of 5 omgekeerd wordt akoestische energie gebruikt om warmte op te pompen. De warmteoverdracht vindt in het algemeen plaats tussen de warmtewisselaar en een werkmedium. Het werkmedium oscilleert heen en weer door een akoestische golf. In de onderstaande beschrijving worden uitvoeringsvormen beschreven van warmtewisselaars die gebruikt kunnen worden in thermo-akoestische systemen.The present invention relates to a heat exchanger which is suitable, for example, for applications in the field of thermoacoustics. In thermo-acoustic systems, heat is converted into acoustic energy or, conversely, acoustic energy is used to pump up heat. The heat transfer generally takes place between the heat exchanger and a working medium. The working medium oscillates back and forth through an acoustic wave. The description below describes embodiments of heat exchangers that can be used in thermo-acoustic systems.

10 In Fig. 1 is een schematische weergave getoond van een thermo-akoestisch systeem 20, dat een warmtewisselaar 10 volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat. Het als voorbeeld in Fig. 1 weergegeven thermo-akoestisch systeem 20 omvat een regenerator 22 en twee warmtewisselaars 10 die geplaatst zijn in een akoestische resonator 21. De regenerator 22 (een poreuze 15 structuur) is het hart van het systeem 20 waar het thermodynamisch conversie proces plaatsvindt. De warmtewisselaars 10 zijn aanwezig voor de warmte uitwisseling met de omgeving (warmtebronnen). Een thermo-akoestisch systeem 20 kan functioneren als een motor of als een warmtepomp. In een thermo-akoestisch motor wordt een akoestisch golf 24 spontaan gegenereerd en versterkt door een temperatuurverschil 20 opgelegd over de regenerator 22 met behulp van de twee warmtewisselaars 10. In een warmtepomp wordt een akoestisch golf 23 (akoestisch energie) gebruikt om warmte te pompen door de regenerator 22 van een lage temperatuur (koude) warmtewisselaar 10 (rechts in Fig. 1) naar een hoge temperatuur warmtewisselaar 10 (links in Fig. 1).FIG. 1 shows a schematic representation of a thermo-acoustic system 20, which comprises a heat exchanger 10 according to an embodiment of the present invention. The example in FIG. 1 thermoacoustic system 20 comprises a regenerator 22 and two heat exchangers 10 placed in an acoustic resonator 21. The regenerator 22 (a porous structure) is the heart of the system 20 where the thermodynamic conversion process takes place. The heat exchangers 10 are present for the heat exchange with the environment (heat sources). A thermo-acoustic system 20 can function as a motor or as a heat pump. In a thermo-acoustic motor, an acoustic wave 24 is spontaneously generated and amplified by a temperature difference 20 imposed on the regenerator 22 using the two heat exchangers 10. In a heat pump, an acoustic wave 23 (acoustic energy) is used to pump heat through the regenerator 22 from a low temperature (cold) heat exchanger 10 (right in Fig. 1) to a high temperature heat exchanger 10 (left in Fig. 1).

In Fig. 2 wordt een vooraanzicht getoond van een warmtewisselaar 10 volgens 25 een uitvoeringsvorm van de onderhave uitvinding en in Fig. 3 een gedeeltelijk doorsneeaanzicht van de warmtewisselaar 10 van Fig. 2. De warmtewisselaar 10 heeft een cilindervorm met een langsas 15. Verder omvat de warmtewisselaar 10 een toevoer 1 en een afvoer 2 waartussen zich een eerste fluïdumcircuit bevindt. Een veelvoud van kanalen 3 met een beginopening 4 en een eindopening 5 vormt een tweede 30 fluïdumcircuit evenwijdig aan de langsas 15. De lengte van elk van het veelvoud van kanalen 3 is in Fig. 3 aangegeven met d. Elk van het veelvoud van kanalen 3 kan verder een in hoofdzaak constante doorsnee hebben over de lengte, waardoor het tweede fluïdum zo weinig mogelijk weerstand ondervindt. De doorsnee kan rechthoekig, 5 cirkelvormig, zoals in de getekende uitvoeringsvormen halfcilindervormige zijn, of een andere willekeurige vorm hebben.In FIG. 2 shows a front view of a heat exchanger 10 according to an embodiment of the present invention and in FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the heat exchanger 10 of FIG. 2. The heat exchanger 10 has a cylindrical shape with a longitudinal axis 15. Furthermore, the heat exchanger 10 comprises a supply 1 and a discharge 2 between which a first fluid circuit is situated. A plurality of channels 3 with an opening opening 4 and an end opening 5 forms a second fluid circuit parallel to the longitudinal axis 15. The length of each of the plurality of channels 3 is shown in FIG. 3 indicated by d. Each of the plurality of channels 3 can further have a substantially constant cross-section over the length, whereby the second fluid experiences as little resistance as possible. The cross-section can be rectangular, circular, as in the embodiments shown, semi-cylindrical, or have any other random shape.

Om zo weinig mogelijk weerstand te krijgen, is het totaal van doorsneden van het veelvoud van kanalen 3 minimaal 25% van een frontaal oppervlak van het tweede 5 fluïdumcircuit. In Fig. 2 is het vooraanzicht van de warmtewisselaar 10 getoond, dat het frontaal oppervlak van het tweede fluïdumcircuit vormt. Het tweede fluïdumcircuit van de warmtewisselaar 10 heeft hierdoor voldoende openheid (of doorzichtigheid), waardoor tijdens bedrijf weinig of geen wrijving optreedt voor het tweede fluïdum. Hierdoor is bij thermo-akoestische toepassingen de demping van een akoestische golf 10 in het tweede fluïdum verwaarloosbaar. De openheid van de structuur van het tweede fluïdumcircuit kan ook worden aangeduid als de porositeit van de warmtewisselaar 10 voor het tweede fluïdum.In order to obtain as little resistance as possible, the total cross-section of the plurality of channels 3 is at least 25% of a frontal surface of the second fluid circuit. In FIG. 2 shows the front view of the heat exchanger 10, which forms the frontal surface of the second fluid circuit. The second fluid circuit of the heat exchanger 10 therefore has sufficient openness (or transparency), whereby little or no friction occurs for the second fluid during operation. As a result, in thermo-acoustic applications, the damping of an acoustic wave 10 in the second fluid is negligible. The openness of the structure of the second fluid circuit can also be referred to as the porosity of the heat exchanger 10 for the second fluid.

In het eerste en tweede fluïdumcircuit bevinden zich in bedrijf een eerste fluïdum (bijvoorbeeld een vloeistof zoals water), respectievelijk een tweede fluïdum 15 (bijvoorbeeld een gas zoals He), waarbij warmte-energie wordt overgedragen tussen het eerste en tweede fluïdum door een thermisch geleidende verbinding. In het tweede fluïdumcircuit staat tijdens bedrijf de akoestische golf, die om efficiëntieredenen, zo weinig mogelijk weerstand dient te ondervinden.In the first and second fluid circuit, in operation, there is a first fluid (e.g. a liquid such as water) and a second fluid 15 (e.g. a gas such as He), with heat energy being transferred between the first and second fluid through a thermally conductive link. In the second fluid circuit, during operation, there is the acoustic wave which, for efficiency reasons, must experience as little resistance as possible.

In een uitvoeringsvorm wordt de optimale lengte d van de warmtewisselaar 10 in 20 de akoestische richting bepaald door de piek-piek verplaatsing van het tweede fluïdum, gegeven door:In one embodiment, the optimum length d of the heat exchanger 10 in the acoustic direction is determined by the peak-to-peak displacement of the second fluid, given by:

PP

Piek - piek = 2--.Peak - peak = 2--.

pa copa co

Hierin is p de akoestische druk amplitude ter plekke van de warmtewisselaar 10, co is de hoeksnelheid a is de geluidssnelheid, en p is de dichtheid van het tweede 25 fluïdum (gas). Goede resultaten zijn bereikbaar met een warmtewisselaar 10 met een lengte van de kanalen 3 tussen 0,5 cm en 5 cm. Dit is voldoende om afhankelijk van de keuze van het tweede fluïdum en andere operationele omstandigheden de piek-piek verplaatsing van het tweede fluïdum in te sluiten.Here p is the acoustic pressure amplitude at the location of the heat exchanger 10, co is the angular velocity a is the sound velocity, and p is the density of the second fluid (gas). Good results can be achieved with a heat exchanger 10 with a length of the channels 3 between 0.5 cm and 5 cm. This is sufficient to include the peak-to-peak displacement of the second fluid depending on the choice of the second fluid and other operational conditions.

In de getoonde uitvoeringsvorm hebben de kanalen 3 een (half-)cirkelvormige 30 groefvorm waardoor een groot deel van het frontale oppervlak van de warmtewisselaar 10 doorstroombaar (zelfs doorzichtig) is voor het tweede fluïdum, waardoor slechts een geringe demping zal plaatsvinden van het tweede fluïdum dat door de kanalen 3 6 stroomt. Ook de drukval over het tweede fluïdumcircuit van de warmtewisselaar 10 is hierdoor zeer laag, wat voordelen biedt in tal van applicaties, zoals thermo-akoestische systemen en luchtbehandelingssystemen.In the embodiment shown, the channels 3 have a (semi) circular groove shape through which a large part of the frontal surface of the heat exchanger 10 can be flowed through (even transparent) to the second fluid, whereby only a slight damping of the second fluid will take place. which flows through the channels 6. The pressure drop across the second fluid circuit of the heat exchanger 10 is therefore also very low, which offers advantages in numerous applications, such as thermo-acoustic systems and air treatment systems.

De thermisch geleidende verbinding tussen het eerste en tweede fluïdumcircuit 5 wordt gevormd door een groot aantal warmtegeleidende plaatelementen 11, 12, 13, zoals in meer detail wordt weergegeven in het uiteengelegde perspectiefaanzicht van de warmtewisselaar 10 in Fig. 4. In deze figuur is weergegeven dat elk van de plaatelementen 11, 12, 13 voorzien is van uitgelijnde openingen 3a, die na samenbouw van de plaatelementen 11, 12, 13 het veelvoud van kanalen 3 van het tweede 10 fluïdumcircuit vormt. Voor een uitgelijnde samenbouw zijn de plaatelementen 11, 12, 13 bijvoorbeeld voorzien van een tweetal openingen, waarin een uitlijnpin 14 past.The thermally conductive connection between the first and second fluid circuit 5 is formed by a large number of heat conducting plate elements 11, 12, 13, as is shown in more detail in the explained perspective view of the heat exchanger 10 in FIG. 4. This figure shows that each of the plate elements 11, 12, 13 is provided with aligned openings 3a, which, after assembly of the plate elements 11, 12, 13, forms the plurality of channels 3 of the second fluid circuit. For an aligned assembly, the plate elements 11, 12, 13 are, for example, provided with two openings into which an alignment pin 14 fits.

In Fig. 4 is zichtbaar dat het eerste fluïdumcircuit gevormd wordt door een veelvoud van uitsparingen 6a, 6b in opeenvolgende plaatelementen 12, 13, waarbij de onderling versprongen uitsparingen 6a, 6b een veelvoud van eerste kanalen vormen 15 waarin het eerste fluïdum kan stromen. De eerste kanalen 6a, 6b omstromen het veelvoud van kanalen 3 van het tweede fluïdumcircuit, in hoofdzaak coaxiaal aan de langsas 15 van de warmtewisselaar 10 en in een vlak loodrecht op de langsas 15. De verdere openingen 6c in plaatelement 12, en verdere openingen 6d in plaatelement 13 vormen de verbindingen van het veelvoud van eerste kanalen 6a, 6b met de toevoer 1 20 en afVoer 2 van het eerste fluïdumcircuit.In FIG. 4 it is visible that the first fluid circuit is formed by a plurality of recesses 6a, 6b in successive plate elements 12, 13, the mutually staggered recesses 6a, 6b forming a plurality of first channels into which the first fluid can flow. The first channels 6a, 6b surround the plurality of channels 3 of the second fluid circuit, substantially coaxial to the longitudinal axis 15 of the heat exchanger 10 and in a plane perpendicular to the longitudinal axis 15. The further openings 6c in plate element 12, and further openings 6d in plate element 13 form the connections of the plurality of first channels 6a, 6b to the supply 1 and output 2 of the first fluid circuit.

De uitsparingen 6a, 6b worden in een alternatieve uitvoeringsvorm gevormd door gedeeltelijk overlappende groeven, bijvoorbeeld in de twee hoofdoppervlakken van één plaatelement 12, 13, in samenwerking met een naastliggend plaatelement. Een eerste kanaal wordt dan gevormd per plaatelement 12, 13.In an alternative embodiment, the recesses 6a, 6b are formed by partially overlapping grooves, for example in the two main surfaces of one plate element 12, 13, in cooperation with an adjacent plate element. A first channel is then formed per plate element 12, 13.

25 De plaatelementen 11, 12, 13 zijn in een uitvoeringsvorm vervaardigd uit metalen plaatdelen, waarin de verschillende openingen en/of groeven door bewerking (stansen, frezen,...) gevormd zijn. In een voorbeelduitvoeringsvorm zijn de plaatelementen 11, 12, 13 vervaardigd uit roestvast of roestvrij staal, zodat een langdurige levensduur bereikt kan worden met een uiteenlopende keuze van eerste en tweede fluïda.The plate elements 11, 12, 13 are made in an embodiment from metal plate parts, in which the various openings and / or grooves are formed by machining (punching, milling, ...). In an exemplary embodiment, the plate elements 11, 12, 13 are made of stainless or stainless steel, so that a long service life can be achieved with a diverse choice of first and second fluids.

30 Door de omstroming van het veelvoud van kanalen 3 van het tweede fluïdumcircuit met het veelvoud van eerste kanalen 6a, 6b van het eerste fluïdumcircuit, met daartussen warmtegeleidend materiaal van de plaatelementen 11, 12, 13, wordt een goede overdracht van warmte-energie tussen het eerste en tweede fluïdum tijdens 7 bedrijf bereikt. Door de structuur van het eerste en tweede fluïdumcircuit (‘cross flow’) wordt een compacte bouw van de warmtewisselaar 10 met een zeer efficiënte benutting van het hele oppervlak van de warmtewisselaar 10 bereikt. Indien een warmtewisselaar 10 met een hogere capaciteit nodig is, kan dit relatief eenvoudig door opschalen van de 5 doorsnee van de warmtewisselaar 10, met een gelijkblijvende lengte d, bereikt worden In het aanzicht van Fig. 2 is tevens zichtbaar dat in een of meer van het veelvoud van kanalen 3 van het tweede fluïdumcircuit secundaire warmtegeleidende elementen 7 zijn aangebracht, die zorg dragen voor een betere warmteoverdracht van het tweede fluïdum naar de plaatelementen 11, 12, 13 van de warmtewisselaar. In een 10 uitvoeringsvorm zijn de secundaire warmtegeleidende elementen 7 (vinnen) gevormd van dun plaatmateriaal waarvan een hoofdoppervlak evenwijdig loopt aan de langsas 15 van de warmtewisselaar 10. Hierdoor komt een zo groot mogelijk totaal oppervlak van het dunne plaatmateriaal in aanraking met het tweede fluïdum tijdens bedrijf, terwijl de weerstand voor het tweede fluïdum zo klein mogelijk is.Due to the circulation of the plurality of channels 3 of the second fluid circuit with the plurality of first channels 6a, 6b of the first fluid circuit, with heat-conducting material of the plate elements 11, 12, 13 between them, a good transfer of heat energy between the first and second fluid reaches during operation. Due to the structure of the first and second fluid circuit ("cross flow"), a compact construction of the heat exchanger 10 with a very efficient utilization of the entire surface of the heat exchanger 10 is achieved. If a heat exchanger 10 with a higher capacity is required, this can be achieved relatively simply by scaling up the diameter of the heat exchanger 10, with a constant length d, In the view of FIG. 2 it is also visible that in one or more of the plurality of channels 3 of the second fluid circuit, secondary heat-conducting elements 7 are provided, which ensure a better heat transfer from the second fluid to the plate elements 11, 12, 13 of the heat exchanger. In an embodiment the secondary heat-conducting elements 7 (fins) are formed from thin plate material, a main surface of which runs parallel to the longitudinal axis 15 of the heat exchanger 10. As a result, the largest possible total surface area of the thin plate material comes into contact with the second fluid during operation, while the resistance for the second fluid is as low as possible.

15 In een uitvoeringsvorm worden de secundair warmtegeleidende elementen 7 gevormd door gebogen (dun) plaatmateriaal, bijvoorbeeld gebogen of golvend. Zoals weergegeven in het vooraanzicht van Fig. 2 heeft het gebogen plaatmateriaal dan een steekafstand s in een richting coaxiaal aan (of loodrecht op) de langsas 15 van de warmtewisselaar. De steekafstand s wordt gekozen afhankelijk van een thermische 20 penetratiediepte van het tweede fluïdum. Als voorbeeld kan de steekafstand s gelijk zijn aan 0,2mm.In one embodiment, the secondary heat-conducting elements 7 are formed by curved (thin) plate material, for example curved or wavy. As shown in the front view of FIG. 2, the bent sheet material then has a pitch distance s in a direction coaxial to (or perpendicular to) the longitudinal axis 15 of the heat exchanger. The pitch distance s is selected depending on a thermal penetration depth of the second fluid. As an example, the pitch distance s can be 0.2 mm.

In een uitvoeringsvorm is het plaatmateriaal voor de secundaire warmtegeleidende elementen 7 van koper of een koperlegering, wat een efficiënte warmtegeleiding heeft.In one embodiment, the sheet material for the secondary heat-conducting elements 7 is copper or a copper alloy, which has efficient heat conduction.

25 Voor de gaszijdige kant (het tweede fluïdumcircuit) geldt ook dat de warmtewisselaar 10 zo akoestisch transparant mogelijk moet zijn, dat wil zeggen dat het akoestische verlies (door viskeuze en thermische relaxatie) gering moet zijn. Tegelijkertijd moet het tweede fluïdum een goed thermisch contact hebben met de warmtewisselaar 10. Het oscillerende karakter van het tweede fluïdum bepaald ook de 30 optimale afmeting van de kanalen 3 in de warmtewisselaar. De doorsnede van de kanalen tussen de vinnen 7, of de hierboven genoemde steekafstand s, moet in de orde grootte van de thermische indringdiepte §k liggen. De thermische indringdiepte 8k is de 8 afstand waarover het tweede fluïdum warmte kan uitwisselen met de warmtewisselaar 10 gedurende een thermo-akoestische halve periode en wordt gegeven doorFor the gas side (the second fluid circuit) it also holds that the heat exchanger 10 must be as acoustically transparent as possible, that is to say that the acoustic loss (due to viscous and thermal relaxation) must be small. At the same time, the second fluid must have good thermal contact with the heat exchanger 10. The oscillating character of the second fluid also determines the optimum dimension of the channels 3 in the heat exchanger. The cross-section of the channels between the fins 7, or the above-mentioned pitch distance s, must be in the order of the thermal penetration depth §k. The thermal penetration depth 8k is the 8 distance over which the second fluid can exchange heat with the heat exchanger 10 during a thermo-acoustic half-period and is given by

ö = I 2K I 2Kδ = I 2K I 2K

\P®cp y p2jzfcp ' waarbij K de warmtegeleidingcoëffïciënt van het tweede fluïdum is, co de 5 hoekfrequentie (2%f) is, p de dichtheid van het gas is (drukafhankelijk), en cp de soortelijke warmte is.Where P is the heat conduction coefficient of the second fluid, co is the angular frequency (2% f), p is the density of the gas (pressure dependent), and cp is the specific heat.

In het voorgaande zijn een aantal uitvoeringsvormen van een warmtewisselaar 10 beschreven volgens de onderhavige uitvinding. De beschermingsomvang wordt bepaald door de elementen van de aangehangen conclusies, en equivalenten daarvan. Zo kan de 10 warmtewisselaar 10 zoals hierboven beschreven cilindervormig zijn, maar elke andere vorm is uiteraard mogelijk. Ook de vorm van het veelvoud van kanalen 3 in het tweede fluïdumcircuit is niet beperkt tot de in de figuren getoonde halfcilindervormige kanalen 3, en kan varianten daarop omvatten zoals ellipsvormige kanalen 3. Verder is de uitvinding beschreven aan de hand van een toepassing in thermo-akoestiek, echter de 15 warmtewisselaar 10 zou ook in andere toepassingen gebruikt kunnen worden, zoals voor het winnen van warmte uit rookgassen (bijvoorbeeld in de uitlaat van een voertuig).In the foregoing, a number of embodiments of a heat exchanger 10 have been described according to the present invention. The scope of protection is determined by the elements of the appended claims, and equivalents thereof. For example, the heat exchanger 10 as described above can be cylindrical, but any other shape is of course possible. The shape of the plurality of channels 3 in the second fluid circuit is also not limited to the semi-cylindrical channels 3 shown in the figures, and may comprise variants thereof such as elliptical channels 3. The invention has also been described on the basis of an application in thermal acoustics, however, the heat exchanger 10 could also be used in other applications, such as for extracting heat from flue gases (for example in the exhaust of a vehicle).

Claims

A heat exchanger for transferring heat energy between a first fluid in a first fluid circuit and a second fluid in a second fluid circuit, the first fluid circuit and the second fluid circuit being thermally conductively connected to each other, the first and second fluid circuits being formed by an accumulation of plate elements (11, 12, 13) forming first channels (6a, 6b) for the first fluid circuit and a plurality of channels (3) for the second fluid circuit, and the total of cross sections of the plurality of channels (3) covers at least 25% of a frontal surface of the second fluid circuit.

2. A heat exchanger according to claim 1, wherein the plate elements (11, 12, 13) are flat plate elements, wherein two consecutive plate elements (12, 13) comprise: aligned holes (3a, 3b, 3c) which after assembly the plurality of channels ( 3) of the second fluid circuit, and partially overlapping grooves (6a, 6b) that form the first channels after assembly. 20

A heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein during operation an acoustic wave is present in the second fluid, and wherein the length (d) of each channel (3) is at least equal to a peak-peak distance of the fluid displacement in the acoustic wave . 25

The heat exchanger according to any of claims 1-3, wherein the length (d) of each channel (3) is less than 5 cm.

The heat exchanger according to any of claims 1-4, wherein the length (d) of each channel (3) is more than 0.5 cm.

A heat exchanger according to any one of claims 1-5, wherein the plurality of channels (3) in the second fluid circuit run parallel to a longitudinal axis (15) of the heat exchanger (10) from an initial opening (4) to an end opening (5). ) of each channel (3). 5

A heat exchanger according to any of claims 1-6, wherein one or more of the plurality of channels (3) comprises secondary heat-conducting elements (7) of material whose main surface is parallel to the longitudinal axis (15) of the heat exchanger (10). .

A heat exchanger according to claim 7, wherein the secondary heat-conducting elements (7) are formed by curved plate material.

9. A heat exchanger according to claim 8, wherein the bent plate material has a pitch distance (s) in a direction perpendicular to the longitudinal axis (15) of the heat exchanger (10), and the maximum pitch distance (s) is determined by a thermal penetration depth of the second fluid.

10. A heat exchanger according to claim 9, wherein the pitch distance (s) is in the range of one time and five times the thermal penetration depth (8k).

A heat exchanger according to any of claims 1-10, wherein the first fluid circuit comprises first channels (6a, 6b) that run at least partially coaxially with the longitudinal axis (15) of the heat exchanger (10). 25

The heat exchanger of any one of claims 1 to 11, wherein the first fluid is a liquid and the second fluid is a gas.

13. Thermo-acoustic device comprising at least one heat exchanger (10) according to one of the claims 1-12.