WO2017202820A1 - Verdampfer- und/oder kondensatorelement mit oberflächlich eingebetteten porösen partikeln - Google Patents

Verdampfer- und/oder kondensatorelement mit oberflächlich eingebetteten porösen partikeln Download PDF

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WO2017202820A1
WO2017202820A1 PCT/EP2017/062364 EP2017062364W WO2017202820A1 WO 2017202820 A1 WO2017202820 A1 WO 2017202820A1 EP 2017062364 W EP2017062364 W EP 2017062364W WO 2017202820 A1 WO2017202820 A1 WO 2017202820A1
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WO
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particles
evaporator
capacitor element
support structure
placeholder
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PCT/EP2017/062364
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Baumeister
Jörg Weise
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Publication date
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    • 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
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F28F1/16—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion

Definitions

  • the present invention relates to an evaporator and / or capacitor element comprising a support structure made of a thermally conductive material with a
  • Evaporator or capacitor elements play an essential role in many technical processes, such as e.g. in chillers, heat pumps or steam generators.
  • the necessary evaporation superheat temperature and other performance parameters very much determine the losses and the resulting
  • the operating principle of an evaporator is to convert liquids or solids into the gaseous state by supplying heat.
  • the heat can be done, for example. Direct heating or an integrated fluid guide with heating fluid.
  • In terms of a good heat transfer from the evaporator element in the medium to be evaporated evaporator elements are usually made of metals. Evaporation and condensation processes are complex and are determined by many sub-mechanisms and their parameters, such as the heat conduction and temperature distribution in the evaporation element, the
  • Evaporator and / or condenser elements are primarily intended to transfer liquid working media with the best possible efficiency into the vaporous state or from the vaporous state into the liquid state.
  • condenser elements are primarily intended to transfer liquid working media with the best possible efficiency into the vaporous state or from the vaporous state into the liquid state.
  • Evaporator elements are passive techniques such as the pointwise coating of surfaces with
  • dendritic structure is deposited.
  • Vibrations or the use of centrifugal forces known to increase the evaporation performance of an evaporator Vibrations or the use of centrifugal forces known to increase the evaporation performance of an evaporator.
  • the object of the present invention is to provide an evaporator and / or capacitor element and a method for its production, which shows a comparison with the prior art improved evaporation and / or condensation behavior and if necessary also has a storage capacity for the fluid to be evaporated or condensed.
  • the object is achieved with the evaporator and / or capacitor element and the method according to the
  • Capacitor element has a support structure made of a good thermally conductive material having a surface for evaporating or sublimating or condensing or resublimating a liquid or solid medium.
  • the thermally conductive material preferably has a thermal conductivity of> 1 W / mK, particularly preferably> 100 W / mK.
  • the support structure may have any outer shape, in particular be flat or curved, but is preferably designed so that it offers the largest possible surface.
  • the support structure may be formed in the form of a plurality of laminations, in the form of stacked foils or in the form of a rolled-up foil, a sponge or a 3D mesh.
  • the support structure may also have ribs or a otherwise structured surface.
  • the thermally conductive material preferably has a thermal conductivity of> 1 W / mK, particularly preferably> 100 W / mK.
  • the support structure may have any outer shape, in particular be flat or curved, but is preferably designed
  • Carrier structure formed self-supporting, so requires - for example, in contrast to a coating - no additional support for support.
  • proposed evaporator and / or capacitor element is characterized in that particles of a porous material are embedded in the surface of the support structure so that they protrude in part from this surface.
  • This embodiment of the evaporator and / or capacitor element with a carrier structure with porous particles embedded in the surface favors the evaporation or condensation of a fluid coming into contact with the surface.
  • the support structure is heated in a suitable manner, for example. Direct heating or an integrated
  • the porous particles serve u.a. as a kind of boiling stone for the
  • the heat conduction within the thermally conductive carrier structure towards the surface is only slightly influenced by the superficially embedded particles.
  • the embedded particles In addition to the function as a boiling stone, the embedded particles also influence the local temperature distribution, the local wetting behavior and the
  • the porous structure of the particles can also serve as a reservoir for vapor residues, which are preferred nucleation sites for new bubbles.
  • the embedded particles can also serve as a local liquid ⁇ reservoirs and, for example, the liquid even with changes in slope of the element or modified Keep gravity. This is done by hydrophilic
  • the porous particles are preferably selected from a material having hydrophilic surface properties for this purpose. This is especially interesting for elements that alternate
  • Liquid reservoirs the transport routes are significantly shortened or completely eliminated.
  • the support structure preferably has suitable
  • these channels or passage openings can be introduced directly into the bulk material of the carrier structure or formed by the outer shape of the carrier structure, for example in the case of a 3D mesh.
  • At least some of the particles are only loose in the surface of the Support structure embedded and are held only by undercuts in the support structure. As a result, these particles are movable in their position in the support structure.
  • Particle and local wall of the support structure can be changed in this case by movements of the particle.
  • the thus shifting capillary distances contribute to the evaporation.
  • the interaction of moving particles and forming bubbles can lead to self-induced vibrations and can be used to improve evaporation.
  • the vibrations can also be induced by external influence.
  • gaps between the particles and the surrounding material of the support structure are nucleation sites for the formation of bubbles, thereby promoting evaporation.
  • the porous particles can be made of any material, for example. Metal, ceramic, plastic, minerals, etc. The particles should be so fine
  • the particles may be first Substances, such as polymers, salts, etc. contain, which are removed after incorporation into the surface of the support structure by suitable solvents, heat treatments, etc., leaving the desired pores in the particles.
  • the porous particles are made of a material which has a different wetting behavior with respect to the fluid to be evaporated than the material of the support structure. So can the porous ones
  • Particles in a support structure made of metal for example, consist of porous ceramic or expanded clay or the like. Furthermore, the particles are preferably formed from a temperature-stable material, which does not lose its desired properties due to the effect of temperature in the production of the element.
  • the size of the porous particles is less
  • Exemplary particle sizes are in the
  • the size is to be understood as the dimension in the dimension of the maximum extent of the particles, for example the length in the case of elongate particles.
  • the porosity of the particles is preferably in the range of 30 to 90% by volume.
  • the shape of the porous particles does not contribute significantly to the function of the evaporator and / or capacitor element.
  • Well available particles have a round shape (pellets). However, there are also any other shapes, for example. Oval, oblong, angular, irregular or spattered particle shapes possible, which may
  • the surface occupancy ⁇ density is with the particles.
  • the porous particles may be so closely packed that they touch each other. However, they can also be more widely spaced. Preferably, they are so on the
  • Test series are determined in advance.
  • the particles can be embedded more or less deeply into the surface of the support structure.
  • the Particle volume protrudes from the surface. If primarily the boiling stone effect, the changed local wetting behavior or other effects of the particles are to be exploited, also a less deep embedding is advantageous.
  • the embedding of the particles is preferably in a range which is between 1% and 99%, particularly preferably between 10% and 90%, of the particle volume.
  • the information on the particle volume refers in each case to a particle and apply to all or at least the largest part of the surface
  • the material of the supporting structure hereinafter also referred to as matrix material should have a good heat conductivity ⁇ because here on the space required for the evaporation or condensation heat transport takes place.
  • Suitable matrix materials are, for. As metals, ceramics or other materials with a thermal conductivity of at least 1 W / mK. Preferred matrix materials have a thermal conductivity of at least 100 W / mK. These include, for example, aluminum, copper or SiC ceramics.
  • the support structure should be as large as possible
  • the support structure has the form of lamellae, stacked films, rolled-up films, sponges, 3D nets or other similar structures.
  • the proposed evaporator and / or capacitor element can, depending on the desired shape of the support structure by forming,
  • the embedding of the porous particles can be carried out in a particularly simple manner by first of all introducing the particles with a part of their particle volume into a placeholder structure
  • the placeholder structure is then filled with the matrix material and then
  • the particle volume not integrated in the placeholder material is then embedded in the matrix material.
  • the placeholder structure thus essentially represents a later macroporous structure within the carrier structure, via which the liquid or vaporous medium can be transported.
  • Capacitor element can be used, for example, in refrigerators, heat pumps or steam generators. These are, for example, in the automotive industry, the aerospace industry, the chemical industry, in rail vehicle construction, in the
  • Fig. 1 is a schematic representation of a
  • Fig. 2 shows an example of a placeholder structure for the production of
  • Fig. 3 shows an example of a surface of the proposed evaporator and / or
  • FIG 4 shows an example of an EVA network structure with attached porous ceramic particles (before pouring);
  • Fig. 5 is an example of a cast
  • Fig. 6 shows an example of porous ceramic particles with intervening salt structure
  • Fig. 7 shows an example of a cast
  • Fig. 8 is an example of the schematic
  • FIG. 1 shows a top view of a detail of the surface of the support structure of the proposed evaporator and / or capacitor element with particles embedded therein.
  • Carrier structure 1 of which individual surface areas can be seen in FIG. 1, is formed of aluminum in this example. In the surface of this
  • Carrier structure 1 are porous ceramic particles 2
  • Ceramic particles 2 as in the present example consist of expanded clay and serve as a kind of boiling stone to favor the
  • the proposed evaporator and / or capacitor element is produced by casting technology using a placeholder structure.
  • FIG. 2 shows this by way of example in FIG
  • This coated three-dimensional composite structure is then infiltrated with molten metal and the melt solidifies.
  • the out of the polymer ⁇ projecting expanded clay or ceramic particles 2 are embedded in the surface of the solidifying metal structure in part.
  • the Polymer structure thermally removed and it remains the metal structure with superficially embedded porous ceramic particles 2, as can be seen in the photo of Figure 3.
  • the coated composite structure shown in Figure 2 is filled with fine copper powder under vibration so that the fine copper powder trickles into the composite structure.
  • the copper-filled composite structure is so ebenhan ⁇ delt that the copper particles sinter into a solid, highly heat-conductive frame, while the polymer (EVA) is thermally decomposed.
  • EVA polymer
  • the expanded clay particles originally protruding from the polymer are now partially embedded in the surface of the sintered copper structure.
  • the copper structure in turn has the form of a three-dimensional network.
  • Production of the evaporator and / or capacitor element consists in not coating the three-dimensional EVA network structure 3 used as a starting point for the preceding examples with fine granules of porous ceramic, but instead of layering them with larger granules (particle diameter greater than the mesh size of the mesh).
  • This can be seen in section in the photograph of FIG. 4 in cross section, which illustrates the underlying EVA net structure 3 with the connected porous layer of ceramic granulate 2.
  • This composite structure will turn with Melt infiltrated and the polymer removed. It remains the metal structure 4 with superficial
  • Evaporator and / or capacitor element starting from the coated composite structure of Figure 2 is to deposit the matrix material on this composite structure of a liquid, for example.
  • Embodiment but here mixtures of NaCl and CaCl 2 are used.
  • the different wetting behavior of the salts on the porous ceramics is used.
  • NaCl forms granular
  • alcohols such as, for example, ethanol.
  • Wild-type substances ie EVA, NaCl, CaCl 2 are to be understood as possible substances only by way of example.
  • the preparation of the proposed evaporator and / or capacitor element is not limited to these substances.
  • Other possible placeholder materials may, for example, other polymers such as polystyrene, poly propylene ⁇ or PMMA, or other salts or minerals, such as CaCl 2, MgS0 4, MnS0 4, K 2 C0 3 may be MgCl 2. They are, as described in the last embodiment, also
  • Removing the placeholder can be done by thermal or chemical decomposition or by use of solvents.
  • the solvents mentioned in the examples are also to be understood as such-like ⁇ possible substances, but not to be considered limiting.
  • Removing the placeholder must not be complete as long as even ⁇ tual wildcard residues do not interfere with the
  • harmless debris residues may be e.g. small amounts of sparingly soluble carbonaceous
  • Capacitor element result from the embedded porous particles have many positive effects.
  • the porous particles serve as boiling stones for evaporation, eg for the provision of bubble nucleation sites. They only slightly disturb the heat conduction within the metallic structure and favorably influence the local temperature distribution. They influence the local wetting behavior and the mobility of the 3-phase interface along the evaporator surface. They can serve as a reservoir for vapor residues, which are the preferred nucleation sites for new bubbles
  • Figure 8 shows yet an example in highly schematic ⁇ tarraer view of a possible embodiment of the proposed evaporator and / or condenser elements with in this case reticulate out ⁇ formed support structure 1 and embedded therein porous ceramic particles (in the figure is not visible) in cross-section ,
  • one side of the support structure is in contact with the outside of a pipe 6, in which a heat transfer fluid for heat supply and removal flows.
  • the support structure is on the Tube shrunk or materially connected to this.
  • round or flat tubes for efficient heat supply and removal can be integrated into or connected to the evaporator and / or condenser element.
  • Embedded particles may also be partially closed to the outside, so that there fluid-carrying
  • Structures z. B. can be welded.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdampfer- und/oder Kondensatorelement, das eine Trägerstruktur (1) aus einem wärmeleitfähigen Material mit einer Oberfläche zum Verdampfen oder Sublimieren bzw. Kondensieren oder Resublimieren eines flüssigen oder festen Mediums aufweist. Partikel (2) aus einem porösen Material sind so in die Oberfläche der Trägerstruktur (1) eingebettet, dass sie zum Teil aus dieser Oberfläche herausragen. Dadurch werdeneine Verringerung der notwendigen Verdampfungs-Überhitzungstemperatur, eine Erhöhung der volumen- und massespezifischen Verdampfungs- und Kondensationsleistung und eine erhöhte volumenspezifische Kältemittelspeicherfähigkeit erreicht.

Description

Verdampfer- und/oder Kondensatorelement mit oberflächlich eingebetteten porösen Partikeln
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdampferund/oder Kondensatorelement, das eine Trägerstruktur aus einem wärmeleitfähigen Material mit einer
Oberfläche zum Verdampfen oder Sublimieren und/oder Kondensieren oder Resublimieren eines flüssigen oder festen Mediums aufweist.
Verdampfer- oder Kondensatorelemente spielen eine wesentliche Rolle in vielen technischen Prozessen, wie z.B. in Kältemaschinen, Wärmepumpen oder Dampferzeugern. Die notwendige Verdampfungs-Überhitzungs- temperatur und andere Leistungsparameter bestimmen ganz wesentlich die Verluste und die resultierenden
Wirkungsgrade der Gesamt-Prozesse, aber auch die notwendigen Bauraumgrößen der einzelnen Elemente und der Gesamtanlage.
Das Wirkprinzip eines Verdampfers besteht darin, durch Wärmezufuhr Flüssigkeiten oder Feststoffe in den gasförmigen Zustand zu überführen. Die Wärmezufuhr kann dabei bspw. über Direktbeheizung oder eine integrierte Fluidführung mit Heizflüssigkeit erfolgen. Im Sinne einer guten Wärmeübertragung vom Verdampferelement in das zu verdampfende Medium werden Verdampferelemente in der Regel aus Metallen gefertigt. Verdampfungs- und Kondensationsprozesse sind komplex und werden von vielen Teilmechanismen und ihren Parametern bestimmt, wie bspw. der Wärmeleitung und Temperaturverteilung im Verdampfungselement, dem
Benetzungs- oder Flutungszustand des Verdampfer¬ elementes mit dem flüssigen Kältemittel (geometrische Verteilung und Menge des Kältemittels) , der Keim¬ bildung, dem Blasenabreißverhalten, dem Anteil an
Mikrozonenbereichen mit intensiver Verdampfung aufgrund geringer Filmdicke, dem Strömungsverhalten des
Flüssigkeits-Gas-Gemisches oder dem Nachströmen von Flüssigkeit zur bzw. entlang der erhitzten Oberfläche des Verdampferelementes. Verdampfer- und/oder Kondensatorelemente sollen vor allem flüssige Arbeitsmedien mit einem möglichst guten Wirkungsgrad in den dampfförmigen Zustand oder vom dampfförmigen Zustand in den flüssigen Zustand überführen. Allerdings treten trotz intensiver
Entwicklungen in diesem Bereich noch immer zahlreiche Probleme auf. Einige dieser Probleme sind die
erforderliche deutliche Überhitzung der Verdampferelemente, die begrenzte Verdampfungsleistung, bei alternierendem Verdampfungs-Kondensationsprozessen mit kapillarer Kältemittelspeicherung im Verdampferelement keine ausreichende Speicherfähigkeit für das Kondensat innerhalb des Elementes, bei Verdampfung aus dünnen Filmen aus der Verdampferoberfläche eine schlechte Benetzungseigenschaft und Kältemittelverteilung oder die Langzeit-Degradation der Verdampferleistung durch Fouling . Stand der Technik
Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von
Verdampferelementen sind passive Techniken wie bspw. die punktweise Beschichtung von Oberflächen mit
schlecht-benetzendem Teflon, die Modifizierung der Oberfläche durch chemische, mechanische oder
Laserbehandlung, die Erzeugung oder Auftragung poröser Schichten zur Verbesserung der Keimbildung oder ein oberflächliches Aufbringen von Drahtstrukturen bekannt. So zeigt bspw. die DE 102013103840 AI ein Verdampfer¬ rohr mit einem Innenrohr, das an seiner Außenmantelfläche von einem Verdampfungskanal umgeben ist. In dem Verdampfungskanal ist in Radialrichtung nach außen auf der Außenmantelfläche des Innenrohres ein grobes
Drahtgewebe angeordnet, gefolgt von einem feineren
Drahtgewebe und einer Sinterschicht, wiederum gefolgt von einem feinen Drahtgewebe und dem Gehäuserohr. Die US 000004819719A zeigt ein Verdampfungselement mit einer gefurchten Trägerstruktur, auf der eine
dendritische Struktur abgeschieden ist.
Weiterhin sind aktive Techniken, wie bspw. die Nutzung elektrischer Felder, die Nutzung von
Vibrationen oder die Nutzung von Fliehkräften bekannt, um die Verdampfungsleistung eines Verdampfers zu erhöhen .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verdampfer- und/oder Kondensatorelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verdampfungs- und/oder Kondensationsverhalten zeigt und bei Bedarf auch eine Speicherfähigkeit für das zu verdampfende oder zu kondensierende Fluid aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verdampfer- und/oder Kondensatorelement sowie dem Verfahren gemäß den
Patentansprüchen 1 und 12 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verdampfer- und/oder Kondensator- elements sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der
nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. Das vorgeschlagene Verdampfer- und/oder
Kondensatorelement weist eine Trägerstruktur aus einem gut wärmeleitfähigen Material mit einer Oberfläche zum Verdampfen oder Sublimieren bzw. Kondensieren oder Resublimieren eines flüssigen oder festen Mediums auf. Das wärmeleitfähige Material hat dabei vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von > 1 W/mK, besonders bevorzugt > 100 W/mK. Die Trägerstruktur kann eine beliebige äußere Form aufweisen, insbesondere eben oder gekrümmt ausgeführt sein, ist jedoch bevorzugt so ausgebildet, dass sie eine möglichst große Oberfläche bietet. So kann die Trägerstruktur bspw. in Form mehrerer Lamellen, in Form von gestapelten Folien oder in Form einer aufgerollten Folie, eines Schwammes oder eines 3D-Netzes ausgebildet sein. Die Trägerstruktur kann auch Rippen oder eine in anderer Weise strukturierte Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise ist die
Trägerstruktur selbsttragend ausgebildet, erfordert also - bspw. im Gegensatz zu einer Beschichtung - keinen zusätzlichen Träger zur Stützung. Das
vorgeschlagene Verdampfer- und/oder Kondensatorelement zeichnet sich dadurch aus, dass Partikel aus einem porösen Material so in die Oberfläche der Träger- struktur eingebettet sind, dass sie zum Teil aus dieser Oberfläche herausragen.
Durch diese Ausgestaltung des Verdampfer- und/oder Kondensatorelementes mit einer Trägerstruktur mit in die Oberfläche eingebetteten porösen Partikeln wird die Verdampfung bzw. Kondensation eines mit der Oberfläche in Berührung kommenden Fluids begünstigt. Die Trägerstruktur wird dabei in geeigneter Weise aufgeheizt, bspw. über Direktbeheizung oder eine integrierte
Fluidführung mit Heizflüssigkeit, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die porösen Partikel dienen dabei u.a. als eine Art Siedestein für die
Verdampfung, stellen also Blasenkeimstellen bereit. Die Wärmeleitung innerhalb der wärmeleitfähigen Träger- struktur zur Oberfläche hin wird von den oberflächlich eingebetteten Partikeln nur geringfügig beeinflusst. Neben der Funktion als Siedestein beeinflussen die eingebetteten Partikel auch die lokale Temperaturverteilung, das lokale Benetzungsverhalten und die
Mobilität der 3-Phasen-Grenzfläche entlang der
Oberfläche des Verdampfungselementes vorteilhaft. Die poröse Struktur der Partikeln kann darüber hinaus auch als Reservoir für Dampfreste dienen, welche bevorzugte Keimbildungsstellen für neue Blasen darstellen. Neben der Verbesserung der Verdampfung selbst können die eingebetteten Partikel auch als lokale Flüssigkeits¬ reservoire dienen und bspw. die Flüssigkeit auch bei Neigungsänderungen des Elementes oder veränderter Gravitation halten. Dies wird durch hydrophile
Oberflächeneigenschaften der Partikel begünstigt. Die porösen Partikel werden für diesen Anwendungszweck daher vorzugsweise aus einem Material mit hydrophilen Oberflächeneigenschaften gewählt. Dies ist besonders interessant für Elemente, die alternierend als
Verdampfungs- und als Kondensatorelemente betrieben werden, da hierdurch im Vergleich zu externen
Flüssigkeitsreservoirs die Transportwege deutlich verkürzt werden oder komplett wegfallen.
Mit dem vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder Kondensatorelement wird daher insbesondere eine
Verringerung der notwendigen Verdampfungs-Überhit- zungstemperatur, eine Erhöhung der volumen- und massenspezifischen Verdampfungs- und Kondensations¬ leistung und eine erhöhte volumenspezifische Kälte¬ mittelspeicherfähigkeit erreicht . Die Trägerstruktur weist vorzugsweise geeignete
Kanäle und/oder Durchgangsöffnungen auf, über die das Fluid bzw. Kältemittel zur Verdampfung an die
Oberfläche gelangen oder - bei Kondensation - von der Oberfläche weg geführt werden kann. Diese Kanäle oder Durchgangsöffnungen können je nach Ausbildung der Trägerstruktur direkt in das Volumenmaterial der Trägerstruktur eingebracht oder durch die äußere Form der Trägerstruktur, bspw. im Falle eines 3D-Netzes, gebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung sind zumindest einige der Partikel nur lose in die Oberfläche der Trägerstruktur eingebettet und werden nur durch Hinter- schneidungen in der Trägerstruktur gehalten. Dadurch sind diese Partikel an ihrer Position in der Trägerstruktur beweglich. Die Spaltabmessungen zwischen
Partikel und lokaler Wand der Trägerstruktur können in diesem Fall durch Bewegungen des Partikels verändert werden. Die sich damit verschiebenden Kapillar-Abstände tragen zur Verdampfung bei. Die Wechselwirkung von beweglichen Partikeln und sich bildenden Blasen kann zu selbstinduzierten Vibrationen führen und zur Verbesserung der Verdampfung genutzt werden. Die Vibrationen können auch durch externe Einwirkung induziert werden. Prinzipiell stellen Spalte zwischen den Partikeln und dem umgebenden Material der Trägerstruktur Keimstellen für die Bildung von Blasen dar und fördern damit die Verdampfung .
Die porösen Partikel können aus jedem beliebigen Material, bspw. Metall, Keramik, Kunststoff, Mineralien usw. bestehen. Die Partikeln sollten eine so feine
Porengröße aufweisen, dass sie bei der Herstellung des Elementes, bspw. durch Gießen, nicht oder höchstens teilweise mit dem die Trägerstruktur bildenden Matrixmaterial befüllt werden. Bei größeren Porengrößen müssen ggf. die Herstellungsparameter, beim Gießen bspw. die Schmelztemperatur oder der Infiltrationsgießdruck, so angepasst werden, dass die Porosität der Partikel zumindest teilweise erhalten bleibt. Es ist auch möglich, bei der Herstellung Partikel zu
verwenden, die zunächst nicht oder nur wenig porös sind, aber dann bei der Verarbeitung durch nachträgliche Behandlung die gewünschte Porosität ausbil¬ den. Zum Beispiel können die Partikel zunächst Substanzen, wie Polymere, Salze etc. enthalten, die nach der Einbindung in die Oberfläche der Trägerstruktur durch geeignete Lösemittel, Wärmebehandlungen usw. entfernt werden und so die gewünschten Poren in den Partikeln hinterlassen.
Vorzugsweise bestehen die porösen Partikel aus einem Material, welches ein anderes Benetzungsverhalten gegenüber dem zu verdampfenden Fluid als das Material der Trägerstruktur aufweist. So können die porösen
Partikel bei einer Trägerstruktur aus Metall bspw. aus poröser Keramik oder Blähton oder dergleichen bestehen. Weiterhin sind die Partikel vorzugsweise aus einem temperaturstabilen Material gebildet, welches seine gewünschten Eigenschaften durch die Temperatureinwirkung bei der Herstellung des Elementes nicht verliert .
Die Größe der porösen Partikel ist weniger
bedeutsam. Beispielhafte Partikelgrößen liegen im
Bereich zwischen 1 μιη und 10 mm, bevorzugte Partikel¬ größen zwischen 50 μιη und 5 mm. Unter der Größe ist hierbei die Abmessung in der Dimension der maximalen Ausdehnung der Partikel zu verstehen, bspw. die Länge bei länglichen Partikeln. Die Porosität der Partikel liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 90 Vol%. Auch die Form der porösen Partikel trägt nicht wesentlich zur Funktion des Verdampfer- und/oder Kondensatorelements bei. Gut verfügbare Partikel haben eine runde Form (Pellets) . Es sind jedoch auch beliebige andere Formen, bspw. ovale, längliche, eckige, unregelmäßige oder spratzige Partikelformen möglich, die ggf.
Vorteile bei der Blasenkeimbildung bieten. Eine Einflussgröße auf das Verdampfungs- und/oder Kondensationsverhalten stellt die Oberflächenbelegungs¬ dichte mit den Partikeln dar. Die porösen Partikel können so dicht gepackt sein, dass sie sich gegenseitig berühren. Sie können jedoch auch stärker voneinander beabstandet sein. Vorzugsweise sind sie so an der
Oberfläche verteilt, dass zwischen den Partikeln jeweils noch Bereiche der Oberfläche frei liegen, d. h. dass die Partikeln nicht in mehreren übereinander liegenden Schichten angeordnet sind. Welche Oberflächenbelegungsdichte zu bevorzugen ist, hängt vom jeweiligen Anwendungsfall, von der Wahl des Kälte¬ mittels bzw. des zu verdampfenden oder zu
kondensierenden Fluids, von den (Nieder- ) Druckbedingungen usw. ab und kann durch eine einfache
Versuchsreihe vorab ermittelt werden.
Die Partikel können mehr oder weniger tief in die Oberfläche der Trägerstruktur eingebettet werden. Wenn in erster Linie der Reservoir-Effekt ausgenutzt
und/oder das Abtropfen des Kondensats vermieden werden soll oder wenn die Partikel lose eingebettet sein sollen, ist eine tiefere Einbettung anzustreben. Hier können bspw. 50 bis 90% des Partikelvolumens in dem
Material der Trägerstruktur eingebettet bzw. von diesem umschlossen sein, so dass nur 10 bis 50% des
Partikelvolumens aus der Oberfläche herausragt. Wenn in erster Linie der Siedestein-Effekt, das geänderte lokale Benetzungsverhalten oder andere Effekte der Partikel ausgenutzt werden sollen, ist auch eine weniger tiefe Einbettung von Vorteil. Hier können dann z. B. 20 bis 50% des Partikelvolumens in dem Matrixmaterial eingebettet sein. Prinzipiell liegt die Einbettung der Partikel vorzugsweise in einem Bereich, der zwischen 1% und 99%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 90%, des Partikelvolumens beträgt. Die Angaben zum Partikelvolumen beziehen sich dabei jeweils auf ein Partikel und gelten jeweils für alle oder wenigstens für den größten Teil der in die Oberfläche
eingebetteten Partikel. Das Material der Trägerstruktur, im Folgenden auch als Matrixmaterial bezeichnet, soll eine gute Wärme¬ leitfähigkeit aufweisen, weil hierüber der für die Verdampfung bzw. Kondensation erforderliche Wärmetransport erfolgt. Geeignete Matrixmaterialien sind z. B. Metalle, Keramiken oder andere Werkstoffe mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/mK. Bevorzugte Matrixmaterialien weisen eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/mK auf. Hierzu zählen bspw. Aluminium, Kupfer oder SiC-Keramiken . Vorzugsweise ist die
Trägerstruktur aus einem gegossenen metallischen
Material gebildet.
Die Trägerstruktur soll eine möglichst große
Oberfläche aufweisen, damit die Verdampfungs- und
Kondensationsvorgänge an vielen Punkten gleichzeitig stattfinden können. Bei einer Dünnfilmverdampfung, bei der keine maßgebliche Flutung des Verdampferelementes erfolgt, wird dadurch weiterhin eine gute Zugänglichkeit zum Dampfräum gewährleistet. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Trägerstruktur die Form von Lamellen, gestapelten Folien, aufgerollten Folien, Schwämmen, 3D-Netzen oder anderen ähnlichen Strukturen aufweist . Das vorgeschlagene Verdampfer- und/oder Kondensatorelement kann in Abhängigkeit von der gewünschten Form der Trägerstruktur durch umformtechnische,
gießtechnische oder pulvermetallurgische Verfahren hergestellt werden. Bei pulvermetallurgischen oder gießtechnischen Verfahren kann die Einbettung der porösen Partikel auf besonders einfache Weise erfolgen, indem die Partikel mit einem Teil ihres Partikel- volumens zunächst in eine Platzhalterstruktur
integriert werden. Die Platzhalterstruktur wird dann mit dem Matrixmaterial befüllt und anschließend
entfernt. Das nicht im Platzhaltermaterial integrierte Partikelvolumen ist dann im Matrixmaterial eingebettet. Die Platzhalterstruktur stellt also im Wesentlichen eine spätere Makroporenstruktur innerhalb der Trägerstruktur dar, über die das flüssige oder dampfförmige Medium transportiert werden kann. Das vorgeschlagene Verdampfer- und/oder
Kondensatorelement lässt sich bspw. in Kältemaschinen, Wärmepumpen oder Dampferzeugern einsetzen. Diese werden bspw. im Automobilbau, der Luftfahrtindustrie, der chemischen Industrie, im Schienenfahrzeugbau, im
Anlagenbau, bei Hausgeräten (weiße Ware) , im Heizungs¬ bau oder in der Klimatisierung eingesetzt. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung der Einsatzmöglichkeiten des vorgeschlagenen Verdampferund/oder Kondensatorelementes.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das vorgeschlagene Verdampfer- und/oder
Kondensatorelement wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Oberfläche der Trägerstruktur des vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder Kondensatorelements ;
Fig. 2 ein Beispiel für eine Platzhalterstruktur zur Herstellung des
vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder Kondensatorelementes ;
Fig. 3 ein Beispiel für eine Oberfläche des vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder
Kondensatorelementes, das mit der
Platzhalterstruktur der Figur 2
hergestellt wurde;
Fig. 4 ein Beispiel für eine EVA-Netzstruktur mit angebundenen porösen Keramikpartikeln (vor dem Eingießen) ;
Fig. 5 ein Beispiel für eine gegossene
Aluminiumstruktur mit eingebetteten groben Partikeln aus poröser Keramik; Fig. 6 ein Beispiel für poröse Keramikpartikel mit dazwischenliegender Salzstruktur;
Fig. 7 ein Beispiel für eine gegossene
Aluminiumstruktur mit eingebetteten und teilweise lose innenliegenden Keramik- Partikeln; und
Fig. 8 ein Beispiel für den schematischen
Aufbau eines Verdampfungselementes gemäß der vorliegenden Erfindung. Wege zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden verschiedene Herstellungs- techniken und die sich daraus ergebenden Strukturen des vorgeschlagenen Verdampfungs- und/oder Kondensatorelementes erläutert. Figur 1 zeigt hierzu in Draufsicht einen Ausschnitt aus der Oberfläche der Trägerstruktur des vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder Kondensator- elementes mit darin eingebetteten Partikeln. Die
Trägerstruktur 1, von der einzelne Oberflächenbereiche in der Figur 1 erkennbar sind, ist in diesem Beispiel aus Aluminium gebildet. In die Oberfläche dieser
Trägerstruktur 1 sind poröse Keramikpartikel 2
eingebettet. Diese Keramikpartikel 2 können wie im vorliegenden Beispiel aus Blähton bestehen und dienen als eine Art Siedestein zur Begünstigung der
Verdampfung . Bei einer bevorzugten Herstellungstechnik wird das vorgeschlagene Verdampfer- und/oder Kondensatorelement gießtechnisch unter Einsatz einer Platzhalterstruktur hergestellt. Figur 2 zeigt hierzu beispielhaft im
Ausschnitt ein Foto einer Polymer-Platzhalterstruktur in Form eines dreidimensionalen gestapelten EVA-Netzes 3, das mit feinem Blähtongranulat (Partikeldurchmesser kleiner als Maschenweite des Netzes) beschichtet ist. Diese beschichtete dreidimensionale Verbundstruktur wird anschließend mit Metallschmelze infiltriert und die Schmelze erstarrt. Die aus dem Polymer heraus¬ ragenden Blähton- bzw. Keramikpartikel 2 werden dabei in die Oberfläche der erstarrenden Metallstruktur teilweise eingebettet. Anschließend wird die Polymerstruktur thermisch entfernt und es verbleibt die Metallstruktur mit oberflächlich eingelagerten porösen Keramikpartikeln 2, wie sie in dem Foto der Figur 3 erkennbar ist. Mit dieser Technik wird somit eine
Aluminiumstruktur in Form eines dreidimensionalen
Netzes als Trägerstruktur erhalten, in dessen
Oberfläche die keramischen Partikel eingebettet sind.
Bei einer anderen Herstellungstechnik wird die in Figur 2 dargestellte beschichtete Verbundstruktur unter Vibration mit feinem Kupferpulver gefüllt, so dass das feine Kupferpulver in die Verbundstruktur einrieselt. Die Kupfer-gefüllte Verbundstruktur wird so wärmehan¬ delt, dass die Kupferteilchen zu einem festen, gut wärmeleitenden Gerüst versintern, während das Polymer (EVA) thermisch zersetzt wird. Die ursprünglich aus dem Polymer herausragenden Blähtonteilchen sind nun in die Oberfläche der gesinterten Kupferstruktur teilweise eingebettet. Die Kupferstruktur weist wiederum die Form eines dreidimensionalen Netzes auf.
Eine weitere beispielhafte Möglichkeit zur
Herstellung des Verdampfer- und/oder Kondensatorelements besteht darin, die als Ausgangsbasis für die vorangegangenen Beispiele verwendete dreidimensionale EVA-Netzstruktur 3 nicht mit feinem Granulat aus poröser Keramik zu beschichten, sondern mit größerem Granulat (Partikeldurchmesser größer als Maschenweite des Netzes) lagenweise zu kombinieren. Dies ist aus- schnittsweise in dem Foto der Figur 4 im Querschnitt zu erkennen, das die unten liegende EVA-Netzstruktur 3 mit der angebundenen porösen Lage aus Keramikgranulat 2 darstellt. Diese Verbundstruktur wird wiederum mit Schmelze infiltriert und das Polymer entfernt. Es bleibt die Metallstruktur 4 mit oberflächlich
eingelagerten porösen Keramikpartikeln 2 zurück, wie dies in dem Foto der Figur 5 ausschnittsweise
dargestellt ist. Die größeren integrierten Volumina an poröser Keramik führen zu einer erweiterten Möglichkeit der Speicherung von kondensierter Flüssigkeit, bspw. als Reservoir für eine anschließende Verdampfung. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des
Verdampfer- und/oder Kondensatorelementes ausgehend von der beschichteten Verbundstruktur der Figur 2 besteht darin, das Matrixmaterial auf dieser Verbundstruktur aus einer Flüssigkeit abzuscheiden, bspw. durch
stromlose Kuper- oder Nickelabscheidung .
In einem weiteren Beispiel wird ein poröses
Keramik-Granulat mit Salz-Platzhalterstrukturen
kombiniert. Dabei erfolgt eine gezielte teilweise
Beschichtung des Granulats mit Salzkristallen 5, bspw. NaCl, wie dies im Foto der Figur 6 dargestellt ist. Eine anschließende Metallinfiltration und das Entfernen des Salzes führt zu Metallstrukturen 4 mit (teilweise) lose eingebetteten Keramikpartikeln 2. Dies ist im Foto der Figur 7 dargestellt. Die Entfernung des Salzes kann im Falle von NaCl durch Spülen mit Wasser erfolgen. Die lose eingebetteten Keramikpartikel 2 sind beweglich, können den Metallverbund aber nicht verlassen. Durch die Beweglichkeit kann es während der Verdampfung zu selbstinduzierten Vibrationen kommen, welche die
Verdampfung verstärken. Eine weitere Herstellungsmöglichkeit besteht in der Kombination von porösem Keramik-Granulat mit Salz- Platzhalterstrukturen wie im vorangegangenen
Ausführungsbeispiel, wobei hier allerdings Mischungen von NaCl und CaCl2 verwendet werden. Hierbei wird das unterschiedliche Benetzungsverhalten der Salze auf den porösen Keramiken genutzt. Im Fall von X13-Zeolith als Material der Keramikpartikel bildet NaCl körnige
Kristalle zwischen den Keramikpartikeln, während sich das CaCl2 dagegen eher schichtförmig auf den Ober¬ flächen der Keramikpartikel anlagert. Dies kann bspw. genutzt werden, um eine höhere mechanische Stabilität der Struktur für die nachfolgenden Verarbeitungsschritte, bspw. Infiltrieren mit Schmelze, oder eine verstärkte Ausbildung loser Keramikpartikel in der
Metallstruktur zu erzielen. Für das Entfernen des NaCl kann wiederum eine Wasserspülung genutzt werden, für das Entfernen des CaCl2 sowohl Wasser als auch
verschiedene Alkohole wie bspw. Ethanol.
Die in den Ausführungsbeispielen genannten
Platzhaltersubstanzen, d.h. EVA, NaCl, CaCl2 sind nur beispielhaft als mögliche Substanzen zu verstehen. Die Herstellung des vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder Kondensatorelementes ist nicht auf diese Substanzen beschränkt. Andere mögliche Platzhaltermaterialien können bspw. andere Polymere wie Polystyrol, Poly¬ propylen oder PMMA, oder andere Salze oder Mineralien wie CaCl2, MgS04, MnS04, K2C03, MgCl2 sein. Es sind, wie im letzten Ausführungsbeispiel beschrieben, auch
Kombinationen von Platzhaltermaterialien möglich. Das Entfernen der Platzhalter kann durch thermische oder chemische Zersetzung oder durch Einsatz von Lösungsmitteln erfolgen. Die in den Ausführungsbeispielen genannten Lösemittel sind ebenfalls nur als beispiel¬ hafte mögliche Substanzen zu verstehen, jedoch nicht beschränkend anzusehen. Das Entfernen der Platzhalter muss nicht vollständig erfolgen, solange sich even¬ tuelle Platzhalterreste nicht störend auf die
Verdampfungs- oder Kondensationsfunktion bzw. auf die Funktion des Gesamtsystems auswirken. Beispiele für unschädliche Platzhalterrückstände können z.B. geringe Mengen an schwer löslichen kohlenstoffhaltigen
Rückständen aus der Zersetzung eines EVA-Platzhalters in technischen Verdampfungssystemen für Wasser oder geringe Mengen an NaCl-Resten in Verdampfungssystemen für Alkohole sein, in welchen NaCl nur sehr schwach löslich ist. Beispiele für schädliche und zu ver¬ meidende Auswirkungen sind z. B. verstärkte Korrosions¬ angriffe durch Salzreste oder eine nachteilhafte
Veränderung des Verdampfungsverhaltens des Kältemittels durch Kontamination mit Salzen oder anderen Stoffen. Abhilfemaßnahmen gegen solche schädliche Wirkungen können spezielle Behandlungen sein, bspw. Glühen in bestimmten Atmosphären oder Spülen in bestimmten
Flüssigkeiten, durch welche Reste der Platzhaltersalze gezielt in andere Verbindungen umgewandelt werden.
Speziell eignen sich hierfür Reaktionen, bei welchen leicht lösliche Platzhaltersalze in schwer lösliche Salze umgewandelt und auf diese Weise immobilisiert werden, bspw. die Reaktion von CaCl2 mit C02~Gas zu schwer löslichem CaC03.
Bei dem vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder
Kondensatorelement ergeben sich durch die eingebetteten porösen Partikel viele positive Effekte. Die porösen Partikel dienen als Siedesteine für die Verdampfung, z.B. für die Bereitstellung von Blasenkeimstellen . Sie stören die Wärmeleitung innerhalb der metallischen Struktur nur geringfügig und beeinflussen die lokale Temperaturverteilung günstig. Sie beeinflussen das lokale Benetzungsverhalten und die Mobilität der 3- Phasen-Grenzfläche entlang der Verdampferoberfläche . Sie können als Reservoir für Dampfreste dienen, welche bevorzugte Keimbildungsstellen für neue Blasen
darstellen und sie können als lokale Flüssigkeits¬ reservoire dienen. In der Summe ergeben sich dadurch drei wesentliche Vorteile. Die für die Verdampfung notwendige Überhitzungstemperatur wird gesenkt, so dass dadurch die Möglichkeit für die Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades des Gesamtsystems gegeben ist. Die kurzzeitig abrufbare Verdampfungs¬ leistung wird erhöht und es ergibt sich eine
verbesserte Möglichkeit der lokalen Speicherung von Kondensat.
Figur 8 zeigt noch beispielhaft in stark schema¬ tisierter Darstellung eine mögliche Ausgestaltung eines vorgeschlagenen Verdampfer- und/oder Kondensator- elements mit der in diesem Falle netzartig ausge¬ bildeten Trägerstruktur 1 und den darin eingebetteten porösen Keramikpartikeln (in der Figur nicht erkennbar) im Querschnitt. In diesem Beispiel steht eine Seite der Trägerstruktur in Kontakt mit der Außenseite eines Rohres 6, in dem ein Wärmeträgerfluid zur Wärmezu- und -abfuhr fließt. Um einen möglichst guten thermischen Kontakt zu erhalten, ist die Trägerstruktur auf das Rohr aufgeschrumpft oder stoffschlüssig mit diesem verbunden .
Es können bspw. Rund- oder Flachrohre zur effizienten Wärmezu- und -abfuhr in das Verdampferund/oder Kondensatorelement integriert oder mit diesem verbunden sein. Die Trägerstruktur mit den
eingebetteten Partikeln kann auch partiell nach außen verschlossen sein, so dass dort fluidführende
Strukturen z. B. angeschweißt werden können.
Bezugs zeichenliste
Trägerstruktur
Keramikpartikel/Keramikgranulat dreidimensionale EVA-Netzstruktur Metallstruktur
Salzkristalle
Rohr

Claims

Patentansprüche
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement,
das eine Trägerstruktur (1) aus einem
wärmeleitfähigen Material mit einer Oberfläche zum
Verdampfen oder Sublimieren und/oder Kondensieren oder Resublimieren eines flüssigen oder festen
Mediums aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass Partikel (2) aus einem porösen Material so in die Oberfläche der Trägerstruktur (1) eingebettet sind, dass sie zum Teil aus dieser Oberfläche herausragen .
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerstruktur (1) Kanäle und/oder
Durchgangsöffnungen für die Aufnahme und/oder den Transport des flüssigen Mediums aufweist oder bildet .
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach
Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikel (2) so über die Oberfläche der Trägerstruktur (1) verteilt sind, dass zwischen den Partikeln (2) noch Bereiche der Oberfläche
freiliegen . Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einige der Partikel (2) nur lose in die Oberfläche der Trägerstruktur (1) eingebettet sind und durch Hinterschneidungen in der Oberfläche gehalten werden.
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einige der Partikel (2) so in die Oberfläche der Trägerstruktur (1) eingebettet sind, dass zwischen den Partikeln (2) und umgebendem Material der Trägerstruktur (1) Spalte bestehen.
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikel (2) eine Porosität aufweisen, die zwischen 30 und 90 Vol.% beträgt.
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikel eine Größe aufweisen die zwischen 50 ym und 5 mm beträgt.
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die meisten der Partikel so in die Oberfläche der Trägerstruktur (1) eingebettet sind, dass jeweils 10% bis 90% des Partikelvolumens von
Material der Trägerstruktur (1) umschlossen ist.
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerstruktur (1) in Form von
beabstandeten Lamellen, in Form mehrerer
beabstandeter Folienlagen, als Schwammstruktur oder in Form eines dreidimensionalen Netzes ausgebildet ist .
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerstruktur (1) aus Metall und die Partikel (2) aus Keramik bestehen.
Verdampfer- und/oder Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerstruktur (1) mit einem oder mehreren Rohren (6) für eine Wärmezu- und Wärmeabfuhr über ein Wärmeträgerfluid verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Verdampferund/oder Kondensatorelementes nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, bei dem
- die porösen Partikel (2) zunächst mit einer
Platzhalterstruktur (3) oder Platzhalterelementen (5) verbunden werden, durch die eine Verbundstruktur mit durchgängigen Zwischenräumen erhalten wird, in die die porösen Partikel (2) hineinragen, und
- die Verbundstruktur anschließend entweder mit einem die Trägerstruktur (1) bildenden Material vergossen wird, das in die Zwischenräume eindringt, oder mit einem die Trägerstruktur (1) bildenden pulverförmigen Material in den Zwischenräumen aufgefüllt und anschließend gesintert wird,
- wobei die Platzhalterstruktur (3) oder
Platzhalterelemente (5) entweder bereits durch eine beim Vergießen oder Sintern auftretende Wärme oder anschließend durch eine separate Behandlung
zumindest teilweise entfernt wird/werden.
Verfahren zur Herstellung eines Verdampferund/oder Kondensatorelementes nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, bei dem
- Partikel, die in einem späteren Schritt eine Porosität zur Bildung der porösen Partikel (2) erhalten, zunächst mit einer Platzhalterstruktur (3) oder Platzhalterelementen (5) verbunden werden, durch die eine Verbundstruktur mit durchgängigen Zwischenräumen erhalten wird, in die die Partikel hineinragen, und
- die Verbundstruktur anschließend entweder mit einem die Trägerstruktur (1) bildenden Material vergossen wird, das in die Zwischenräume eindringt, oder mit einem die Trägerstruktur (1) bildenden pulverförmigen Material in den Zwischenräumen aufgefüllt und anschließend gesintert wird,
- wobei die Platzhalterstruktur (3) oder
Platzhalterelemente (5) entweder bereits durch eine beim Vergießen oder Sintern auftretende Wärme oder anschließend durch eine separate Behandlung zumindest teilweise entfernt wird/werden und
- wobei die Partikel entweder bereits durch die beim Vergießen oder Sintern auftretende Wärme oder durch eine separate Behandlung die Porosität zur Bildung der porösen Partikel (2) erhalten.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platzhalterstruktur (3) oder
Platzhalterelemente (5) aus einem oder mehreren
Salzen oder Polymeren gebildet werden.
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