WO2018104375A1 - Heat exchanger and method for use thereof - Google Patents

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WO2018104375A1
WO2018104375A1 PCT/EP2017/081648 EP2017081648W WO2018104375A1 WO 2018104375 A1 WO2018104375 A1 WO 2018104375A1 EP 2017081648 W EP2017081648 W EP 2017081648W WO 2018104375 A1 WO2018104375 A1 WO 2018104375A1
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WO
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heat
heat exchanger
heat transfer
conducting
exchanger according
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Application number
PCT/EP2017/081648
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German (de)
French (fr)
Inventor
Marcel Fink
Olaf Andersen
Marcus Rohne
Lena Schnabel
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
    • 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
    • F28F1/122—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 being formed of wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/12—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes expanded or perforated metal plate

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with at least one heat transfer surface which is connected to at least one heat conduction structure. Furthermore, the invention relates to a method for vaporizing a liquid in which heat is supplied to a liquid. Closing ⁇ Lich, the invention relates to a process for transfer of heat between a first heat transfer medium and a second heat transfer medium by means of a heat exchanger.
  • Devices and methods of the type mentioned can be used in many ways, for example for the cooling of process equipment or machinery or as
  • lamellar heat exchangers are known. These contain a lamella package, whereby individual lamellae are made of a sheet metal of a metal or an alloy.
  • the disk pack may contain, for example, aluminum or copper. In the disk pack holes are provided through which pipes are routed.
  • a first heat transfer medium for example water or a thermal oil, flows through the pipelines.
  • a second heat transfer medium for example ambient air, flows through the
  • Disc pack In this case, heat may be transferred either from the first heat ⁇ carrier medium to the second heat transfer medium or vice versa.
  • the disk pack is thermally connected to the pipes and causes the surface available for heat exchange is increased.
  • these known fin heat exchangers have the disadvantage that the fins production due to have a certain minimum distance from each other and the thus available for heat exchange surface is limited. This limits the same time Powerful ⁇ ness of the heat exchanger, ie per unit time
  • the invention is therefore based on the object to provide a heat exchanger with improved performance.
  • a heat exchanger with at least one heat transfer surface is proposed.
  • the heat ⁇ tragungs simulation can to-heat or removed, for example by electric heating resistors, Peltier elements or waste heat recovery.
  • the heat transfer surface may be a wall or pipe ⁇ contain a portion of a tube wall which defines an interior space of a pipe from the surrounding the tube exterior.
  • a heat carrier can circulate in the tube, to which sensible and / or latent heat is supplied or to which sensible and / or latent heat is taken.
  • the heat transfer surface may be part of a container wall, the container containing a latent heat storage.
  • the cross section of the pipe may be polygonal or round.
  • the cross-sectional area can be the same width as height
  • a heat exchanger having a plurality of such tubes may also be referred to as a plate heat exchanger.
  • the heat transfer surface may be a metal or a
  • the heat transfer surface may in some embodiments of the
  • Invention contain aluminum or / and copper and / or stainless steel or consist thereof.
  • the heat transfer surface at least on one side with a heat conduction structure.
  • the heat conduction structure is thermally coupled to the heat transfer surface, so that the area available for heat exchange is increased compared to the pure heat transfer surface.
  • the heat-conducting structure contains at least two heat-conducting gratings , which are connected to one another in a material-locking manner.
  • the thermal conductivity ⁇ grid can be this, soldered or welded together or sintered.
  • the planteleitgitter allow in the
  • the heat-conducting gratings Unlike lamellae due to the existing openings in the grid an efficient flow with a heat transfer medium. Furthermore, due to their openings, the heat-conducting gratings have internal surfaces which contribute to increasing the total surface area available for heat exchange. Due to the coherent connection of adjacent heat-conducting gratings
  • At least one heat-conducting grid may be selected from a perforated material layer and / or an expanded metal grid and / or a braid.
  • the perforated material layer can be selected from a perforated material layer and / or an expanded metal grid and / or a braid.
  • the material layer can be flat or curved or wavy, so as to create spaces between adjacent ones
  • An expanded metal grid or a mesh or a knitted fabric can have an anisotropic thermal conductivity in the two spatial directions of the plane defined by the flat structure of the expanded metal lattice, so that the thermal conductivity orthogonal to the heat transfer surface can be greater than in a direction parallel to the heat transfer surface.
  • the number or area density of existing in the braid or fabric threads in a spatial direction be greater than in a spatial direction orthogonal thereto.
  • the individual heat conducting gratings may have a material thickness of less than about 200 ym or less than about 150 ym or less than about 60 ym.
  • the individual nickel-silicon
  • the heat conduction gratings may have a material thickness of about 50 ym.
  • the heat conduction structure may be disposed on the heat transfer surface such that the heat conduction gratings communicate with the pipe
  • the projected area of the saut ⁇ structure is maximum, if this is arranged approximately 90 ° to the heat transfer surface ⁇ and the flow of the heat transfer medium. As a result, flow losses can be minimized and the heat transfer performance can be maximized.
  • the heat conduction structure can be made by sintering the heat conduction gratings.
  • a stack of may be heated to a predetermined temperature ⁇ structure.
  • this temperature may be selected below the melting temperature and above half the melting temperature of the material used for the heat-conducting gratings. This comes it for welding theticianleitgitter or for the formation of Sinterotrolsen at individual points of contact. This can increase the mechanical stability even thinner heat-conducting grid so far that the heat exchanger can be made mechanically robust.
  • the thermal conduction structure may have a height of about 1 mm to about 10 mm, or about 1 mm to about 5 mm, or about 1 mm to about 3 mm
  • the heat conduction structure can be partially or completely immersed in the liquid sump.
  • the thermal conduction structure may have a height of from about 15 mm to about 40 mm or from about 20 mm to about 30 mm. The height extends from the surface of the pipe wall starting
  • Such banksleit Jardin can be flowed through by a gaseous heat transfer medium and thereby used as a heat exchanger between two heat transfer media and
  • the thermal conductivity structure may be between about 50 and about 2500, or between about 100 and about 1000, or between about 150 and about 500, or between about 200 and about 300 heat conductors
  • the soupleitgitter can after cutting and optional reshaping, for example, by structural rolls, superimposed and connected to each other by sintering, gluing or soldering.
  • sintering allows a simple production process of the heat conduction structure according to the invention. After sintering, the heat-conducting structure has a comparatively high mechanical stability and, at the same time, a high porosity, which permits efficient flow through one, in particular
  • the heat conduction structure in the individual levels of the heat conduction can efficiently conduct heat, whereas in the direction of the normal vector of sautgitter due to the only point-like connection of the individual michleitgitter each other is given a reduced thermal conductivity.
  • the composite of a plurality of crableitgittern heat conduction structure can be subsequently tailored to the desired size and positively or materially joined to the heat transfer area ⁇ a heat exchanger.
  • a plurality of heat conducting structures can be attached to a heat transfer surface.
  • the thermal conductivity structure may have a porosity of from about 70% to about 90%, or from about 80% to about 85%. According to the invention, it has been recognized that even when a plurality of heat conducting gratings are placed on top of each other, the open area, which forms the
  • the mesh size of the individual meshes of a heat-conducting grid may be between about 1.5 mm and about 3.5 mm. In some embodiments of the invention, the width of a mesh may be greater than its height. In some embodiments of the invention, the width of a mesh may be between about 2.2 mm to about 3.5 mm. In these embodiments of the invention, the height of a mesh may be between about 1.5 mm and about 2.5 mm. In some embodiments of the invention, the land width of the heat conducting grid, i. the remaining material thickness between adjacent meshes, between about 180 ym and about 50 ym or between about
  • the land width may be between about 120 ym and about 90 ym.
  • the relatively large mesh size permits the efficient through-flow of a heat transfer medium ⁇ or in the case of an evaporator, the efficient transfer of a gaseous medium, whereas the
  • Normal vector of the plane defined by the skilletleitgitter be more than a factor of 7 or more than a factor of 8 or more than a factor 10 less than in a direction normal to the vector orthogonal direction.
  • the heat exchanger may further include a sorbent disposed on and / or in the heat conduction structure.
  • the sorbent can be applied, for example, by plasma coating, dip coating or spray coating. This makes it possible to use the heat exchanger according to the invention as a sorber in a thermal compressor of a sorption heat pump.
  • the heat exchanger can also be used as a condenser and / or evaporator of a heat pump.
  • the thermal conduction structure may be pleated.
  • the heat conducting structure may be integrally connected to the tube, for example by soldering.
  • soldering for this purpose, in some embodiments of the invention, a solder paste can be used which is applied to the joint and subsequently heated.
  • this relates to a method for vaporizing a liquid, in which the heat-conducting structure of a heat exchanger is at least partially immersed in a sump and via at least one tube of the heat exchanger, a heat transfer medium with increased
  • the heat conduction structure of the heat exchanger is derived from a heat energy source Transfer heat to a liquid, whereby the liquid is evaporated ⁇ speed.
  • the liquid can be supplied via a sump.
  • the heat exchanger can immerse completely or partially in the sump.
  • the liquid may also pass through the heat exchanger
  • the liquid to be evaporated may also condense on the heat exchanger before being stored there.
  • nucleate boiling in the liquid may be produced.
  • nucleate boiling the formation of gas phases by heating within the liquid is called.
  • Bubble germ sites and a relation to the saturation temperature of the fluid to be evaporated increased wall ⁇ temperatures necessary. It is known that especially at the corners and edges of a heating surface germination sites for the
  • the heat exchanger according to the invention thus has a good thermal conductivity due to the continuous within the thermal conductivity ⁇ lattice structure of the material. Due to the meshes within the cherriesleit ⁇ lattice, which are each bounded by webs with edges, the heat exchanger according to the invention but also many nucleation points for blistering and thus improved compared to known lamella heat exchangers
  • this relates to a method for heat transfer between a first heat transfer medium to a second heat transfer medium by means of a heat exchanger.
  • a heat transfer medium flows inside a pipe and is through the pipe wall from
  • the first heat transfer medium may be a liquid, for example a heating water, a cooling water or a thermal oil.
  • the second heat transfer medium may be gaseous, for example ambient air or an exhaust gas flow. In this case, the gaseous second heat transfer medium flows through the heat-conducting structure according to the invention. Because the porosity, ie the
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows an embodiment of a cakeleit ⁇ structure in the view.
  • FIG. 3 shows a heat conduction structure in cross section.
  • FIG. 4 shows a cross section through a
  • Heat exchanger in a first embodiment.
  • Figure 5 shows a cross section through a
  • Figure 6 shows a cross section through a
  • Figure 7 shows the application of a heat exchanger according to the invention as an evaporator.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a dressingleitgitters according to the present invention.
  • the heat-conducting grid according to FIG. 1 consists of an expanded metal which can be obtained by inserting slots into a metal foil or sheet and subsequent pulling apart. This results in stitches 25, which by webs 23rd
  • the metal foil or sheet may contain or consist of copper or aluminum.
  • Maschen 25 have a greater width a and a lower height b.
  • the width a may be between about 2.5 and about 3 mm, whereas the height b is between about 1.5 mm and about 2.5 mm.
  • the webs 23 may in some embodiments of the
  • Invention be between about 90 ym and about 100 ym wide.
  • the material thickness of the expanded metal mesh may be between about 40 ym and about 60 ym in some embodiments of the invention.
  • Expanded metal mesh 20 defines a continuous metallic structure so that heat can be efficiently conducted within the plane defined by the expanded metal. If the mesh 25 of the banksleitgitters 20 of an example gaseous heat transfer medium
  • a leitgitter 20 can also by
  • FIG. 2 shows a heat-conducting structure 2, which is composed of a multiplicity of heat-conducting lattices 20. For this purpose, about 50 to about 400 of the rectifier shown in Figure 1 are cut and superimposed.
  • the joining of the can be done for example by soldering.
  • a solder paste which contains solder and flux, punctiform or planar are applied to the heat ⁇ guiding grid 20.
  • at least one heat-conducting grid may be oxidized before soldering and the contact points may be ground. The can avoid that the heat conduction structure during soldering by capillary action absorbs the solder.
  • the individual cherriesleitgitter 20 can be sintered by a stack of a plurality of nickel-silicon 20 in
  • Inert gas atmosphere for example, a noble gas
  • the heat conduction structure 2 has a much higher
  • the semifinished product of the thermal conduction structure shown in Figure 2 can be cut below and applied to the tube wall of at least one tube or other heat transfer ⁇ surface of a heat exchanger, as will be explained with reference to Figures 4 to. 6
  • Figure 3 shows the cross section through a thermal conduction structure according to figure 2. Shown is a section of eleven heat ⁇ guide grids 20, which are arranged above one another.
  • Sinterphose 24 can also be a
  • FIG. 4 shows a cross section through a heat exchanger 1 according to the present invention.
  • the heat exchanger 1 contains at least one tube 10, which has a tube wall 100.
  • the pipe wall 100 separates an inner space 105 from an outer space surrounding the pipe 10.
  • the cross section of the tube 10 may be polygonal or round. In some embodiments of the invention, the tube 10 may have a
  • the heat exchanger 1 in the interior 105 of the tube 10 circulates a first heat transfer medium 6.
  • the thermal transfer medium ⁇ 6 may in some embodiments of the
  • the Invention be cooling or heating water or a thermal oil.
  • the heat transfer medium 6 may be in other embodiments, the working fluid of a heat pump or a refrigerator, such as ammonia, water or a hydrocarbon. In this case, the first heat transfer medium 6 may condense or evaporate in the tube 10.
  • the heat is the interior 105 of the tube 10 via the pipe wall 100 added or removed.
  • the heat conduction structure 2 according to the present invention is available.
  • the heat-conducting structure 2 has a multiplicity of heat-conducting lattices 20. For reasons of clarity, only a single heat-conducting grid 20 is shown in FIG.
  • the nickelleitgitter 20 has elongated stitches 25, as described with reference to FIG.
  • the heat conduction structure 2 is provided with a plurality of
  • the mesh 25 can be traversed by a second heat transfer medium 5.
  • the second heat transfer medium 5 flows into the drawing plane or out of the plane of the drawing and thus approximately
  • the flow direction of the two heat transfer media may of course also run in the same direction or in opposite directions.
  • the invention does not teach the use of a cross- flow heat ⁇ transferor as a solution principle. Due to the comparatively large surface portion of the mesh 25 on the total surface of the heat-conducting grid 20 of about 80% to about 90% sets the
  • the second heat transfer medium 5 may be gaseous and, for example, ambient air
  • the height of the heat conducting structure 2 between the joint 110 and the upper end may be between about 150 mm to about
  • FIG. 5 shows a second embodiment of a
  • Heat exchanger according to the present invention.
  • the same components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the essential differences.
  • the heat-conducting structure 2 is oriented so that the larger width of the mesh 25 runs approximately parallel to the tube 10.
  • the joints 110 may have a larger area than in the first embodiment explained with reference to FIG. This can improve the connection of the heat-conducting structure 2 to the wall 100 of the tubes 10.
  • FIG. 6 shows the heat exchangers according to FIG. 4 and FIG. 5 in a cutting direction orthogonal to these figures.
  • the first heat transfer medium 6 flows into the plane of the drawing or out of the plane of the drawing.
  • the flow direction of the second heat transfer medium 5 extends within the plane of the drawing.
  • FIG. 6 shows that the individual heat-conducting louvers 20 of the heat-conducting structure 2 are substantially perpendicular to the heat-transferring surface 100. Because of
  • a thermal conduction structure 2 may include between about 50 and about 400 heat conducting gratings 20.
  • a plurality of heat conducting structures 2 can be arranged on a tube 10, so that a heat exchanger 1 according to the present invention can contain many thousands of heat conducting gratings 20.
  • the second heat transfer medium 5 flows ⁇ approximately along the normal vector of the saut Camill 2.
  • the heat transfer medium 5 thus does not flow along the individual surface elements, but through them.
  • the direction of flow may also be in the plane of the heat transfer grids. Due to the high proportion of mesh 25 on the total area, this can nevertheless take place with a sufficiently low pressure loss. At the same time, the area available for heat transfer is increased, so that the heat exchanger according to the invention has better performance.
  • FIG. 7 shows the application of a heat exchanger according to the invention as an evaporator.
  • a heat exchanger 1 ⁇ dipped completely or partially into a sump 7 which is filled with a liquid to be evaporated 70th
  • the liquid 70 is evaporated and leaves the sump as steam 75.
  • the evaporator can
  • the circulating in the pipe 10 heat transfer medium leads to the evaporation necessary heat.
  • the heat ⁇ carrier medium can be heated by a heat source, not shown, or in the case of a refrigeration system to transport the dissipated heat.
  • the height of the rectifit Quilt 2 between the joint on the tube 10 and the upper end may in some embodiments of
  • Invention may be between about 10 mm and about 100 mm, or between about 10 mm and about 50 mm, or between about 10 mm and about 30 mm.
  • high heat transfer coefficients occur within the heat conduction structure 2, which are caused by the dynamics of bubble formation, bubble growth and bubble breakage.
  • Bubble nucleation sites and increased wall temperatures relative to the saturation temperature of the fluid to be vaporized are necessary for the formation of bubble formation on a partial surface of the heat-conducting structure. Especially at corners and edges of a heating surface germination sites for
  • the heat-conducting structure 2 of the invention has an improved evaporation performance, as at the edges of the webs 23 a plurality of
  • Evolved steam can then leave the heat conduction structure 2 through the mesh 25.
  • the sintering necks 24 formed between individual heat conducting gratings during the heat treatment of the heat conducting structure also form additional nucleating sites for the formation of bubbles.
  • heat exchanger according to the invention can thus be significantly increased compared to known heat exchangers

Abstract

The invention relates to a heat exchanger (1), comprising at least one tube (10) having a tube wall (100) and a heat-conducting structure (2) connected to the tube wall, wherein the heat-conducting structure (2) contains at least two heat-conducting grids (20) which are bonded to one another. The invention further relates to methods for using such a heat exchanger.

Description

Wärmeübertrager und Verfahren zu dessen Verwendung  Heat exchanger and method for its use
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit zumindest einer Wärmeübertragungsfläche, welche mit zumindest einer Wärmeleitstruktur verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit, bei welchem einer Flüssigkeit Wärme zugeführt wird. Schlie߬ lich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmeübertrag zwischen einem ersten Wärmeträgermedium und einem zweiten Wärmeträgermedium mittels eines Wärmeübertragers. The invention relates to a heat exchanger with at least one heat transfer surface which is connected to at least one heat conduction structure. Furthermore, the invention relates to a method for vaporizing a liquid in which heat is supplied to a liquid. Closing ¬ Lich, the invention relates to a process for transfer of heat between a first heat transfer medium and a second heat transfer medium by means of a heat exchanger.
Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können vielfältig Verwendung finden, beispielsweise zur Entwärmung von Prozessanlagen oder Maschinen oder als Devices and methods of the type mentioned can be used in many ways, for example for the cooling of process equipment or machinery or as
Bauteil von Wärmepumpen und Klimageräten. Component of heat pumps and air conditioners.
Aus der Praxis sind Lamellenwärmeübertrager bekannt. Diese enthalten ein Lamellenpaket, wobei einzelne Lamellen aus einem Blech aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sind. Das Lamellenpaket kann beispielsweise Aluminium oder Kupfer enthalten. Im Lamellenpaket sind Bohrungen angebracht, durch welche Rohrleitungen geführt sind. Ein erstes Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder ein Thermoöl, durchströmt die Rohrleitungen. Ein zweites Wärmeträgermedium, beispielsweise Umgebungsluft, durchströmt das From practice lamellar heat exchangers are known. These contain a lamella package, whereby individual lamellae are made of a sheet metal of a metal or an alloy. The disk pack may contain, for example, aluminum or copper. In the disk pack holes are provided through which pipes are routed. A first heat transfer medium, for example water or a thermal oil, flows through the pipelines. A second heat transfer medium, for example ambient air, flows through the
Lamellenpaket. Dabei kann Wärme entweder vom ersten Wärme¬ trägermedium auf das zweite Wärmeträgermedium oder umgekehrt übertragen werden. Das Lamellenpaket ist dabei thermisch an die Rohrleitungen angebunden und führt dazu, dass die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert ist . Diese bekannten Lamellenwärmeübertrager weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Lamellen fertigungsbedingt einen gewissen Mindestabstand zueinander aufweisen müssen und die damit zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche begrenzt ist. Dies begrenzt gleichzeitig die Leistungsfähig¬ keit des Wärmeübertragers, d. h. die pro Zeiteinheit Disc pack. In this case, heat may be transferred either from the first heat ¬ carrier medium to the second heat transfer medium or vice versa. The disk pack is thermally connected to the pipes and causes the surface available for heat exchange is increased. However, these known fin heat exchangers have the disadvantage that the fins production due to have a certain minimum distance from each other and the thus available for heat exchange surface is limited. This limits the same time Powerful ¬ ness of the heat exchanger, ie per unit time
übertragbare Wärmemenge. transferable amount of heat.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager mit verbesserter Leistungsfähigkeit bereitzustellen. Starting from the prior art, the invention is therefore based on the object to provide a heat exchanger with improved performance.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 14 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. The object is achieved by a device according to claim 1, a method according to claim 14 and a method according to claim 15. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Wärmeübertrager mit zumindest einerWärmeübertragungsfläche vorgeschlagen. Der Wärmeüber¬ tragungsfläche kann Wärme zu- oder abgeführt werden, beispielsweise durch elektrische Heizwiderstände, Peltier- Elemente oder Abwärmenutzung. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeübertragungsfläche eine Rohr¬ wandung sein oder einen Teil einer Rohrwandung enthalten, welche einen Innenraum eines Rohres gegen den das Rohr umgebenden Außenraum begrenzt. In diesem Fall kann im Rohr ein Wärmeträger zirkulieren, welchem sensible und/oder latente Wärme zugeführt wird oder welchem sensible und/oder latente Wärme entnommen wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeübertragungsfläche Teil einer Behälterwandung sein, wobei der Behälter einen Latentwärmespeicher enthält. According to the invention, a heat exchanger with at least one heat transfer surface is proposed. The heat ¬ tragungsfläche can to-heat or removed, for example by electric heating resistors, Peltier elements or waste heat recovery. In some embodiments of the invention, the heat transfer surface may be a wall or pipe ¬ contain a portion of a tube wall which defines an interior space of a pipe from the surrounding the tube exterior. In this case, a heat carrier can circulate in the tube, to which sensible and / or latent heat is supplied or to which sensible and / or latent heat is taken. In some embodiments of the invention, the heat transfer surface may be part of a container wall, the container containing a latent heat storage.
Sofern die Wärmeübertragungsfläche eine Rohrwandung ist, kann der Querschnitt des Rohres polygonal oder rund sein. Die Querschnittsfläche kann dieselbe Breite wie Höhe If the heat transfer surface is a pipe wall, the cross section of the pipe may be polygonal or round. The cross-sectional area can be the same width as height
aufweisen, sodass der Rohrquerschnitt quadratisch oder kreisrund ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite des Rohres größer sein als dessen Höhe, sodass der Querschnitt rechteckig oder elliptisch ist. Ein Wärmetauscher, welcher eine Mehrzahl solcher Rohre aufweist, kann auch als Plattenwärmetauscher bezeichnet werden. have, so that the pipe cross-section square or is circular. In other embodiments of the invention, the width of the tube may be greater than its height, so that the cross section is rectangular or elliptical. A heat exchanger having a plurality of such tubes may also be referred to as a plate heat exchanger.
Die Wärmeübertragungsfläche kann ein Metall oder eine The heat transfer surface may be a metal or a
Legierung aufweisen oder daraus bestehen. Die Wärmeübertragungsfläche kann in einigen Ausführungsformen der Have or consist of alloy. The heat transfer surface may in some embodiments of the
Erfindung Aluminium und/oder Kupfer und/oder Edelstahl enthalten oder daraus bestehen. Invention contain aluminum or / and copper and / or stainless steel or consist thereof.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Wärmeübertragungsfläche zumindest einseitig mit einer Wärmeleitstruktur zu versehen. Die Wärmeleitstruktur ist thermisch an die Wärmeübertragungsfläche angekoppelt, sodass die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche gegenüber der reinen Wärmeübertragungsfläche vergrößert ist. Furthermore, it is proposed to provide the heat transfer surface at least on one side with a heat conduction structure. The heat conduction structure is thermally coupled to the heat transfer surface, so that the area available for heat exchange is increased compared to the pure heat transfer surface.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die Wärmeleit¬ struktur zumindest zwei Wärmeleitgitter enthält, welche Stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Wärmeleit¬ gitter können hierzu miteinander verlötet oder verschweißt oder gesintert werden. Die Wärmeleitgitter erlauben im According to the invention, it is now proposed that the heat-conducting structure contains at least two heat-conducting gratings , which are connected to one another in a material-locking manner. The thermal conductivity ¬ grid can be this, soldered or welded together or sintered. The Wärmeleitgitter allow in the
Gegensatz zu Lamellen aufgrund der im Gitter vorhandenen Öffnungen eine effiziente Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium. Weiterhin weisen die Wärmeleitgitter aufgrund ihrer Öffnungen innenliegende Oberflächen auf, welche zur Vergrößerung der gesamten, zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Oberfläche beitragen. Aufgrund der stoff- schlüssigen Verbindung benachbarter Wärmeleitgitter Unlike lamellae due to the existing openings in the grid an efficient flow with a heat transfer medium. Furthermore, due to their openings, the heat-conducting gratings have internal surfaces which contribute to increasing the total surface area available for heat exchange. Due to the coherent connection of adjacent heat-conducting gratings
innerhalb der Wärmeleitstruktur wird der Abstand der Wärme¬ leitgitter gegenüber bekannten Lamellenpaketen reduziert. Hierdurch kann die Anzahl der Wärmeleitgitter vergrößert sein, wodurch die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche ansteigt. Gleichzeitig erhöht sich durch die Stoffschlüssige Verbindung benachbarter Wärmeleitgitter die mechanische Stabilität, sodass die Wärmeleitgitter eine geringere Materialstärke aufweisen können als übliche within the heat conduction structure, the distance between the heat ¬ control grid is reduced compared to known disk packs. As a result, the number of Wärmeleitgitter be increased, whereby the surface available for heat exchange increases. At the same time increases due to the cohesive connection of adjacent Wärmeleitgitter the mechanical stability, so that the heat-conducting mesh can have a lower material thickness than usual
Lamellen eines Lamellenwärmeübertragers. Da innerhalb der durch ein Wärmeleitgitter definierten Ebene gleichwohl eine durchgängige Materialstruktur vorhanden ist, kann die Wärme über die Wärmeleitgitter mit großer Effizienz von der Wärmeübertragungsfläche des zumindest einen Rohres des Slats of a lamellar heat exchanger. Nevertheless, since a continuous material structure is present within the plane defined by a heat-conducting grid, the heat can be transferred via the heat-conducting gratings with great efficiency from the heat transfer surface of the at least one tube of the
Wärmeübertragers zu- oder abgeführt bzw. dem im Rohr Heat exchanger added or removed or in the pipe
strömenden Wärmeträgermedium zugeführt werden. be supplied to the flowing heat transfer medium.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest ein Wärmeleitgitter ausgewählt sein aus einer perforierten Materiallage und/oder einem Streckmetallgitter und/oder einem Geflecht. Die perforierte Materiallage kann In some embodiments of the invention, at least one heat-conducting grid may be selected from a perforated material layer and / or an expanded metal grid and / or a braid. The perforated material layer can
beispielsweise ein Blech bzw. eine Metallfolie aus einem Metall oder einer Legierung sein oder eine solche enthalten. Die Materiallage kann eben oder gekrümmt bzw. gewellt sein, um auf diese Weise Zwischenräume zwischen benachbarten For example, be a sheet or a metal foil made of a metal or an alloy or contain such. The material layer can be flat or curved or wavy, so as to create spaces between adjacent ones
Wärmeleitgittern der Wärmeleitstruktur zu realisieren. Ein Streckmetallgitter bzw. ein Geflecht oder ein Gestrick kann in den beiden Raumrichtungen der durch das Flächengebilde des Streckmetallgitters definierten Ebene eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sodass die Wärmeleitfähigkeit orthogonal zur Wärmeübertragungsfläche größer sein kann als in einer Richtung parallel zur Wärmeübertragungsfläche. To realize Wärmeleitgittern the Wärmeleitstruktur. An expanded metal grid or a mesh or a knitted fabric can have an anisotropic thermal conductivity in the two spatial directions of the plane defined by the flat structure of the expanded metal lattice, so that the thermal conductivity orthogonal to the heat transfer surface can be greater than in a direction parallel to the heat transfer surface.
Hierdurch kann Wärme effizient der Wärmeübertragungsfläche zu- bzw. abgeführt werden. Im Falle eines Streckmetall¬ gitters kann dies dadurch erfolgen, dass die im Gitter ausgebildeten Maschen nicht quadratisch sind, sondern eine größere Ausdehnung in einer Raumrichtung aufweisen als in einer dazu orthogonalen Raumrichtung. Im Falle eines As a result, heat can be efficiently added to or removed from the heat transfer surface. In the case of an expanded metal lattice ¬ this can be done in that the mesh formed in the grid are not square, but a greater extent in one direction in space as have in an orthogonal direction in space. in case of a
Geflechtes bzw. eines Gewebes kann die Anzahl bzw. Flächendichte der im Geflecht bzw. Gewebe vorhandenen Fäden in einer Raumrichtung größer sein als in einer hierzu orthogonalen Raumrichtung. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Wärmeleitgitter eine Materialstärke von weniger als etwa 200 ym oder weniger als etwa 150 ym oder weniger als etwa 60 ym aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Wärmeleitgitter eine Braid or a fabric, the number or area density of existing in the braid or fabric threads in a spatial direction be greater than in a spatial direction orthogonal thereto. In some embodiments of the invention, the individual heat conducting gratings may have a material thickness of less than about 200 ym or less than about 150 ym or less than about 60 ym. In some embodiments of the invention, the individual Wärmeleitgitter a
Materialstärke von mehr als etwa 20 ym oder mehr als etwa 30 ym oder mehr als etwa 90 ym aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Wärmeleitgitter eine Materialstärke von etwa 50 ym aufweisen. Die genannten Material thickness of greater than about 20 ym or more than about 30 ym or more than about 90 ym. In some embodiments of the invention, the heat conduction gratings may have a material thickness of about 50 ym. The mentioned
Materialstärken erlauben einerseits einen hinreichenden Wärmetransport innerhalb der durch das Wärmeleitgitter definierten Ebene und andererseits eine hinreichende Material thicknesses allow on the one hand sufficient heat transfer within the plane defined by the Wärmeleitgitter and on the other hand a sufficient
Packungsdichte, um hohe Leistungsdichten des erfindungs¬ gemäßen Wärmeübertragers zu erzielen. Packing density to achieve high power densities of the heat exchanger fiction, contemporary ¬.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur so auf der Wärmeübertragungsfläche angeordnet sein, dass die Wärmeleitgitter mit dem Rohr bzw. der In some embodiments of the invention, the heat conduction structure may be disposed on the heat transfer surface such that the heat conduction gratings communicate with the pipe
Längsachse des Rohres einen Winkel von etwa 50° bis etwa 130° oder von etwa 70° bis etwa 110° oder von etwa 80° bis etwa 100° oder etwa 90° einschließen. Dies erlaubt Longitudinal axis of the tube at an angle of about 50 ° to about 130 ° or from about 70 ° to about 110 ° or from about 80 ° to about 100 ° or about 90 °. This allows
einerseits eine effiziente Durchströmung der Wärmeleit¬ struktur, beispielsweise in einem Querstromwärmetauscher. Andererseits ist die projizierte Fläche der Wärmeleit¬ struktur maximal, wenn diese etwa 90° zur Wärmeübertragungs¬ fläche und zur Strömung des Wärmeträgermediums angeordnet ist. Hierdurch können Strömungsverluste minimiert und die Wärmeübertragungsleistung maximiert werden. on the one hand an efficient flow through the Wärmeleit ¬ structure, for example in a cross-flow heat exchanger . On the other hand, the projected area of the Wärmeleit ¬ structure is maximum, if this is arranged approximately 90 ° to the heat transfer surface ¬ and the flow of the heat transfer medium. As a result, flow losses can be minimized and the heat transfer performance can be maximized.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur durch Sintern der Wärmeleitgitter hergestellt werden. Zum Sintern kann ein Stapel von Wärmeleitgittern in Schutzgasatmosphäre oder Vakuum auf eine vorgebbare Tempera¬ tur erwärmt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann diese Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur und über der halben Schmelztemperatur des für die Wärmeleitgitter verwendeten Materials gewählt sein. Hierdurch kommt es zum Verschweißen der Wärmeleitgitter bzw. zur Ausbildung von Sinterhälsen an einzelnen Berührungspunkten. Dies kann die mechanische Stabilität auch dünner Wärmeleitgitter soweit erhöhen, dass der Wärmeübertrager mechanisch robust ausgeführt werden kann. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch das Sintern einer Mehrzahl von Wärmeleitgittern eine Wärmeleitstruktur entsteht, deren Porosität nur unwesentlich geringer ist als die offene Fläche einzelner Wärmeleit¬ gitter. Somit kann die erfindungsgemäße Wärmeleitstruktur mit geringen Druckverlusten vom Wärmeträgermedium In some embodiments of the invention, the heat conduction structure can be made by sintering the heat conduction gratings. For sintering a stack of Wärmeleitgittern in a protective gas atmosphere or vacuum can be heated to a predetermined temperature ¬ structure. In some embodiments of the invention, this temperature may be selected below the melting temperature and above half the melting temperature of the material used for the heat-conducting gratings. This comes it for welding the Wärmeleitgitter or for the formation of Sinterhälsen at individual points of contact. This can increase the mechanical stability even thinner heat-conducting grid so far that the heat exchanger can be made mechanically robust. According to the invention it was recognized that by sintering a plurality of Wärmeleitgittern a thermal conduction structure is produced whose porosity is only slightly less than the open area of individual thermal conductivity ¬ grid. Thus, the heat conduction structure according to the invention with low pressure losses from the heat transfer medium
durchströmt werden und beim Einsatz als Verdampfer kann sich in der Wärmeleitstruktur eine großflächige Dreiphasengrenze zwischen der Wärme übertragenden Fläche der Wärmeleitstruktur, der zu verdampfenden Flüssigkeit und dem Dampf ausbilden . be flowed through and when used as an evaporator can form a large three-phase boundary between the heat transfer surface of the Wärmeleitstruktur, the liquid to be evaporated and the steam in the heat conduction structure.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur eine Höhe von etwa 1 mm bis etwa 10 mm oder etwa 1 mm bis etwa 5 mm oder etwa 1 mm bis etwa 3 mm In some embodiments of the invention, the thermal conduction structure may have a height of about 1 mm to about 10 mm, or about 1 mm to about 5 mm, or about 1 mm to about 3 mm
aufweisen. Wärmeleitstrukturen, welche ausgehend von der Oberfläche der Wärmeübertragungsfläche die angegebenen exhibit. Wärmeleitstrukturen which starting from the surface of the heat transfer surface specified
Höhenmaße aufweisen, eignen sich insbesondere zur Have height dimensions, are particularly suitable for
Verdampfung einer Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitssumpf. Hierzu kann die Wärmeleitstruktur teilweise oder vollständig in den Flüssigkeitssumpf eintauchen. Evaporation of a liquid from a liquid sump. For this purpose, the heat conduction structure can be partially or completely immersed in the liquid sump.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur eine Höhe von etwa 15 mm bis etwa 40 mm oder von etwa 20 mm bis etwa 30 mm aufweisen. Die Höhe erstreckt sich dabei von der Oberfläche der Rohrwand ausgehend In some embodiments of the invention, the thermal conduction structure may have a height of from about 15 mm to about 40 mm or from about 20 mm to about 30 mm. The height extends from the surface of the pipe wall starting
lotrecht bis zum höchsten Punkt der Wärmeleitstruktur. perpendicular to the highest point of the heat conduction structure.
Solche Wärmeleitstrukturen können von einem gasförmigen Wärmeträgermedium durchströmt und dabei als Wärmeübertrager zwischen zwei Wärmeträgermedien verwendet werden und Such Wärmeleitstrukturen can be flowed through by a gaseous heat transfer medium and thereby used as a heat exchanger between two heat transfer media and
aufgrund der großen zur Verfügung stehenden Fläche auch große Leistungen übertragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur zwischen etwa 50 und etwa 2500 oder zwischen etwa 100 und etwa 1000 oder zwischen etwa 150 und etwa 500 oder zwischen etwa 200 und etwa 300 Wärmeleitgitter due to the large available area also transferred large benefits. In some embodiments of the invention, the thermal conductivity structure may be between about 50 and about 2500, or between about 100 and about 1000, or between about 150 and about 500, or between about 200 and about 300 heat conductors
enthalten oder daraus bestehen. Die Wärmeleitgitter können nach Zuschnitt und optionaler Umformung, beispielsweise durch Strukturwalzen, übereinandergelegt und durch Sintern, Kleben oder Löten miteinander verbunden werden. Insbesondere Sintern erlaubt ein einfaches Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Wärmeleitstruktur. Nach dem Sintern weist die Wärmeleitstruktur eine vergleichsweise große mechanische Stabilität und gleichzeitig eine hohe Porosität auf, welche eine effiziente Durchströmung mit einem insbesondere contain or consist of. The Wärmeleitgitter can after cutting and optional reshaping, for example, by structural rolls, superimposed and connected to each other by sintering, gluing or soldering. In particular, sintering allows a simple production process of the heat conduction structure according to the invention. After sintering, the heat-conducting structure has a comparatively high mechanical stability and, at the same time, a high porosity, which permits efficient flow through one, in particular
gasförmigen Wärmeträgermedium erlaubt. Gleichzeitig kann die Wärmeleitstruktur in den einzelnen Ebenen der Wärmeleitgitter effizient Wärme leiten, wohingegen in Richtung des Normalenvektors der Wärmeleitgitter aufgrund der nur punktartigen Verbindung der einzelnen Wärmeleitgitter untereinander eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit gegeben ist . gaseous heat transfer medium allowed. At the same time, the heat conduction structure in the individual levels of the heat conduction can efficiently conduct heat, whereas in the direction of the normal vector of Wärmeleitgitter due to the only point-like connection of the individual Wärmeleitgitter each other is given a reduced thermal conductivity.
Die aus einer Vielzahl von Wärmeleitgittern zusammengesetzte Wärmeleitstruktur kann nachfolgend auf das gewünschte Maß zugeschnitten und form- oder stoffschlüssig an die Wärme¬ übertragungsfläche eines Wärmeübertragers gefügt werden. Hierbei kann auch eine Mehrzahl von Wärmeleitstrukturen an einer Wärmeübertragungsfläche befestigt werden. The composite of a plurality of Wärmeleitgittern heat conduction structure can be subsequently tailored to the desired size and positively or materially joined to the heat transfer area ¬ a heat exchanger. In this case, a plurality of heat conducting structures can be attached to a heat transfer surface.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der In some embodiments of the invention, the
Normalenvektor der Wärmeleitgitter dem Normalenvektor der Wärmeübertragungsfläche einen Winkel zwischen etwa 30° und etwa 150° oder Zwischen etwa 45° und etwa 135° oder Zwischen etwa 70° und etwa 110° oder etwa 90° einschließen. Dadurch wird die Wärme entlang der Ebenen der Wärmeleitgitter von der Wärmeübertragungsfläche abgeführt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur eine Porosität von etwa 70 % bis etwa 90 % oder von etwa 80 % bis etwa 85 % aufweisen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass auch beim Aufeinanderlegen einer Vielzahl von Wärmeleitgittern die offene Fläche, welche den Normal vector of Wärmeleitgitter the normal vector of the heat transfer surface an angle between about 30 ° and about 150 ° or between about 45 ° and about 135 ° or between about 70 ° and about 110 ° or about 90 °. Thereby, the heat is dissipated along the planes of the heat conduction from the heat transfer surface. In some embodiments of the invention, the thermal conductivity structure may have a porosity of from about 70% to about 90%, or from about 80% to about 85%. According to the invention, it has been recognized that even when a plurality of heat conducting gratings are placed on top of each other, the open area, which forms the
Strömungswiderstand eines Wärmeträgermediums maßgeblich bestimmt, nur im geringen Umfang sinkt. Flow resistance of a heat transfer medium determined significantly, only to a small extent decreases.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Maschengröße der einzelnen Maschen eines Wärmeleitgitters zwischen etwa 1,5 mm und etwa 3,5 mm betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite einer Masche größer sein als deren Höhe. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite einer Masche zwischen etwa 2,2 mm bis etwa 3,5 mm betragen. In diesen Ausführungsformen der Erfindung kann die Höhe einer Masche zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,5 mm betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Stegbreite des Wärmeleitgitters, d.h. die zwischen benachbarten Maschen verbleibende Materialdicke, zwischen etwa 180 ym und etwa 50 ym oder zwischen etwa In some embodiments of the invention, the mesh size of the individual meshes of a heat-conducting grid may be between about 1.5 mm and about 3.5 mm. In some embodiments of the invention, the width of a mesh may be greater than its height. In some embodiments of the invention, the width of a mesh may be between about 2.2 mm to about 3.5 mm. In these embodiments of the invention, the height of a mesh may be between about 1.5 mm and about 2.5 mm. In some embodiments of the invention, the land width of the heat conducting grid, i. the remaining material thickness between adjacent meshes, between about 180 ym and about 50 ym or between about
150 ym und etwa 80 ym betragen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Stegbreite zwischen etwa 120 ym und etwa 90 ym betragen. Somit erlaubt die vergleichsweise große Maschengröße die effiziente Durchströmung mit einem Wärme¬ trägermedium oder im Falle eines Verdampfers die effiziente Abführung eines gasförmigen Mediums, wohingegen die 150 ym and about 80 ym. In other embodiments of the invention, the land width may be between about 120 ym and about 90 ym. Thus, the relatively large mesh size permits the efficient through-flow of a heat transfer medium ¬ or in the case of an evaporator, the efficient transfer of a gaseous medium, whereas the
verbleibende Stegbreite noch einen hinreichenden remaining web width still a sufficient
Wärmetransport innerhalb der Wärmeleitstruktur sicherstellt. Ensures heat transfer within the heat conduction structure.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitstruktur in Richtung des In some embodiments of the invention, the thermal conductivity of the heat conduction structure in the direction of
Normalenvektors der durch die Wärmeleitgitter definierten Ebene um mehr als einen Faktor 7 oder mehr als einen Faktor 8 oder mehr als einen Faktor 10 geringer sein als in einer zum Normalenvektor orthogonalen Richtung. Dieses Verhalten ergibt sich daraus, dass innerhalb der durch die einzelnen Wärmeleitgitter definierten Ebene aufgrund der zusammen- hängenden Materiallage der Wärmeleitgitter eine vergleichs¬ weise große Querschnittsfläche zum Wärmetransport zur Ver¬ fügung steht. Andererseits sind benachbarte Wärmeleitgitter nur punktförmig durch Sinterhälse, Lötstellen oder Klebeverbindungen miteinander verbunden, sodass die Wärmeleitung in Richtung des Normalenvektors reduziert ist. Normal vector of the plane defined by the Wärmeleitgitter be more than a factor of 7 or more than a factor of 8 or more than a factor 10 less than in a direction normal to the vector orthogonal direction. This behavior results from the fact that, within the plane defined by the individual heat-conducting gratings, hanging material layer of Wärmeleitgitter is a comparatively ¬ as large cross-sectional area for heat transport to Ver ¬ addition. On the other hand, adjacent Wärmeleitgitter are only punctiform interconnected by Sinterhälse, solder joints or adhesive joints, so that the heat conduction is reduced in the direction of the normal vector.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeübertrager weiterhin ein Sorptionsmittel enthalten, welches auf und/oder in der Wärmeleitstruktur angeordnet ist. Das Sorptionsmittel kann beispielsweise durch Plasmabeschichten, Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung aufgebracht werden. Dies erlaubt es, den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager als Sorber in einem thermischen Kompressor einer Sorptionswärmepumpe einzusetzen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeübertrager auch als Kondensator und/oder Verdampfer einer Wärmepumpe Verwendung finden. In some embodiments of the invention, the heat exchanger may further include a sorbent disposed on and / or in the heat conduction structure. The sorbent can be applied, for example, by plasma coating, dip coating or spray coating. This makes it possible to use the heat exchanger according to the invention as a sorber in a thermal compressor of a sorption heat pump. In other embodiments of the invention, the heat exchanger can also be used as a condenser and / or evaporator of a heat pump.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur plissiert sein. In some embodiments of the invention, the thermal conduction structure may be pleated.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur stoffschlüssig mit dem Rohr verbunden sein, beispielsweise durch Löten. Hierzu kann in einigen Aus¬ führungsformen der Erfindung eine Lotpaste verwendet werden, welche auf die Fügestelle aufgetragen und nachfolgend erwärmt wird. In other embodiments of the invention, the heat conducting structure may be integrally connected to the tube, for example by soldering. For this purpose, in some embodiments of the invention, a solder paste can be used which is applied to the joint and subsequently heated.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft dies ein Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit, bei welchem die Wärmeleitstruktur eines Wärmeübertragers zumindest teilweise in einen Sumpf eintaucht und über zumindest ein Rohr des Wärmeübertragers ein Wärmeträgermedium mit erhöhter In some embodiments of the invention, this relates to a method for vaporizing a liquid, in which the heat-conducting structure of a heat exchanger is at least partially immersed in a sump and via at least one tube of the heat exchanger, a heat transfer medium with increased
Temperatur zugeführt wird. Temperature is supplied.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird über die Wärmeleitstruktur des Wärmeübertragers von einer Wärmeenergiequelle Wärme auf eine Flüssigkeit übertragen, wodurch die Flüssig¬ keit verdampft wird. Die Flüssigkeit kann in einigen Aus¬ führungsformen über einen Sumpf zugeführt werden. Hierzu kann der Wärmeübertrager vollständig oder teilweise in den Sumpf eintauchen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Flüssigkeit dem Wärmeübertrager auch durch According to the proposed method, the heat conduction structure of the heat exchanger is derived from a heat energy source Transfer heat to a liquid, whereby the liquid is evaporated ¬ speed. In some embodiments, the liquid can be supplied via a sump. For this purpose, the heat exchanger can immerse completely or partially in the sump. In other embodiments of the invention, the liquid may also pass through the heat exchanger
Berieselung zugeführt werden. Schließlich kann die zu verdampfende Flüssigkeit auch vorher auf dem Wärmeübertrager kondensieren und dort zwischengespeichert werden. Sprinkler be supplied. Finally, the liquid to be evaporated may also condense on the heat exchanger before being stored there.
Im Falle des Eintauchens in einen Sumpf kann ein Blasensieden in der Flüssigkeit erzeugt werden. Als Blasensieden wird die Entstehung von Gasphasen durch Erwärmung innerhalb der Flüssigkeit bezeichnet. In case of immersion in a sump, nucleate boiling in the liquid may be produced. As nucleate boiling, the formation of gas phases by heating within the liquid is called.
Bei Verdampfungsprozessen, insbesondere beim Blasensieden, treten hohe Wärmeübergangskoeffizienten innerhalb der Wärmeleitstruktur auf, welche durch die Dynamik der Blasenbildung, das Blasenwachstum sowie des Blasenabreißens bedingt sind. Für das Zustandekommen der Blasenbildung an einer Teilfläche der Wärmeleitstruktur sind dabei In evaporation processes, in particular in nucleate boiling, high heat transfer coefficients occur within the heat conduction structure, which are due to the dynamics of bubble formation, bubble growth and bubble rupture. For the formation of the bubble formation on a partial surface of the Wärmeleitstruktur are doing
Blasenkeimstellen und eine gegenüber der Sättigungstemperatur des zu verdampfenden Fluides erhöhte Wand¬ temperaturen notwendig. Es ist bekannt, dass vor allem an Ecken und Kanten einer Heizfläche Keimstellen für die Bubble germ sites and a relation to the saturation temperature of the fluid to be evaporated increased wall ¬ temperatures necessary. It is known that especially at the corners and edges of a heating surface germination sites for the
Bildung von Blasen entstehen. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist somit aufgrund der innerhalb der Wärmeleit¬ gitter durchgehenden Materialstruktur eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Aufgrund der Maschen innerhalb der Wärmeleit¬ gitter, welche jeweils durch Stege mit Kanten begrenzt sind, weist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager aber auch viele Keimstellen zur Blasenbildung und damit eine gegenüber an sich bekannten Lamellenwärmeübertragern verbesserte Formation of bubbles arise. The heat exchanger according to the invention thus has a good thermal conductivity due to the continuous within the thermal conductivity ¬ lattice structure of the material. Due to the meshes within the Wärmeleit ¬ lattice, which are each bounded by webs with edges, the heat exchanger according to the invention but also many nucleation points for blistering and thus improved compared to known lamella heat exchangers
Verdampfungsleistung beim Blasensieden auf. Auch die bei der Wärmebehandlung der Wärmeleitstruktur entstehenden Evaporation rate in nucleate boiling. Also those arising during the heat treatment of the heat conduction structure
Kontaktbereiche zwischen einzelnen Wärmeleitgittern bilden zusätzliche Keimstellen für die Bildung von Blasen. Durch die erfindungsgemäß verwendeten Wärmeleitgitter mit geringer Materialstärke lassen sich viele Wärmeleitgitter auf Contact areas between individual heat conducting screens form additional nucleation sites for the formation of bubbles. By the Wärmeleitgitter used in the invention with low material thickness can be many Wärmeleitgitter on
begrenztem Raum zusammenfügen. Die innerhalb dieser Wärmeleitgitter ausgebildeten kleinen Maschen führen zu vielen Kanten und Ecken und damit zu einer großen Anzahl von join together limited space. The formed within this Wärmeleitgitter small meshes lead to many edges and corners and thus to a large number of
Keimstellen für die Blasenbildung. Die Verdampfungsleistung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann somit Germ nuclei for blistering. The evaporation performance of a heat exchanger according to the invention can thus
gegenüber bekannten Wärmeübertragern deutlich erhöht sein. be significantly increased compared to known heat exchangers.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Wärmeübertrag zwischen einem ersten Wärmeträgermedium auf ein zweites Wärmeträgermedium mittels eines Wärmeübertragers. Dabei strömt ein Wärmeträgermedium im Inneren eines Rohres und ist durch die Rohrwandung vom In some embodiments of the invention, this relates to a method for heat transfer between a first heat transfer medium to a second heat transfer medium by means of a heat exchanger. In this case, a heat transfer medium flows inside a pipe and is through the pipe wall from
Außenraum getrennt, in welchem das andere Wärmeträgermedium strömt. Die zum Wärmeübergang zur Verfügung stehende Fläche kann durch Wärmeleitstrukturen vergrößert werden, welche einseitig oder beidseitig auf der Rohrwandung angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann insbesondere die Außenseite der Rohrwandung mit Wärmeleit¬ strukturen versehen sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit sein, beispielsweise ein Heizwasser, ein Kühlwasser oder ein Thermoöl. Das zweite Wärmeträgermedium kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung gasförmig sein, beispielsweise Umgebungsluft oder ein Abgasstrom. In diesem Fall strömt das gasförmige zweite Wärmeträgermedium durch die erfindungs¬ gemäße Wärmeleitstruktur. Da die Porosität, d. h. das Exterior space separated, in which the other heat transfer medium flows. The area available for heat transfer can be increased by heat conduction structures, which are arranged on one or both sides of the pipe wall. In some embodiments of the invention, in particular the outside of the pipe wall can be provided with heat conduction ¬ structures. In some embodiments of the invention, the first heat transfer medium may be a liquid, for example a heating water, a cooling water or a thermal oil. In some embodiments of the invention, the second heat transfer medium may be gaseous, for example ambient air or an exhaust gas flow. In this case, the gaseous second heat transfer medium flows through the heat-conducting structure according to the invention. Because the porosity, ie the
Volumen der sich aus den Maschen ergebenden Poren im Volume of pores resulting from the mesh in the
Verhältnis zum Gesamtvolumen der Wärmeleitstruktur Ratio to the total volume of the heat conduction structure
vergleichsweise groß ist, kann auch die aus einer Vielzahl von Wärmeleitgittern bestehende Wärmeleitstruktur von einem gasförmigen Medium durchströmt werden, so dass ein is comparatively large, the existing of a plurality of Wärmeleitgittern heat conduction structure can be traversed by a gaseous medium, so that a
effizienter Wärmeaustausch stattfinden kann. Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne efficient heat exchange can take place. The invention is based on figures without
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt: Restriction of the general inventive concept will be explained in more detail. Showing:
Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß Figure 1 shows an embodiment of an inventive
verwendeten Wärmeleitgitters. used Wärmeleitgitters.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wärmeleit¬ struktur in der Ansicht. Figure 2 shows an embodiment of a Wärmeleit ¬ structure in the view.
Figur 3 zeigt eine Wärmeleitstruktur im Querschnitt. FIG. 3 shows a heat conduction structure in cross section.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen FIG. 4 shows a cross section through a
Wärmeübertrager in einer ersten Ausführungsform. Heat exchanger in a first embodiment.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Figure 5 shows a cross section through a
Wärmeübertrager in einer zweiten Ausführungsform. Heat exchanger in a second embodiment.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Figure 6 shows a cross section through a
Wärmeübertrager in einer zu Fig. 5 orthogonalen Richtung. Heat exchanger in a direction orthogonal to Fig. 5 direction.
Figur 7 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers als Verdampfer. Figure 7 shows the application of a heat exchanger according to the invention as an evaporator.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Wärmeleitgitters gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Wärmeleitgitter gemäß Figur 1 besteht aus einem Streckmetall, welches durch Ein¬ bringen von Schlitzen in eine Metallfolie bzw. ein -blech und nachfolgendes Auseinanderziehen erhältlich ist. Hierdurch bilden sich Maschen 25, welche durch Stege 23 Figure 1 shows an embodiment of a Wärmeleitgitters according to the present invention. The heat-conducting grid according to FIG. 1 consists of an expanded metal which can be obtained by inserting slots into a metal foil or sheet and subsequent pulling apart. This results in stitches 25, which by webs 23rd
voneinander getrennt sind. Die Metallfolie bzw. das -blech kann Kupfer oder Aluminium enthalten oder daraus bestehen. are separated from each other. The metal foil or sheet may contain or consist of copper or aluminum.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die In some embodiments of the invention, the
Maschen 25 eine größere Breite a und eine geringere Höhe b aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite a zwischen etwa 2,5 und etwa 3 mm betragen, wohingegen die Höhe b zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,5 mm beträgt . Maschen 25 have a greater width a and a lower height b. In some embodiments of the invention, the width a may be between about 2.5 and about 3 mm, whereas the height b is between about 1.5 mm and about 2.5 mm.
Die Stege 23 können in einigen Ausführungsformen der The webs 23 may in some embodiments of the
Erfindung zwischen etwa 90 ym und etwa 100 ym breit sein. Invention be between about 90 ym and about 100 ym wide.
Die Materialstärke des Streckmetallgitters kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 40 ym und etwa 60 ym betragen. The material thickness of the expanded metal mesh may be between about 40 ym and about 60 ym in some embodiments of the invention.
Aufgrund der Herstellungsweise des Wärmeleitgitters 20 als Streckmetallgitter ergibt sich innerhalb der durch das Due to the way in which the Wärmeleitgitters 20 as expanded metal mesh results within the by the
Streckmetallgitter 20 definierten Ebene eine durchgehende metallische Struktur, sodass Wärme innerhalb der durch das Streckmetall definierten Ebene effizient geleitet werden kann. Sofern die Maschen 25 des Wärmeleitgitters 20 von einem beispielsweise gasförmigen Wärmeträgermedium Expanded metal mesh 20 defines a continuous metallic structure so that heat can be efficiently conducted within the plane defined by the expanded metal. If the mesh 25 of the Wärmeleitgitters 20 of an example gaseous heat transfer medium
durchströmt werden, kann diese Wärme auch mit guter be flowed through, this heat can also with good
Effizienz an das Wärmeträgermedium abgegeben bzw. aus dem Wärmeträgermedium aufgenommen werden. Efficiency delivered to the heat transfer medium or absorbed from the heat transfer medium.
In gleicher Weise wie vorstehend für ein Streckmeltall erläutert, kann ein Wärmeleitgitter 20 auch durch In the same manner as explained above for a stretched Meltall, a Wärmeleitgitter 20 can also by
Perforieren einer Metallfolie oder durch Flechten von Perforating a metal foil or by braiding
Drähten hergestellt werden. Wires are produced.
Figur 2 zeigt eine Wärmeleitstruktur 2, welche aus einer Vielzahl von Wärmeleitgittern 20 zusammengesetzt ist. Hierzu werden etwa 50 bis etwa 400 der in Figur 1 gezeigten Wärmeleitgitter zugeschnitten und übereinandergelegt . FIG. 2 shows a heat-conducting structure 2, which is composed of a multiplicity of heat-conducting lattices 20. For this purpose, about 50 to about 400 of the Wärmeleitgitter shown in Figure 1 are cut and superimposed.
Das Fügen der Wärmeleitgitter kann beispielsweise durch Löten erfolgen. Hierzu kann eine Lötpaste, welche Lot und Flussmittel enthält, punktförmig oder flächig auf die Wärme¬ leitgitter 20 aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Wärmeleitgitter vor dem Löten oxidiert und die Kontaktstellen angeschliffen werden. Das kann vermeiden, dass die Wärmeleitstruktur beim Löten durch Kapillarwirkung das Lot aufsaugt. The joining of the Wärmeleitgitter can be done for example by soldering. For this purpose, a solder paste, which contains solder and flux, punctiform or planar are applied to the heat ¬ guiding grid 20. In some embodiments, at least one heat-conducting grid may be oxidized before soldering and the contact points may be ground. The can avoid that the heat conduction structure during soldering by capillary action absorbs the solder.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Wärmeleitgitter 20 gesintert werden, indem ein Stapel aus einer Mehrzahl von Wärmeleitgittern 20 in In other embodiments of the invention, the individual Wärmeleitgitter 20 can be sintered by a stack of a plurality of Wärmeleitgittern 20 in
Schutzgasatmosphäre wärmebehandelt wird. Die Inert gas atmosphere is heat treated. The
Schutzgasatmosphäre kann beispielsweise ein Edelgas, Inert gas atmosphere, for example, a noble gas,
Stickstoff oder Wasserstoff enthalten. Hierdurch werden die einzelnen Wärmeleitgitter 20 zur Wärmeleitstruktur 2 Contain nitrogen or hydrogen. As a result, the individual heat-conducting louvers 20 become the heat-conducting structure 2
verbunden . connected .
Die Wärmeleitstruktur 2 weist eine wesentlich höhere The heat conduction structure 2 has a much higher
mechanische Stabilität auf als ein einzelnes Wärmeleitgitter 20. Gleichzeitig steigt der zur Wärmeleitung zur Verfügung stehende Querschnitt innerhalb der durch die Wärmeleitgitter definierten Ebene linear mit der Anzahl der Wärmeleitgitter an. In Richtung des Normalenvektors der Wärmeleitgitter ist die Wärmeleitfähigkeit hingegen reduziert. mechanical stability on than a single Wärmeleitgitter 20. At the same time increases the available heat conduction cross section within the plane defined by the Wärmeleitgitter level linearly with the number of Wärmeleitgitter. In the direction of the normal vector of Wärmeleitgitter the thermal conductivity is reduced, however.
Das in Figur 2 gezeigte Halbzeug der Wärmeleitstruktur kann nachfolgend zugeschnitten und auf die Rohrwandung von zumindest einem Rohr oder einer anderen Wärmeübertragungs¬ fläche eines Wärmeübertragers aufgebracht werden, wie anhand der Figuren 4 bis 6 noch erläutert werden wird. The semifinished product of the thermal conduction structure shown in Figure 2 can be cut below and applied to the tube wall of at least one tube or other heat transfer ¬ surface of a heat exchanger, as will be explained with reference to Figures 4 to. 6
Figur 3 zeigt den Querschnitt durch eine Wärmeleitstruktur gemäß Figur 2. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus elf Wärme¬ leitgittern 20, welche übereinander angeordnet sind. Figure 3 shows the cross section through a thermal conduction structure according to figure 2. Shown is a section of eleven heat ¬ guide grids 20, which are arranged above one another.
Erkennbar sind einzelne Stege 23, wohingegen die Maschen 25 im Querschnitt nicht sichtbar sind. Recognizable are individual webs 23, whereas the mesh 25 are not visible in cross section.
Wie aus Figur 3 erkennbar ist, berühren sich die einzelnen Stege 23 nur in einzelnen Punkten. Durch die Wärmebehandlung kommt es an diesen Stellen zur Ausbildung von Sinterhälsen 24. Die Sinterhälse 24 bewirken die Erhöhung der As can be seen from Figure 3, the individual webs 23 touch only in individual points. Due to the heat treatment, it comes at these points to the formation of sintered necks 24. The sintering necks 24 cause the increase of
mechanischen Stabilität der Wärmeleitstruktur 2 gegenüber der mechanischen Belastbarkeit eines einzelnen Wärmeleit¬ gitters 20. Durch die Sinterhälse 24 kann auch eine mechanical stability of the Wärmeleitstruktur 2 compared the mechanical load capacity of a single Wärmeleit ¬ lattice 20. By Sinterhälse 24 can also be a
Wärmeleitung zwischen einzelnen Wärmeleitgittern 20 und damit entlang des Normalenvektors der Wärmeleitstruktur 2 erfolgen. Aufgrund des geringeren Querschnittes ist diese Wärmeleitung jedoch um etwa eine Größenordnung geringer als entlang der einzelnen Ebenen der Wärmeleitgitter 20. Heat conduction between individual Wärmeleitgittern 20 and thus along the normal vector of the Wärmeleitstruktur 2 done. Due to the smaller cross-section, however, this heat conduction is smaller by approximately one order of magnitude than along the individual planes of the heat-conducting gratings 20.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Wärmeübertrager 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Wärmeübertrager 1 enthält zumindest ein Rohr 10, welches eine Rohrwandung 100 aufweist. Die Rohrwandung 100 trennt einen Innenraum 105 von einem das Rohr 10 umgebenden Außenraum. Der Querschnitt des Rohres 10 kann polygonal oder rund sein. In einigen Aus¬ führungsformen der Erfindung kann das Rohr 10 einen FIG. 4 shows a cross section through a heat exchanger 1 according to the present invention. The heat exchanger 1 contains at least one tube 10, which has a tube wall 100. The pipe wall 100 separates an inner space 105 from an outer space surrounding the pipe 10. The cross section of the tube 10 may be polygonal or round. In some embodiments of the invention, the tube 10 may have a
rechteckigen Querschnitt haben. have rectangular cross-section.
Bei Betrieb des Wärmeübertragers 1 zirkuliert im Innenraum 105 des Rohres 10 ein erstes Wärmeträgermedium 6. Das Wärme¬ trägermedium 6 kann in einigen Ausführungsformen der In operation, the heat exchanger 1 in the interior 105 of the tube 10 circulates a first heat transfer medium 6. The thermal transfer medium ¬ 6 may in some embodiments of the
Erfindung Kühl- oder Heizwasser oder ein Thermoöl sein. Das Wärmeträgermedium 6 kann in anderen Ausführungsformen das Arbeitsmedium einer Wärmepumpe oder einer Kältemaschine sein, beispielsweise Ammoniak, Wasser oder ein Kohlenwasserstoff. In diesem Fall kann das erste Wärmeträgermedium 6 im Rohr 10 kondensieren oder verdampfen. Invention be cooling or heating water or a thermal oil. The heat transfer medium 6 may be in other embodiments, the working fluid of a heat pump or a refrigerator, such as ammonia, water or a hydrocarbon. In this case, the first heat transfer medium 6 may condense or evaporate in the tube 10.
Die Wärme wird dem Innenraum 105 des Rohres 10 über die Rohrwandung 100 zu- oder abgeführt. Zur Vergrößerung der für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche steht die Wärmeleitstruktur 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung. Die Wärmeleitstruktur 2 weist eine Vielzahl von Wärmeleitgittern 20 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 4 lediglich ein einzelnes Wärmeleitgitter 20 dargestellt. Das Wärmeleitgitter 20 weist längliche Maschen 25 auf, wie anhand von Figur 1 beschrieben. Die Wärmeleitstruktur 2 ist mit einer Vielzahl von The heat is the interior 105 of the tube 10 via the pipe wall 100 added or removed. To increase the area available for heat exchange, the heat conduction structure 2 according to the present invention is available. The heat-conducting structure 2 has a multiplicity of heat-conducting lattices 20. For reasons of clarity, only a single heat-conducting grid 20 is shown in FIG. The Wärmeleitgitter 20 has elongated stitches 25, as described with reference to FIG. The heat conduction structure 2 is provided with a plurality of
Fügestellen 110 Stoffschlüssig mit der Rohrwandung 100 gefügt. Dies kann beispielsweise durch Löten, Sintern, Schweißen oder Kleben erfolgen. Aufgrund der durchgehenden Materialstruktur des Wärmeleitgitters 20 kann Wärme durch den Querschnitt der Stege 23 geleitet werden. Die Wärmeleit¬ struktur 2 ist so orientiert, dass die kleinere Breite der Maschen 25 in etwa parallel zum Rohr 10 verläuft. Joint 110 Attached to the pipe wall 100 in a material-fit manner. This can be done for example by soldering, sintering, welding or gluing. Due to the continuous material structure of the Wärmeleitgitters 20 heat can be passed through the cross section of the webs 23. The Wärmeleit ¬ structure 2 is oriented so that the smaller width of the mesh 25 is approximately parallel to the pipe 10.
Die Maschen 25 können von einem zweiten Wärmeträgermedium 5 durchströmt werden. In der Zeichnung gemäß Figur 4 strömt das zweite Wärmeträgermedium 5 in die Zeichenebene hinein bzw. aus der Zeichenebene heraus und damit in etwa The mesh 25 can be traversed by a second heat transfer medium 5. In the drawing according to FIG. 4, the second heat transfer medium 5 flows into the drawing plane or out of the plane of the drawing and thus approximately
orthogonal zur Strömungsrichtung des ersten Wärmeträgermediums 6. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strömungsrichtung der beiden Wärmeträgermedien selbstverständlich auch gleich- oder gegensinnig verlaufen. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung eines Kreuzstromwärme¬ übertragers als Lösungsprinzip. Aufgrund des vergleichsweise großen Flächenanteils der Maschen 25 an der Gesamtfläche der Wärmeleitgitter 20 von ca. 80 % bis ca. 90 % setzt die orthogonal to the flow direction of the first heat transfer medium 6. In other embodiments of the invention, the flow direction of the two heat transfer media may of course also run in the same direction or in opposite directions. The invention does not teach the use of a cross- flow heat ¬ transferor as a solution principle. Due to the comparatively large surface portion of the mesh 25 on the total surface of the heat-conducting grid 20 of about 80% to about 90% sets the
Wärmeleitstruktur 2 der Strömung des zweiten Wärmeträgermediums 5 nur einen geringen Widerstand entgegen, sodass das Wärmeträgermedium mit geringem Druckabfall durch die Wärmeleitstruktur 2 strömen kann. Das zweite Wärmeträgermedium 5 kann gasfürmig sein und beispielsweise Umgebungsluft Wärmeleitstruktur 2 the flow of the second heat transfer medium 5 only a small resistance, so that the heat transfer medium can flow through the heat conduction structure 2 with a small pressure drop. The second heat transfer medium 5 may be gaseous and, for example, ambient air
enthalten oder daraus bestehen. contain or consist of.
Die Höhe der Wärmeleitstruktur 2 zwischen der Fügestelle 110 und dem oberen Ende kann zwischen etwa 150 mm bis etwa The height of the heat conducting structure 2 between the joint 110 and the upper end may be between about 150 mm to about
400 mm oder zwischen etwa 200 mm bis etwa 300 mm aufweisen. 400 mm or between about 200 mm to about 300 mm.
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines FIG. 5 shows a second embodiment of a
Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist die Wärmeleitstruktur 2 so orientiert, dass die größere Breite der Maschen 25 in etwa parallel zum Rohr 10 verläuft. Hierdurch können die Fügestellen 110 eine größere Fläche aufweisen als bei der anhand von Figur 4 erläuterten ersten Ausführungsform. Dies kann die Anbindung der Wärmeleitstruktur 2 an die Wandung 100 der Rohre 10 verbessern. Heat exchanger according to the present invention. The same components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the essential differences. As can be seen from FIG. 5, the heat-conducting structure 2 is oriented so that the larger width of the mesh 25 runs approximately parallel to the tube 10. As a result, the joints 110 may have a larger area than in the first embodiment explained with reference to FIG. This can improve the connection of the heat-conducting structure 2 to the wall 100 of the tubes 10.
Figur 6 zeigt die Wärmetauscher gemäß Figur 4 und Figur 5 in einer zu diesen Figuren orthogonalen Schnittrichtung. FIG. 6 shows the heat exchangers according to FIG. 4 and FIG. 5 in a cutting direction orthogonal to these figures.
Dementsprechend strömt das erste Wärmeträgermedium 6 in die Zeichenebene hinein bzw. aus der Zeichenebene hinaus. Die Strömungsrichtung des zweiten Wärmeträgermediums 5 verläuft innerhalb der Zeichenebene. Accordingly, the first heat transfer medium 6 flows into the plane of the drawing or out of the plane of the drawing. The flow direction of the second heat transfer medium 5 extends within the plane of the drawing.
Auch in Figur 6 sind gleiche Bestandteile der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die Also in Figure 6, like components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the
Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränken kann. Figur 6 zeigt, dass sich die einzelnen Wärmeleitgitter 20 der Wärmeleitstruktur 2 im Wesentlichen senkrecht auf der Wärmeübertragungsfläche 100 befinden. Aus Gründen der Description to limit the main differences. FIG. 6 shows that the individual heat-conducting louvers 20 of the heat-conducting structure 2 are substantially perpendicular to the heat-transferring surface 100. Because of
Übersichtlichkeit sind die einzelnen Wärmeleitgitter 20 in Figur 6 beabstandet dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass sich die Wärmeleitgitter 20 zumindest teilweise Clarity, the individual Wärmeleitgitter 20 shown in Figure 6 spaced. However, it is understood that the Wärmeleitgitter 20 at least partially
berühren und teilweise durch Sinterhälse verbunden sind, wie anhand von Figur 3 erläutert wurde. touch and are partially connected by sintered necks, as explained with reference to Figure 3.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind auch lediglich sechs Wärmeleitgitter 20 in Figur 6 dargestellt. Tatsächlich kann eine Wärmeleitstruktur 2 zwischen etwa 50 und etwa 400 Wärmeleitgittern 20 enthalten. Auf einem Rohr 10 können zudem mehrere Wärmeleitstrukturen 2 angeordnet sein, sodass ein Wärmetauscher 1 gemäß der vorliegenden Erfindung viele tausend Wärmeleitgitter 20 enthalten kann. For reasons of clarity, only six Wärmeleitgitter 20 20 are shown in Figure 6. In fact, a thermal conduction structure 2 may include between about 50 and about 400 heat conducting gratings 20. In addition, a plurality of heat conducting structures 2 can be arranged on a tube 10, so that a heat exchanger 1 according to the present invention can contain many thousands of heat conducting gratings 20.
Wie Figur 6 nochmals illustriert, strömt das zweite Wärme¬ trägermedium 5 in etwa entlang des Normalenvektors der Wärmeleitstruktur 2. Anders als bei bekannten Lamellenwärmetauschern strömt das Wärmeträgermedium 5 somit nicht an den einzelnen Flächenelementen entlang, sondern durch diese hindurch. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strömungsrichtung jedoch auch in der Ebene der Wärmeübertragungsgitter verlaufen. Durch den hohen Anteil an Maschen 25 an der Gesamtfläche kann dies gleichwohl mit hinreichend geringem Druckverlust erfolgen. Gleichzeitig ist die zum Wärmeübertrag zur Verfügung stehende Fläche erhöht, so dass der erfindungsgemäße Wärmeübertrager eine bessere Leistungsfähigkeit aufweist. As Figure 6 illustrates again, the second heat transfer medium 5 flows ¬ approximately along the normal vector of the Wärmeleitstruktur 2. Unlike known finned heat exchangers, the heat transfer medium 5 thus does not flow along the individual surface elements, but through them. However, in other embodiments of the invention, the direction of flow may also be in the plane of the heat transfer grids. Due to the high proportion of mesh 25 on the total area, this can nevertheless take place with a sufficiently low pressure loss. At the same time, the area available for heat transfer is increased, so that the heat exchanger according to the invention has better performance.
Figur 7 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers als Verdampfer. Hierzu taucht ein Wärmeüber¬ trager 1 vollständig oder teilweise in einen Sumpf 7 ein, welcher mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit 70 gefüllt ist. Durch Wärmezufuhr wird die Flüssigkeit 70 verdampft und verlässt den Sumpf als Dampf 75. Der Verdampfer kann Figure 7 shows the application of a heat exchanger according to the invention as an evaporator. For this purpose, a heat exchanger 1 ¬ dipped completely or partially into a sump 7 which is filled with a liquid to be evaporated 70th By supplying heat, the liquid 70 is evaporated and leaves the sump as steam 75. The evaporator can
Bestandteil einer Sorptionswärmepumpe sein. Be part of a sorption heat pump.
Auch in Figur 7 sind gleiche Bestandteile der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die Also in Figure 7, like components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the
Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Description limited to the essential differences.
Das im Rohr 10 zirkulierende Wärmeträgermedium führt die Verdampfung notwendige Wärme zu. Hierzu kann das Wärme¬ trägermedium von einer nicht dargestellten Wärmequelle erwärmt werden oder aber im Fall einer Kälteanlage die abzuführende Wärme transportieren . The circulating in the pipe 10 heat transfer medium leads to the evaporation necessary heat. For this purpose, the heat ¬ carrier medium can be heated by a heat source, not shown, or in the case of a refrigeration system to transport the dissipated heat.
Die Verdampfungswärme wird anschließend durch die The heat of vaporization is then through the
Rohrwandung der Wärmeleitstruktur 2 zugeführt. Die Höhe der Wärmeleitstruktur 2 zwischen der Fügestelle am Rohr 10 und dem oberen Ende kann in einigen Ausführungsformen der Tube wall of the Wärmeleitstruktur 2 supplied. The height of the Wärmeleitstruktur 2 between the joint on the tube 10 and the upper end may in some embodiments of
Erfindung zwischen etwa 10 mm und etwa 100 mm oder zwischen etwa 10 mm und etwa 50 mm oder etwa zwischen 10 mm und etwa 30 mm betragen. Beim Blasensieden der Flüssigkeit 70 treten hohe Wärmeübergangskoeffizienten innerhalb der Wärmeleitstruktur 2 auf, welche durch die Dynamik der Blasenbildung, das Blasenwachstum sowie das Blasenabreißen bedingt sind. Für das Zustandekommen der Blasenbildung an einer Teilfläche der Wärmeleitstruktur sind dabei Blasenkeimstellen und eine gegenüber der Sättigungstemperatur des zu verdampfenden Fluides erhöhte Wandtemperaturen notwendig. Da vor allem an Ecken und Kanten einer Heizfläche Keimstellen für die Invention may be between about 10 mm and about 100 mm, or between about 10 mm and about 50 mm, or between about 10 mm and about 30 mm. In the nucleate boiling of the liquid 70, high heat transfer coefficients occur within the heat conduction structure 2, which are caused by the dynamics of bubble formation, bubble growth and bubble breakage. Bubble nucleation sites and increased wall temperatures relative to the saturation temperature of the fluid to be vaporized are necessary for the formation of bubble formation on a partial surface of the heat-conducting structure. Especially at corners and edges of a heating surface germination sites for
Bildung von Blasen entstehen, weist die erfindungsgemäße Wärmeleitstruktur 2 eine verbesserte Verdampfungsleistung auf, da an den Kanten der Stege 23 eine Vielzahl von Formation of bubbles, the heat-conducting structure 2 of the invention has an improved evaporation performance, as at the edges of the webs 23 a plurality of
Keimstellen vorhanden sind. Entstehender Dampf kann die Wärmeleitstruktur 2 anschließend durch die Maschen 25 verlassen. Auch die bei der Wärmebehandlung der Wärmeleitstruktur entstehenden Sinterhälse 24 zwischen einzelnen Wärmeleitgittern bilden zusätzliche Keimstellen für die Bildung von Blasen. Die Verdampfungsleistung eines Nuclei are present. Evolved steam can then leave the heat conduction structure 2 through the mesh 25. The sintering necks 24 formed between individual heat conducting gratings during the heat treatment of the heat conducting structure also form additional nucleating sites for the formation of bubbles. The evaporation performance of a
erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann somit gegenüber bekannten Wärmeübertragern deutlich erhöht heat exchanger according to the invention can thus be significantly increased compared to known heat exchangers
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Be¬ schreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Aus-führungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Aus-führungsformen definieren, so dient diese Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments. The foregoing Be ¬ scription is therefore not to be considered as limiting, but as illustrative. The following claims are to be understood that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the claims and the above description define "first" and "second" embodiments, then these are used
Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen. Designation of the distinction between two similar embodiments without defining a ranking.

Claims

Ansprüche claims
1. Wärmeübertrager (1) mit zumindest einer Wärmeübertragungsfläche (100), welche mit einer Wärmeleitstruktur (2) verbunden ist, 1. Heat exchanger (1) with at least one heat transfer surface (100) which is connected to a heat conduction structure (2),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Wärmeleitstruktur (2) zumindest zwei Wärmeleitgitter (20) enthält, welche Stoffschlüssig miteinander verbunden sind .  the heat-conducting structure (2) contains at least two heat-conducting gratings (20) which are connected to one another in a material-locking manner.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitgitter (20) ausgewählt sind aus einer perforierten Materiallage und/oder einem Streckmetall¬ gitter und/oder einem Geflecht und/oder einem Gestrick. 2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the Wärmeleitgitter (20) are selected from a perforated material layer and / or an expanded metal ¬ grid and / or a braid and / or a knitted fabric.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wärmeleitgitter (20) eine Materialstärke von weniger als etwa 200 ym oder weniger als etwa 150 ym oder weniger als etwa 60 ym aufweisen. 3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the individual Wärmeleitgitter (20) have a material thickness of less than about 200 ym or less than about 150 ym or less than about 60 ym.
4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitstruktur (2) so auf der Wärmeübertragungsfläche (100) angeordnet ist, dass die Wärmeleitgitter (20) mit dem Normalenvektor der Wärmeübertragungsfläche einen Winkel ( ß ) von etwa 30° bis etwa 150° oder von etwa 70° bis etwa 110° oder von etwa 80° bis etwa 100° oder etwa 90° einschließen. 4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat conduction structure (2) is arranged on the heat transfer surface (100), that the Wärmeleitgitter (20) with the normal vector of the heat transfer surface an angle (ß) of about 30 ° to about 150 ° or from about 70 ° to about 110 ° or from about 80 ° to about 100 ° or about 90 °.
5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche eine Rohrwandung (100) eines Rohres (10) ist oder eine solche enthält . 5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat transfer surface is a tube wall (100) of a tube (10) or contains such.
6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitstruktur (2) durch Sintern der Wärmeleitgitter (20) hergestellt ist. 6. Heat exchanger according to one of claims 1 to5, characterized in that the heat-conducting structure (2) is produced by sintering the Wärmeleitgitter (20).
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitstruktur (2) eine Höhe von etwa 1 mm bis etwa 10 mm oder etwa 1 mm bis etwa 5 mm oder etwa 1 mm bis etwa 3 mm oder etwa 15 mm bis etwa7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat conducting structure (2) has a height of about 1 mm to about 10 mm or about 1 mm to about 5 mm or about 1 mm to about 3 mm or about 15 mm until about
40 mm oder etwa 20 mm bis etwa 30 mm aufweist. 40 mm or about 20 mm to about 30 mm.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitstruktur (2) zwischen etwa 50 und etwa 2500 oder zwischen etwa 100 und etwa 1000 oder zwischen etwa 150 und etwa 500 oder zwischen etwa 200 und etwa 300 Wärmeleitgitter (20) enthält oder daraus besteht. 8. Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heat conduction structure (2) between about 50 and about 2500 or between about 100 and about 1000 or between about 150 and about 500 or between about 200 and about 300 Wärmeleitgitter (20 ) contains or consists of.
9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitstruktur (2) eine 9. Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heat-conducting structure (2) a
Porosität von etwa 70% bis etwa 90% oder von etwa 80% bis etwa 85% aufweist.  Porosity of about 70% to about 90% or from about 80% to about 85%.
10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschengröße (a, b) des Wärme¬ leitgitters (20) zwischen etwa 1,5 mm und etwa 3,5 mm beträgt und/oder 10. Heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that the mesh size (a, b) of the heat ¬ Leitgitters (20) is between about 1.5 mm and about 3.5 mm and / or
dass die Breite eine Steges (23) des Wärmeleitgitters (20) zwischen etwa 180 ym und etwa 50 ym beträgt.  the width of a web (23) of the heat-conducting grid (20) is between about 180 ym and about 50 ym.
11. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 11. Heat exchanger according to one of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitstruktur (2) in Richtung des Normalenvektors der durch die Wärmeleitgitter (20) definierten Ebene um mehr als einen Faktor 7 oder mehr als einen Faktor 8 oder mehr als einen Faktor 10 geringer ist als ein einer zum  characterized in that the thermal conductivity of the heat-conducting structure (2) in the direction of the normal vector of the plane defined by the heat-conducting gratings (20) is more than a factor of 7 or more than a factor of 8 or more than a factor of 10 less than one of
Normalenvektor ortogonalen Richtung.  Normal vector orthogonal direction.
12. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 12. Heat exchanger according to one of claims 1 to 11,
weiterhin enthaltend ein Sorptionsmittel (3) , welches auf und/oder in der Wärmeleitstruktur (2) angeordnet ist.  further comprising a sorbent (3) which is arranged on and / or in the heat-conducting structure (2).
13. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. Heat exchanger according to one of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitstruktur (2) plissiert ist und/oder dass die Wärmeleitstruktur (2) Stoffschlüssig mit dem Rohr (10) verbunden ist. characterized in that the heat conduction structure (2) is pleated and / or that the heat-conducting structure (2) is cohesively connected to the tube (10).
14. Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitstruktur (2) eines Wärmeübertragers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zumindest teilweise in einen Sumpf eintaucht und 14. A method for vaporizing a liquid, characterized in that a heat-conducting structure (2) of a heat exchanger (1) according to one of claims 1 to 13 at least partially immersed in a sump and
zumindest ein Rohr (10) des Wärmeübertrager (1) von einem ersten Wärmeträgermedium (6) durchströmt wird.  at least one tube (10) of the heat exchanger (1) is flowed through by a first heat transfer medium (6).
15. Verfahren zum Wärmeübertrag zwischen einem ersten Wärmeträgermedium (6) auf ein zweites Wärmeträgermedium (5) mittels eines Wärmeübertragers (1), dadurch gekennzeich¬ net, dass eine Wärmeleitstruktur (2) eines 15. A method for heat transfer between a first heat transfer medium (6) to a second heat transfer medium (5) by means of a heat exchanger (1), characterized marked ¬ net, that a heat conduction structure (2) of a
Wärmeübertragers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vom zweiten Wärmeträgermedium (5) durchströmt wird und zumindest ein Rohr (10) des Wärmeübertragers (1) vom ersten Wärmeträgermedium (6) durchströmt wird.  Heat exchanger (1) according to one of claims 1 to 13 from the second heat transfer medium (5) flows through and at least one tube (10) of the heat exchanger (1) from the first heat transfer medium (6) flows through.
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