WO2022207044A1 - Wärmetauscher - Google Patents

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WO2022207044A1 PCT/DE2022/200047 DE2022200047W WO2022207044A1 WO 2022207044 A1 WO2022207044 A1 WO 2022207044A1 DE 2022200047 W DE2022200047 W DE 2022200047W WO 2022207044 A1 WO2022207044 A1 WO 2022207044A1
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Dominik Kempf
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Contitech Techno-Chemie Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger made from a thermoplastic film.
  • heat exchangers have long been known and in use.
  • the temperature of the battery and the electronic components of battery-electric vehicles must be controlled, with heating or cooling operation being possible depending on the operating state.
  • heat exchangers used are often made up of specially shaped metal components, with metal plates being soldered together, for example, so that a cavity is created through which a heating or cooling medium can flow. If necessary, a heat exchanger designed in this way can also have barriers or guide surfaces influencing the flow of the heating or cooling medium. In addition, heat exchangers of this type have pipe connections as flow and return at opposite ends in the direction of flow of the heating or cooling medium.
  • Heat exchangers designed in this way should be as close as possible to the corresponding heat or cold source to be temperature-controlled, with the heat exchanger being in as close contact as possible with the heat or cold source. Since the heat or cold sources can have any geometry, optimum contact cannot always be achieved with the standard design of heat exchangers described. In addition, a structure made of metal parts is relatively expensive in terms of the materials and can take up a relatively large amount of space. The systems are not flexible and the dimensional changes in the heat exchangers caused by the temperature changes can lead to distortion of the heat exchangers and thus to an impermissible build-up of tension in relation to the heat or cold sources to be tempered.
  • EP 0 555 471 A1 discloses a built-in element for heat exchangers, which is made up of at least two walls made of thermoplastic film fastened one on top of the other, with the walls each being designed as corrugated surfaces.
  • Such an element is preferably suitable as an internal heat exchanger through which fluid media that enter into an exchange reaction with one another can flow, for example in countercurrent or cross-countercurrent.
  • such elements are also not particularly flexible and likewise cannot be optimally contacted with the units to be heated or cooled.
  • DE 42 04 041 A1 discloses a heat exchanger which is formed by extrusion of a melt strip and subsequent solidification. This heat exchanger is also relatively stiff due to the profile created during the extrusion and subsequent cooling of the melt strip and also cannot be optimally contacted with the units to be heated or cooled.
  • the invention was based on the object of creating a heat exchanger of the type described at the outset, which can be produced inexpensively and can be flexibly adapted to the shape of the units to be heated or cooled.
  • the heat exchanger is formed from non-profiled plastic foils that are placed one on top of the other and are welded to one another at predetermined points, with the flea spaces being formed between the plastic foils and separated from one another by the welding, and in the operating state of the heat exchanger the flea spaces are sealed by an introduced heating or Cooling fluid can be inflated, at least a first portion of the flea spaces being designed as a heat exchanger and at least another portion of the flea spaces being designed as a connection line for the inlet or outlet of the heating or cooling fluid.
  • This solution according to the invention permits a large variety of geometries for the heat exchangers, since the welding at predetermined points allows almost any shape of delimitation into cavities and connection lines.
  • the heat exchanger can be attached to the corresponding units to be cooled or heated prior to being put into operation, with the foil-shaped design of the heat exchangers affording great flexibility for adaptation to the surface of the units.
  • the foils By inflating the cavities, the foils nestle particularly well to the geometries of the aggregate surfaces.
  • the heat exchanger is designed in multiple layers by using more than two plastic films.
  • the multiple layers of the heat exchanger also allow operation as a countercurrent heat exchanger.
  • At least one of the plastic films has metal vapor-deposited on it.
  • Metal vaporization ensures a particularly good heat transfer and thus a better efficiency of the heat exchanger.
  • the superimposed plastic films are part of a plastic film hollow body produced by blow molding.
  • non-profiled plastic foils results in a particularly simply constructed, very flexible heat exchanger with the present invention proposed, which can also be produced in a quasi-continuous manner with corresponding production processes.
  • FIG. 1 shows an arrangement of six heat exchangers 1A-1F according to the invention in a plan view.
  • the heat exchangers 1A-1F are formed from two plastic films 2 placed one on top of the other, of which only the upper film in the viewing direction is visible here.
  • the heat exchangers 1A-1F are separated from one another by weld seams 3A-3F.
  • Each heat exchanger 1A-1F also has connecting points 4A-4F of the plastic films 2, which are also formed by weld seams, and which serve as blocking or guiding surfaces.
  • each heat exchanger 1A - 1F has an inlet 6, also formed by the plastic films 2 connected to one another by weld seams 5, and at a second end opposite the first end, an equally formed outlet 7 for a coolant or heating medium (not shown here). on.
  • the heat exchangers 1A-1C form a first heat exchanger group, with their inlets 6 being in fluid-carrying connection with a common inlet line 8 and their outlets 7 with a common outlet line 9 .
  • the heat exchangers 1D-1F form a second heat exchanger group, with their inlets 6 being in fluid-carrying connection with a common inlet line 10 and their outlets 7 with a common outlet line 11 .
  • the supply lines 8 and 10 are connected to a main supply line 12 and the discharge lines 9 and 11 are connected to a main discharge line 13 in a fluid-carrying connection. All of the named heat exchangers and inlet and outlet lines are designed as cavities between the plastic films, which are delimited from one another by the weld seams 3A-3F and 5 of the plastic films 2.
  • the plastic films are part of a plastic film hollow body produced by blow molding, which is not shown in detail here.
  • the main supply line 12 and the main discharge line 13 lie in the respective edge area of the plastic film hollow body produced by blow molding, so that no weld seam is necessary on the outside of the lines 12 and 13 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1A – 1F) aus thermoplastischer 5 Kunststofffolie (2). Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher (1A – 1F) der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der preiswert herstellbar ist und flexibel an die Form der zu wärmenden oder kühlende Aggregate anpassbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher (1A – 1F) aus übereinandergelegten und an vorbestimmten Stellen miteinander verschweißten, nicht profilierten Kunststofffolien (2) ausgebildet ist, wobei durch die Verschweißung (3A – 3F, 5, 14) voneinander abgegrenzte Hohlräume (1A – 1F, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) zwischen den Kunststofffolien (2) ausgebildet sind, und in Betriebszustand des Wärmetauschers (1A – 1F) die Hohlräume (1A – 1F, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) durch ein eingebrachtes Heiz- oder Kühlfluid aufblähbar sind, wobei mindestens ein erster Anteil der Hohlräume (1A – 1F) als Wärmetauscher und mindestens ein weiterer Teil der Hohlräume (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) als Anschlussleitung für den Zulauf (6, 8, 10, 12) oder den Ablauf (7, 9, 11, 13) des Heiz- oder Kühlfluids ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus thermoplastischer Kunststofffolie.
Wärmetauscher sind in einer großen Vielfalt seit langem bekannt und im Einsatz. Beispielsweise müssen die Batterie und die elektronischen Bauteile von batterieelektrischen Fahrzeugen temperiert werden, wobei je nach Betriebszustand ein Heiz- oder ein Kühlbetrieb infrage kommt.
Die dabei eingesetzten Wärmetauscher werden oftmals aus speziell geformten Metallbauteilen zusammengesetzt, wobei beispielsweise Metallplatten miteinander verlötet werden, sodass ein Hohlraum entsteht, durch den ein Heiz- oder Kühlmittel fließen kann. Gegebenenfalls kann ein derartig ausgebildeter Wärmetauscher auch den Fluss des Heiz- oder Kühlmittels beeinflussende Sperren oder Leitflächen aufweisen. Außerdem weisen Wärmetauscher dieser Art an in Flussrichtung des Heiz- oder Kühlmittels sich gegenüberliegenden Enden Rohranschlüsse als Vor- und Rücklauf auf.
Derartig ausgebildeter Wärmetauscher sollen möglichst nahe an der entsprechenden zu temperierenden Wärme- oder Kältequelle liegen, wobei ein möglichst inniger Kontakt des Wärmetauschers mit der Wärme- oder Kältequelle erreicht werden soll. Da die Wärme- oder Kältequellen beliebige Geometrien aufweisen können, ist bei der geschilderten Standardausbildung von Wärmetauschern ein optimaler Kontakt nicht immer erreichbar. Außerdem ist ein Aufbau aus Metallteilen relativ aufwendig in den Werkstoffen und kann relativ viel Bauraum beanspruchen. Die Systeme sind nicht flexibel und die durch die Temperaturveränderungen bedingten Dimensionsveränderungen der Wärmetauscher können zu Verzug der Wärmetauscher und damit zu unzulässigem Spannungsaufbau gegenüber den zu temperierenden Wärme- oder Kältequellen führen. Zur Einsparung von Kosten und zur besseren Anpassung der Geometrie der Wärmetauscher an die zu wärmenden oder zu kühlenden Aggregate können auch Kunststoffe zum Einsatz kommen. Die EP 0 555 471 A1 offenbart ein Einbauelement für Wärmetauscher, welches aus mindestens zwei aufeinander befestigten Wänden aus thermoplastischer Kunststofffolie aufgebaut ist, wobei die Wände jeweils als gewellte Flächen gestaltet sind.
Ein derartiges Element ist bevorzugt als innerer Wärmetauscher geeignet, welche durch in Austauschreaktion miteinander tretenden fluide Medien durchströmbar ist, beispielsweise im Gegen- oder Kreuzgegenstrom. Derartige Elemente sind jedoch aufgrund ihrer Bauweise wegen der gewellten Flächen ebenfalls nicht besonders flexibel und lassen sich ebenfalls nicht optimal mit den zu wärmenden oder kühlenden Aggregaten kontaktieren.
In der DE 42 04 041 A1 ist ein Wärmetauscher offenbart, der durch Extrusion eines Schmelzebandes und anschließendes Erstarren ausgebildet ist. Auch dieser Wärmetauscher ist durch das bei der Extrusion und anschließenden Abkühlung des Schmelzebandes entstandene Profil relativ steif und ebenfalls nicht optimal mit den zu wärmenden oder kühlenden Aggregaten kontaktierbar.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der preiswert herstellbar ist und flexibel an die Form der zu wärmenden oder kühlende Aggregate anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher aus übereinandergelegten und an vorbestimmten Stellen miteinander verschweißten, nicht profilierten Kunststofffolien ausgebildet ist, wobei durch die Verschweißung voneinander abgegrenzte Flohlräume zwischen den Kunststofffolien ausgebildet sind, und in Betriebszustand des Wärmetauschers die Flohlräume durch ein eingebrachtes Heiz- oder Kühlfluid aufblähbar sind, wobei mindestens ein erster Anteil der Flohlräume als Wärmetauscher und mindestens ein weiterer Teil der Flohlräume als Anschlussleitung für den Zulauf oder den Ablauf des Heiz- oder Kühlfluids ausgebildet ist. Diese erfindungsgemäße Lösung lässt eine große Vielfalt an Geometrien der Wärmetauscher zu, da durch das Verschweißen an vorbestimmten Stellen eine nahezu beliebig geformte Abgrenzung in Hohlräume und Anschlussleitungen möglich ist. Der Wärmetauscher kann vor Inbetriebnahme an den entsprechenden zu kühlenden oder zu wärmenden Aggregaten angebracht werden, wobei durch die folienförmige Ausbildung der Wärmetauscher eine große Flexibilität zur Anpassung an die Oberfläche der Aggregate gegeben ist. Durch das Aufblähen der Hohlräume schmiegen sich die Folien besonders gut an die Geometrien der Aggregatoberflächen an.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher durch Verwendung von mehr als zwei Kunststofffolien mehrlagig ausgebildet.
Die Mehrlagigkeit der Wärmetauscher erlaubt auch einen Betrieb als Wärmetauscher im Gegenstrom.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der Kunststofffolien mit Metall bedampft.
Eine Metallbedampfen sorgt für einen besonders guten Wärmeübergang und damit einen besseren Wirkungsgrad des Wärmetauschers.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die übereinandergelegten Kunstofffolien Teil eines durch Blasformen hergestellten Kunststofffolien-Hohlkörpers.
Beim Zusammenlegen eines Kunststofffolien- Hohlkörpers entstehen an den Rändern keine Nähte, so das eine besonders gute Dichtigkeit der Wärmetauscher ermöglicht wird.
Durch die Verwendung von unprofilierten Kunststofffolien wird mit der vorliegenden Erfindung ein besonders einfach aufgebauter, sehr flexibler Wärmetauscher vorgeschlagen, der bei entsprechenden Herstellverfahren auch in quasi kontinuierlicher Weise herstellbar ist.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine Anordnung von sechs erfindungsgemäßen Wärmetauschern 1A - 1 F in einer Draufsicht. Die Wärmetauscher 1 A - 1 F sind aus zwei aufeinandergelegten Kunststofffolien 2 ausgebildet, von denen hier nur die in Blickrichtung obere Folie sichtbar ist. Die Wärmetauscher 1 A - 1 F sind durch Schweißnähte 3A - 3F voneinander abgegrenzt.
Jeder Wärmetauscher 1 A - 1 F weist im Inneren ebenfalls durch Schweißnähte ausgebildete Verbindungsstellen 4A - 4F der Kunststofffolien 2 auf, die als Sperr oder Leitflächen dienen.
Jeder Wärmetauscher 1 A - 1 F weist an einem ersten Ende jeweils einen ebenfalls durch die durch Schweißnähte 5 miteinander verbundenen Kunstofffolien 2 ausgebildeten Zulauf 6 und an einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende einen gleichermaßen ausgebildeten Ablauf 7 für ein hier nicht dargestelltes Kühlmittel oder Heizmittel auf.
Die Wärmetauscher 1A - 1 C bilden eine erste Wärmetauschergruppe, wobei deren Zuläufe 6 mit einer gemeinsamen Zuleitung 8 und deren Abläufe 7 mit einer gemeinsamen Ablaufleitung 9 in fluidführender Verbindung stehen.
Die Wärmetauscher 1 D - 1 F bilden eine zweite Wärmetauschergruppe, wobei deren Zuläufe 6 mit einer gemeinsamen Zuleitung 10 und deren Abläufe 7 mit einer gemeinsamen Ablaufleitung 11 in fluidführender Verbindung stehen.
Die Zuleitungen 8 und 10 stehen mit einer Hauptzuleitung 12 und die Ablaufleitungen 9 und 11 stehen mit einer Hauptableitung 13 in fluidführender Verbindung. Alle genannten Wärmetauscher und Zu- und Ableitungen sind als Hohlräume zwischen den Kunststofffolien ausgebildet, die durch die Schweißnähte 3A- 3F und 5 der Kunststofffolien 2 gegeneinander abgegrenzt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kunststofffolien Bestandteil eines durch Blasformen hergestellten Kunststofffolien-Hohlkörpers, der hier nicht näher dargestellt ist. Die Hauptzuleitung 12 und die Hauptableitung 13 liegen im jeweiligen Randbereich des durch Blasformen hergestellten Kunststofffolien-Hohlkörpers, so dass an den Außenseiten der Leitungen 12 und 13 keine Schweißnaht notwendig ist. In der gezeigten Ausführungsform ist eine quasikontinuierliche Herstellung der Wärmetauscher 1A - 1F möglich, so dass eine beliebige Anzahl von Wärmetauschern zusammenhängend ausgebildet sein kann. Dadurch kann die Anzahl von Verbindungsstellen minimiert werden und es ist eine sehr gute Anpassbarkeit an Geometrien hier nicht gezeigter zu temperierender Aggregate gegeben. Je nach Verwendungsfall können die Wärmetauschergruppen durch einfaches Abschneiden der Folien 2 voneinander getrennt werden.
Bezugszeichenliste
1A-1F Wärmetauscher
2 Kunststofffolien 3A-3F, 5, 14 Schweißnähte
4A-4F Verbindungsstellen der Kunststofffolien 2 6 Zuläufe der Wärmetauscher 1 A - 1 F 7 Abläufe der Wärmetauscher 1 A - 1 F
8, 10 Zuleitungen 9, 11 Ableitungen
12 Flauptzuleitung 13 Flauptableitung

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher (1 A - 1 F) aus thermoplastischer Kunststofffolie, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1 A - 1 F) aus übereinandergelegten und an vorbestimmten Stellen miteinander verschweißten, nicht profilierten Kunststofffolien (2) ausgebildet ist, wobei durch die Verschweißung (3A - 3F, 5, 14) voneinander abgegrenzte Flohlräume (1A - 1 F, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13) zwischen den Kunststofffolien (2) ausgebildet sind, und in Betriebszustand des Wärmetauschers (1A - 1 F) die Flohlräume (1A - 1 F, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13) durch ein eingebrachtes Heiz- oder Kühlfluid aufblähbar sind, wobei mindestens ein erster Anteil der Flohlräume (1 A - 1 F) als Wärmetauscher und mindestens ein weiterer Teil der Flohlräume (6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13) als Anschlussleitung für den Zulauf (6, 8, 10, 12) oder den Ablauf (7, 9, 11 , 13) des Heiz- oder Kühlfluids ausgebildet ist.
2. Wärmetauscher (1 A - 1 F) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1A - 1 F) durch Verwendung von mehr als zwei Kunststofffolien (2) mehrlagig ausgebildet ist.
3. Wärmetauscher (1 A - 1 F) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kunststofffolien (2) mit Metall bedampft ist.
4. Wärmetauscher (1 A - 1 F) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinandergelegten Kunstofffolien (2) Teil eines durch Blasformen hergestellten Kunststofffolien-Hohlkörpers sind.
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