[0001] Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Wärmeübertrager, vorzugsweise einen Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager
gemäß des ersten Patentanspruchs.
[0002] Kreuzstrom-Wärmeübertrager sind in der Technik allgemein bekannt. Sie weisen einen
Wärmetauschbereich auf, in dem ein Fluidstrom in einer ersten Kanalgruppe durch einen
Wärmeträgerfluidstrom in einer zweiten, die erste kreuzenden Kanalgruppe temperiert
wird. Jede der Kanalgruppen weist eine Vielzahl vorzugsweise über ihre gesamte Länge
parallel verschalteter und vorzugsweise auch parallel verlaufender Kanäle auf. Vorzugsweise
sind die Kanäle je Kanalgruppe - wie bei Kreuzstrom-Wärmeübertragern üblich - parallel
zueinander und vorzugsweise geradlinig auf einer Ebene angeordnet. Üblicherweise sind
die erste und zweite Kanalgruppe mit oder ohne Zwischenlagen ohne Kanäle ebenenweise
abwechselnd angeordnet, d.h. eine Kühlung oder Aufheizung des Fluidstroms erfolgt
durch Wärmeübertragung an den Kreuzungen, die damit die Wärmeübertragungsbereiche
bilden. An jeder Kreuzung wird eine Wärmemenge übertragen, wobei der Fluidstrom in
einem Kanal der ersten Kanalgruppe eine Vielzahl von Kreuzungen und damit Wärmeübertragungsbereiche
passiert und sich die jeweils übertragenen Wärmemengen addieren. Die Gesamtheit der
Kanäle einer Kanalgruppe bildet für sich vorzugsweise eine Passage durch den Kreuzstrom-Wärmeübertrager.
[0003] In der
[1] wird beispielhaft neben anderen Bauformen ein Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager offenbart,
bei dem die Mikrokanäle ebenenweise als eine Vielzahl paralleler Rillen einseitig
in Metallfolien eingearbeitet sind. Die Folien werden vorzugsweise quadratisch ausgeschnitten
und mit den Rillen kreuzweise abwechselnd um bevorzugte 90° verdreht gestapelt und
durch Kleben, Löten oder Schweißen miteinander verbunden, wobei die mit Rillen strukturierten
Folienseiten jeweils an einer unstrukturierten Seite der benachbarten Folie anliegen.
[0004] Alternativ zu einem Kreuzstromwärmeübertrager sind auch Gegenstrom- und Gleichstromwärmeübertrager
bekannt, in denen sich die Kanäle des zu temperierenden Fluids und des Wärmeträgerfluids
nicht kreuzen, sondern parallel zueinander geführt werden.
[0005] Für einen Einsatz von Kreuzstrom-Mikrowärmeübertragern der vorgenannten Art sprechen
nicht nur die herausragenden thermischen Eigenschaften, beschrieben z.B. in
[2], sondern auch die im Vergleich zu Gleich- oder Gegenstromwärmeübertragern einfacher,
da nicht ineinander verschlungen zu realisierenden sowie verlustärmeren Zu- und Ableitungen
der Fluidströme.
[0006] Der Nachteil eines Kreuzstromwärmeübertragers im Vergleich zu einem Gegenstrom- oder
Gleichstromwärmeübertrager liegt darin, dass der zu temperierende Fluidstrom wegen
des querströmenden Wärmeträgerfluids nicht in jedem Kanal gleich temperiert wird.
Mit jedem Kreuzen zwischen zwei sich kreuzenden Kanälen kommt es zu einer Wärmeübertragung,
die auch die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids verändert.
[0007] Eine wirtschaftliche und in allen Kanälen einer jeden Kanalgruppe gleichförmige Temperierung,
d.h. Erhitzung oder Abkühlung der Fluide ist in einem Kreuzstromwärmetauscher herkömmlicher
Bauart ohne ein verzerrtes Temperaturprofil des zu temperierenden Fluidstroms am Austritt
aus dem Kanälen praktisch nicht möglich. Da es bei jeder Kreuzung zweier Kanäle zu
einer Übertragung von Wärme kommt, die bei einer nachfolgenden Kreuzung nicht mehr
zur Verfügung steht, ist eine nahezu gleichförmige Temperierung des Fluids in allen
Kanälen nur mit einem erheblichen Überschuss an Wärmeenergie im Wärmeträgerfluidstrom
realisierbar. Dies kann nur mit einem signifikant erhöhten Massenstrom an Wärmeübertragungsfluid
erfolgen, was nicht nur den Wirkungsgrad, sondern auch die Wirtschaftlichkeit reduziert.
[0008] Folglich liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein weiter verbessertes Kreuzstromwärmeübertragersystem
vorzuschlagen, das die vorgenannten Einschränkungen nicht aufweist und insbesondere
eine gleichförmige Temperierung der Fluide in allen Kanälen je Kanalgruppe ermöglicht.
[0009] Die Aufgabe wird durch einen Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.
[0010] Die Lösung der Aufgabe basiert auf einer Modifikation eines eingangs beschriebenen
Kreuzstrom-Wärmeübertragers. Die Kanäle sind in zwei Kanalgruppen, jeweils eine erste
Kanalgruppe für das zu temperierende Fluid und eine zweite Kanalgruppe für das Wärmeträgerfluid
aufgeteilt. Die Kanäle sind ebenenweise angeordnet. Jede Ebene weist Kanäle nur einer
Kanalgruppe auf, wobei die Ebenen und damit die Kanalgruppen - wie eingangs beschrieben
- in bevorzugt abwechselnder Reihenfolge zu einem Wärmeübertrager gestapelt sind.
Die Kanäle sind für jede Kanalgruppe parallel geschaltet und vorzugsweise auch parallel
angeordnet, wobei unterschiedliche Kanalgruppen unterschiedlich ausgerichtet sind
und sich die Kanäle somit kreuzen. Zwischenebenen ohne Kanäle oder benachbarte Ebenen
mit Kanälen aus der gleichen Kanalgruppe sind im Rahmen der möglichen Ausführungsformen
nicht ausgeschlossen. Wesentlich ist, dass sich zwei Kanäle aus benachbarten Ebenen
mit unterschiedlicher Kanalgruppenzugehörigkeit kreuzen und in diesen Kreuzungen Wärmeübertragungsbereiche
für eine Wärmeübertragung zwischen den angrenzenden Kanälen entstehen.
[0011] Vorzugsweise ist der Kreuzstrom-Wärmeübertrager als Kreustrom-Mikrowärmeübertrager
gestaltet, wobei die Kanäle Mikrokanäle sind, mit engsten Querschnitten zwischen 0,001
mm
2 und 1 mm
2 sowie vorzugsweise mit engsten Querschnittsabmessungen zwischen 0,01 mm und 1 mm.
Mikrowärmeübertrager sind vorzugsweise aus Platten- oder Folienstapeln gefertigt,
wobei die Mikrokanäle der Mikrokanalgruppen als Rillen einseitig oder beidseitig in
die Platten oder Folien eingearbeitet und die Folien durch Pressung, Klebung, Lötung
oder Schweißung zu einem Folienstapel zusammengefügt sind. Die Ein- und Austritte
der Mikrokanäle sind seitlich, für jede Kanalgruppe bevorzugt auf einer eigenen Seitenfläche.
[0012] Die Grundidee liegt darin, die Fluidströme in allen Kanälen der ersten und zweiten
Kanalgruppe allein durch geometrisch individuelle Gestaltung der Kreuzungen und damit
der thermischen Übertragungswege in den Wärmeübertragungsbereichen in Summe gleich
zu temperieren. Damit wird in vorteilhafter Weise in Summe eine gleiche Temperaturänderung
des Fluidstroms in der ersten Kanalgruppe wie auch des Wärmeträgerfluidstroms in der
zweiten Kanalgruppe realisiert. Damit werden die Austrittstemperaturen der zu temperierenden
Fluide und des Wärmeträgerfluids in engen Temperaturintervallen gehalten. Die Gefahr
von Unterkühlung oder Überhitzung von Fluidbestandteilen und damit Auskristallisation
bzw. Dampfbildung wird wirksam reduziert. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise auch
eine exaktere Einhaltung und Ausnutzung eines definierbaren Temperaturfensters und
damit eine Verwendung von Fluiden mit Phasenübergängen nahe dem Temperaturfenster.
Ferner weisen beide den Wärmeübertrager verlassende Fluidströme je Kanalgruppe eine
homogene Temperatur auf und können ohne zwischengeschaltete Vermischerstufe direkt
z.B. in einen Reaktor oder einen weiteren Wärmeübertrager eingeleitet werden. Der
beanspruchte Kreuzstrom-Wärmeübertrager oder Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager eignet
sich damit besonders für einen Einsatz in verfahrenstechnischen Prozessen, bei dem
beide eingesetzten Fluide in beiden Mikrokanalgruppen und nicht nur das Fluid in der
ersten Mikrokanalgruppe verfahrenstechnisch verändert werden.
[0013] Als Variationsparameter dienen nicht nur die spezifische Kontaktfläche der Fluidströme
zu den Kanalwandungen, sondern auch die Fluidstromdichte oder der Massenstrom an den
Kreuzungen.
[0014] Wesentlich ist, dass die Kanäle einer jeden Ebene für sich, d.h. beide Kanalgruppen
unterschiedliche geometrische Abmessungen in ihren Kanälen (z.B. Querschnitt, Breite)
und/oder in den Kanalabständen und/oder Stegbreiten aufweisen. Dabei nimmt in jeder
Ebene die Kanalbreite oder der Kanalquerschnitt in stromaufwärts der jeweils anderen
Kanalgruppe gelegener Richtung, d.h. zu den jeweiligen Fluideintritten der jeweils
anderen Kanalgruppe hin zu. Durch diese Variation ändert man das Wärmeübertragungsverhalten
in den Wärmeübertragungsbereichen der Kreuzungen.
[0015] Vorzugsweise wird die Aufgabe durch einen Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager gelöst,
bei dem die Kanäle in beiden Kanalgruppen je Ebene mit unterschiedlichen, vorzugsweise
abgestuften Querschnitten ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Tiefe der Mikrokanäle,
d.h. die Rillentiefe in den einzelnen Folien oder Platten sowie die Stegbreite zwischen
den Kanälen konstant, sodass die unterschiedlichen Querschnitte durch unterschiedliche
Kanalbreiten realisiert werden.
[0016] Die Abstufung der Querschnitte und der vorgenannten Kanalbreiten je Ebene erfolgt
vorzugsweise in kontinuierlichen Schritten mit jedem Kanal stets zu- oder abnehmend,
wobei der Kanal mit dem größten Querschnitt bzw. der größten Breite nahe den Fluideintritten
der jeweils kreuzenden Kanäle der anderen Kanalgruppe angeordnet ist. Die folgenden
Kanäle auf der Ebene weisen stufenweise immer kleinere Querschnitte oder Breiten auf,
wobei der Kanal mit dem kleinsten Querschnitt nahe den Fluidaustritten der jeweils
kreuzenden Kanäle der anderen Kanalgruppe angeordnet ist.
[0017] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das
optional auch mit einzelnen oder allen vorgenannten Maßnahmen zusätzlich kombinierbar
oder erweiterbar ist. Es zeigt
[0018] Fig.1 eine perspektivische abschnittsweise Darstellung eines Kreuzstrom-Mikrowärmeübertragers.
[0019] Der in
Fig.1 dargestellte Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager besteht aus Folien 1 mit rillenförmigen
geradlinig eingearbeiteten Kanälen 2 einer ersten Kanalgruppe 3 für ein zu temperierendes
Fluid (Fluidstromrichtung 4) sowie einer zweiten Kanalgruppe 5 für ein Wärmeträgerfluid
(Fluidstromrichtung
6). Die zum Betrachter hinweisenden Stirnflächen 7 umfassen jeweils die Fluideintritte.
Zwischen zwei Kanälen einer Folie befindet sich ein Steg als Kanalbegrenzung sowie
zur Kanaltrennung. Jede Folie mit Kanälen weist nur Kanäle einer Kanalgruppe auf und
grenzt einseitig oder beidseitig vorzugsweise stets an Folien mit Kanälen der jeweils
anderen Kanalgruppe an. Die Kanäle weisen gleiche Tiefen und unterschiedliche Breiten
auf. Die Fluidanschlüsse des Kreuzstrom-Mikrowärmeübertragers sind in
Fig.1 nicht dargestellt. Im Ausführungsbeispiel weisen alle Kanäle
2 beider Kanalgruppen eine Tiefe von 0,1 mm sowie eine Stegbreite zwischen den Mikrokanälen
ebenfalls von 0,1 mm auf. Die Folien
1 bestehen im Ausführungsbeispiel aus VA-Stahl (18-8-Chrom-Nickel-Stahl) und weisen
eine Stärke von 0,2 mm auf.
[0020] Im Folgenden wird die rechnerische Ermittlung der individuellen Abstufungen der Breiten
und damit der Querschnitte der Mikrokanäle der beiden Kanalgruppen beschrieben. Die
Querschnitte und Abstufungen sind im konkreten Ausführungsbeispiel für beide Kanalgruppen
identisch, wobei sich die Anmeldung nicht nur auf diese Ausführungsform beschränkt.
Die Berechnung erfolgt somit unter der Annahme, dass in beiden Kanalgruppen identische
thermische Kapazitätsströme, z.B. die gleichen Massenströme des gleichen Fluids durchgesetzt
werden. Dies wird insbesondere durch eine ähnliche oder gleiche Wärmeleitzahl und
Viskosität realisiert. Als Eintrittstemperaturen werden für die erste Kanalgruppe
8°C, für die zweite Kanalgruppe 95°C angenommen.
[0021] Für die Abstufung oder Verringerung der Breiten B
n der Mikrokanäle für beide Kanalgruppen gilt folgende Beziehung
[0022] Dabei ist n die laufende Nummer des Kanals (n= 1, ..., N), beginnend mit dem breitesten
Mikrokanal (Breite B
1 in mm) vorzugsweise parallel nahe den fluideintrittsseitigen Stirnflächen der kreuzenden
Mikrokanäle. Ergibt sich für B
n ein Wert kleiner 0,05 mm, erfolgt vorzugsweise (und im Rahmen der vorliegenden Berechnung)
eine Aufrundung dieses B
n-Wertes auf einen Wert von 0,05 mm.
[0023] Die Breite des breitesten Mikrokanals berechnet sich zu
wobei N die Gesamtzahl der Mikrokanäle pro Ebene (Folie) ist und zwischen 10 und
60 liegt sowie λ die Wärmeleitzahl in W/mK des jeweiligen Fluids in den Kanälen. Die
Stegbreiten sind zumindest für jede Kanalgruppe konstant und vorzugsweise im Bereich
zwischen 10 und 15% von B
1.
[0024] In analoger Weise, d.h. mit grundsätzlich den gleichen Formeln lassen sich anstelle
der Abstufungen der Breite B
n auch die der Querschnittsflächen A
n der Kanäle berechnen. Die Stegbreite ist dabei zu korrigieren. Vorzugsweise wird
hier der Kanalabstand zwischen den Mittellinien der einzelnen Kanäle herangezogen,
der sich zu der Stegbreite zuzüglich der mit (1) berechneten Breite B
n bei einer zugrundeliegenden Kanaltiefe summiert.
[0025] Tab.1 zeigt die unter den vorgenannten Annahmen und Beziehungen ermittelten Kanalbreiten
B
n und die Austrittstemperaturen von kalter (Wärme aufnehmender) und warmer (Wärme abgebender)
Kanalgruppe eines Kreuzstrom-Mikrowärmeübertragers, ausgelegt für Wasser (λ = 0,5562
W/mK). Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Mikrowärmeübertrager im
Kreuzstrom mit quadratischen Folien mit jeweils 34 Mikrokanälen. Die Tiefe der Mikrokanäle
beträgt 0,1 mm, die Breite der Stege zwischen den Mikrokanälen 0,1 mm. Der Massendurchsatz
pro Folie beträgt 1kg/h, wobei die Folien eine Abmessung von 10 x 10 mm aufweisen
und einseitig auf 8 mm Breite mit 0,1 mm tiefen Kanälen strukturiert sind.
[0026] Zudem ergibt sich, dass die Austrittstemperaturen bei der beschriebenen Ausführungsform
mit abgestuften Kanalbreiten in allen Kanälen beider Kanalgruppen bis auf ±4% (Bezug
auf °C) und ±0,6% (Bezug auf Kelvin) gleich sind.
[0027] Für den Fall, dass ein größeres Temperaturintervall von ±8% (Bezug auf °C) für die
aus den Mikrokanälen austretenden Fluide einer Kanalgruppe tolerierbar ist, berechnen
sich die Breiten mit n = 1,..., N zu
Tabelle 1: Kanalbreiten und Austrittstemperaturen
Kanal-Nr.: |
Kanalbreite |
Austrittstemperatur kalte Passage |
Austrittstemperatur warme Passage |
|
in mm |
in K |
in °C |
in K |
in °C |
Kanal 1 |
0,706 |
324,6 |
51,4 |
322,7 |
49,5 |
Kanal 2 |
0,299 |
322,7 |
49,5 |
325,5 |
52,3 |
Kanal 3 |
0,221 |
323,1 |
50,0 |
325,2 |
52,1 |
Kanal 4 |
0,191 |
323,2 |
50,0 |
325,4 |
52,2 |
Kanal 5 |
0,176 |
323,0 |
49,9 |
325,7 |
52,5 |
Kanal 6 |
0,166 |
322,8 |
49,7 |
326,0 |
52,9 |
Kanal 7 |
0,159 |
322,5 |
49,4 |
326,4 |
53,3 |
Kanal 8 |
0,153 |
322,3 |
49,1 |
326,8 |
53,7 |
Kanal 9 |
0,148 |
322,0 |
48,8 |
327,2 |
54,1 |
Kanal 10 |
0,143 |
321,7 |
48,6 |
327,6 |
54,4 |
Kanal 11 |
0,139 |
321,5 |
48,3 |
327,9 |
54,8 |
Kanal 12 |
0,135 |
321,3 |
48,2 |
328,2 |
55,0 |
Kanal 13 |
0,131 |
321,2 |
48,0 |
328,4 |
55,3 |
Kanal 14 |
0,127 |
321,1 |
47,9 |
328,6 |
55,4 |
Kanal 15 |
0,123 |
321,0 |
97,9 |
328,7 |
55,5 |
Kanal 16 |
0,119 |
321,0 |
47,9 |
328,7 |
55,6 |
Kanal 17 |
0,116 |
321,0 |
47,9 |
328,8 |
55,6 |
Kanal 18 |
0,112 |
321,1 |
97,9 |
328,7 |
55,6 |
Kanal 19 |
0,109 |
321,2 |
48,0 |
328,7 |
55,5 |
Kanal 20 |
0,105 |
321,3 |
48,2 |
328,5 |
55,3 |
Kanal 21 |
0,102 |
321,5 |
48,4 |
328,3 |
55,2 |
Kanal 22 |
0,098 |
321,8 |
48,6 |
328,0 |
54,9 |
Kanal 23 |
0,095 |
322,0 |
48,9 |
327,7 |
54,6 |
Kanal 24 |
0,091 |
322,3 |
49,2 |
327,4 |
54,2 |
Kanal 25 |
0,088 |
322,6 |
49,5 |
327,0 |
53,9 |
Kanal 26 |
0,085 |
322,9 |
49,8 |
326,7 |
53,5 |
Kanal 27 |
0,081 |
323,3 |
50,1 |
326,3 |
53,1 |
Kanal 28 |
0,078 |
323,6 |
50,4 |
325,9 |
52,7 |
Kanal 29 |
0,074 |
323,9 |
50,8 |
325,5 |
52,4 |
Kanal 30 |
0,071 |
324,2 |
51,0 |
325,3 |
52,1 |
Kanal 31 |
0,067 |
324,4 |
51,3 |
325,0 |
51,9 |
Kanal 32 |
0,064 |
324,6 |
51,4 |
324,9 |
51,7 |
Kanal 33 |
0,061 |
324,7 |
51,6 |
324,8 |
51,6 |
Kanal 34 |
0,057 |
324,7 |
51,6 |
324,8 |
51,6 |
Literatur:
Bezugszeichenliste:
[0029]
- 1
- Folie
- 2
- Kanal
- 3
- erste Kanalgruppe
- 4
- Fluidstromrichtung in der ersten Kanalgruppe
- 5
- zweite Kanalgruppe
- 6
- Fluidstromrichtung in der zweiten Kanalgruppe
- 7
- Stirnfläche
1. Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager zum schnellen Temperieren eines Fluidstroms in einer
ersten Mikrokanalgruppe (3) durch einen Wärmeträgerfluidstrom in einer zweiten, die erste kreuzende Mikrokanalgruppe
(5) jeweils mit einer Vielzahl an Mikrokanälen (2) mit jeweils einer Kanalbreite, einem Kanalabstand zu einem benachbarten Mikrokanal
der gleichen Mikrokanalgruppe sowie einem Kanalquerschnitt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbreite oder der Kanalquerschnitt für jeden Mikrokanal beider Mikrokanalgruppen
stromaufwärts in Richtung der jeweils anderen Mikrokanalgruppe hin gerichtet zunimmt.
2. Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Mikrokanälen (2) einer Mikrokanalgruppe (3, 5) Stege angeordnet sind, die eine konstante Stegbreite aufweisen oder die Mikrokanäle
je Mikrokanalgruppe einen konstanten Kanalabstand zueinander aufweisen.
3. Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefen aller Mikrokanäle
(2) gleich sind und die Breiten B
n der fortlaufend mit n (n = 1, ... , N) bezeichneten Mikrokanäle für beide Mikrokanalgruppen
sich ausgehend von einer ersten Kanalbreite B
1 gemäß einer Formel
berechnen, wobei sich B
1 in Abhängigkeit der Gesamtzahl N der Mikrokanäle und der Wärmeleitfähigkeit λ sowohl
des Fluids als auch des Wärmeträgerfluidstroms zu
in Millimeter berechnet.
4. Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gemäß der Formel berechneten Kanalbreiten Bn unterhalb eines Wertes von 0,05 mm auf 0,05 mm aufgerundet werden.
5. Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mikrokanal (2) einer Mikrokanalgruppe (3, 5) einen unveränderten Querschnitt aufweist.
6. Kreuzstrom-Mikrowärmeübertrager nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanäle (2) der Mikrokanalgruppen (3, 5) als Rillen einseitig oder beidseitig in Platten oder Folien (1) eingearbeitet und die Folien zu einem Folienstapel zusammengefügt sind.
1. Cross-flow micro heat exchanger for the rapid temperature adjustment of a fluid flow
in a first micro channel group (3) by a heat carrier fluid flow in a second micro
channel group (5), crossing the first, in each case with a plurality of micro channels
(2), with in each case a channel width, a channel spacing to an adjacent micro channel
of the same micro channel group, and a channel cross-section, characterised in that the channel width or the channel cross-section for each micro channel of both micro
channel groups increases upstream in the direction of the other micro channel group
in each case.
2. Cross-flow micro heat exchanger according to claim 1, characterised in that webs are arranged between two micro channels (2) of a micro channel (3, 5), which
exhibit a constant web width, or the micro channels, of each micro channel group,
exhibit a constant channel spacing from one another.
3. Cross-flow micro heat exchanger according to claim 1 or 2,
characterised in that the depths of all micro channels (2) are the same, and the widths B
n of the micro channels, designated sequentially by n (n = 1, ..., N), are calculated
for both micro channel groups, starting out from a first channel width B
1, according to an
wherein B
1 is calculated as a function of the total number N of the micro channels and of the
thermal conductivity λ of both the fluid as well as of the heat carrier fluid flow,
to
in millimetres.
4. Cross-flow micro heat exchanger according to claim 3, characterised in that the channel widths Bn calculated in accordance with the formula, below a value of 0.05 mm are rounded up
to 0.05 mm.
5. Cross-flow micro heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterised in that each micro channel (2) of a micro channel group (3, 5) exhibits an unchanged cross-section.
6. Cross-flow micro heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterised in that the micro channels (2) of the micro channel groups (3, 5) are introduced as grooves
on one side or both sides in plates or films (1), and the films are compiled into
a film stack.
1. Micro-échangeur de chaleur à flux croisé pour permettre un équilibrage en température
rapide d'un flux d'un fluide passant dans un premier groupe de micro-canaux (3) par
l'intermédiaire d'un flux de fluide caloporteur passant dans un second groupe de micro-canaux
(5) croisant le premier groupe de micro-canaux, comprenant respectivement un ensemble
de micro-canaux (2) ayant chacun une largeur de canal, une distance par rapport à
un micro-canal voisin du même groupe de micro-canaux ainsi qu'une section de canal,
caractérisé en ce que
la largeur de canal ou la section de canal de chaque micro-canal des deux groupes
de micro-canaux augmente vers l'amont dans la direction de l'autre groupe de micro-canaux
respectif.
2. Micro-échangeur de chaleur à flux croisé conforme à la revendication 1,
caractérisé en ce que
entre deux micro-canaux (2) d'un groupe de micro-canaux (3, 5) sont positionnées des
traverses qui ont une largeur constante, ou les micro-canaux de chaque groupe de micro-canaux,
sont à une distance constante les uns des autres.
3. Micro-échangeur de chaleur à flux croisé conforme à la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
les profondeurs de tous les micro-canaux (2) sont égales et les largeurs B
n des micro-canaux consécutifs désignés par des n croissants (n= 1, ..., N) des deux
groupes de micro-canaux se calculent à partir d'une première largeur de micro-canal
B
1 conformément à la formule
dans laquelle B
1 se calcule en millimètres en fonction du nombre total N de micro-canaux et de la
conductibilité thermique λ du fluide et également du flux de fluide caloporteur selon
la formule :
4. Micro-échangeur de chaleur à flux croisé conforme à la revendication 3,
caractérisé en ce que
les largeurs de canaux Bn calculées selon la formule sont arrondies à 0,05 mm au-dessous d'une valeur de 0,05
mm.
5. Micro-échangeur de chaleur à flux croisé conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
chaque micro-canal (2) d'un groupe de micro-canaux (3, 5) a une section non modifiée.
6. Micro-échangeur de chaleur à flux croisé conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les micro-canaux (2) des groupes de micro-canaux (3, 5) sont usinés sous la forme
de rainures, d'un côté ou des deux côtés de plaques ou de feuilles (1) et les feuilles
sont rassemblées en une pile de feuilles.