Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt (siehe zum Beispiel https://www.zpm-systeme.de/wp-content/uploads/2017/04/betriebsanleitung_waermetauscher_manual_heat_exchangers.pdf - dort Seite 13). Eine solche Wärmeübertragungsvorrichtung besteht aus einer ersten Strömungsführung für ein erstes Fluid und einer mit der ersten in wärmeübertragendem Kontakt stehenden, zweiten Strömungsführung für ein zweites Fluid, wobei die erste Strömungsführung eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, das erste Fluid vertikal leitenden Leitungsstücken aufweist, wobei die zweite Strömungsführung einen die Leitungsstücke umgehenden, das zweite Fluid vertikal leitenden Raum aufweist, wobei eine erste Verteileinrichtung zur Zuführung des ersten Fluids zu den Leitungsstücken und eine zweite Verteileinrichtung zur Abführung des ersten Fluids von den Leitungsstücken vorgesehen ist. Unter dem Begriff "Fluid" ist dabei hier und auch im Folgenden ein wahlweise gasförmiges oder flüssiges Medium zu verstehen. Bei der vorgenannten Lösung handelt es sich bei beiden Fluiden um eine Flüssigkeit.
Eine Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus dem Dokument
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Insbesondere soll eine sowohl wärmetechnisch besonders effizient arbeitende als auch leicht herstellbare Wärmeübertragungsvorrichtung geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Leitungsstücke einen rechteckigen Strömungsinnenquerschnitt aufweisen.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit, was weiter unten noch genauer erläutert wird, dadurch aus, dass der Querschnitt, durch den beide Fluide strömen, optimal ausgenutzt wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Dokument
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt perspektivisch
Die in den Figuren dargestellte Wärmeübertragungsvorrichtung besteht zunächst in bekannter Weise aus einer ersten Strömungsführung 1 für ein erstes Fluid und einer mit der ersten in wärmeübertragendem Kontakt stehenden, zweiten Strömungsführung 2 für ein zweites Fluid, wobei die erste Strömungsführung 1 eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, das erste Fluid vertikal leitenden Leitungsstücken 1.1 aufweist, wobei die zweite Strömungsführung 2 einen die Leitungsstücke 1.1 umgehenden, das zweite Fluid vertikal leitenden Raum 2.1 aufweist, wobei eine erste Verteileinrichtung 3.1 zur Zuführung des ersten Fluids zu den Leitungsstücken 1.1 und eine zweite Verteileinrichtung 3.2 zur Abführung des ersten Fluids von den Leitungsstücken 1.1 vorgesehen ist, wobei an den beiden Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 jeweils eine Vielzahl von mit dem Raum 2.1 verbundenen Durchströmöffnungen 3.3 für das zweite Fluid vorgesehen sind.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung ist nun, dass die Leitungsstücke 1.1 einen rechteckigen Strömungsinnenquerschnitt aufweisen. Dabei sind innerhalb des rechteckigen Strömungsinnenquerschnitts der Leitungsstücke 1.1 vorzugsweise Querrippen 1.1.2 angeordnet, siehe
Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 (hier und im folgenden: beide, grundsätzlich gilt, wie beansprucht: "mindestens eine") in Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids gesehen um ein Vielfaches, mindestens Faktor 4, kürzer als in Erstreckungsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids ausgebildet sind. Zudem ist bevorzugt, dass die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 eine Vielzahl von Verteilkanälen 3.4 für das erste Fluid aufweisen. Dabei sind die Durchströmöffungen 3.3 und die Verteilkanäle 3.4 vorzugsweise abwechselnd zueinander angeordnet. Ebenso ist bevorzugt, dass wahlweise die Durchströmöffnungen 3.3 und/oder die Verteilkanäle 3.4 entlang des Umfangs von gedachten, konzentrisch zueinander angeordneten Rechtecken, insbesondere Quadraten, angeordnet sind.
Die Verteilein- 20 richtungen 3.1, 3.2 sind aus einem die Verteilkanäle 3.4 mindestens dreiseitig begrenzenden Grundkörper 3.5 und einem die Verteilkanäle 3.4 einseitig begrenzenden Deckelelement 3.6 gebildet, siehe
Zusätzlich ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 zur Montage in die beiden Verteileinrichtungen 3.1, 3.2, vorzugsweise deren Grundkörper 3.5, einsteckbar ausgebildet sind. Zudem ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 als Strangpressprofile hergestellt ausgebildet sind. Ebenso ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 an einer der zweiten Strömungsführung 2 zugewandten Seite vorzugsweise vertikal erstreckte Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 aufweisen, wobei ferner der Außenquerschnitt der Leitungsstücke 1.1 vorzugsweise und grundsätzlich, also ohne die Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 betrachtet - wie auch die Strömungsinnenquerschnitte - rechteckig ausgebildet ist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die erste Verteileinrichtung 3.1 bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise bei Benutzung als Verdampfer im Heizbetrieb unterhalb oder bei Benutzung als Kondensator im Kühlbetrieb oberhalb der zweiten Verteileinrichtung 3.2 angeordnet ist. Zudem ist bevorzugt, dass das erste Fluid in einer ersten Hauptströmungsrichtung durch die Leitungsstücke 1.1 und das zweite Fluid in einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Hauptströmungsrichtung durch den leitenden Raum 2.1 strömend ausgebildet ist. Dabei ist bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung einen ersten Zufuhr- und einen ersten Abfuhranschluss für das erste Fluid aufweist, durch welche das erste Fluid senkrecht zur ersten Hauptströmrichtung der ersten Verteileinrichtung 3.1 zugeführt bzw. von der zweiten Verteileinrichtung 3.2 abgeführt wird. Zudem ist bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung einen zweiten Zufuhr- und einen zweiten Abfuhranschluss für das zweite Fluid aufweist, durch welche das zweite Fluid parallel zur zweiten Hauptströmrichtung der zweiten Strömungsführung 2 zugeführt bzw. von dieser abgeführt wird.
Zusätzlich ist bevorzugt, dass das erste Fluid wahlweise vollständig flüssig oder gemischt flüssig und gasförmig ist. Dabei ist bevorzugt, dass das erste Fluid ein Kältemittel für einen thermodynamischen Kreisprozess ist. Des Weiteren ist bevorzugt, dass das zweite Fluid gasförmig, vorzugsweise Luft, ist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Leitungsstücke 1.1 beidendig jeweils an eine Verteileinrichtung 3.1, 3.2 im Wärmeofen angelötet ausgebildet sind. Der Zusammenbau der Wärmeübertragungsvorrichtung kann hierdurch auf einfache Weise und ohne großen Personaleinsatz erfolgen. Ebenso ist bevorzugt, dass wahlweise die Leitungsstücke 1.1 und/oder die Verteileinrichtungen 3.1, 3.2 aus Aluminium hergestellt ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Wärmeübertragungsvorrichtung und reduziert ihr Gewicht. Zudem ist bevorzugt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung wahlweise als Teil eines Kondensators oder als Teil eines Verdampfers ausgebildet ist.
Zudem ist bevorzugt, dass an einem bei bestimmungsgemäßer Benutzung unteren Ende der zweiten Strömungsführung 2 ein Ablauf 4 für Kondensat oder dergleichen vorgesehen ist. Zuletzt ist bevorzugt, dass der ersten Verteileinrichtung 3.1 eine Abscheideeinrichtung 5 für gasförmige Anteile des ersten Fluids vorgeschaltet ist, siehe
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform funktioniert wie folgt:
Die Wärmeübertragungsvorrichtung wird zunächst, wie etwa in
Das erste und das zweite Fluid strömen somit über eine gewisse Strecke antiparallel bzw. entgegengesetzt durch die Wärmeübertragungsvorrichtung. Während das zweite Fluid von oben nach unten durch den Raum 2.1 strömt, kommt es in Kontakt mit den Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 der Leitungsstücke 1.1. Dies bewirkt, dass Wärme von dem zweiten Fluid über ebendiese Wärmeübertragungsrippen 1.1.1 auf das erste Fluid in den Leistungsstücken 1.1 übertragen wird (oder umgekehrt).
Durch die (Anti-) Parallelführung der beiden Fluide entsteht eine geringe Grädigkeit zwischen ihren jeweiligen Temperaturen, was zu einer hohen Effizienz der Wärmeübertragungsvorrichtung führt. Zudem ist durch den vertikalen Aufbau der Wärmeübertragungsvorrichtung eine Ungleichverteilung des ersten Fluidstroms auf die einzelnen Leitungsstücke 1.1 aufgrund von Schwerkrafteinflüssen ausgeschlossen und es wird der Abtransport etwaigen Kondensats in der Wärmeübertragungsvorrichtung erleichtert, was beides wiederum die Effizienz der Vorrichtung erhöht.
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