WÄRMEÜBERTRAGER

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, umfassend einen Wärme zwischen Luft und einem Fluid übertragenden, einen Fluidführungskanal (1.1) für das Fluid aufweisenden und in einem Schicht-Verfahren hergestellten Wärmeübertragungskörper (1). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmeübertragungskörper (1) an fluidführungskanalfreien Bereichen eine Vielzahl von Luftdurchströmöffnungen (1.2) für die Luft aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Ein Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument WO 2017/072423 A1 bekannt. Dieser Wärmeübertrager besteht aus einem Wärme zwischen Luft und einem Fluid übertragenden, einen Fluidführungskanal für das Fluid aufweisenden und in einem Schicht-Verfahren hergestellten Wärmeübertragungskörper. Dieser Wärmeübertrager dient dabei insbesondere als Verdampfer einer Wärmepumpe und bildet dabei im Grunde eine ihrer Außenwandungen (siehe dort insbesondere die Figuren 9 bis 11). Die Wärmeübertragung erfolgt bei dieser Lösung ausschließlich über Wärmeleitung und natürliche Konvektion, oder in anderen Worten, die Luft wird nicht mit einem Ventilator gefördert.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein noch besser Wärme übertragender Wärmeübertrager geschaffen werden.

[0004] Diese Aufgabe ist mit einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

[0005] Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der Wärmeübertragungskörper an fluidführungskanalfreien Bereichen eine Vielzahl von Luftdurchströmöffnungen für die Luft aufweist.

[0006] Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass die Luft nicht mehr nur seitlich am Wärmeübertragungskörper entlang, sondern im Prinzip auch durch diesen hindurch strömen kann, und zwar an solchen Stellen, an denen kein Fluidführungskanal vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Luft insbesondere mit Hilfe eines Ventilators bzw. Lüfters gefördert wird und damit eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung und eine erzwungene Konvektion erfolgt.

[0007] Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

[0008] Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Patentdokument DE 10 2005 037 763 A1 hingewiesen, das zwar ebenfalls in einem Schicht-Verfahren hergestellten Wärmeübertragungskörper zeigt, dieser wird aber nicht von Luft um- bzw. durchströmt, sondern ist vielmehr mit einem Adsorbens beschichtet, wobei die Beschichtung selbst zur Aufnahme und Abgabe von Dampf ausgebildet ist.

[0009] Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0010] Es zeigt

Figur 1

perspektivisch einen Teil eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit drei flächigen Abschnitten und zwei Verbindungsabschnitten;

Figur 2

perspektivisch als Anwendungsbeispiel in einer Wärmepumpe den erfindungsgemäße Wärmeübertrager mit einer Vielzahl von flächigen Abschnitten und Verbindungsabschnitten sowie einem Ventilator;

Figur 3

perspektivisch den in eine Ebene ausgebreiteten Wärmeübertrager gemäß Figur 1;

Figur 4

in Vorderansicht den Wärmeübertrager gemäß Figur 1;

Figur 5

in Seitenansicht das Anwendungsbeispiel gemäß Figur 2; und

Figur 6

in Vorderansicht das Anwendungsbeispiel gemäß Figur 2 und 5.

[0011] Der in den Figuren dargestellte Wärmeübertrager besteht grundsätzlich aus einem Wärme zwischen Luft und einem Fluid übertragenden, einen Fluidführungskanal 1.1 für das Fluid aufweisenden und in einem Schicht-Verfahren hergestellten Wärmeübertragungskörper 1. Unter dem besagten Schicht-Verfahren ist dabei besonders bevorzugt das sogenannte Roll-Bond-Verfahren zu verstehen (siehe hierzu auch https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Roll-bonding&oldid=2330522 10). Als Material für den Wärmeübertragungskörper 1 ist bevorzugt Metall vorgesehen, besonders bevorzugt wahlweise Stahl, insbesondere Edelstahl, Aluminium oder Kupfer.

[0012] Noch etwas genauer betrachtet ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertragungskörper 1 aus (mindestens) zwei zusammengepressten Blechen gebildet und der Fluidführungskanal 1.1 zwischen diesen beiden Blechen angeordnet ist. Der Fluidführungskanal 1.1 wird dabei durch nachträgliches "Aufblasen" erzeugt bzw. hergestellt, wobei im Bereich des Fluidführungskanals 1.1 ein Trennmittel vorgesehen ist bzw. war, damit sich die Bleche im Bereich des Kanals beim Walzen bzw. Pressen nicht miteinander verbinden können. Besonders bevorzugt vorgesehen, sind dabei weiterhin aus drei Blechen zusammengepresste Wärmeübertragungskörper 1, wobei in diesem Fall dann Fluidführungskanäle 1.1 vorzugsweise einerseits zwischen einem ersten und einem zweiten Blech und andererseits zwischen dem zweiten und einem dritten Blech vorgesehen sind.

[0013] Wesentlich für den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager ist nun, dass der Wärmeübertragungskörper 1 an fluidführungskanalfreien Bereichen eine Vielzahl von Luftdurchströmöffnungen 1.2 für die Luft aufweist.

[0014] Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass wahlweise das Fluid ein Kältemittel einer Wärmepumpe und/oder der Wärmeübertrager ein Wärmeübertrager, insbesondere wahlweise Verdampfer oder auch Verflüssiger, einer Wärmepumpe ist. Außerdem ist mit Verweis auf Figur 2 besonders bevorzugt vorgesehen, dass dem Wärmeübertragungskörper 1 ein die Luft durch die Luftdurchströmöffnungen 1.2 fördernder Ventilator 2 zugeordnet ist.

[0015] Noch etwas genauer betrachtet, ist bei alledem besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertragungskörper 1 aus zwei flächigen, vorzugsweise ebenflächigen, Abschnitten 1.10, 1.20 und einem dazwischen angeordneten Verbindungsabschnitt 1.30 gebildet ist. Die Maßgabe "zwei" ist dabei im Sinne von "mindestens zwei" zu versehen, wobei insbesondere mit Verweis auf Figur 2 sogar besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass der Wärmeübertragungskörper 1 aus einer Vielzahl (vorzugsweise mindestens zehn) von flächigen Abschnitten 1.10, 1.20 und dazwischen angeordneten Verbindungsabschnitten 1.30 gebildet ist. Dabei bedeutet die oben genannte Maßgabe einer Vielzahl von Luftdurchströmöffnungen 1.2 vorzugsweise mindestens vier Luftdurchströmöffnungen 1.2, und zwar besonders bevorzugt vier Luftdurchströmöffnungen 1.2 pro Verbindungsabschnitt 1.30.

[0016] Wie besonders gut aus Figur 1 ersichtlich, ist dabei weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die beiden flächigen, vorzugsweise ebenflächigen, Abschnitte 1.10, 1.20 bei betriebsbereitem Wärmeübertrager parallel zueinander verlaufenden ausgebildet sind. Außerdem sind die Luftdurchströmöffnungen 1.2 vorzugsweise am Verbindungsabschnitt 1.30 vorgesehen. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Luftdurchströmöffnungen 1.2 an einem Verbindungsabschnitt 1.30 eine Fläche aufweisen, die mindestens einem Drittel der Fläche eines benachbarten Abschnitts 1.20, 1.30 entspricht. Wie ebenfalls gut aus Figur 1 ersichtlich, ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 1.30 gewölbt ausgebildet ist.

[0017] In diesem Zusammenhang ist weiterhin, und wie in Figur 2 dargestellt, bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertragungskörper 1 mindestens abschnittsweise im Querschnitt wellenförmig ausgebildet ist. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein (nicht extra dargestellt), dass es neben im Querschnitt wellenförmigen Abschnitten auch geradlinige Abschnitte gibt, und dass vorzugsweise auf einen wellenförmigen Abschnitt ein im Querschnitt geradliniger Abschnitt folgt.

[0018] Bezüglich des Fluidführungskanals 1.1 ist, wie aus den Figuren ersichtlich, besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Fluidführungskanal 1.1 mäanderartig verlaufend ausgebildet ist. Ferner ist der Fluidführungskanal 1.1 zur Erzeugung von Turbulenzen in der Luft vorzugsweise aus den flächigen Abschnitten 1.10, 1.20 herausstehend ausgebildet, und zwar vorzugsweise zu beiden Seiten des Wärmeübertragungskörpers 1. Ferner ist noch besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Fluidführungskanal 1.1 sowohl an den beiden flächigen Abschnitten 1.10, 1.20 als auch am Verbindungsabschnitt 1.30, der vorzugsweise stegförmig ausgebildet ist, vorgesehen ist.

[0019] Sind, was bevorzugt vorgesehen ist, mehrere Fluidführungskanäle 1.1 am Wärmeübertragungskörper 1 vorgesehen, so ist weiterhin bevorzugt vorgesehen (aber nicht extra dargestellt), dass (auch) eine fluidisch mit den Fluidführungskanälen 1.1 verbundene Verteil- und/oder Sammeleinrichtung (auch Kapillarspinne genannt - siehe hierzu zum Beispiel auch EP 2 859 296 B1, Figur 13) zwischen den Blechen des Wärmeübertragungskörpers 1 vorgesehen ist, um das Fluid entsprechend auf die Fluidführungskanäle 1.1 verteilen oder aus diesen sammeln zu können.

[0020] Schließlich ist zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers folgendes Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen:

1. Die Schichten für den Wärmeübertragungskörper 1 werden aus einem ebenflächigen Material ausgeschnitten;

2. die Luftdurchströmöffnungen 1.2 werden in die ebenflächigen Schichten eingebracht;

3. die Schichten werden im Bereich des zu erzeugenden Fluidführungskanal 1.1 mit einem Trennmittel versehen;

4. mindestens zwei Schichten werden miteinander druckgefügt;

5. der Fluidführungskanal 1.1 wird durch Aufblasen der Schichten im Bereich des aufgebrachten Trennmittels erzeugt; und

6. der Wärmeübertragungskörper 1 wird im Bereich der Luftdurchströmöffnungen 1.2 gebogen.

Bezugszeichenliste

[0021] 

1

Wärmeübertragungskörper

1.1

Fluidführungskanal

1.2

Luftdurchströmöffnungen

1.10

Abschnitt

1.20

Abschnitt

1.30

Verbindungsabschnitt

2

Ventilator

Ansprüche

1. Wärmeübertrager, umfassend einen Wärme zwischen Luft und einem Fluid übertragenden, einen Fluidführungskanal (1.1) für das Fluid aufweisenden und in einem Schicht-Verfahren hergestellten Wärmeübertragungskörper (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübertragungskörper (1) an fluidführungskanalfreien Bereichen eine Vielzahl von Luftdurchströmöffnungen (1.2) für die Luft aufweist.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübertragungskörper (1) aus zwei flächigen Abschnitten (1.10, 1.20) und einem dazwischen angeordneten Verbindungsabschnitt (1.30) gebildet ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden flächigen Abschnitte (1.10, 1.20) parallel zueinander verlaufenden ausgebildet sind.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftdurchströmöffnungen (1.2) am Verbindungsabschnitt (1.30) vorgesehen sind.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbindungsabschnitt (1.30) gewölbt ausgebildet ist.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fluidführungskanal (1.1) sowohl an den beiden flächigen Abschnitten (1.10, 1.20) als auch am Verbindungsabschnitt (1.30) vorgesehen ist.

7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fluidführungskanal (1.1) mäanderartig verlaufend ausgebildet ist.

8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübertragungskörper (1) aus zwei zusammengepressten Blechen gebildet und der Fluidführungskanal (1.1) zwischen diesen beiden Blechen angeordnet ist.

9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Wärmeübertragungskörper (1) ein die Luft durch die Luftdurchströmöffnungen (1.2) fördernder Ventilator (2) zugeordnet ist.

10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Vielzahl von Luftdurchströmöffnungen (1.2) mindestens vier Luftdurchströmöffnungen bedeutet.

11. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübertrager ein Wärmeübertrager einer Wärmepumpe ist.

12. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübertragungskörper (1) mindestens abschnittsweise im Querschnitt wellenförmig ausgebildet ist.

13. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine fluidisch mit mehreren Fluidführungskanälen (1.1) verbundene Verteil- und/oder Sammeleinrichtung zwischen den Blechen des Wärmeübertragungskörpers (1) vorgesehen ist.

14. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,

dass die Schichten für den Wärmeübertragungskörper (1) aus einem ebenflächigen Material ausgeschnitten werden,

dass die Luftdurchströmöffnungen (1.2) in die ebenflächigen Schichten eingebracht werden,

dass die Schichten im Bereich des zu erzeugenden Fluidführungskanal (1.1) mit einem Trennmittel versehen werden, dass mindestens zwei Schichten miteinander druckgefügt werden,

dass der Fluidführungskanal (1.1) durch Aufblasen der Schichten im Bereich des aufgebrachten Trennmittels erzeugt wird, und

dass der Wärmeübertragungskörper (1) im Bereich der Luftdurchströmöffnungen (1.2) gebogen wird.

Zeichnung