DE102005040615A1

DE102005040615A1 - Wärmeübertrager-Vorrichtung, Verwendung einer solchen und Verfahren zur Erwärmung eines Fluids

Info

Publication number: DE102005040615A1
Application number: DE102005040615A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. Damsohn; Klaus Dipl.-Ing. Luz; Conrad Dr.-Ing. Pfender
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-27
Filing date: 2005-08-27
Publication date: 2007-03-01
Also published as: EP1922519A1; WO2007025612A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrager-Vorrichtung für mit Wasserstoff betreibbare Kraftfahrzeuge mit zwei Fluidstrecken (16, 18) und zwei Wärmeübertragern (10, 12), die so verschaltet sind, dass ein entlang der ersten (16) dieser zwei Fluidstrecken (16, 18) strömendes erstes Medium nacheinander zunächst einen ersten (10) dieser zwei Wärmeübertrager (10, 12), anschließend den zweiten (12) dieser zwei Wärmeübertrager (10, 12) und anschließend wiederum den ersten Wärmeübertrager (10) durchströmt und dass ein entlang der zweiten (18) dieser zwei Fluidstrecken (16, 18) strömendes zweites Medium den zweiten Wärmeübertrager (12) durchströmt, so dass im zweiten Wärmeübertrager (12) eine Wärmeübertragung zwischen einem entlang der ersten Fluidstrecke (16) strömenden ersten Mediums und einem entlang der zweiten Fluidstrecke (18) strömenden zweiten Mediums ermöglicht wird und im ersten Wärmeübertrager (10) eine Wärmeübertragung zwischen einem in einem ersten Bereich (20) der ersten Fluidstrecke (16) strömenden ersten Medium und einem in einem zweiten, vom ersten (20) beabstandeten zweiten Bereich (22) der ersten Fluidstrecke (16, 18) strömenden ersten Medium in diesem ersten Wärmeübertrager (10) ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrager-Vorrichtung, eine Verwendung einer solchen sowie ein Verfahren zur Erwärmung eines Fluids.

Alternativ zu den heute verwendeten fossilen Brennstoffen für den Betrieb von Kraftfahrzeugen wird Wasserstoff in Betracht gezogen. Neben der Speicherung im Fahrzeug in Drucktanks bietet die Speicherung von tiefkaltem, flüssigem Wasserstoff einen höheren, wenn nicht deutlich höheren Energiegehalt, bezogen auf das Speichervolumen. Für die Verbraucher im Kraftfahrzeug ist es allerdings in aller Regel erforderlich, dass der Brennstoff Wasserstoff mit einer Temperatur bereitgestellt wird, die im Bereich der Umgebungstemperatur liegt, bzw. dass der Brennstoff Wasserstoff von sehr tiefen Temperaturen in dem Bereich der Umgebungstemperatur erwärmt wird.

Ein geeignetes Mittel zur Erwärmung eines Fluids bietet in der Regel ein Wärmetauscher.

Zumindest viele der konventionellen Wärmetauscher weisen ein hohes Bauvolumen auf, und sind daher für Kraftfahrzeuganwendungen ehr wenig geeignet. Auch aufwendige konventionelle Wärmetauscher lassen sich beispielsweise unter – zumindest bestimmten Gestaltungen von – Rohrbündel- oder Plattenwärmetauschern finden. Bei zumindest einigen der bekannten Wärmetauscher besteht aufgrund der tiefen bzw. sehr tiefen Austrittstemperatur aus einem Kryo- bzw. Tieftemperaturtank grundsätzlich die Gefahr, dass ein zur Erwärmung des Wasserstoffs dienendes Kühlmittel im Wärmeübertrager einfriert. Weiter kann bei zumindest einigen der bekannten Wärmeübertrager an sehr kalten Wärmeübertrager-Außenflächen eine Kondensation von Luftsauerstoff – zumindest unter ungünstigen Umständen – eine Brandgefahr durch Selbstentzündung bewirken, wenn ein Kontakt mit organischen Materialien besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertrager-Vorrichtung zu schalten, die einen Wärmeaustausch bzw. eine Wärmeübertragung zwischen Medien bzw. Fluiden über einen weiten Bereich der Betriebszustände betriebssicher ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird insbesondere eine Wärmeübertrager-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen. Eine erfindungsgemäße Verwendung ist Gegenstand des Anspruchs 36 oder des Anspruchs 38. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs Anspruchs 38 oder des Anspruchs 39. Bevorzugte Gestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist insbesondere eine Wärmeübertrager-Vorrichtung mit zwei Fluidstrecken und zwei Wärmeübertragern vorgesehen. Die zwei Fluidstrecken bzw. die zwei Wärmeübertrager sind so verschaltet, dass ein im Betrieb der Wärmeübertrager-Vorrichtung entlang der ersten dieser Fluidstrecken strömendes erstes Fluid nacheinander einen ersten, einen zweiten sowie wiederum den ersten dieser zwei Wärmeübertrager durchströmt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass entlang der ersten Fluidstrecke gesehen, der erste Wärmeübertrager bzw. ein erster Bereich des ersten Wärmeübertragers, der zweite Wärmeübertrager und der erste Wärmeübertrager bzw. ein zweiter Bereich des ersten Wärmeübertragers in Reihe geschaltet bzw. angeordnet sind. Die Gestaltung des zweiten Wärmeübertragers bzw. der zweiten Fluidstrecke ist insbesondere so, dass ein im Betrieb der Wärmeübertrager-Vorrichtung entlang dieser zweiten Fluidstrecke strömendes zweites Fluid den zweiten Wärmetauscher durchströmt bzw. durchströmen kann. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Fluidstrecke und die zweite Fluidstrecke so durch den zweiten Wärmeübertrager läuft bzw. so den zweiten Wärmeübertrager bildet, bzw. dass das erste Fluid und das zweite Fluid so durch den zweiten Wärmeübertrager strömen können, dass in diesem zweiten Wärmeübertrager eine Wärmeübertragung zwischen dem zweiten und dem ersten Fluid ermöglicht wird, bzw. im Betrieb stattfindet. Im ersten Wärmeübertrager sind insbesondere zwei Bereiche bzw. Abschnitte der ersten Fluidstrecke angeordnet. Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass der erste Wärmeübertrager von zwei solchen Abschnitten bzw. Bereichen gebildet wird. Diese zwei Bereiche sind in Richtung der ersten Fluidstrecke gesehen bzw. in Strömungsrichtung eines im Betrieb entlang dieser ersten Fluidstrecke strömenden ersten Fluids gesehen, voneinander beabstandet. Dabei ist insbesondere zwischen diesen Bereichen bzw. Abschnitten – wie bereits oben angedeutet – ein Abschnitt der ersten Fluidstrecke – vorgesehen, der im zweiten Wärmeübertrager angeordnet ist, bzw. den zweiten Wärmeüberträger mit bildet. Die beabstandete Abschnitte bzw. Bereiche der ersten Fluidstrecke, die im ersten Wärmeübertrager angeordnet sind bzw. diesen mitbilden oder im Zusammenwirken bilden oder diesen durchlaufen, sind so angeordnet, dass im ersten Wärmeübertrager eine Wärmeübertragung zwischen erstem Fluid, welches im Betrieb momentan einem ersten Bereich bzw. Abschnitt in der ersten Fluidstrecke strömt, und erstem Fluid, welches im Betrieb momentan im zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich bzw. Abschnitten strömt, eine Wärmeübertragung ermöglicht wird bzw. stattfinden kann.

Der erste Abschnitt der ersten Fluidstrecke, der auch als erster Bereich der ersten Fluidstrecke bezeichnet wird, sowie der zweite Abschnitt der ersten Fluidstrecke, der auch als zweiter Bereich der ersten Fluidstrecke bezeichnet wird, sind insbesondere dem ersten Wärmetauscher zugeordnet.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass innerhalb des ersten Wärmeübertragers ein Fluidaustausch zwischen dem ersten Bereich bzw. Abschnitt der ersten Fluidstrecke und dem zweiten Bereich bzw. Abschnitt der ersten Fluidstrecke verhindert wird, eine Wärmeübertragung allerdings ermöglicht wird. Es können entsprechende wärmeleitende Trennmittel, wie Zwischenwände oder -bleche oder Begrenzungen, wie Kanalbegrenzungen der ersten Fluidstrecke oder dergleichen vorgesehen sein.

In bevorzugter Gestaltung ist zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager ein dritter Wärmeübertrager vorgesehen. Ein solcher dritter Wärmeübertrager kann beispielsweise mit dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager so verschaltet bzw. strömungsverbunden sein, dass ein im Betrieb entlang der ersten Fluidstrecke strömendes Fluid durch diesen dritten Wärmetauscher strömt, und ein im Betrieb entlang der zweiten Fluidstrecke strömendes zweites Fluid ebenfalls durch diesen dritten Wärmetauscher fließt, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem zweiten und dem dritten Fluid, insbesondere unter Verhinderung eines Fluidaustauschs in diesem dritten Wärmetauscher, ermöglicht wird. Auch hier können entsprechende Trennmittel, beispielsweise der oben genannten Art, vorgesehen sein. Dieser dritte Wärmetauscher kann beispielsweise so angeordnet bzw. mit dem ersten sowie dem zweiten Wärmeübertrager verschaltet sein, dass ein entlang der ersten Fluidstrecke strömendes Fluid in oben bereits skizzierter Weise zunächst den ersten Bereich bzw. Abschnitt des ersten Wärmeübertragers, anschließend den zweiten Wärmeübertrager, anschließend – im zweiten Bereich bzw. Abschnitt, erneut den ersten Wärmeübertrager und anschließend den dritten Wärmeübertrager durchströmt, während ein im Betrieb entlang der zweiten Fluidstrecke strömendes Fluid zunächst dem zweiten Wärmeübertrager und anschließend den dritten Wärmeübertrager durchströmt.

Ferner wird eine Wärmeübertrager-Vorrichtung vorgeschlagen, welche drei Wärmeübertrager aufweist. Diese drei Wärmeübertrager weisen jeweils wenigstens eine erste Fluideinlasseinrichtung, wenigstens eine erste Fluidauslasseinrichtung, wenigstens eine zweite Fluideinlasseinrichtung, sowie wenigstens eine zweite Fluidauslasseinrichtung auf. Eine solche Fluideinlass- bzw. -auslasseinrichtung ist insbesondere so, dass Medium durch diese in den betreffenden Wärmeübertrager ein- bzw. aus diesem austritt; die Fluideinlass- bzw. -auslasseinrichtung kann beispielsweise ein Bereich sein, in welchem Fluid in den betreffenden Wärmeübertrager ein- bzw. aus diesem herausströmt. Eine solche Fluideinlasseinrichtung ist insbesondere der Eintritt eines Wärmetauschers, und eine Fluidauslasseinrichtung ist insbesondere der Austritt eines Wärmetauschers. Eine Fluideinlass- bzw. – auslasseinrichtung kann beispielsweise eine Kanalquerschnittsfläche oder eine Öffnung sein und/oder von einem Rohr oder einem Kanal oder einem Rohrstutzen dergleichen gebildet werden, oder eine Anordnung mehrerer der vorgenannten Gestaltungen sein bzw. von solchen gebildet werden. Eine Fluideinlasseinrichtung sowie eine Fluidauslasseinrichtung kann auch aus einer Anordnung mehrerer solcher, parallel geschalteter Rohr- bzw. Kanalquerschnitte oder Kanäle oder Rohre bestehen. Die erste Fluideinlasseinrichtung ist jeweils, insbesondere im jeweiligen Wärmetauscher, mit der zugehörigen ersten Fluidauslasseinrichtung strömungstechnisch verbunden. Diese Verbindung kann insbesondere mittels Kanälen bzw. parallel geschalteten Kanälen erzeugt werden. Solche Kanäle könnten beispielsweise länglich gestaltet sein und einen geraden Verlauf aufweisen oder einen gestuften oder einen gekrümmten. Solche strömungstechnischen Verbindungen können auch auf andere Weise gestaltet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in jedem dieser drei Wärmeübertrager die Strömungsverbindung zwischen der ersten Fluideinlasseinrichtung und der ersten Fluidauslasseinrichtung von der Strömungsverbindung zwischen der zweiten Fluideinlasseinrichtung und der zweiten Fluidauslasseinrichtung so getrennt ist, dass innerhalb dieses betreffenden Wärmetauschers ein Fluidaustausch verhindert wird, wobei eine Wärmeübertragung allerdings ermöglicht wird. Hierzu können entsprechende, insbesondere wärmeleitenden, Trennmittel vorgesehen sein, die beispielhaft auch an anderer Stelle dieser Offenbarung genannt sind. Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Fluidauslasseinrichtung des ersten dieser drei Wärmetauscher strömungstechnisch mit der ersten Fluideinlasseinrichtung des zweiten dieser drei Wärmeübertrager verbunden ist, und die erste Fluidauslasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers strömungstechnisch mit der zweiten Fluideinlasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers verbunden ist. Ferner ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass die zweite Fluidauslasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers strömungstechnisch mit der ersten Fluideinlasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers verbunden ist. Ferner ist erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Fluidauslasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers strömungstechnisch mit der zweiten Fluideinlasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers verbunden ist. Diese strömungstechnischen Verbindungen können auch so sein, dass eine Fluidauslasseinrichtung mit der folgenden Fluideinlasseinrichtung zusammen fällt. Eine solche Strömungsverbindung kann auch so sein, dass eine Fluidauslasseinrichtung mit der folgenden Fluideinlasseinrichtung beabstandet ist und geeignete Verbindungsmittel, wie Rohre, Kanäle oder dergleichen diesen Abstand überbrücken.

Vorzugsweise strömt das erste Medium im ersten Bereich bzw. Abschnitt des ersten Wärmübertragers unter einem Winkel zu dem im zweiten Bereich bzw. Abschnitt des ersten Wärmeübertragers strömenden Mediums. Besonders bevorzugt beträgt dieser Winkel 75 Grad bis 105 Grad, besonders bevorzugt 90 Grad. Es kann vorgesehen sein, dass erste Medium im ersten Bereich bzw. Abschnitt des ersten Wärmübertragers jeweils im Wesentlichen gerade strömt bzw. diese Bereiche bzw. Abschnitte sich jeweils im Wesentlichen gerade erstrecken.

Besonders bevorzugt ist, dass die zweite Fluidauslasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers im Wesentlichen mit der zweiten Fluideinlasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers zusammenfällt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Fluideinlasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers, die erste Fluidauslasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers, die erste Fluideinlasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers, die erste Fluidauslasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers, die zweite Fluideinlasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers, die zweite Fluidauslasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers, die erste Fluideinlasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers und die erste Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers – in dieser Reihenfolge – in Reihe geschaltet bzw. angeordnet sind. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Wärmeübertrager-Vorrichtung, besonders bevorzugt genau, zwei Fluidstrecken aufweist, wobei die vorgenannte Reihe Bestandteil einer ersten dieser Fluidstrecken ist, bzw. der ersten der Fluidstrecken zugeordnet ist. Diese erste Fluidstrecke kann insbesondere von einem ersten Fluid, welches insbesondere Wasserstoff sein kann, durchströmt werden.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass die zweite Fluideinlasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers, die zweite Fluidauslasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers, die zweite Fluideinlasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers und die zweite Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers – in dieser Reihenfolge – in dieser Reihefolge in Reihe geschaltet bzw. angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass diese vorgenannte Reihe Bestandteil einer zweiten der zuvor erwähnt zwei Fluidstrecken ist, bzw. der zweiten der Fluidstrecken zugeordnet ist. Diese zweite Fluidstrecke kann insbesondere von einem zweiten Fluid, welches insbesondere ein Kühlmittel sein kann, durchströmt werden. Die erste und die zweite Fluidstrecke sind besonders bevorzugt so getrennt bzw. strömungstechnisch getrennt, dass ein Fluidaustausch bzw. ein Überströmen von Fluid zwischen der ersten und der zweiten Fluidstrecke verhindert wird.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Fluideinlasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers strömungstechnisch mit einem Tank, insbesondere Tieftemperaturtank bzw. Kryo-Tank, verbunden ist.

Die Strömungsrichtung eines ersten Fluids, wie Wasserstoff, ist vorzugsweise so, dass sie von der ersten Fluideinlasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers bzw. von einem Tank der genannten Art in Richtung der ersten Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers gerichtet ist, und die Strömungsrichtung eines zweiten entlang der zweiten Fluidstrecke im Betrieb strömenden Fluids ist vorzugsweise so, dass sie von der zweiten Fluideinlasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers zur zweiten Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers gerichtet ist. Vorzugsweise wird das aus der ersten Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers ausströmende Fluid einem Verbraucher eines Kraftfahrzeug bereitgestellt.

Die erste und die zweite Fluidstrecke sind in besonders bevorzugter Gestaltung strömungstechnisch so voneinander getrennt, dass ein Fluidaustausch zwischen der ersten und der zweiten Fluidstrecke verhindert wird. Es sind also besonders bevorzugt zwei getrennte Strömungsführungen gegeben, und zwar eine erste Strömungsführung für ein erstes Fluid, und eine zweite Strömungsführung für ein zweites Fluid.

Vorzugsweise ist die Wärmeübertrager-Vorrichtung bzw. sind zwei bzw. drei Wärmeübertrager der Wärmeübertrager-Vorrichtung in Schichttechnik aufgebaut. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Wärmeübertrager-Vorrichtung eine Vielzahl von gestapelten bzw. geschichteten Blechen aufweist und mittels dieser Bleche bzw. innerhalb dieser Blechanordnung die zwei bzw. drei Wärmeübertrager und/oder die Verschaltung dieser zwei bzw. drei Wärmeübertrager gebildet wird bzw. integriert ist.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass solche Schichten bzw. Bleche jeweils parallel und gestapelt angeordnet sind. In besonders bevorzugter Gestaltung weist jeder der zwei bzw. drei Wärmeübertrager eine Vielzahl von gestapelten bzw. geschichteten Blechen auf. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertrager-Vorrichtung strukturierte oder profilierte Bleche aufweist. Profilierte Bleche können insbesondere so sein, dass Profilierungserhöhungen und Profilierungsvertiefungen zur Bildung von Strömungskanälen in Blechen vorgesehen sind.

Strukturierte Bleche sind vorzugsweise so, dass sie Durchbrüche aufweisen. Profilierte Bleche können auch zusätzlich Durchbrüche aufweisen; Strukturierte Bleche können auch zusätzlich zu den Durchbrüchen Profilierungserhöhungen und -vertiefungen aufweisen oder frei von solchen sein. Strukturierte Bleche können auch profilierte Bleche sein; sie können auch frei von Durchbrüchen sein.

Die strukturierten Bleche weisen in besonders bevorzugter Gestaltung Durchbrüche auf, mittels welcher Strömungskanäle gebildet werden. Dies können insbesondere Strömungskanäle sein, die im jeweiligen Wärmeübertrager gegeben sind. Mittels solcher Durchbrüche können beispielsweise auch – insbesondere im Zusammenwirken mehrerer Bleche und deren Durchbrüche – Strömungsverbindungen bzw. Verbindungen zwischen verschiedenen miteinander verschalteten bzw. strömungstechnisch verbundenen Wärmeübertragern gebildet werden. Dies kann beispielsweise so sein, dass aufeinander gestapelte Bleche jeweils im Wesentlichen deckungsgleiche oder zumindest teilweise deckungsgleiche bzw. überlappende Durchbrüche aufweisen, die im Zusammenwirken einen im Wesentlichen senk recht zur Blechebene ausgerichteten Kanal erzeugen. In einer bevorzugten Gestaltung sind jedem der zwei bzw. drei Wärmeübertrager strukturierte, mit Durchbrüchen versehene Bleche zugeordnet. Diese, und besonders bevorzugt alle strukturierten Bleche können beispielsweise aus Edelstahl sein. In einer besonders bevorzugten Gestaltung ist vorgesehen, dass die zwei bzw. drei Wärmeübertrager der Wärmeübertrager-Vorrichtung jeweils strukturierte Bleche mit dazwischen liegenden Trennblechen aufweisen. Die Dicke der strukturierten Bleche kann beispielweise jeweils im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 mm liegen, und besonders bevorzugt 0,6 mm oder in etwa 0,6 mm sein. Auch andere Dickenmaße sind bevorzugt. Die Trennbleche sind bevorzugt dünner als die strukturierten Bleche.

Zwischen einem jeweiligen strukturierten Bleche und einem benachbarten Trennblech werden insbesondere Kontaktbereiche gebildet, die vorzugsweise von planen Abschnitten der Trennbleche bzw. strukturierten Bleche gebildet werden. In den strukturierten Blechen gebildete Strömungskanäle, die einem Wärmeübertrager zugeordnet sind, erstrecken sich senkrecht zur Blechebene bevorzugt um ein Längenmaß, dass im Wesentlichen der Dicke des betreffenden, strukturierten Blechs entspricht, was insbesondere auch durch ein beidseitiges Anliegen, der Trennbleche bewirkt wird.

Dabei können in den jeweils strukturierten Bleche Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen des jeweiligen Wärmeübertragers vorgesehen sein, wobei die Trennbleche diese Strömungskanäle jeweils senkrecht zur Blechebene begrenzen. Die strukturierten Bleche sind vorzugsweise mittels Durchbrüchen strukturiert.

Solche Zwischenbleche sind insbesondere untereinander und zu den strukturierten Blechen parallel ausgerichtet.

In einer besonders bevorzugten Gestaltung ist vorgesehen, dass den zwei bzw. drei Wärmeübertragern jeweils zwei unterschiedlich gestaltete bzw. strukturierte Bleche zugeordnet sind; besonders bevorzugt sind diesen zwei bzw. drei Wärmeübertragern ferner jeweils Trennbleche zugeordnet, welche benachbarte strukturierte Bleche jeweils voneinander trennen. Dabei kann vorgesehen sein, dass in jedem dieser zwei bzw. drei Wärmeübertrager die unterschiedlich strukturierten Bleche im Wechsel aufeinander folgend geschichtet bzw. gestapelt sind, wobei zwischen jeweils zwei unterschiedlich strukturierten Blechen besonders bevorzugt jeweils ein Trennblech vorgesehen ist.

Dies kann beispielsweise so sein, dass die strukturierten Bleche insbesondere insofern unterschiedlich strukturiert sind, dass die Durchbrüche zur Bildung der jeweiligen Strömungskanäle des Wärmeübertragers für unterschiedliche Fluide in der gestapelten bzw. geschichteten Anordnung unterschiedlich gestaltet und/oder angeordnet sind, und durch die Trennbleche voneinander getrennt sind.

Es kann auch vorgesehen sein, dass zwei verschiedenen Wärmetauschern die dieselben strukturierten Bleche zugeordnet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein strukturiertes erstes strukturiertes Blech einen ersten Bereich aufweist, in welchem Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen für den zweiten Wärmeübertrager vorgesehen sind, sowie einem zweiten Bereich, in welchem Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen für den dritten Wärmeübertrager vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass erste strukturierte Bleche mit Durchbrüchen zur Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium im zweiten Wärmeübertrager sowie mit Durchbrüchen zur Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium im dritten Wärmeübertrager vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind dabei diese Durchbrüche zur Bildung der Strömungskanäle in den genannten Wärmeübertragern jeweils länglich, und gegebenenfalls rechteckig, gestaltet und parallel zueinander angeordnet. Zwischen diesen jeweiligen Durchbrüchen sind vorzugsweise Stege angeordnet.

Besonders bevorzugt sind ferner zweite strukturierte Bleche vorgesehen, die Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen für das zweite Medium im zweiten sowie im dritten Wärmeübertrager aufweisen. Diese Durchbrüche zur Bildung dieser Kanäle sind vorzugsweise jeweils länglich, und beispielsweise rechteckig, und parallel zueinander ausgerichtet. In besonders bevorzugter Gestaltung ist vorgesehen, dass diese jeweils nebeneinander, insbe sondere durch Stege getrennt, angeordnet sind, und im Betrieb von zweiten Fluid in ihrer Längsrichtung durchströmt werden. Vorzugsweise sind diese zweiten strukturierten Bleche zur Bildung des zweiten und dritten Wärmeübertragers abwechselnd und jeweils durch Trennbleche voneinander getrennt mit den ersten strukturierten Blechen schichtweise bzw. gestapelt angeordnet. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Durchbrüche zur Bildung der Strömungskanäle im zweiten und dritten Wärmeübertrager für das zweite Medium, die in den zweiten strukturierten Blechen angeordnet sind, sich mit ihrer Längsrichtung unter einem Winkel, und vorzugsweise senkrecht, zu den Durchbrüchen bzw. der Längsrichtung der Durchbrüche erstrecken, die in den ersten strukturierten Blechen zur Bildung von Strömungskanälen des zweiten und dritten Wärmeübertragers vorgesehen sind.

Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die länglichen Durchbrüche in den ersten strukturierten Blechen, die zur Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium im zweiten Wärmetauscher vorgesehen sind, im Betrieb jeweils parallel vom ersten Medium durchströmt werden. In entsprechender Weise ist vorzugsweise vorgesehen, dass die ebenfalls in den ersten strukturierten Blechen angeordneten Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen im dritten Wärmeübertrager ebenfalls im Betrieb parallel vom ersten Medium durchströmt werden.

In entsprechender Weise ist vorzugsweise vorgesehen, dass die in zweiten strukturierten Blechen vorgesehenen Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen für das zweite Medium im zweiten und dritten Wärmeübertrager vorgesehenen Strömungskanäle im Betrieb parallel durchströmt werden.

Der zweite und der dritte Wärmeübertrager, bzw. ein Bereich der Wärmeübertrager-Vorrichtung, in dem der zweite und der dritte Wärmeübertrager angeordnet sind, wird vorzugsweise somit aus einer Vielzahl von geschichteten bzw. gestapelten Blechen gebildet, wobei die Schichtung bzw. Stapelung so ist, dass sich aufeinanderfolgende erste strukturierte Bleche, Trennbleche, zweite strukturierte Bleche und Trennbleche in dieser Reihenfolge mehrfach aufeinanderfolgend wiederholen. Bei einer solchen Schichtung bzw. Stapelung kann beispielsweise vorgesehen dabei so sein, dass senk recht zu der von diesen Blechen gebildeten Ebene Durchbrüche in den jeweiligen Blechen, also insbesondere den ersten strukturierten Blechen, den Trennblechen, sowie den zweiten strukturierten Blechen vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen deckungsgleich oder zumindest teilweise deckungsgleich oder überlappend übereinander liegen, und somit einen oder mehrere sich senkrecht zur Blechebene erstreckende Sammel- und/oder Verteilkanäle bilden, aus welchem bzw. in welchen Fluid in die entsprechenden, zugeordnete Strömungskanäle eines Wärmeübertragers strömen kann. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass mehrere derartiger Sammel- bzw. Verteilkanäle bzw. Strömungsverbindungskanäle gebildet werden, aus welchen bzw. in welche Fluid in die jeweiligen, zugeordneten in den Wärmeübertrager gebildeten Strömungskanäle strömen kann. Auf diese Weise können beispielweise verschiedene Wärmeübertrager miteinander verschaltet bzw. strömungsverbunden werden. Durch entsprechende Anordnung solcher Durchbrüche, die von den Strömungskanäle in den Wärmeübertragern bildenden Durchbrüchen verschieden sind, kann erreicht werden, dass auch Strömungsverbindungen von, zu oder zwischen den Wärmeübertragern in einer gewünschten Weise bewirkt bzw. erzeugt werden können.

Die gestapelten bzw. geschichteten Bleche, insbesondere erste strukturierte, Trennbleche und zweite strukturierte Bleche, können miteinander verlötet sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sie umlaufend im Randbereich verlötet sind. Auch andere Verlötungen sind bevorzugt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mittels Verlötungen auch sichergestellt wird, dass die unterschiedlichen Fluidstrecken, also insbesondere die erste Fluidstrecke und die zweite Fluidstrecke, voneinander getrennt sind.

Entsprechendes kann auch für dritte und vierte strukturierte Bleche und/oder diese trennende Trennbleche gelten.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in den ersten strukturierten Blechen sowie den zweiten strukturierten Blechen jeweils sieben, insbesondere genau sieben, Durchbrüche vorgesehen sind, die von den Durchbrüchen zur Bildung von Strömungskanälen in den Wärmeübertragern verschieden sind, und insbesondere im Zusammenwirken mit entsprechenden Durchbrüchen benachbarter Trennbleche bzw. strukturierter Bleche, Kanäle oder Abschnitte solcher Kanäle zum Erzeugen einer Strömungsverbindung zwischen Wärmeübertragern und/oder zum Erzeugen von Kanälen oder Kanalabschnitten zu einem jeweiligen Wärmeübertrager oder von einem jeweiligen Wärmeübertrager bilden.

Bevorzugt ist auch, dass benachbarte Bleche im Bereich solcher Durchbrüche verlötet sind.

In bevorzugter Gestaltung werden Kupfer-, Silber- oder Nickellote verwendet. Aber auch andere Lote sind bevorzugt.

Vorzugsweise sind ferner dritte strukturierte Bleche vorgesehen, die dem ersten Wärmeübertrager zugeordnet sind, und Durchbrüche zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager erstreckenden Strömungskanälen für das erste Medium aufweisen.

Weiter bevorzugt ist, dass von diesen dritten strukturierten Blechen verschiedene vierte strukturierte Bleche vorgesehen sind, die ebenfalls dem ersten Wärmeübertrager zugeordnet sind, und Durchbrüche zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager erstreckenden Strömungskanäle für das erste Medium aufweisen. Die in diesen dritten, einerseits, und vierten strukturierten Blechen, andererseits, vorgesehenen Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen bzw. diese dadurch gebildeten Strömungskanäle, sind insbesondere solche, die einen ersten Bereich bzw. Abschnitt der ersten Fluidstrecke bilden, einerseits, und einen zweiten Abschnitt bzw. Bereich, der ersten Fluidstrecke, andererseits.

Bevorzugt sind die Durchbrüche zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager erstreckenden Strömungskanälen für das erste Medium in den dritten sowie in den vierten strukturierten Flächen jeweils treppenförmig gestaltet. Diese treppenförmige Gestaltung kann beispielsweise so sein, dass ein jeder dieser Durchbrüche aus drei sich jeweils gerade erstreckenden Abschnitten besteht, von denen zwei parallel ausgerichtet sind, und de ren dritter die Verbindung dieser parallel ausgerichteten Abschnitte erzeugt. Dieser dritte Abschnitt kann dabei beispielsweise senkrecht zu den zwei parallel ausgerichteten Abschnitten des Durchbruchs ausgerichtet sein, und beispielsweise ein Ende des einen parallelen Abschnitts mit einem Ende des anderen parallelen Abschnitts verbinden. Vorzugsweise sind eine Vielzahl solcher treppenförmigen Durchbrüche im dritten sowie im vierten strukturierten Blech angeordnet. Die Anordnung mehrer solcher treppenförmiger Durchbrüche im selben strukturierten Blech kann beispielsweise nach Art aufeinander gestapelter Treppen sein, wobei zwischen den Durchbrüchen jeweils Stege stehen bleiben. Die Anordnung kann beispielsweise so sein, dass in einem jeden dieser treppenförmigen Durchbrüche des dritten strukturierten Blechs und/oder des vierten strukturierten Blechs der Abschnitt, der die parallelen Abschnitte eines jeden treppenförmigen Durchbruchs verbindet, in sämtlichen dem gleichen Blech zugeordneten treppenförmigen Durchbrüchen die gleiche Länge hat; die Länge benachbarter, treppenförmiger Kanäle kann mit einem jeden dieser strukturierten Bleche beispielsweise so sein, dass in dem jeweils folgenden ersten der parallelen Abschnitte dieser entsprechende parallele Abschnitt kürzer ist als in dem vorherigen, und der andere dieser parallelen Abschnitte entsprechend länger ist, so dass die Gesamtheit der dem selben strukturierten Blech zugeordneten treppenförmigen Durchbrüche in etwa von einer rechtförmigen Außenkontur begrenzt wird.

Die dritten und die vierten strukturierten Bleche können beispielsweise so angeordnet und gestaltet sein, dass die treppenförmige Struktur der Durchbrüche der dritten strukturierten Bleche in entgegengesetzter Richtung ansteigt, wie die treppenförmige Struktur der Durchbrüche der vierten strukturierten Bleche.

Es ist in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die dritten und die vierten strukturierten Bleche und/oder zwischen diesen positionierte Trennbleche jeweils mehrere von den Durchbrüchen zur Bildung von Strömungskanälen in dem ersten Wärmeübertrager verschiedene Durchbrüche aufweisen, die, insbesondere entsprechend der oben erwähnten Weise, zur Bildung von Strömungskanälen zwischen Wärmeübertragern der Wär meübertrager-Vorrichtung bzw. zur Bildung von Strömungsverbindungen zu dem ersten Wärmeübertrager dienen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass dritte und vierte strukturierte Bleche jeweils von Trennblechen getrennt abwechselnd gestapelt sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass einem dritten Blech ein Trennblech, diesem wiederum ein viertes Blech, und diesem wiederum ein Trennblech folgt, und eine Einheit solcher vier Bleche sich mehrfach gestapelt wiederholt. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Durchbrüche zur Bildung von Strömungsverbindungen zwischen verschiedenen Wärmeübertragern bzw. zur Bildung von Strömungsverbindungen zum ersten Wärmeübertrager der Trennbleche sowie der dritten und vierten strukturierten Bleche im Wesentlichen deckungsgleich oder zumindest überlappend übereinander liegen, und somit im Zusammenwirken entsprechende Strömungsverbindungen bzw. Strömungskanäle erzeugen.

Es kann vorgesehen sein, dass vier, insbesondere genau vier solcher Durchbrüche zur Bildung von Strömungsverbindungen zwischen verschiedenen Wärmeübertragern und/oder zur Bildung von Strömungsverbindungen zum ersten Wärmeübertrager in den dritten sowie vierten strukturierten Blechen und/oder den jeweils zwischen diesen angeordneten Trennblechen vorgesehen sind.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass in bereits erwähnter Weise solche Durchbrüche der dritten und vierten strukturierten Bleche sowie der Trennbleche deckungsgleich oder zumindest überlappend übereinander positioniert sind, wobei die Durchbrüche zur Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium in den dritten und vierten strukturierten Blechen so angeordnet sind, dass die Gesamtheit dieser treppenförmig gestalteten Durchbrüche der vierten strukturierten Blechen gegenüber denen der dritten strukturierten Blechen im Wesentlichen um 180° um eine senkrecht zu den Blechen stehenden Achse verdreht ist.

Vorzugsweise ist wenigstens eine Anschlussplatte mit wenigstens einer, insbesondere genau einer, Öffnung für die Zuführung, und wenigstens einer, insbesondere genau einer Öffnung für die Abführung des ersten Fluids vor gesehen. Diese Anschlussplatte grenzt besonders bevorzugt an einen ersten Teil der Wärmeübertrager-Vorrichtung, in welchem der zweite und der dritte Wärmeübertrager angeordnet sind. Die Anschlussplatte ist besonders bevorzugt parallel zu den ersten sowie zweiten strukturierten Blechen angeordnet.

Besonders bevorzugt sind die ersten, die zweiten, die dritten und die vierten strukturierten Bleche sowie die jeweils dazwischen befindlichen Zwischenbleche parallel zueinander angeordnet, so dass die von diesen jeweiligen Blechen aufgespannten Ebenen im Wesentlichen parallel zueinander liegen.

In besonders bevorzugter Gestaltung ist ferner eine Zwischenplatte vorgesehen, die einen ersten Teil der Wärmeübertrager-Vorrichtung, zu der der zweite und der dritte Wärmeübertrager gehören, begrenzt. Diese Zwischenplatte weist in besonders bevorzugter Gestaltung Überströmöffnungen oder Anschlüsse zum Erzeugen von Strömungsverbindungen zu einem zweiten Teil der Wärmeübertrager-Vorrichtung auf; bevorzugt ist auch, dass die Zwischenplatte Öffnungen für die Zu- und die Abfuhr von zweitem Medium aufweist. In diesem zweiten Teil der Wärmeübertrager-Vorrichtung ist besonders bevorzugt der erste Wärmeübertrager angeordnet.

Ferner kann eine Deckplatte vorgesehen sein. Diese Deckplatte kann beispielsweise auf der der Anschlussplatte abgewandten Seite der Einheit aus dem ersten und dem zweiten und dem dritten Wärmeübertrager positioniert und parallel zur Anschlussplatte ausgerichtet. Bevorzugt ist also ein Stapel bzw. eine Schichtung von dritten strukturierten Blechen, Trennblechen, vierten strukturierten Blechen und Trennblechen, die sich in dieser Reihenfolge mehrmals aufeinander folgend wiederholen, zwischen der Deckplatte und der Zwischenplatte angeordnet, und ein Stapel bzw. eine Schichtung von ersten strukturierten Blechen, Trennblechen, zweiten strukturierten Blechen und Trennblechen, die sich in dieser Anordnung mehrfach aufeinander folgend wiederholen, zwischen der Zwischenplatte und der Anschlussplatte angeordnet.

In besonders bevorzugter Gestaltung werden die zwei bzw. drei Wärmeübertrager, bzw. der vorgenannte erste und zweite Teil der Wärmeübertrager-Vorrichtung, bzw. die Einheit aus den zwei bzw. drei Wärmeübertragern von einem Gehäuse umgeben. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen diesem Gehäuse und der vorgenannten Einheit bzw. den vorgenannten Wärmeübertragern ein Zwischenraum gebildet ist, der von Fluid durchströmt werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das entlang der zweiten Fluidstrecke im Betrieb strömende zweite Fluid nach dem Durchströmen des dritten Wärmeübertragers in diesen Zwischenraum geleitet wird, und die Wärmeübertrager bzw. die Einheit der zwei bzw. drei Wärmeübertrager umspült. Es kann vorgesehen sein, dass Leiteinrichtungen vorgesehen sind, welche diese Umspülung mittels des zweiten Fluids fördern bzw. errichten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass, insbesondere mittels solcher Leiteinrichtungen, das zweite Fluid nach dem Umströmen bzw. Umspülen der Wärmeübertrager bzw. der aus diesen gebildeten Einheit die Wärmeübertrager-Vorrichtung über einen zweiten Hauptablauf verlässt.

Die Trennbleche trennen bevorzugt Strömungskanäle eines Wärmeübertragers und sind aus wärmeleitfähigen Material, um eine Wärmeübertragung durch diese zu ermöglichen bzw. einen Wärmeübertragungsbereich zu bilden.

Die Wärmeübertrager-Vorrichtung weist vorzugsweise einen ersten Hauptzulauf und einen ersten Hauptablauf für ein erstes Fluid auf, sowie einen zweiten Hauptzulauf und einen zweiten Hauptablauf für ein zweites Fluid. Der erste Hauptzulauf ist vorzugsweise strömungstechnisch mit der ersten Fluideinlasseinrichtung des ersten Wärmeübertragers verbunden, und der erste Hauptablauf ist vorzugsweise mit der ersten Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers strömungstechnisch verbunden. Der zweite Hauptzulauf ist beispielsweise mit der zweiten Fluideinlasseinrichtung des zweiten Wärmeübertragers verbunden, und der zweite Hauptzulauf ist vorzugsweise mit dem Zwischenraum und/oder zweiten Fluidauslasseinrichtung des dritten Wärmeübertragers strömungstechnisch verbunden. Es kann vorgesehen sein, dass der erste Hauptzulauf mit einem Tieftemperaturtank bzw. Kryo-Tank strömungstechnisch verbunden ist. In diesem Tank kann beispielswei se tiefkalter, flüssiger Wasserstoff gespeichert sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass über den ersten Hauptablauf – bei entsprechender Verwendung – Wasserstoff für Verbraucher eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, wobei dieser Wasserstoff beispielsweise Umgebungstemperatur aufweisen kann, oder eine Temperatur aufweist, die in einem vorbestimmten Temperaturintervall, wie beispielsweise zwischen Minus 30°C und Plus 50°C oder zwischen 5°C und 25°C, gelegen ist.

Die erste Fluidstrecke sowie die zweite Fluidstrecke wird jeweils insbesondere durch bzw. mittels geeigneter Fluidführungsmittel bzw. innerhalb solcher geeigneten Fluidführungsmittel gebildet. Solche Fluidführungsmittel können beispielsweise Kanäle, Rohre oder dergleichen sein. Innerhalb der Wärmeübertrager können sie beispielsweise auch von den erwähnten strukturierten an solche Bleche angrenzende Trennbleche gebildet werden. Auch Durchbrüche in strukturierten Blechen und Trennblechen, die insbesondere im Zusammenwirken Kanäle oder kanalartige Bereiche zur Verbindung von Wärmeübertragern schaffen und/oder zur Zuführung oder Abführung von Medien zu oder von Wärmeübertragern können Bestandteil einer solchen Fluidstrecke sein bzw. eine solche Fluidstrecke (mit)schaffen.

Es können in der ersten oder der zweiten Fluidstrecke, insbesondere im Bereich der jeweiligen Wärmeübertrager, an der gleichen Stelle der Fluidstrecke – in Längsrichtung der Fluidstrecke bzw. in Strömungsrichtung des dahin strömenden Mediums gesehen – mehrere Kanäle oder kanalartige Bereiche parallel angeordnet bzw. gestaltet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass in der Fluidstrecke Bereiche gegeben sind, die eine Art flächenmäßige Ausdehnung haben. Auch der erwähnte Zwischenraum kann Bestandteil einer Fluidstrecke sein.

In den Wärmeübertragern sind jeweils insbesondere Trennmittel vorgesehen, die die Medien, die die jeweiligen Wärmeübertrager -insbesondere zum Wärmaustausch – durchströmen sollen, so voneinander trennen, dass innerhalb dieses jeweiligen Wärmeübertragers ein Fluidaustausch dieser Medien verhindert und eine Wärmeübertragung ermöglicht wird. Im ersten Wärmeübertrager ist dies insbesondere so, dass innerhalb dieses ersten Wärmeübertragers eine direkte Strömung des ersten Fluids vom ersten Bereich bzw. Abschnitt zum zweiten Bereich bzw. Abschnitt verhindert wird; insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das erste Fluid vom ersten Abschnitt aus dem ersten Wärmeübertrager heraus und durch den zweiten Wärmeübertrager strömen muss, um in den zweiten Abschnitt des ersten Wärmeübertragers zugelangen.

Besonders bevorzugt sind die drei Wärmeübertrager mit den Verbindungen bzw. Strömungsverbindungen zwischen diesen einzelnen Wärmeübertragern in einem einzelnen Bauteil integriert bzw. als Einheit gestaltet. Die Bestandteile dieser Einheit bzw. dieses Bauteils sind vorzugsweise nicht-lösbar mit einander verbunden, beispielsweise verlötet. Besonders bevorzugt sind die ersten, zweiten dritten und vierten strukturierten Bleche jeweils einstückig gefertigt. Durchbrüche in diesen können beispielsweise mittels Stanzen erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Vorrichtung wird vorzugsweise zum Erwärmen eines ersten Fluids mittels eines zweiten Fluids verwendet. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der gesamte Wärmeübergang zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid in Teilschritte aufgeteilt ist. Dies kann beispielsweise auch so sein, dass das zu erwärmende Fluid zwischenzeitlich abgekühlt wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das im Betrieb im ersten Bereich bzw. Abschnitt der ersten Fluidstrecke im ersten Wärmeübertrager strömende Fluid erwärmt wird, während das im zweiten Abschnitt dieser ersten Fluidstrecke im ersten Wärmeübertrager strömende erste Fluid gleichzeitig abgekühlt wird. Im zweiten Wärmeübertrager kann vorgesehen sein, dass mittels eines Kühlmittels das aus Richtung des ersten Bereichs des ersten Wärmeübertragers in den zweiten Wärmeübertrager eintretende Fluid dort mittels des Kühlmittels erwärmt wird. Im dritten Wärmeübertrager kann vorgesehen sein, dass mittels des Kühlmittels das erste Fluid wieder erwärmt wird.

Besonders bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von tiefkaltem Wasserstoff verwendet, und zwar insbesondere mittels eines Kühlmittels. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der tiefkal te Wasserstoff auf Umgebungstemperatur oder im Wesentlichen Umgebungstemperatur erwärmt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von der tatsächlich gegebenen Umgebungstemperatur das Kühlmittel in den zweiten Wärmeübertrager mit unterschiedlichen Temperaturen eingeleitet wird, um zu bewirken, dass die Temperatur des aus dem dritten Wärmeübertrager austretenden Fluid ersten Fluid im Wesentlichen der aktuell gegebenen Umgebungstemperatur entspricht. Beispielsweise kann eine entsprechende Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Temperatur und oder der Strömungsgeschwindigkeit des in den zweiten Wärmeübertrager eintretenden zweiten Fluids vorgesehen sein.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass im ersten Wärmeübertrager – insbesondere im ersten Bereich des ersten der ersten Fluidstrecke aktuell positionierter – tiefkalter Wasserstoff mit bereits mittels eines Kühlmittels im zweiten Wärmeübertrager erwärmtem Wasserstoff – welcher sich insbesondere aktuell im zweiten Bereich der ersten Strömungsstrecke befindet – vorerwärmt wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der erwärmte Wasserstoff aus dem ersten Wärmeübertrager mit niedriger – im vergleich zur Temperatur beim Einströmen in den ersten Wärmetaucher bzw. den zweiten Bereich der ersten Fluidstrecke niedrigerer – Temperatur austritt und in dem dritten Wärmeübertrager mittels Kühlmittel auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird.

Erfindungsgemäß ist ferner insbesondere ein Verfahren zur Erwärmung von einem ersten Fluid mittels eines zweiten Fluids vorgesehen. Das erste Fluid ist bevorzugt tiefkalter, insbesondere flüssiger, Wasserstoff und das zweite Fluid ist vorzugsweise ein Kühlmittel. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der zugeführte tiefkalte Wasserstoff eine Temperatur aufweist, die unter Minus 200°C gelegen ist, wie beispielsweise Minus 250°C. Es kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittel mit einer Temperatur zugeführt wird, die oberhalb von 50°C, wie beispielsweise bei 60°C gelegen ist.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass im Betrieb der Wärmeübertrager-Vorrichtung die erste sowie die zweite Fluidstrecke im Wesentlichen kontinuierlich von erstem bzw. zweiten Medium durchströmt wird.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der gesamte Wärmeübergang vom ersten auf das zweite Fluid in mehrere Teilschritte aufgeteilt wird bzw. ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das zu erwärmende erste Fluid zwischenzeitlich abgekühlt wird, gegebenenfalls anschließend weiter erwärmt wird.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist ferner Gegenstand der Anspruchs 39, wobei diese Gestaltung auch eine bevorzugte Gestaltung der vorherigen sein kann.

Das erste Medium ist vorzugsweise ein erstes Fluid und das zweite Medium ist vorzugsweise ein zweites Fluid. Das erste Medium bzw. Fluid ist besonders bevorzugt Wasserstoff und das zweite Medium bzw. Fluid ist vorzugsweise ein Kühlmittel, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch.

Die Erfindung legt die Basis für Gestaltungen, bei denen die Gefahr von einfrierendem Kühlmittel reduziert wird. Diese Gefahr kann beispielsweise dadurch reduziert werden, dass der gesamte Wärmeübergang in mehrere Teilschritte aufgeteilt wird. Ferner legt die Erfindung die Basis für eine kompakte Gestaltung einer Wärmeübertrager-Vorrichtung. Weiter legt die Erfindung die Basis für Gestaltungen, bei denen der Wärmeaustausch zwischen Medien über einen weiten Bereich der Betriebszustände sicher ermöglicht wird und gleichzeitig der Raumbedarf und die Aufwendungen für die Medienzufuhr, wie Verrohrung, minimiert wird. Weiter legt die Erfindung die Basis für Gestaltungen bei denen die Gefahr von einfrierendem Kühlmittel dadurch reduziert wird, dass der gesamte Wärmeübergang in mehrere Teilschritte aufgeteilt wird. Ferner legt die Erfindung die Basis für Gestaltungen, bei denen drei Wärmeübertrager mit den Verbindungen zwischen denen einzelnen Wärmeübertragern in einem Bauteil integriert sind. Damit legt die Erfindung weiter die Basis dafür, das sich insbesondere hieraus in Verbindung mit den Vorteilen der Schichtbauweise eine kompakte, gegebenenfalls sogar äußerst kompakte, Baugröße einer Wärmeübertrager-Vorrichtung realisieren lässt. Die Erfindung legt überdies die Basis für Gestaltungen, bei denen mittels einer Umhüllung von Bereichen der Wärmeübertrager-Vorrichtung mit einem durchströmten Gehäuse – gegebenenfalls sogar sicher – die Kondensation vom Luftbestandteilen und in weiten Bereichen die Kondensation vom Luftfeuchtigkeit verhindert wird. Die unter die Erfindung fallenden Ausführungsformen müssen nicht diese Vorteile aufweisen bzw. diese Wirkungen erreichen. Die Erfindung legt allerdings eine Basis für die Realisierung von Gestaltungen, die solche Vorteile bzw. Wirkungen aufweisen.

Im folgenden werden beispielhafte Gestaltungen der Erfindung anhand der Fig. erläutert, wodurch die Erfindung nicht beschränkt werden soll. Es zeigt:
1 ein beispielhaftes Schaltschema bzw. Blockdiagramm einer bevorzugten erfindungsgemäßen Gestaltung in schematischer Darstellung;
2 eine beispielhafte erfindungsgemäße Gestaltung in schematischer Ansicht;
3 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 2;
4 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 2;
5 einen Schnitt entlang der Linie C-C aus 2;
6 einen Schnitt entlang der Linie D-D aus 2;
7 eine beispielhafte erfindungsgemäße Gestaltung in schematischer Ansicht, die insbesondere die Gestaltung gemäß 2 bis 6 aufweisen kann;
8 die Gestaltung gemäß 7 mit teilweise entferntem Gehäuse;
1 zeigt ein Schaltungsschema einer beispielhaften erfindungsgemäßen Wärmeübertrager-Vorrichtung 1. Die Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 weist einen ersten Wärmeübertrager 10, einen zweiten Wärmeübertrager 12 sowie einen dritten Wärmeübertrager 14 auf. Ferner weist die Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 zwei Fluidstrecken 16, 18 auf.
Der erste Wärmeübertrager 10 und der zweite Wärmeübertrager 12 sind so verschaltet, dass ein im Betrieb der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 entlang der ersten Fluidstrecke strömendes erstes Fluid nacheinander den ersten Wärmeübertrager 10, den zweiten Wärmeübertrager 12 und anschließend wiederum den ersten Wärmeübertrager 10 durchströmt. Dieses Fluid kann insbesondere – wie in Fig. angezeigt – Wasserstoff sein, der als tiefkalter Wasserstoff eintritt und als erwärmter Wasserstoff austritt.
Die Fluidstrecken und/oder die Wärmeübertrager sind ferner so gestaltet, dass ein im Betrieb entlang der zweiten Fluidstrecke 18 strömendes zweites Fluid den zweiten Wärmeübertrager 12 durchströmt. Die Strömungsverbindungen bzw. die Fluidstrecken bzw. die Wärmeübertrager sind dabei so gestaltet, dass im zweiten Wärmeübertrager im Betrieb Wärme zwischen dem entlang der Fluidstrecke 18 strömenden zweiten Fluid und dem entlang der ersten Fluidstrecke 16 strömenden ersten Fluid übertragen werden kann bzw. übertragen wird. Ferner sind die Fluidstrecken bzw. die Wärmeübertrager so gestaltet, dass im ersten Wärmeübertrager 10 im Betrieb Wärme zwischen einem in einem ersten Bereich der ersten Fluidstrecke 16 strömenden ersten Fluid, der schematisch durch die gestrichelte Linie 20 angedeutet ist, und einem in einem zweiten Bereich der ersten Fluidstrecke 16 strömenden ersten Fluid, der schematisch durch die gestrichelte Linie 22 angedeutet ist, übertragen wird bzw. eine solche Wärmeübertragung ermöglicht wird. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste Bereich 20 der ersten Fluidstrecke 16 von einer Vielzahl paralleler Kanäle gebildet wird, was anhand der folgenden Fig. noch erläutert wird bzw. aus diesen ersichtlich ist.
Der Bereich 20 ist von dem Bereich 22 so getrennt, dass die Wärmeübertragung stattfinden kann, ein Fluidaustausch innerhalb des ersten Wärmeübertragers 10 allerdings verhindert wird. Fluid kann entlang des entsprechenden Abschnitts der ersten Fluidstrecke 16 über den zweiten Wärmeübertrager 12 vom Abschnitt bzw. Bereich 20 zum Abschnitt bzw. Bereich 22 strömen.
Die Bereiche bzw. Abschnitte 20 und 22 der ersten Fluidstrecke 16 sind entlang der Fluidstrecke 16 bzw. der im Betrieb gegebenen, durch die Pfeilspitzen 24 schematisch angedeuteten Strömungsrichtung gesehen, voneinander beabstandet.
Der dritte Wärmeübertrager 14 ist so mit der ersten Fluidstrecke 16 und mit der zweiten Fluidstrecke 18, bzw. dem ersten Wärmeübertrager 10 und dem zweiten Wärmeübertrager 12 verschaltet, dass das im Betrieb entlang der zweiten Fluidstrecke 18 strömende zweite Fluid durch den dritten Wärmeübertrager 14 strömt, nachdem es den zweiten Wärmeübertrager 12 durchströmt hat, und dass entlang der ersten Fluidstrecke 16 strömende Fluid nach dem Durchströmen des zweiten Bereichs 22 die erste Fluidstrecke 16 den dritten Wärmeübertrager 14 durchströmt. Zu diesem Zwecke sind insbesondere entsprechende Strömungsverbindungen, die insbesondere Kanäle oder kanalartige Strömungsführungsmittel sein können, vorgesehen. Derartige geeignete Strömungsführungsmittel bzw. kanalartige Strömungsführungsmittel bzw. Kanäle sind insbesondere in den Bereichen vorgesehen, in denen Fluid entlang der ersten Fluidstrecke 16 bzw. entlang der zweiten Fluidstrecke 18 strömt. Strömungsführungsmittel bzw. Kanäle sind ferner in den Wärmeübertragern 10, 12, 14 vorgesehen. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein entlang einer Fluidstrecke 16 bzw. 18 strömendes Fluid nach dem Verlassen eines Wärmetauschers unmittelbar in einen folgenden Wärmetauscher strömt, wie es beispielsweise in den 3 und 4 für das entlang der zweiten Fluidstrecke 18 im Betrieb strömende zweite Medium gezeigt ist, dass dort nach dem Austreten aus dem zweiten Wärmeübertrager unmittelbar in den dritten Wärmeübertrager eintritt.
Der erste 10, zweite 12 sowie dritte Wärmeübertrager 14 weist jeweils eine erste Fluideinlasseinrichtung sowie eine erste Fluidauslasseinrichtung und eine zweite Fluideinlasseinrichtung sowie eine zweite Fluidauslasseinrichtung auf. Eine solche Fluideinlasseinrichtung kann beispielsweise eine Anordnung parallel geschalteter Strömungsquerschnitte, oder ein Strömungsquerschnitt oder ein Stutzen oder ein Rohrabschnitt oder ein Kanal oder dergleichen sein.
Durch die jeweilige Fluideinlasseinrichtung bzw. Eintritt strömt Fluid in den jeweiligen Wärmeübertrager ein, und durch die jeweilige Fluidauslasseinrichtung bzw. Austritt aus dem jeweiligen Wärmeübertrager aus. Die jeweilige erste Fluideinlasseinrichtung ist strömungstechnisch mit der jeweiligen ersten Fluidauslasseinrichtung innerhalb des jeweiligen Wärmeübertragers verbunden, und die jeweilige zweite Fluideinlasseinrichtung ist strömungstechnisch mit der jeweiligen zweiten Fluidauslasseinrichtung innerhalb des jeweiligen Wärmeübertragers strömungstechnisch verbunden. Auch diese Strömungsverbindungen können über geeignete Fluidführungsmittel, wie parallel geschaltete Kanäle und/oder Kanal oder dergleichen, bewirkt werden. Solche Kanäle oder parallel geschaltete Kanäle können beispielsweise auch mittels Platten, insbesondere strukturierten Blechen, realisiert werden, deren Struktur so ist, dass sie entsprechende Durchbrüche aufweisen, und zwischen jeweils zwei strukturierten Platten gelegene Trennbleche.
In der Gestaltung gemäß 1 sind in Bezug auf den ersten Wärmeübertrager 10 die erste Fluideinlasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 26, die erste Fluidauslasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 28, die zweite Fluideinlasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 30 und die zweite Fluidauslasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 32 versehen. In Bezug auf den zweiten Wärmeübertrager 12 ist in 1 die erste Fluideinlasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 34 versehen, die erste Fluidauslasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 36, die zweite Fluideinlasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 38 und die zweite Fluidauslasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 40 versehen. In Bezug auf den dritten Wärmeübertrager 14 ist in 1 die erste Fluideinlasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 42 versehen, die erste Fluidauslasseinrichtung durch das Bezugszeichen 44, die zweite Fluideinlasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 46 und die zweite Fluidauslasseinrichtung mit dem Bezugszeichen 48.
In 1 sind in der ersten Fluidstrecke 16 die erste Fluideinlasseinrichtung 26 des ersten Wärmeübertragers 10, die erste Fluidauslasseinrichtung 28 des ersten Wärmeübertragers 10, die erste Fluideinlasseinrichtung 34 des zweiten Wärmeübertragers 12, die erste Fluidauslasseinrichtung 36 des zweiten Wärmeübertragers 12, die zweite Fluideinlasseinrichtung 26 des ersten Wärmeübertragers 10, die zweite Fluidauslasseinrichtung 32 des ersten Wärmeübertragers 10, die erste Fluideinlasseinrichtung 42 des dritten Wärmeübertragers 12 sowie die erste Fluidauslasseinrichtung 44 des dritten Wärmeübertragers 12 in dieser Reihenfolge in Reihe angeordnet bzw. geschaltet. Sie werden insbesondere von einem ersten Medium im Betrieb – auch in dieser Reihenfolge – durchströmt.
Ferner gemäß 1 die zweite Fluideinlasseinrichtung 38 des zweiten Wärmeübertragers 12, die zweite Fluidauslasseinrichtung 40 des zweiten Wärmeübertragers 12, die zweite Fluideinlasseinrichtung 46 des dritten Wärmeübertragers 14 sowie die zweite Fluidauslasseinrichtung 48 des dritten Wärmeübertragers 14 in dieser Reihenfolge in Reihe angeordnet. Sie werden im Betrieb von einem zweiten Fluid in dieser Reihenfolge durchströmt.
Die genannten Fluideinlass- und -auslasseinrichtungen der ersten bzw. der zweiten Fluidstrecke – sind über geeignet strömungstechnische Verbindungsmittel, wie Kanäle, parallel angeordnete Kanäle oder dergleichen zur Erzeugung von Strömungsverbindungen entsprechend verbunden.
In der Gestaltung gemäß 1 sind genau zwei Fluidstrecken 16, 18 vorgesehen.
In der Gestaltung gemäß 1 ist durch die Pfeilspitzen 50 die Strömungsrichtung eines im Betrieb entlang der zweiten Fluidstrecke 50 strömenden zweiten Fluids angezeigt.
Das erste Fluid ist vorzugsweise Wasserstoff, und das zweite Fluid ist vorzugsweise ein Kühlmittel. Das zweite Fluid kann beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch sein.
Die in Rechtecken angezeigten Buchstaben A, B, C, D, E deuten schematisch Strömungskanäle bzw. Strömungsverbindungen an, in welchen jeweils ein Medium zwischen den angrenzenden Wärmeübertragern bzw. zu oder von diesen Wärmeübertragern strömen kann. Diese Buchstaben A, B, C, D, E sind auch in den 2 bis 6 eingezeichnet, wo beispielhafte, bevorzugte konstruktive Ausgestaltungen für solche Strömungskanäle gezeigt sind.
Wie in 1 angezeigt, strömt tiefkalter, insbesondere flüssiger Wasserstoff, einerseits, und Kühlmittel, andererseits, in die Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 ein. Wasserstoff strömt entlang der ersten Fluidstrecke 16, und das Kühlmittel strömt entlang der zweiten Fluidstrecke 18.
In dem ersten Wärmeübertrager 10 wird tiefkalter Wasserstoff mit bereits mittels Kühlmittel in dem zweiten Wärmeübertrager 12 erwärmten Wasserstoff vorgewärmt. Dieser tritt aus dem ersten Wärmeübertrager 10 mit niedriger Temperatur aus, und wird in einem dritten Wärmeübertrager 12 mit Kühlmittel auf die gewünschte Temperatur erwärmt.
2 zeigt eine beispielhafte, erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 in schematischer Darstellung.
Die in 2 gezeigte Gestaltung kann auch von einem Gehäuse umgeben sein, was anhand der 7 näher erläutert werden wird.
In einem ersten Teil bzw. Bereich 60 der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 sind, wie durch die geschwungenen Klammern WÜ II und WÜ III angedeutet, der zweite und der dritte Wärmeübertrager, insbesondere nebeneinander liegend, angeordnet. In einem zweiten, schematisch durch das Bezugszeichen 62 angedeuteten Teil bzw. Bereich der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 ist, wie auch schematisch durch die geschwungene Klammer WÜ I angedeutet, der erste Wärmeübertrager angeordnet.
Wie in der 2 bis 6 bzw. 2 bis 8 beispielhaft gezeigt ist, kann die Verschaltung von drei Wärmeübertragern gemäß 1 in einem einzigen Wärmeübertrager bzw. in einer einzigen Wärmeübertragereinheit bzw. in einer einzigen Wärmeübertrager-Vorrichtung 1, der bzw. die in Schichttechnik aufgebaut ist, integriert werden. Der Aufbau der einzelnen Wärmeübertrager-Teilblöcke bzw. bzw. -Teile bzw. -Bereiche 60, 62 bzw. Wärmeübertrager 10, 12, 14 entspricht der Schichtung von strukturierten Edelstahlblechen und dazwischen liegenden Trennblechen. Die einzelnen Schichten bzw. Bleche sind untereinander und mit den begrenzenden Platten verlötet, beispielsweise über Kupfer-, Silber- oder Nickellote.
In einem ersten Teil bzw. Bereich 60 der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 sind der zweite 12 und der dritte 14 Wärmeübertrager so angeordnet, dass wasserstoffseitige Strömungskanäle parallel nebeneinander liegen und die kühlmittelseitigen Kanäle sich über diese beiden Wärmeübertrager 12, 14 in rechtwinkliger Richtung um eine Schicht versetzt dazu erstrecken. Dieser erste Teil der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 wird durch eine Anschlussplatte, mit Öffnungen für die Zu- und Abführung der Wasserstoffströmung, und durch eine Zwischenplatte begrenzt. Die Zwischenplatte ist mit Überströmöffnungen versehen, was die wasserstoffseitige Verbindung zum zweiten Teil bzw. Bereich 62 der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 bzw. zum ersten Wärmeübertrager 10 ermöglicht. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der zweite Teil bzw. Bereich 62 der Wärmeübertrager-Vorrichtung 1 durch eine Deckplatte abgeschlossen.
3 zeigt einen Schnitt entlag der Linie A-A aus 2, und zwar insbesondere ein beispielhaftes, strukturiertes zweites Blech 80. Dieses zweite strukturierte Blech 80 weist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, länglichen, hier rechteckig gestalteten Durchbrüchen 82 auf. Diese Durchbrüche 82 sind sowohl dem zweiten Wärmeübertrager 12 als auch dem dritten Wärmeübertrager 14 zugeordnet. Die Durchbrüche 82 dienen insbesondere zur Bildung von sich durch den zweiten und den dritten Wärmeübertrager erstreckenden Strömungskanälen 84, 86 für das zweite Fluid bzw. für das Kühlmittel. Die Strömungskanäle 86 bilden die Fortsetzung der Strömungskanäle 84. Die Fluideinlasseinrichtung 46 des dritten Wärmeübertragers fällt in der Gestaltung gemäß 3 im Wesentlichen mit der zweiten Fluidauslasseinrichtung 40 des zweiten Wärmeübertragers 12 zusammen. Dies ist so, dass diese beiden Einrichtungen jeweils von Kanalquerschnitten der Strömungskanäle 84, 86 gebildet werden.
Die zweiten strukturierten Bleche 80 weisen ferner einen rahmenartigen Steg 88 auf, welcher die Anordnung der durch Zwischenstege getrennten Durchbrüche 82 umgibt. Dieser rahmenartige Steg 88 ist nach Art eines rechteckigen Rahmens gebildet, und weist zwei gegenüber liegende lange Seiten 90 sowie zwei gegenüber liegende kurzen Seiten 92 auf. Die kurzen Seiten 92 sind parallel zueinander angeordnet und senkrecht zu den ebenfalls parallel zueinander angeordneten langen Seiten 90. Außerhalb dieses rahmenartigen Stegs 88 sind in dem zweiten strukturierten Blech 80 weitere voneinander getrennte Durchbrüche vorgesehen, die jeweils von Material umrandet sind. Dies sind insgesamt sieben Durchbrüche. Zwei dieser Durchbrüche 94, 96 schließen sich an eine lange Seite 90 des rahmenartigen Stegs 88 an. Auf der gegenüber liegenden langen Seite 90 schließen sich drei Durchbrüche 98, 100, 102 an diese an. An die jeweiligen kurzen Seiten 92 des rahmenartigen Stegs 88 schließt sich jeweils ein Durchbruch 104 bzw. 106 an diesen jeweiligen an. In die Durchbrüche 94, 96, 98, 102 ragen jeweils mehrere Vorsprünge 104, die von den langen Seiten 90 des rahmenartigen Stegs in diese Durchbrüche vorstehen. Diese Vorsprünge können sich beispielsweise senkrecht zu den langen Seiten 90 erstrecken.
4 zeigt einen Schnitt entlag der Linie B-B aus 2, und zwar insbesondere ein beispielhaftes zweites, strukturiertes Blech 120, das dem zweiten 12 sowie dem dritten Wärmeübertrager 14 zugeordnet ist. Das strukturierte Blech 120 weist eine Vielzahl länglicher, hier rechteckiger, jeweils benachbart und parallel zueinander angeordneter Durchbrüche 122 auf, sowie eine Vielzahl länglicher, hier rechteckiger, Durchbrüche 124, die sich ebenfalls parallel zueinander erstrecken. Die länglichen Durchbrüche 122 sind parallel zu den länglichen Durchbrüchen 124 angeordnet. Die länglichen Durchbrüche 122 dienen der Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium im zweiten Wärmeübertrager 12, und die länglichen Durchbrüche 124 dienen der Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium im dritten Wärmeübertrager 14.
Diese Anordnung der jeweils durch Zwischenstege von einander getrennter bzw. beabstandeter Durchbrüche 122, 124 ist auch bei den ersten strukturierten Blechen 120 von einem rahmenartigen Steg 88 umgeben. Dieser rahmenartige Steg 88 ist ebenfalls im Wesentlichen rechteckig gestaltet und weist zwei gegenüber liegende lange Seite 90 sowie zwei gegenüber liegende kurze Seiten 92 auf.
Der rahmenartige Steg 88 der ersten strukturierten Bleche unterscheidet sich von dem rahmenartigen Steg 88 der zweiten strukturierten Bleche 80 allerdings dadurch, dass hier die kurzen Seiten 88 länger, und die langen Seiten 90 kürzer gestaltet sind als bei dem rahmenartigen Steg 88 der zweiten strukturierten Bleche.
Anstelle der Vorsprünge 104 sind bei den ersten strukturierten Blechen Vorsprünge 126 vorgesehen, die sich von den kurzen Seiten, hier also nicht von den langen Seiten, in die Durchbrüche 104 bzw. 106 erstrecken, und zwar beispielsweise senkrecht zu den kurzen Seiten 92. Wie hiermit bereits angedeutet, sind bei den ersten strukturierten Blechen 120 ebenfalls die bereits oben erwähnten Durchbrüche 104, 106 gegeben. Ferner sind die bereits oben erwähnten Durchbrüche 94, 96 sowie 98, 100 und 102 an entsprechender Stelle gegeben.
Im ersten Teil 60 der Wärmeübertrager-Vorrichtung sind eine Vielzahl von ersten strukturierten Blechen 120 und zweiten strukturierten Blechen 80 abwechselnd mit jeweils dazwischen liegenden Trennblechen gestapelt bzw. geschichtet. Es wiederholt sich also mehrfach eine Anordnung aus erstem, strukturiertem Blech 200 mit darauf folgendem Trennblech und darauf folgendem zweitem, strukturiertem Blech 80 und darauf folgendem Trennblech. Die Trennbleche sind in den Figuren nicht dargestellt; die Gestaltung solcher Trennbleche soll allerdings unter Zuhilfenahme der 3 und 4 erläutert werden.
Die Trennbleche weisen ebenfalls Durchbrüche 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106 auf. Anstelle von zur Bildung von Strömungskanälen 84, 86, 120, 124 vorgesehenen Durchbrüchen 122, 124, 82 ist bei den Trennblechen ein geschlossener, durchbruchfreier Abschnitt vorgesehen, der im Wesentlichen rechteckig gestaltet ist. Die diese rechteckigen, durchbruchfreien Abschnitt begrenzende Kontur entspricht im Wesentlichen einer Kontur, die sich ergibt, wenn die kurzen, gegenüber der Gestaltung gemäß 4 kürzeren Seiten 92 aus der Gestaltung gemäß 3 über die langen Seiten 90 gemäß 4, die gegenüber den langen Seiten 90 gemäß 3 verkürzt sind, verbunden werden. Von diesem rechteckigen Bereich ragen Vorsprünge 104 in der Rahmen der Beschreibung zu 3 erwähnten Art in die Durchbrüche 94, 96, 98, 100, 102, und Vorsprünge 126 in der im Zusammenhang mit der 4 erläuterten Art in die Durchbrüche 104, 106.
Die Außenkontur der ersten strukturierten Bleche 120 sowie der zweiten strukturierten Bleche 80 sowie der Trennbleche ist im Wesentlichen identisch.
Dadurch, dass die Trennbleche mit ihren rechteckigen, geschlossenen Abschnitten jeweils zwischen erste strukturierte Bleche 120 und zweite strukturierte Bleche 106 positioniert werden, bilden sie Begrenzungen für die Strömungskanäle in den ersten strukturierten Blechen 120 sowie zweiten strukturierten Blechen 80, die dem zweiten bzw. dritten Wärmeübertrager jeweils zugeordnet sind. Über diese Trennbleche kann ferner ein Wärmeaustausch zwischen den entsprechenden Kanälen stattfinden. In der gestapelten Anordnung bilden die Durchbrüche 94, 96, 98, 100, 102 der strukturierten Bleche 120, 80 sowie der Trennbleche im Zusammenwirken Strömungskanäle, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Blechen erstrecken. Diese sich bildenden Strömungskanäle sind mit den Buchstaben B, D, C, A, E, in den 3 und 4 bezeichnet, und bilden Strömungsverbindungen bzw. Abschnitte solcher Strömungsverbindungen, dergestalt, wie die entsprechenden, in Rechtecken angeordneten Buchstaben in 1 dies schematisch anzeigen.
In entsprechender Weise bilden die Durchbrüche 104 der gestapelten Bleche im Zusammenwirken Zuflusskanäle für das zweite Medium zum zweiten Wärmeübertrager 12, und die Durchbrüche 106 der ersten strukturierten Bleche 120, der zweiten strukturierten Bleche 80 sowie der Trennbleche im Zusammenwirken Strömungskanäle bzw. einen Strömungskanal bzw. einen Abschnitt von solchen zur Abfuhr des zweiten Mediums aus dem dritten Wärmeübertrager 14. Durch die Strömungskanäle 84, 86 kann ein zweites Fluid von den mittels der Durchbrüche 104 gebildeten Kanälen zu den mittels der Durchbrüche 106 gebildeten Kanälen strömen.
Aufgrund der kurzen Stege 88 wird ein Einströmen von den Durchbrüchen bzw. von diesen gebildeten Kanälen in die Strömungskanäle 84 in der Ebene des strukturierten Blechs 80 verhindert. Um ein Einströmen dennoch zu ermöglichen, sind die langen Seiten 90 der rahmenartigen Stege 88 bei den strukturierten, zweiten Blechen 80 länger als diejenigen der ersten strukturierten Bleche 100 sowie der Trennbleche. Hierdurch wird nämlich ermöglicht, dass das zweite Medium in der Ebene der ersten strukturierten Bleche 120 sowie der Trennbleche in deren jeweiligen Zwischenräumen zwischen den Vorsprüngen 126 strömt, und von dort im Wesentlichen senkrecht zur Blechebene, in die Strömungskanäle 84 eintreten kann. Dies verdeutlicht 4 dadurch, dass dort die Enden der Strömungskanäle 84 durch gestrichelte Linien 128 gezeigt sind.
In entsprechender Weise kann das zweite Medium aus den Strömungskanälen 86 in den von den Durchbrüchen 106 gebildeten Kanal strömen. Die in diesem Bereich gelegenen Enden der Strömungskanäle 106 sind in 4 schematisch durch die gestrichelten Linien 130 angedeutet.
Aus dem entsprechenden Grund sind die kurzen Seiten 92 des rahmenartigen Stegs 88 bei den ersten strukturierten Blechen länger als die kurzen Seiten 92 der rahmenartigen Stege 88 bei den zweiten strukturierten Blechen, so dass in entsprechender Weise erstes Medium bzw. Wasserstoff durch die Durchbrüche bzw. Kanäle 122 von dem Kanal B in den Kanal C strömen kann, bzw. durch die Strömungskanäle bzw. Durchbrüche 124 von dem Kanal D in den Kanal E, wie durch die entsprechenden Pfeile in 4 angedeutet ist.
Die Strömungskanäle 84 bzw. 86 bzw. 122 bzw. 124, die in verschiedenen zweiten 80 bzw. ersten strukturierten Blechen 120 gebildet werden, werden jeweils im Wesentlichen parallel bzw. nach Art einer Parallelschaltung durchströmt. Die Kanäle A, B, C, D, E sowie die von den Durchbrüchen 104 bzw. 106 gebildeten Kanäle sind jeweils eine Art Sammel- und Verteil-Einrichtung.
5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C aus 2, und 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie D-D aus 2.
5 zeigt insbesondere ein viertes, strukturiertes Blech 140, und 6 zeigt insbesondere ein drittes, strukturiertes Blech 142.
In den 5 und 6 ist ferner ein jeweiliger Teilbereich der Zwischenplatte 66 gezeigt, in welcher eine Öffnung 144 für die Zufuhr von Kühlmittel bzw. von zweitem Fluid vorgesehen ist, sowie eine Öffnung 146 für die Abfuhr von Kühlmittel bzw. zweitem Fluid. Sofern die Gestaltung gemäß den 2 bis 6 mit einem in 7 gezeigten Gehäuse kombiniert wird, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch die Öffnung 146 das Kühlmittel in einem Zwischenraum zwischen der Einheit der drei Wärmeübertrager 10, 12, 14 sowie deren Strömungsverbindungen, einerseits, und dem Gehäuse, andererseits ausströmen kann, um diese Einheit zunächst zu Umströmen, bevor das Kühlmittel das Gehäuse verlässt.
Die dritten strukturierten Bleche 142 sowie die vierten strukturierten Bleche 140 sind im zweiten Teil 62 des Wärmeübertragers, bzw. der von dem ersten 10, zweiten 12 und dritten 14 Wärmetauscher sowie den diese verbindenden Strömungsverbindungen gebildeten Einheit jeweils abwechselnd und durch Trennbleche voneinander getrennt angeordnet. In diesem zweiten Teil 62 wiederholt sich also mehrfach ein Paket aus jeweils einem dritten strukturierten Blech, einem daran angrenzenden Trennblech, einem wiederum daran angrenzenden vierten strukturierten Blech 140, und einem wiederum daran angrenzenden Trennblech mehrfach. Diese Trennbleche unterscheiden sich in Ihrer Gestaltung von denen, die jeweils zwischen benachbarten ersten und zweiten strukturierten Blechen positioniert werden.
Die vierten strukturierten Bleche weisen eine Vielzahl von Durchbrüchen 148 zur Bildung von Strömungskanälen 150 für das im Betrieb im ersten Wärmeübertrager im zweiten Bereich bzw. Abschnitt der ersten Fluidstrecke strömenden ersten Fluids, das anschließend aus dem ersten Wärmeübertrager 10 in Richtung des dritten Wärmeübertragers 14 abgegeben wird, bzw. des, bzw. des wärmeren Wasserstoffs, der den ersten Wärmeübertrager 10 durchströmt, auf. Diese Strömungskanäle 148 sind jeweils treppenförmig gestaltet. Eine bevorzugte Gestaltung sowie Anordnung dieser verschiedener und jeweils unterschiedlich gestalteter Durchbrüche 148 zur Bildung der Strömungskanäle 150 ist in 5 gezeigt.
Die Anordnung dieser Durchbrüche 148 wird in den vierten strukturierten Blechen jeweils von einem rahmenartigen Steg 152, der in der Blechebene liegt, umgeben. Dieser rahmenartige Steg ist annähernd rechteckig gestaltet, und weist lange Seiten 154 sowie kurze Seiten 156 auf. In entsprechender Weise wie bei der Gestaltung in den 3 und 4 schließen sich an die eine dieser langen Seiten außerhalb des Stegs 154 Durchbrüche 94 sowie 96 an, und an der gegenüber liegenden langen Seite 154 Durchbrüche 98, 100. Die Durchbrüche 100 sind im Wesentlichen so gestaltet, wie die verbundene Einheit der Durchbrüche 100 und 102 in der Gestaltung gemäß den 3 und 4; es fehlt also in der Gestaltung gemäß 5 eine Trennwand zwischen den Durchbrüchen 100 und 102, die in der Gestaltung gemäß 3 und 4 gegeben ist.
In den langen Seiten 154 der rahmenartigen Stege 152 ist bei den vierten strukturierten Blechen ein geringfügiger Versatz, der sich senkrecht zu diesen langen Seiten 154 erstreckt, vorgesehen. Auf der einen Seite dieses Versatzes erstrecken sich – in entsprechender Weise, wie es bereits oben erläutert wurde – von den langen Stegseiten 154 Vorsprünge 158 in die Durchbrüche 94 bzw. 100. Die sich in die Durchbrüche 94 erstreckenden Vorsprünge 158 sind im Wesentlichen diagonal gegenüber liegend zu den sich in die Durchbrüche 100 erstreckenden Vorsprünge 158 angeordnet. Der jeweils in den langen Seiten vorgesehene Versatz sowie die Länge dieser Stege ist im Wesentlichen gleich, so dass die Verbindung der außen gelegenen Enden der Stege im Wesentlichen bündig mit dem Teil der langen Seite 154 abschließt, der, sich an den Versatz anschließend, weiter außen gelegen ist.
Die in 6 gezeigten dritten strukturierten Bleche 142 weisen eine Vielzahl von Durchbrüchen 170 zur Bildung von Strömungskanälen 172 für das erste im Betrieb vom ersten Wärmeübertrager 10 in Richtung des zweiten Wärmeübertragers 12 abgegebene Fluid, bzw. des kälteren Wasserstoffs, der den ersten Wärmeübertrager 10 durchströmt, bzw. das im ersten Bereich 120 der ersten Fluidstrecke strömende ersten Fluids auf. Die Durchbrüche 170 sind im Wesentlichen jeweils treppenförmig gestaltet. Die Vielzahl der, durch Zwischensteg voneinander getrennten bzw. beabstandeten, Strömungskanäle 170 wird auch in der Gestaltung gemäß 6 von einem rahmenartigen Steg 152 umgeben. Zur Gestaltung dieses rahmenartigen Stegs 152 sowie der treppenförmigen Durchbrüche 170 kann auf die Ausführungen zu 5 verwiesen werden, wobei anzumerken ist, dass die Steigung der treppenförmigen Struktur, die in 6 schematisch durch den Pfeil 174 angedeutet ist, entgegen gesetzt zu der durch den Pfeil 176 schematisch angedeuteten Steigung der treppenförmigen Durchbrüche 148 der vierten strukturierten Bleche 140 ausgerichtet ist, und der Versatz in den langen Seiten 154 des rahmenartigen Stegs 152 gegenläufig zu dem bei den vierten strukturierten Blechen 140 gegeben ist, so dass die Vorsprünge 158 an dritten strukturierten Blechen in die Durchbrüche 96 bzw. 98 ragen. Die Durchbrüche 94, 96, 98 sind im Wesentlichen dergestalt, wie sie bereits in Bezug auf die 5 erläutert wurden.
Die nicht gezeigten, jeweils zwischen den dritten strukturierten Blechen 142 und den vierten strukturierten Blechen 140 angeordneten Trennbleche stimmen hinsichtlich ihrer Außenkontur sowie der Durchbrüche 94, 96, 98, 100 im Wesentlichen mit den dritten 142 sowie vierten strukturierten Blechen 140 überein. Die Trennbleche weisen einen im Wesentlichen rechteckigen, geschlossenen Bereich auf. Dieser rechteckige Bereich erstreckt sich – in Richtung der langen Seiten 154 gesehen – zwischen den gegenüber liegenden kurzen Seiten 152, und in Richtung der kurzen Seiten 152 gesehen zwischen den Abschnitten der langen Seiten 154, die in Richtung der kurzen Seiten 152 gesehen näher aneinander gelegen sind.
Von den Durchbrüchen 148 gebildeten Kanäle 150 verbinden die Kanäle C strömungstechnisch mit den Kanälen D, wobei erstes Medium von dem Kanal C durch den ersten Wärmeübertrager 10 in den Kanal D strömen kann.
In entsprechender Weise verbinden die von den Durchbrüchen 170 gebildeten Kanäle 172 den Kanal A mit dem Kanal B, so dass erstes Fluid von Kanal A in den Kanal B durch den ersten Wärmübertrage bzw. die von den Durchbrüchen 170 gebildeten Kanäle 172 strömen kann.
Die Kanäle 172 sowie die von den Durchbrüchen 148 gebildeten Kanäle werden – entsprechend oben beschriebener Weise – auch von den Trennblechen begrenzt. In entsprechender Weise, wie es bereits im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert wurde – wird durch die unterschiedliche Gestaltung der rahmenartigen Stege 152 bei den dritten strukturierten Blechen 142 und den vierten strukturierten Blechen 140 sowie der Gestaltung der Trennblech bzw. des geschlossenen Bereichs der Trennblechen ermöglicht, das erstes Fluid aus dem Kanal A in die Kanäle 172 der ersten Wärmetauschers 10, und aus diesen in den Kanal B strömen kann, bzw. erstes Fluid aus dem Kanal C in die von den Durchbrüchen 148 gebildeten Kanäle 150 der ersten Wärmetauschers 10, und aus diesen in den Kanal D strömen kann.
Die Strömungsführung bei der Gestaltung gemäß den 2 bis 6 entlang der ersten 16 bzw. zweiten Fluidstrecke 18 ergibt sich insbesondere auch anhand der 1, in welcher die Kanäle A, B, C, D, E eingezeichnet sind, und in der die Kühlmittelzufuhr sowie Kühlmittelabfuhr verdeutlicht ist.
In der Gestaltung gemäß 2 bis 6 entspricht der Aufbau der einzelnen Wärmeübertrager-Teilblöcke bzw. des ersten 60 und zweiten Bereichs, bzw. der Wärmeübertrager 10, 12, 14 einer Schichtung von strukturierten Edelstahlblechen und dazwischen liegenden Trennblechen. Die einzelnen Schichten bzw. Bleche sind untereinander mittels jeweils begrenzenden Platten 64, 66 bzw. 66, 68 verlötet. Hierzu können beispielsweise Kupfer-, Silber- oder Nickellot oder andere geeignete Lote verwendet werden.
7 zeigt die beispielhafte, erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Vorrichtung. Die dort gezeigte, aus dem ersten Bereich 60 sowie dem zweiten Bereich 62 bestehende Einheit kann beispielsweise so gestaltet sein, wie es anhand der 2 bis 6 erläutert wurde. Die Strömungsführung kann bei dieser Gestaltung im Wesentlichen so sein, wie es insbesondere auch anhand der 1 erläutert wurde, bzw. sowie wie bei der Gestaltung gemäß 2 bis 6.
Bei der Gestaltung gemäß 7 ist die aus dem ersten Bereich 60 sowie dem zweiten Bereich 62 gebildete Einheit von einem Gehäuse 190 umgeben, wobei zwischen diesem Gehäuse 190 und der aus dem ersten Bereich 60 sowie dem zweiten Bereich 62 gebildeten Einheit ein sich um diese Einheit herum erstreckender Zwischenraum 192 gegeben ist. Dieser Zwischenraum 192 kann von aus dem dritten Wärmeübertrager austretende zweiten Medium bzw. Kühlmittel umspült werden. Die sich länglich erstreckenden stangenartigen Elemente 194 in 7 sind Stapelhilfen zum Stapeln der Bleche und Platten, der aus den Bereichen 60 und 62 bestehenden Einheit.
Verschiedene äußere Oberflächenbereiche des Wärmeübertragers bzw. Wärmeübertrager-Vorrichtung, können, insbesondere wenn kein Gehäuse vorhanden ist, da von innen mit tiefkaltem Wasserstoff beaufschlagt, sehr tiefe Temperaturen annehmen, an denen eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit mit nachfolgender Vereisung auftreten kann. Selbst die Kondensation von Komponenten der Luft wird auftreten, was im Falle von Sauerstoff zu verhindern ist (Brandgefahr). Zu diesem Zweck wird der gesamte Wärmeübertrager bzw. die Wärmeübertrager-Vorrichtung, bzw. die aus dem ersten 60 und zweitem Bereich 62 gebildete Einheit in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung von einem Gehäuse 190 so umgeben, dass der nach dem dritten Wärmeübertrager austretende, warme Kühlmittelstrom den Wärmeübertrager, bzw. die aus den Bereichen 60 und 62 gebildete Einheit, insbesondere komplett, umspült. Ein solches Umspülen kann aber auch zu anderen Zwecken vorgesehen sein.
7 zeigt ferner einen Hauptstutzen 196 zur Zuführung von Kühlmittel sowie einen Hauptstutzen 198 zur Ableitung von Kühlmittel. Nach dem Umströmen kann das zweite Medium bzw. Kühlmittel das Gehäuse durch den Hauptstutzen 198 verlassen.
8 zeigt die Gestaltung gemäß 7, wobei das Gehäuse 190 teilweise nicht dargestellt ist. Dargestellt ist ein Gehäusedeckel 210 sowie eine Gehäuseplatte bzw. Gehäusebodenplatte 212.
In 8 ist schematisch die Umströmung der aus dem ersten Bereich 60 zu dem zweiten Bereich 62 gebildeten Einheit mittels des Kühlmittels durch entsprechende Pfeile verdeutlicht. Ferner ist in 8 gezeigt, dass Trennwände und/oder Hutzen und/oder Leiteinrichtungen 214, 216 vorgesehen sind, welche die Umströmung der aus dem ersten Bereich 60 sowie dem zweiten Bereich 62 gebildeten Einheit mittels des Kühlmittels fördern.

1: Wärmeübertrager-Vorrichtung
10: erster Wärmeübertrager
12: zweiter Wärmeübertrager
14: dritter Wärmeübertrager
16: erste Fluidstrecke
18: zweite Fluidstrecke
20: erste Bereich bzw. Abschnitt von 16
22: zweiter Bereich bzw. Abschnitt von 16
24: Pfeil (Strömungsrichtung Wasserstoff)
26: erste Fluideinlasseinrichtung von 10
28: erste Fluidauslasseinrichtung von 10
30: zweite Fluideinlasseinrichtung von 10
32: zweite Fluidauslasseinrichtung von 10
34: erste Fluideinlasseinrichtung von 12
36: erste Fluidauslasseinrichtung von 12
38: zweite Fluideinlasseinrichtung von 12
40: zweite Fluidauslasseinrichtung von 12
42: erste Fluideinlasseinrichtung von 14
44: erste Fluidauslasseinrichtung von 14
46: zweite Fluideinlasseinrichtung von 14
48: zweite Fluidauslasseinrichtung von 14
50: Pfeil (Strömungsrichtung
: Kühlmittel)
60: erster Bereich von 1
62: zweiter Bereich von 1
64: Anschlussplatte
66: Zwischenplatte
80: zweites strukturiertes Blech
82: länglicher Durchbruch in 80
84: Strömungskanal
86: Strömungskanal
88: Rahmenartiger Steg
90: lange Seiten
92: kurze Seite
94: Durchbruch
96: Durchbruch
98: Durchbruch
100: Durchbruch
102: Durchbruch
104: Vorsprung an 90
120: erstes strukturiertes Blech
122: länglicher Durchbruch in 120
124: länglicher Durchbruch in 120
126: Vorsprung
128: gestrichelte Linie
130: gestrichelte Linie
140: viertes strukturiertes Blech
142: drittes strukturiertes Blech
144: Öffnung in 66
146: Öffnung in 66
148: Durchbruch
150: Strömungskanal in 10
152: rahmenartiger Steg
154: lange Seite von 152
156: kurze Seite von 152
158: Vorsprung
170: Durchbruch
172: Strömungskanal
174: Pfeil
176: Pfeil
190: Gehäuse
192: Zwischenraum
194: stangenartiges Element
196: Hauptstutzen

Claims

Wärmeübertrager-Vorrichtung für mit Wasserstoff betreibbare Kraftfahrzeuge mit zwei Fluidstrecken (16, 18) und zwei Wärmeübertragern (10, 12), die so verschaltet sind, dass ein entlang der ersten (16) dieser zwei Fluidstrecken (16, 18) strömendes erstes Medium nacheinander zunächst einen ersten (10) dieser zwei Wärmeübertrager (10, 12), anschließend den zweiten (12) dieser zwei Wärmeübertrager (10, 12) und anschließend wiederum den ersten Wärmeübertrager (10) durchströmen kann bzw. durchströmt, und dass ein entlang der zweiten (18) dieser zwei Fluidstrecken (16, 18) strömendes zweites Medium den zweiten Wärmeübertrager (12) durchströmt, so dass im zweiten Wärmeübertrager (12) eine Wärmeübertragung zwischen einem entlang der ersten Fluidstrecke (16) strömenden ersten Medium und einem entlang der zweiten Fluidstrecke (18) strömenden zweiten Medium stattfindet bzw. ermöglicht wird, und im ersten Wärmeübertrager (10) eine Wärmeübertragung zwischen dem in einem ersten Bereich (20) der ersten Fluidstrecke (16) strömenden ersten Medium und dem in einem zweiten, vom ersten (20) beabstandeten Bereich (22) der ersten Fluidstrecke (16, 18) strömenden ersten Medium stattfindet bzw. ermöglicht wird.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Wärmeübertrager (14) vorgesehen ist, wobei dieser dritte Wärmeübertrager (14) so angeordnet ist, dass ein entlang der ersten Fluidstrecke (16) strömendes erstes Medium durch diesen dritten Wärmeübertrager (14) strömt.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (10) und der dritte Wärmeübertrager (14) so verschaltet sind, das ein entlang der ersten Fluidstrecke (16) strömendes erstes Medium nach dem Durchströmen des zweiten Wärmeübertragers (12) und nach einem anschließenden Durchströmen des ersten Wärmeübertragers (10) durch den dritten Wärmeübertrager (14) strömt bzw. strömen kann.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite (12) und der dritte Wärmeübertrager (14) so verschaltet sind, das ein entlang der zweiten Fluidstrecke (18) strömendes zweites Medium nach dem Durchströmen des zweiten Wärmeübertragers (12) durch den dritten Wärmeübertrager (14) strömt bzw. strömen kann.
Wärmeübertrager-Vorrichtung für mit Wasserstoff betreibbare Kraftfahrzeuge, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit drei Wärmeübertragern (10, 12, 14), die jeweils eine erste Fluideinlasseinrichtung (26, 34, 42) und eine, insbesondere mit dieser (26, 34, 42) strömungstechnisch verbundene, erste Fluidauslasseinrichtung (28, 36, 44) aufweisen, und welche jeweils eine zweite Fluideinlasseinrichtung (30, 38, 46) und eine, insbesondere mit dieser (30, 38, 46) strömungstechnisch verbundene, zweite Fluidauslasseinrichtung (32, 40, 48) aufweisen, wobei die erste Fluidauslasseinrichtung (28) des ersten (10) dieser drei Wärmeübertrager (10, 12, 14) strömungstechnisch mit der ersten Fluideinlasseinrichtung (34) des zweiten (12) dieser drei Wärmeübertrager (10, 12, 14) verbunden ist, und wobei die erste Fluidauslasseinrichtung (36) des zweiten Wärmeübertragers (12) strömungstechnisch mit der zweiten Fluideinlasseinrichtung (30) des ersten Wärmeübertragers (10) verbunden ist, und wobei die zweite Fluidauslasseinrichtung (32) des ersten Wärmeübertragers (10, 12, 14) strömungstechnisch mit der ersten Fluideinlasseinrichtung (42) des dritten (14) dieser drei Wärmeübertrager (10, 12, 14) verbunden ist, und wobei ferner die zweite Fluidauslasseinrichtung (40) des zweiten Wärmeübertragers (12) strömungstechnisch mit der zweiten Fluideinlasseinrichtung (46) des dritten Wärmeübertragers (14) verbunden ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) mit ihren, insbesondere drei, Wärmeübertragern (10, 12, 14) in Schichttechnik aufgebaut ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) eine Vielzahl von geschichteten bzw. gestapelten Blechen (80, 120, 142, 144) aufweist, wobei innerhalb dieser Schichtung bzw. dieses Stapels die, insbesondere drei, Wärmeübertrager (10, 12, 14) gebildet werden.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) eine Vielzahl von geschichteten bzw. gestapelten Blechen (80, 120, 142, 144) aufweist, wobei die Verschaltung der, insbesondere drei, Wärmeübertrager (10, 12, 14) in dieser Schichtung bzw. diesem Stapel integriert ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) strukturierte und/oder profilierte Bleche (80, 120, 140, 142) aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) Bleche (80, 120, 142, 144) aufweisen, die so strukturiert sind, dass sie Durchbrüche (82, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 122, 124, 148, 170) aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierten Bleche (80, 120, 142, 144) aus Edelstahl sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) jeweils strukturierte Bleche (80, 120, 142, 144) mit jeweils dazwischenliegenden Trennblechen aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche strukturierte Bleche (80, 120, 142, 144) sowie sämtliche dazwischen liegende Trennbleche der Wärmeübertrager (10, 12, 14) parallel zu einander ausgerichtet sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Wärmeübertragern (10, 12, 14) jeweils eine Vielzahl von strukturierten Blechen (80, 120, 142, 144) mit jeweils zwei unterschiedlichen Strukturen zugeordnet sind, und diese unterschiedlich strukturierten Bleche (80, 120, 142, 144) des jeweiligen selben Wärmeübertragers (10 bzw. 12 bzw. 14) abwechselnd geschichtet bzw. gestapelt sind, wobei in jedem dieser Wärmeübertrager (10, 12, 14) zwischen zwei unterschiedlich strukturierten Blechen (80, 120, 142, 144) jeweils ein Trennblech angeordnet ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste strukturierte Bleche (120) vorgesehen sind, welche dem zweiten (12) und dem dritten Wärmeübertrager (14) zugeordnet sind und welche dem zweiten Wärmeübertrager (12) zugeordnete Durchbrüche (122) zur Bildung von Strömungskanälen (122) für das erste Medium im zweiten Wärmeübertrager (12) aufweisen und welchen dem dritten Wärmeübertrager (14) zugeordneten Durchbrüche (124) zur Bildung von Strö mungskanälen (124) für das erste Medium im dritten Wärmeübertrager (14) aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchbrüche (122) zur Bildung von Strömungskanälen (122) für das erste Medium im zweiten Wärmeübertrager (12) sowie die Durchbrüche (124) zur Bildung von Strömungskanälen für das erste Medium im dritten Wärmeübertrager (14) jeweils länglich erstrecken und, insbesondere nebeneinander liegend, parallel zueinander ausgerichtet sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zweite strukturierte Bleche (80) vorgesehen sind, die jeweils sowohl dem zweiten (12) und als auch dem dritten Wärmeübertrager (14) zugeordnet sind, und die Durchbrüche (82) zur Bildung von sich sowohl durch den zweiten (12) als auch durch den dritten Wärmeübertrager (14) erstreckenden Strömungskanälen (84, 86) für das zweite Medium aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von ersten (120) und zweiten strukturierten Blechen (80) abwechselnd und jeweils durch ein Trennblech voneinander getrennt gestapelt bzw. geschichtet sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die im zweiten (12) und im dritten Wärmeübertrager (14) gebildeten Strömungskanäle (122, 124) für das erste Medium unter einem Winkel, insbesondere 90° Winkel, zu den im zweiten (12) und im dritten Wärmeübertrager (14) gebildeten Strömungskanälen (84, 86) für das zweite Medium erstrecken.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (120) sowie die zweiten strukturierten Bleche (80) und/oder zwischen diesen jeweils positionierte Trennbleche jeweils mehrere Durchbrüche (94, 96, 98, 100, 102, 104, 106) zur Bildung von Strömungsverbindungen (B, C, D) zwischen verschiedenen Wärmeübertragern (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) und/oder zur Bildung von Strömungsverbindungen (A, E) von und/oder zu wenigstens einem Wärmeübertrager (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) aufweisen, wobei diese Durchbrüche (94, 96, 98, 100, 102, 104, 106) von den Durchbrüchen (82, 122, 124) zur Bildung von Strömungskanälen des zweiten (12) bzw. des dritten Wärmeübertragers (14) verschieden sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dritte strukturierte Bleche (142) vorgesehen sind, welche dem ersten Wärmeübertrager (10), und insbesondere dem ersten Bereich der ersten Strömungsstrecke, zugeordnet sind und welche Durchbrüche (170) zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager (10) erstreckende Strömungskanälen (170) für das erste Medium aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den dritten strukturierten Blechen (142) verschiedene vierte strukturierte Bleche (140) vorgesehen sind, die dem ersten Wärmeübertrager (10), und insbesondere dem zweiten Bereich der ersten Strömungsstrecke, zugeordnet sind, und die Durchbrüche (148) zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager (10) erstreckende Strömungskanälen (150) für das erste Medium aufweisen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (148 bzw. 170) zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager (10) erstreckenden Strömungskanälen (150 bzw. 172) für das erste Medium in den dritten (142) und vierten strukturierten Blechen (140) jeweils treppenförmig gestaltet sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten (142) und die vierten strukturierten Bleche (140) so angeordnet und gestaltet sind, dass die treppenförmigen Gestaltungen der Durchbrüche (148 bzw. 170) zur Bildung von sich durch den ersten Wärmeübertrager (10) erstreckenden Strömungskanälen (150 bzw. 172) für das erste Medium in den dritten (140) und vierten strukturierten Blechen (142) mit entgegengesetzter Steigung (174 bzw. 176 verlaufen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten (142) sowie die vierten strukturierten Bleche (140) und/oder zwischen diesen jeweils positionierte Trennbleche jeweils mehrere Durchbrüche (94, 96, 98, 100) zur Bildung von Strömungsverbindungen (B, C, D) zwischen verschiedenen Wärmeübertragern (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (10) und/oder zur Bildung von Strömungsverbindungen (A) zu dem ersten Wärmeübertrager (10) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) aufweisen, wobei diese Durchbrüche (94, 96, 98, 100, 102) von den Durchbrüchen (148, 172) zur Bildung von Strömungskanälen (150, 172) des ersten Wärmeübertragers (10) verschieden sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, eine Anschlussplatte (64) vorgesehen ist, welche Öffnungen für die Zuführung und die Abführung eines ersten Mediums aufweist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Öffnungen für die Zuführung und die Abführung eines ersten Mediums versehene Anschlussplatte (64) einen ersten Teil (60) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) begrenzt, in welchem der zweite (12) und der dritte Wärmeübertrager (14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (10) angeordnet ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenplatte (66) vorgesehen ist, welche einen ersten Teil (60) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1), in welchem der zweite (12) und der dritte Wärmeübertrager (14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) angeordnet ist, begrenzt und welche Überströmöffnungen zum Erzeugen von Strömungsverbindungen zu einem den ersten Wärmeübertrager (10) aufweisenden zweiten Teil (62) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) aufweist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckplatte (68) vorgesehen ist, die einen Abschluss eines zweiten Teils (62) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) bildet, in welchem der erste Wärmeübertrager (10) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) angeordnet sind, wobei die Deckplatte (68) insbesondere auf der der Zwischenplatte (66) und/oder der Anschlussplatte (64) abgewandten Seite dieses zweiten Teils (62) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (10, 12, 14) angeordnet ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (190) die, insbesondere drei, Wärmeübertrager (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) umgibt, wobei zwischen diesen Wärmeübertragern (10, 12, 14) und diesem Gehäuse (190) ein sich im Wesentlichen um diese Wärmeübertrager (10, 12, 14) herum erstreckender Zwischenraum (192) zwischen diesen Wärmeübertragern (10, 12, 14) und dem Gehäuse (190) gegeben ist.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeübertrager (14) und der Zwischenraum (192) so strömungstechnisch verbunden sind, dass ein aus dem dritten Wärmeübertrager (14) austretendes Medium, insbesondere zweites Medium, durch den Zwischenraum (192) strömt bzw. strömen kann, um die zwei bzw. drei Wärmeübertrager (10, 12, 14) der Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) zu umspülen.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Umspülung fördernde Leiteinrichtungen (214, 216) für das zweite Medium vorgesehen sind.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Hauptzulauf sowie einen ersten Hauptablauf für ein erstes Medium und einen zweiten Hauptzulauf (196) sowie einen zweiten Hauptablauf (198) für ein zweites Medium.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hauptablauf (198) für das zweite Medium mit dem Zwischenraum (192) so strömungsverbunden ist, dass das zweite Medium nach dem Umspülen durch diesen zweiten Hauptablauf (198) abströmen kann.
Wärmeübertrager-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hauptzulauf für das ersten Medium mit einem Kryo-Tank bzw. Tieftemperaturtank strömungsverbunden ist.
Verwendung einer Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Erwärmen eines ersten Mediums mittels eines zweiten Mediums, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der gesamte Wärmeübergang zwischen dem zweiten und dem ersten Medium in Teilschritte aufgeteilt ist.
Verwendung einer Wärmeübertrager-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 35, insbesondere Verwendung nach Anspruch 36, zum Erwärmen von tiefkaltem Wasserstoff, und zwar insbesondere mittels eines Kühlmittels.
Verfahren zur Erwärmung eines, insbesondere tiefkaltem, ersten Mediums, wie tiefkaltem Wasserstoff, mittels eines zweiten Mediums, wie Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass, das der gesamte Wärmeübergang vom ersten auf das zweite Medium in mehrere Teilschritte aufgeteilt ist.
Verfahren zur Erwärmung von einem, insbesondere tiefkaltem, ersten Medium, wie tiefkaltem Wasserstoff, mittels eines zweiten Mediums, wie Kühlmittel, insbesondere nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass, das erste Medium in einem ersten Wärmeübertrager (10) bzw. Schritt mittels eines in einem zweiten Schritt bzw. zweiten Wärmeübertrager (12) mittels eines zweiten Mediums erwärmten ersten Mediums vorerwärmt wird und dann im vorerwärmten Zustand dem zweiten Schritt bzw. zweiten Wärmeübertrager (12) zugeleitet wird, und dort mittels des zweiten Mediums weiter erwärmt wird, so dass im zweiten Schritt bzw. vom zweiten Wärmeübertrager (12) das erwärmte erste Medium für den ersten Schritt bzw. das dem ersten Wärmeübertrager (10) zugeleitete, erwärmte erste Medium bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 38 und 39, dadurch gekennzeichnet, dass das im ersten Schritt bzw. ersten Wärmeübertrager (10) zur Vorerwärmung von erstem Medium verwendete erste Medium in einem dritten Schritt bzw. dritten Wärmeübertrager (14) mittels zweitem Medium erwärmt wird, welches im zweiten Schritt bzw. zweiten Wärmeübertrager (12) zur weiteren Erwärmung von zuvor im ersten Schritt bzw. ersten Wärmeübertrager (10) vorerwärmten ersten Medium verwendet wird, und wobei das erste Medium im diesem dritten Schritt bzw. dritten Wärmeübertrager (14) insbesondere auf eine vorbestimmte Zieltemperatur oder eine in einem vorbestimmten Zieltemperaturbereich liegende Temperatur erwärmt wird.