DE102020119973A1

DE102020119973A1 - Process for manufacturing at least one microchannel bundle heat exchanger

Info

Publication number: DE102020119973A1
Application number: DE102020119973.2A
Authority: DE
Inventors: Georg von Tardy-Tuch; Lars Kühlborn
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers (1), der einen Wärmetauscherkern (6) aufweist, umfassend die Schrittea) Erzeugen zumindest eines flächigen Wärmetauscherelements (3) durch Bereitstellen einer Vielzahl von Mikrokanälen (2), wobei die Mikrokanäle (2) in einer ersten Richtung parallel beziehungsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden und durch ein formgebendes Verfahren durch eine Mehrzahl von Verbindungsmitteln (4) miteinander verbunden werden,b) Formen eines Wärmetauscherpakets (5) aus dem zumindest einen Wärmetauscherelement (3),c) Beschichten des Wärmetauscherpakets (5) mit einer galvanischen Beschichtung (8a, 8b), undd) Entformen des Wärmetauscherpakets (5) und Erzeugen zumindest eines Wärmetauscherkerns (6) aus dem Wärmetauscherpaket (5).The invention relates to a method for producing at least one microchannel bundle heat exchanger (1), which has a heat exchanger core (6), comprising the steps a) producing at least one flat heat exchanger element (3) by providing a large number of microchannels (2), the microchannels ( 2) are arranged parallel or essentially parallel to one another in a first direction and are connected to one another by a shaping process using a plurality of connecting means (4),b) shaping a heat exchanger package (5) from the at least one heat exchanger element (3),c) Coating the heat exchanger pack (5) with a galvanic coating (8a, 8b), andd) demolding the heat exchanger pack (5) and producing at least one heat exchanger core (6) from the heat exchanger pack (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers.The present invention relates to a method for producing at least one microchannel bundle heat exchanger.

Mikrokanalbündel-Wärmetauscher sind als Hochleistungswärmetauscher aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Diese Mikrokanalbündel-Wärmetauscher zeichnen sich durch eine Vielzahl rohrförmiger Mikrokanäle aus, so dass die mechanischen Spannungen in den Wänden der Mikrokanäle gering sind und geringe Wandstärken realisiert werden können. Ferner weisen derartige Mikrokanalbündel-Wärmetauscher eine geringe Masse sowie eine große Wärmetauscheroberfläche auf, die eine gute Wärmeübertragung zwischen einem heißen Medium und einem Kühlmedium ermöglichen. Mikrokanalbündel-Wärmetauscher bestehen häufig aus mehr als 1000 rohrförmigen Mikrokanälen, die sehr kleine Querschnitte, die typischerweise < 1 mm sind, und geringe Wandstärken im Bereich von etwa 1/10 mm aufweisen.Microchannel bundle heat exchangers are known as high-performance heat exchangers from the prior art in various embodiments. These microchannel bundle heat exchangers are characterized by a large number of tubular microchannels, so that the mechanical stresses in the walls of the microchannels are low and low wall thicknesses can be implemented. Furthermore, such micro-channel bundle heat exchangers have a low mass and a large heat exchanger surface, which enable good heat transfer between a hot medium and a cooling medium. Microchannel bundle heat exchangers often consist of more than 1000 tubular microchannels, which have very small cross sections, which are typically <1 mm, and low wall thicknesses in the range of around 1/10 mm.

Aus der WO 2010/141123 A2 , der WO 2009/089460 A2 und der WO 2012/141818 A1 sind unterschiedliche Mikrokanalbündel-Wärmetauscher und Verfahren zu deren Herstellung bekannt.From the WO 2010/141123 A2 , the WO 2009/089460 A2 and the WO 2012/141818 A1 different microchannel bundle heat exchangers and methods for their production are known.

Neben zahlreichen Vorteilen weisen derartige Mikrokanalbündel-Wärmetauscher jedoch auch einige Nachteile auf. So ist die Herstellung der Mikrokanalbündel-Wärmetauscher ein vollständig manueller und daher zeitaufwändiger und fehleranfälliger Prozess. Dieses hat zur Folge, dass der praktische Einsatz von Mikrokanalbündel-Wärmetauschern auf wenige spezielle Anwendungen beschränkt ist.In addition to numerous advantages, however, such microchannel bundle heat exchangers also have some disadvantages. Thus, the manufacture of the microchannel bundle heat exchangers is a completely manual and therefore time-consuming and error-prone process. As a result, the practical use of microchannel bundle heat exchangers is limited to a few special applications.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers vorzuschlagen, welches weitgehend automatisiert durchgeführt werden kann und dadurch wesentlich einfacher und damit auch kostengünstiger ist.The present invention sets itself the task of proposing a method for producing a microchannel bundle heat exchanger which can be carried out largely automatically and is therefore significantly simpler and therefore also more cost-effective.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem is provided by a method for producing at least one microchannel bundle heat exchanger with the features of claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung zumindest eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers, der einen Wärmetauscherkern aufweist, umfasst die Schritte

a) Erzeugen zumindest eines flächigen Wärmetauscherelements durch Bereitstellen einer Vielzahl von Mikrokanälen, wobei die Mikrokanäle in einer ersten Richtung parallel beziehungsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden und durch ein formgebendes Verfahren durch eine Mehrzahl von Verbindungsmitteln miteinander verbunden werden,
b) Formen eines Wärmetauscherpakets aus dem zumindest einen Wärmetauscherelement,
c) Beschichten des Wärmetauscherpakets mit einer galvanischen Beschichtung und
d) Entformen des Wärmetauscherpakets und Erzeugen zumindest eines Wärmetauscherkerns aus dem Wärmetauscherpaket.

A method according to the invention for producing at least one microchannel bundle heat exchanger having a heat exchanger core comprises the steps

a) producing at least one flat heat exchanger element by providing a multiplicity of microchannels, the microchannels being arranged parallel or substantially parallel to one another in a first direction and being connected to one another by a shaping process by means of a multiplicity of connecting means,
b) forming a heat exchanger package from the at least one heat exchanger element,
c) coating the heat exchanger pack with a galvanic coating and
d) Demoulding of the heat exchanger pack and production of at least one heat exchanger core from the heat exchanger pack.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine zumindest weitgehend automatisierte Herstellung zumindest eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers, der einen Wärmetauscherkern aufweist. Im Vergleich zu einem manuellen Herstellungsprozess des Wärmetauschers können die Herstellungskosten dadurch deutlich verringert werden.The method according to the invention advantageously enables at least largely automated production of at least one microchannel bundle heat exchanger which has a heat exchanger core. In comparison to a manual manufacturing process for the heat exchanger, the manufacturing costs can be significantly reduced as a result.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Mikrokanäle durch ein Webverfahren, ein Spritzverfahren, ein Walzverfahren oder ein Druckverfahren miteinander verbunden werden. Wenn als formgebendes Verfahren zur Verbindung der Mikrokanäle ein Webverfahren gewählt wird, werden die Mikrokanäle in eine Webvorrichtung eingespannt und mittels einer Mehrzahl von Schussdrähten oder Schussfäden, welche die Verbindungsmittel bilden, miteinander verbunden. Wenn als formgebendes Verfahren zur Verbindung der Mikrokanäle ein Spritzverfahren gewählt wird, werden die Mikrokanäle durch mehrere Umspritzungen miteinander verbunden, welche die Verbindungsmittel bilden. Sowohl die Schussdrähte beziehungsweise Schussfäden als auch die Umspritzungen erstrecken sich vorzugsweise in einer zweiten Richtung, die orthogonal zur ersten Richtung orientiert ist, in der die Mikrokanäle nebeneinander angeordnet sind.In a preferred embodiment it is proposed that the microchannels are connected to one another by a weaving process, an injection molding process, a rolling process or a printing process. If a weaving process is chosen as the shaping process for connecting the microchannels, the microchannels are clamped in a weaving device and connected to one another by means of a plurality of weft wires or weft threads, which form the connecting means. If an injection molding method is selected as the shaping method for connecting the microchannels, the microchannels are connected to one another by a plurality of overmoldings, which form the connecting means. Both the weft wires or weft threads and the encapsulations preferably extend in a second direction, which is oriented orthogonally to the first direction, in which the microchannels are arranged next to one another.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Formen des Wärmetauscherpakets aus dem zumindest einen Wärmetauscherelement durch Aufwickeln oder Falten eines Wärmetauscherelements oder durch Stapeln einer Mehrzahl von Wärmetauscherelementen erfolgt. Dadurch kann die Formung des Wärmetauscherpakets relativ einfach, insbesondere auch in einem automatisiert durchführbaren Verfahrensschritt erfolgen.In a particularly preferred embodiment, it is proposed that the heat exchanger package is formed from the at least one heat exchanger element by winding or folding a heat exchanger element or by stacking a plurality of heat exchanger elements. As a result, the heat exchanger package can be formed relatively easily, in particular in a method step that can be carried out automatically.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die galvanische Beschichtung des Wärmetauscherpakets durch ein Elektroforming- oder Elektroplating-Verfahren erzeugt wird.In an advantageous embodiment, there is the possibility that the galvanic coating of the heat exchanger package is produced by an electroforming or electroplating process.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das Entformen des Wärmetauscherpakets zur Erzeugung des zumindest einen Wärmetauscherkerns durch Pyrolyse, Ausschmelzen oder Ätzen erfolgt. Dieser Entformungsschritt kann vorzugsweise ebenfalls automatisiert durchgeführt werden.In a particularly advantageous embodiment, there is the possibility that the Entfor men of the heat exchanger package to produce the at least one heat exchanger core by pyrolysis, melting or etching. This demolding step can preferably also be carried out automatically.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass durch eine Formgebung des Wärmetauscherkerns oder des Wärmetauscherkernmaterials Stützstrukturen für den Wärmetauscherkern erzeugt werden. Durch diese Maßnahme ist es nicht erforderlich, nachträglich und somit in einem zusätzlichen Fertigungsschritt entsprechende Stützstrukturen in den Wärmetauscherkern einzubringen.In a preferred embodiment, it can be provided that support structures for the heat exchanger core are produced by shaping the heat exchanger core or the heat exchanger core material. As a result of this measure, it is not necessary to introduce corresponding support structures into the heat exchanger core subsequently and thus in an additional production step.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass durch eine Formgebung des Wärmetauscherkerns oder des Wärmetauscherkernmaterials Anbindungs- und/oder Integrationsstrukturen für den Wärmetauscherkern erzeugt werden. Dadurch ist es ebenfalls nicht erforderlich, nachträglich und somit in einem zusätzlichen Fertigungsschritt entsprechende Anbindungs- und/oder Integrationsstrukturen in den Wärmetauscherkern einzubringen. Diese Anbindungs- beziehungsweise Integrationsstrukturen ermöglichen in vorteilhafter Weise insbesondere eine Anbindung beziehungsweise Integration in ein Fluidleitungssystem beziehungsweise ein zu kühlendes Bauteil.In a further preferred embodiment, it is proposed that connection and/or integration structures for the heat exchanger core be produced by shaping the heat exchanger core or the heat exchanger core material. As a result, it is also not necessary to introduce corresponding connection and/or integration structures into the heat exchanger core subsequently and thus in an additional production step. These connection or integration structures advantageously allow in particular a connection or integration into a fluid line system or a component to be cooled.

In einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass rohrförmige Mikrokanäle verwendet werden, die aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyetheretherketon, Polyetherketonketon oder Polyimid, gefertigt sind. Dadurch ist es möglich, den Mikrokanalbündel-Wärmetauscher besonders gewichtsoptimiert zu gestalten.In one embodiment, it is possible to use tubular microchannels made from a plastic, in particular from polyetheretherketone, polyetherketoneketone or polyimide. This makes it possible to design the microchannel bundle heat exchanger in a particularly weight-optimized manner.

In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass rohrförmige Mikrokanäle verwendet werden, die aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Edelstahl, Titan oder Aluminium, gefertigt sind.In an alternative embodiment, it can also be provided that tubular microchannels are used, which are made of a metallic material, in particular stainless steel, titanium or aluminum.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass durch das Entformen des Wärmetauscherpakets eine Mehrzahl von Wärmetauscherkernen aus dem Wärmetauscherpaket erzeugt wird. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, insbesondere in einem automatisierten Prozess, aus einem einzelnen Wärmetauscherpaket mehrere Wärmetauscherkerne beziehungsweise Wärmetauscher herzustellen.In a particularly advantageous embodiment, it is proposed that a plurality of heat exchanger cores be produced from the heat exchanger package by demolding the heat exchanger package. It is thus advantageously possible, in particular in an automated process, to produce a plurality of heat exchanger cores or heat exchangers from a single heat exchanger pack.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines flächigen Wärmetauscherelements, das gemäß einer ersten Variante ausgeführt ist,
2 eine perspektivische Ansicht eines flächigen Wärmetauscherelements, das gemäß einer zweiten Variante ausgeführt ist,
3 eine perspektivische Ansicht eines durch Zusammenrollen eines Wärmetauscherelements erzeugten Wärmetauscherpakets,
4 einen Teil des Wärmetauscherpakets nach einer galvanischen Beschichtung,
5 einen Teil des Wärmetauscherpakets bei einer Entformung eines Wärmetauscherkerns,
6 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Wärmetauschers mit einem Wärmetauscherkern und integral damit ausgebildeten Anbindungs- und/oder Integrationsstrukturen.

Further features and advantages of the present invention become clear from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the attached figures. show:

1 a perspective view of a flat heat exchanger element, which is designed according to a first variant,
2 a perspective view of a flat heat exchanger element, which is designed according to a second variant,
3 a perspective view of a heat exchanger package produced by rolling up a heat exchanger element,
4 part of the heat exchanger package after electroplating,
5 a part of the heat exchanger package when demoulding a heat exchanger core,
6 a perspective view of part of a heat exchanger with a heat exchanger core and connection and/or integration structures formed integrally therewith.

Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird zur Herstellung eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers 1 zunächst eine Mehrzahl rohrförmiger Mikrokanäle 2 bereitgestellt, aus denen ein flächiges, medienführendes Wärmetauscherelement 3 erzeugt wird.With reference to 1 and 2 In order to produce a microchannel bundle heat exchanger 1, a plurality of tubular microchannels 2 is first provided, from which a flat, media-carrying heat exchanger element 3 is produced.

Die rohrförmigen Mikrokanäle 2 bestehen vorzugsweise aus einem flexiblen und elastischen Kunststoffmaterial. Dadurch ist es möglich, den Mikrokanalbündel-Wärmetauscher 1 besonders gewichtsoptimiert zu gestalten. Geeignete Kunststoffe sind insbesondere Polyetheretherketon, Polyetherketonketon oder Polyimid. Das Polyimid kann beispielsweise als Polysuccinimid (PSI) und/oder Polybismaleinimid (PBMI) und/oder Polyoxadiazobenzimidazol (PBO) und/oder Polyimidsulfon (PISO) und/oder Polymethacrylimid (PMI) und/oder als ein anderer Kunststoff mit einer Imidgruppe ausgebildet sein. Beispielsweise können die rohrförmigen Mikrokanäle 2 durch ein Extrusionsverfahren hergestellt werden. Das Extrudieren ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die rohrförmigen Mikrokanäle aus PEEK oder PEKK bestehen. Alternativ können die rohrförmigen Mikrokanäle auch tauchgeformt sein. Ein solches Herstellungsverfahren ist vorzugsweise dann vorgesehen, wenn die rohrförmigen Mikrokanäle 2 aus Polyimid bestehen.The tubular microchannels 2 are preferably made of a flexible and elastic plastic material. This makes it possible to design the microchannel bundle heat exchanger 1 in a particularly weight-optimized manner. Suitable plastics are, in particular, polyetheretherketone, polyetherketoneketone or polyimide. The polyimide can be formed, for example, as polysuccinimide (PSI) and/or polybismaleimide (PBMI) and/or polyoxadiazobenzimidazole (PBO) and/or polyimide sulfone (PISO) and/or polymethacrylimide (PMI) and/or as another plastic with an imide group. For example, the tubular microchannels 2 can be produced by an extrusion process. Extrusion is intended in particular when the tubular microchannels are made of PEEK or PEKK. Alternatively, the tubular microchannels can also be dip formed. Such a manufacturing method is preferably provided when the tubular microchannels 2 are made of polyimide.

Alternativ können die rohrförmigen Mikrokanäle 2 auch aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel aus Edelstahl, Titan oder Aluminium, hergestellt sein. Ein Mikrokanalbündel-Wärmetauscher 1, bei dem die rohrförmigen Mikrokanäle 2 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Edelstahl, Titan oder Aluminium, hergestellt sind, weist allerdings eine größere Masse als ein Mikrokanalbündel-Wärmetauscher 1 auf, bei dem die rohrförmigen Mikrokanäle 2 aus Kunststoff hergestellt sind.Alternatively, the tubular microchannels 2 can also be made of a metallic material, such as stainless steel, titanium or aluminum. However, a microchannel bundle heat exchanger 1 in which the tubular microchannels 2 are made of a metallic material, in particular stainless steel, titanium or aluminum, has a greater mass than a microchannel bundle heat exchanger 1 in which the tubular microchannels 2 are made of plastic are.

Vorzugsweise werden rohrförmige Mikrokanäle 2 verwendet, die einen Außendurchmesser zwischen 0,3 mm und 3 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 2 mm, haben. Besonders bevorzugt sind Mikrokanäle 2 mit Außendurchmessern, die < 1 mm sind.Tubular microchannels 2 are preferably used which have an outside diameter of between 0.3 mm and 3 mm, in particular between 0.5 mm and 2 mm. Microchannels 2 with external diameters that are <1 mm are particularly preferred.

Für die Herstellung des Mikrokanalbündel-Wärmetauschers 1 können - insbesondere abhängig vom Durchmesser der rohrförmigen Mikrokanäle 2 - zum Beispiel mehrere hundert rohrförmige Mikrokanäle 2 bereitgestellt werden. Ausgestaltungen des Mikrokanalbündel-Wärmetauschers 1 mit mehr als 1000 rohrförmigen Mikrokanälen 2 sind grundsätzlich ebenfalls möglich. Vorzugsweise werden Mikrokanäle verwendet, die Wandstärken im Bereich von 1/10 mm aufweisen.Several hundred tubular microchannels 2, for example, can be provided for the production of the microchannel bundle heat exchanger 1—in particular depending on the diameter of the tubular microchannels 2. In principle, configurations of the microchannel bundle heat exchanger 1 with more than 1000 tubular microchannels 2 are also possible. Microchannels are preferably used which have wall thicknesses in the range of 1/10 mm.

Das flächige, medienführende Wärmetauscherelement 3 kann auf ganz unterschiedliche Weise durch ein formgebendes Verfahren, wie zum Beispiel durch ein Web-, Druck-, Spritz- oder Walzverfahren, hergestellt werden. Die rohrförmigen Mikrokanäle 2, die sich in einer ersten Richtung im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, werden durch mehrere Verbindungsmittel 4 miteinander verbunden, die sich in einer zweiten Richtung quer zu den rohrförmigen Mikrokanälen 2 erstrecken und in der ersten Richtung voneinander beabstandet sind. Die zweite Richtung, in der sich die Verbindungsmittel 4 erstrecken, ist also orthogonal zur ersten Richtung orientiert.The flat, medium-carrying heat exchanger element 3 can be produced in very different ways by a shaping process, such as a weaving, printing, spraying or rolling process. The tubular microchannels 2, which extend in a first direction essentially parallel to each other, are connected to one another by a plurality of connecting means 4, which extend in a second direction transversely to the tubular microchannels 2 and are spaced from one another in the first direction. The second direction, in which the connecting means 4 extend, is therefore oriented orthogonally to the first direction.

1 zeigt ein flächiges Wärmetauscherelement 3, das durch ein Webverfahren hergestellt worden ist. Die sich in der ersten Richtung im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden, rohrförmigen Mikrokanäle 2 bilden aus webtechnischer Sicht Kettfäden, die in eine Webvorrichtung eingespannt werden und mit einer Mehrzahl von Schussdrähten 40a-40d oder Schussfäden, die sich in der zweiten Richtung quer zu den Mikrokanälen 2 erstrecken, verwoben werden und dadurch miteinander verbunden werden. Bei diesem Webprozess werden die rohrförmigen Mikrokanäle 2 beidseitig von den Schussdrähten 40a-40d beziehungswiese Schussfäden umschlungen. Dadurch wird ein stabiler Halteverbund zwischen den rohrförmigen Mikrokanälen 2 und den Schussdrähten 40a-40d geschaffen. Beispielsweise können für diesen Webprozess in der Webvorrichtung Schussdrähte 40a-40d beziehungsweise Schussfäden verwendet werden, die eine Dicke von etwa 50 µm aufweisen. 1 shows a flat heat exchanger element 3 that has been produced by a weaving process. From a weaving point of view, the tubular microchannels 2, which extend essentially parallel to one another in the first direction, form warp threads that are clamped in a weaving device and are connected to a plurality of weft wires 40a-40d or weft threads that extend in the second direction transversely to the microchannels 2 extend, become interwoven and thereby connected to one another. In this weaving process, the weft wires 40a-40d or weft threads wrap around the tubular microchannels 2 on both sides. This creates a stable holding system between the tubular microchannels 2 and the weft wires 40a-40d. For example, weft wires 40a-40d or weft threads that have a thickness of about 50 μm can be used in the weaving device for this weaving process.

In 2 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der die Verbindungsmittel 4 des Wärmetauscherelements 3 als Umspritzungen 41a, 41b ausgebildet sind. Diese Umspritzungen 41a, 41b erstrecken sich quer zu den rohrförmigen Mikrokanälen 2 in der zweiten Richtung und sind biegbar ausgeführt, so dass das flächige Wärmetauscherelement 3 nachfolgend in einem weiteren Herstellungsschritt sehr einfach verformt werden kann.In 2 an embodiment variant is shown in which the connecting means 4 of the heat exchanger element 3 are designed as encapsulations 41a, 41b. These encapsulations 41a, 41b extend transversely to the tubular microchannels 2 in the second direction and are designed to be bendable, so that the flat heat exchanger element 3 can subsequently be deformed very easily in a further production step.

Unter weiterer Bezugnahme auf 3 wird in einem nachfolgenden Formungsprozess - vorliegend durch Aufwickeln - aus dem flächigen Wärmetauscherelement 3 ein Wärmetauscherpaket 5 gebildet. Vorzugsweise kann das flächige Wärmetauscherelement 3 derart aufgerollt werden, dass ein möglichst dicht gepacktes, insbesondere im Wesentlichen rundes, Wärmetauscherpaket 5 aus den rohrförmigen Mikrokanälen 2 entsteht. In einer alternativen Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass das flächige Wärmetauscherelement 3 einfach oder auch mehrfach gefaltet wird, um zum Beispiel ein im Wesentlichen quaderförmiges Wärmetauscherpaket 5 zu erhalten. Ferner ist es auch möglich, mehrere flächige Wärmetauscherelemente 3 übereinander zu stapeln, um das Wärmetauscherpaket 5 zu erhalten.With further reference to 3 a heat exchanger package 5 is formed from the flat heat exchanger element 3 in a subsequent shaping process—in this case by winding. The flat heat exchanger element 3 can preferably be rolled up in such a way that a heat exchanger package 5 that is as densely packed as possible, in particular essentially round, is formed from the tubular microchannels 2 . In an alternative embodiment, there is also the possibility that the flat heat exchanger element 3 is folded once or multiple times in order to obtain, for example, an essentially cuboid heat exchanger package 5 . Furthermore, it is also possible to stack several flat heat exchanger elements 3 one on top of the other in order to obtain the heat exchanger package 5 .

Unter Bezugnahme auf 4 wird das gesamte Wärmetauscherpaket 5 in einem nächsten Schritt mittels eines galvanischen Verfahrens beschichtet. Gut zu erkennen ist in dieser Darstellung, dass sowohl die rohrförmigen Mikrokanäle 2 als auch die Verbindungsmittel 4 eine galvanische Beschichtung 8a, 8b aufweisen. Die galvanische Beschichtung 8a, 8b kann zum Beispiel durch ein Elektroforming-Verfahren oder durch ein Elektroplating-Verfahren erzeugt werden.With reference to 4 the entire heat exchanger package 5 is coated in a next step using a galvanic process. It is easy to see in this representation that both the tubular microchannels 2 and the connecting means 4 have a galvanic coating 8a, 8b. The galvanic coating 8a, 8b can be produced, for example, by an electroforming process or by an electroplating process.

Nach diesem galvanischen Beschichtungsprozess des Wärmetauscherpakets 5 können unter Bezugnahme auf 5 aus diesem ein oder mehrere Wärmetauscherkerne 6 partiell freigelegt und entfernt werden. Dieser Freilegungsbereich befindet sich zwischen den in 5 durch die Bezugszeichen 9a und 9b symbolisierten Ebenen. Dieses Freilegen kann zum Beispiel durch Pyrolyse, Ausschmelzen oder Ätzen eines oder mehrerer Wärmetauscherkerne 6 erfolgen. Die Verbindungsmittel 4 können in diesem Verfahrensschritt ebenfalls entfernt werden. Zwingend erforderlich ist dieses Entfernen der Verbindungsmittel 4 jedoch nicht.After this galvanic coating process of the heat exchanger package 5, with reference to 5 from this one or more heat exchanger cores 6 are partially exposed and removed. This exposure area is located between the in 5 planes symbolized by reference numerals 9a and 9b. This exposure can take place, for example, by pyrolysis, melting out or etching of one or more heat exchanger cores 6 . The connecting means 4 can also be removed in this method step. However, this removal of the connecting means 4 is not absolutely necessary.

Durch eine entsprechende Formgebung bei der Herstellung des Wärmetauscherkerns 6 können gegebenenfalls erforderliche Stützstrukturen des Wärmetausches 1 miterzeugt beziehungsweise in den Wärmetauscherkern 6 integriert werden.Appropriate shaping during the manufacture of the heat exchanger core 6 means that any required support structures of the heat exchanger 1 can also be produced or integrated into the heat exchanger core 6 .

Unter Bezugnahme auf 6 kann der Wärmetauscherkern 6 vorzugsweise zusätzliche Anbindungs- und/oder Integrationsstrukturen 7 aufweisen, die vorzugsweise bei der Herstellung des Wärmetauscherkerns 6 erzeugt beziehungsweise in diesen integriert werden kann. Diese Anbindungs- und/oder Integrationsstrukturen 7 erlaubt die Anbindung beziehungsweise Integration des Mikrokanalbündel-Wärmetauschers 1 in ein fluidführendes System oder ein zu kühlendes Bauteil.With reference to 6 the heat exchanger core 6 can preferably have additional connection and/or integration structures 7, which can preferably be produced during the production of the heat exchanger core 6 or integrated into it. These connection and/or integration structures 7 allow the connection or integration of the microchannel bundle heat exchanger 1 in a fluid-carrying system or a component to be cooled.

Das hier vorgestellte Verfahren ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers 1, welcher zumindest einen Wärmetauscherkern 6 aufweist, in einem zumindest weitgehend automatisierten Prozess.The method presented here enables a simple and cost-effective production of a microchannel bundle heat exchanger 1, which has at least one heat exchanger core 6, in an at least largely automated process.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2010/141123 A2 [0003]WO 2010/141123 A2 [0003]
WO 2009/089460 A2 [0003]WO 2009/089460 A2 [0003]
WO 2012/141818 A1 [0003]WO 2012/141818 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung zumindest eines Mikrokanalbündel-Wärmetauschers (1), der einen Wärmetauscherkern (6) aufweist, umfassend die Schritte a) Erzeugen zumindest eines flächigen Wärmetauscherelements (3) durch Bereitstellen einer Vielzahl von Mikrokanälen (2), wobei die Mikrokanäle (2) in einer ersten Richtung parallel beziehungsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden und durch ein formgebendes Verfahren durch eine Mehrzahl von Verbindungsmitteln (4) miteinander verbunden werden, b) Formen eines Wärmetauscherpakets (5) aus dem zumindest einen Wärmetauscherelement (3), c) Beschichten des Wärmetauscherpakets (5) mit einer galvanischen Beschichtung (8a, 8b), und d) Entformen des Wärmetauscherpakets (5) und Erzeugen zumindest eines Wärmetauscherkerns (6) aus dem Wärmetauscherpaket (5).Method for manufacturing at least one microchannel bundle heat exchanger (1) having a heat exchanger core (6), comprising the steps a) Producing at least one flat heat exchanger element (3) by providing a multiplicity of microchannels (2), the microchannels (2) being arranged parallel or essentially parallel to one another in a first direction and by a shaping process using a multiplicity of connecting means (4 ) are connected to each other, b) forming a heat exchanger package (5) from the at least one heat exchanger element (3), c) coating the heat exchanger package (5) with a galvanic coating (8a, 8b), and d) demolding the heat exchanger package (5) and producing at least one heat exchanger core (6) from the heat exchanger package (5).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanäle (2) durch ein Webverfahren, ein Spritzverfahren, ein Walzverfahren oder ein Druckverfahren miteinander verbunden werden.procedure after claim 1 , characterized in that the microchannels (2) are connected to one another by a weaving process, a spraying process, a rolling process or a printing process.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen des Wärmetauscherpakets (5) aus dem zumindest einen Wärmetauscherelement (3) durch Aufwickeln oder Falten des Wärmetauscherelements (3) oder durch Stapeln einer Mehrzahl von Wärmetauscherelementen (3) erfolgt.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the forming of the heat exchanger package (5) from the at least one heat exchanger element (3) by winding or folding the heat exchanger element (3) or by stacking a plurality of heat exchanger elements (3).

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung (8a, 8b) des Wärmetauscherpakets (5) durch ein Elektroforming- oder Elektroplating-Verfahren erzeugt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the galvanic coating (8a, 8b) of the heat exchanger package (5) is produced by an electroforming or electroplating process.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entformen des Wärmetauscherpakets (5) zur Erzeugung des zumindest einen Wärmetauscherkerns (6) durch Pyrolyse, Ausschmelzen oder Ätzen erfolgt.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the demoulding of the heat exchanger package (5) to produce the at least one heat exchanger core (6) takes place by pyrolysis, melting out or etching.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Formgebung des Wärmetauscherkerns (6) oder des Wärmetauscherkernmaterials Stützstrukturen für den Wärmetauscherkern (6) erzeugt werden.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that support structures for the heat exchanger core (6) are produced by shaping the heat exchanger core (6) or the heat exchanger core material.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Formgebung des Wärmetauscherkerns (6) oder des Wärmetauscherkernmaterials Anbindungs- und/oder Integrationsstrukturen (7) für den Wärmetauscherkern (6) erzeugt werden.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that connection and/or integration structures (7) for the heat exchanger core (6) are produced by shaping the heat exchanger core (6) or the heat exchanger core material.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass rohrförmige Mikrokanäle (2) verwendet werden, die aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyetheretherketon, Polyetherketonketon oder Polyimid, gefertigt sind.Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that tubular microchannels (2) are used, which are made of a plastic, in particular of polyether ether ketone, polyether ketone ketone or polyimide.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass rohrförmige Mikrokanäle (2) verwendet werden, die aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Edelstahl, Titan oder Aluminium, gefertigt sind.Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that tubular microchannels (2) are used, which are made of a metallic material, in particular stainless steel, titanium or aluminum.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Entformen des Wärmetauscherpakets (5) eine Mehrzahl von Wärmetauscherkernen (6) aus dem Wärmetauscherpaket (5) erzeugt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that a plurality of heat exchanger cores (6) from the heat exchanger package (5) is produced by demolding the heat exchanger package (5).