DE2928014A1

DE2928014A1 - Waermetauscher und damit ausgeruestete thermoelektrische einrichtungen

Info

Publication number: DE2928014A1
Application number: DE19792928014
Authority: DE
Inventors: Jean Buffet
Original assignee: Air Industrie SA
Current assignee: Air Industrie SA
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1979-07-11
Publication date: 1980-01-24
Also published as: GB2027534B; GB2027534A; DE2928014C2

Description

Dipl.-Ing. F. A.Weicxman?:, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

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8000 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH S60 82O

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22

AIR INDUSTRIE

19, Avenue Dubonnet

92401 COURBEVOIE CEDEX

Frankreich-

Wärmetauscher und damit ausgerüstete thermoelektrische Einrichtungen

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Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weic.kmann, Dipl.-Phys. D*. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. ß. Huber Dr. Ing. H. LiSKA 9928014

8CG0 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH S60 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

AIR INDUSTRIE

19, Avenue Dubonnet

92401 COURBEVOIE CEDEX

Frankreich

Wärmetauscher und damit ausgerüstete thermoelektrische Einrichtungen

Die Erfindung betrifft ganz allgemein Wärmeaustauscher für thermoelektrische Einrichtungen, bei denen Thermoelemente zwischen zwei Wärmetauscherwänden, d.h. einer warmen Wand und einer kalten Wand, angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ferner thermoelektrische Einrichtungen, die eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Wärmetauschern umfassen.

Derartige Einrichtungen können dazu verwendet werden, einen elektrischen Gleichstrom zu erzeugen, wenn die beiden Wände auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, oder aber um die Wände auf verschiedenen Temperaturen zu halten, wenn ein elektrischer Gleichstrom durch die Thermoelemente geschickt wird. Dieser Gleichstrom kann den Thermoelementen

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durch die Wärmetauscher zugeführt werden, von denen die Wärmeaustauschwände einen Teil bilden.

Die Erfindung betrifft insbesondere, wenn auch_nicht ausschließlich/ Wärmeaustauscher für die letztgenannten Einrichtungen, bei denen die Thermoelemente mit einem Gleichstrom gespeist werden, um eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Wärmeaustauschwänden aufrecht zu' erhalten. Eine derartige Einrichtung, auch Wärmepumpe genannt, kann zur Erzeugung von Wärme oder Kälte eingesetzt werden. Dabei werden Thermoelemente zweierlei Typs verwendet, d.h. Thermoelemente des Types P, der Kalorien in Stromrichtung überträgt, und"Thermoelemente des Typs N, der Kalorien entgegen der Stromrichtung überträgt. ^

Um derartige Einrichtungen herzustellen, wurde bereits vorgeschlagen, sie mit Wärmeaustauschern auszurüsten, von denen jeder_mindestens eine Grundplatte umfaßt, die auf \ der einen Seite mit mindestens einem Thermoelement und auf der anderen Seite mit Wärmeaustauschflächen- zusammenwirkt, die von einem warmen oder kalten Fluid umspült werden. " . .- . " ; ; - '_

Man hat bereits vorgeschlagen, diese Wärmeaustauschflächen durch eine Vielzahl von Rippen zu bilden, die jedoch eine Anzahl von Nachteilen aufweisen.>

Das Reinigen dieser Wärmeaustauschflächen ist schwierig, da die Rippen eng beieinander liegen und' sehr dünn und daher zerbrechlich sind. Dadurch ist es praktisch unmöglich, eine Reinigung mit Hilfe eines Druckwasserstrahles durchzuführen. Darüberhinaus wird Kondenswasser durch Kapillarwirkung zwischen den Rippen festgehalten, so daß im Augenblick einer Stromumkehr in den Thermoelementen eine erhebliche Dampfentwicklung erfolgt.

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Es ist ferner bekannt, diese Wärmeaustauschflächen durch eine Vielzahl von Armen zu bilden, die sich ausgehend von einer zentralen Region nach außen erstrecken, wobei die zentrale Region in unterschiedlichen Anordnungen relativ zu der Grundplatte an dieser befestigt sein kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Herstellung derartiger Wärmeaus-tauschflachen schwierig und teuer ist. Insbesondere ergibt sich das Problem der Homogenität- des die Arme bildenden Materials.

Wenn man nämlich die Arme in Druckguß herstellt (der wohl als einziges Verfahren hierfür in Frage kommt), stellt man fest, daß die Arme zumindest unter dem Mikroskop aussehen, als ob. sie aus einem gleichsam porösen Material hergestellt wären. Man stellt also fest, daß sich die folgenden Probleme stellen:

a) Die Länge der Arme und daher der Konvektions-Wärmeaustausch-Koeffizient ,bezogen auf die Oberfläche der zentralen Region, ist aus konsruktiven Gründen begrenzt ;

b) die Leitung des elektrischen Stromes wird durch den porösen Charakter der Arme erheblich beeinträchtigt ;

c) auch die Übertragung von Wärme durch Wärmeleitung wird durch den porösen Charakter der Arme erheblich gestört;

d) das Einspannen der Thermoelemente erfordert Kräfte, die in die Arme übertragen werden, und kann nicht korrekt ausgeführt werden wegen der geringen mechanischen Festigkeit der Arme; und

e) die Form der Arme, die durch ihre Herstellung in einem Gießverfahren bedingt wird (Spanwinkel und Verbindungsabrundungen an der Oberfläche der zentralen Region) trägt

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zu einer Erhöhung des Gewichtes der Wärmeaustauschflächen bei und stört das Ablaufen von Kondenswasser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Probleme gleichzeitig zu lösen, wobei einige dieser Probleme im übrigen nicht auf Wärmeaustauschflächen in Form von Armen beschränkt sind, sondern ebenfalls bei Wärmeaustauschflächen auftreten, die in einer mehr klassischen Weise von Rippen gebildet werden.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfaßt einerseits zwei Grundplatten, welche eine warme und eine kalte Wand tragen bzw. bilden, und andererseits eine Mehrzahl von Wärmeaustauschflächen, die sich zwischen den beiden Grundplatten erstrecken, und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmeaustauschfläche von einem massiven und einstückigen Stab gebildet ist.

Vorzugsweise weist jeder Stab einen kreisförmigen Querschnitt oder ggfs. auch ovalen Querschnitt auf.

Die Befestigung der Gesamtheit der Stäbe an den beiden Grundplatten kann durch Quetschverbindungen, durch Vernieten oder durch eine kombinierte Quetschverbindung und Vernietung erfolgen.

Die Befestigung der Gesamtheit der Stäbe an den beiden Grundplatten kann jedoch auch durch Schweißen oder Hartlöten erfolgen. ·-,

Ein derart aufgebauter Wärmetauscher weist folgende Vorteile auf:

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a) Man kann den zylindrischen, massiven einstückigen Stäben praktisch eine beliebige Länge geben und damit hohe Konvektions-Wärme-Austauschkoeffizienten bezüglich der Fläche der beiden Grundplatten erhalten;

b) die Leitung des elektrischen Stromes erfolgt mit einem minimalen Spannungsabfall, da das für die Stäbe verwendete Material aus einem Metall besteht und daher sehr "homogen ist;

c) die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung erfolgt auf Wegen, die einen minimalen thermischen Widerstand aufweisen;

d) die Gesamtheit der Stäbe jedes Wärmetauschers erlaubt ein wirksames Einspannen der Thermoelemente, beispielsweise mit Hilfe eines zentralen Spannbolzens ohne die Gefahr einer mechanischen Beschädigung des Wärmetauschers j

e) die Anordnung der Wärmetauscher in der thermoelektrisehen Einrichtung in der Weise, daß die Grundplatten vertikal und die Stäbe horizontal gerichtet sind, erleichtert den Abfluß von zurückgebliebenem Kondenswasser;

f) aufgrund der zylindrischen Form der Stäbe und ihrer Befestigung an den beiden Grundplatten, die frei von Unebenheiten ist, ist die Verschmutzung der Wärmeaustauschflächen sehr gering;

g) aufgrund der zylindrischen Form der S-täbe, des Fehlens von Unebenheiten im Bereich der Befestigungsstellen der Stäbe und der Festigkeit des Wärmetauschers ist es möglich, die Wärmetauscher mit Hilfe von Druckfluiden wirksam zu reinigen; und

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h) der Wärmetauscher kann unter Optimierung seines Gewichtes hergestellt werden.

Die Mittel zur Befestigung der Stäbe an den beiden Grundplatten sind jedoch individuell, d.h. daß jeder Stab für sich durch eine Quetschverbindung, Vernietung, Quetschverbindung plus Vernietung, Schweißen oder Hartlöten befestigt ist. '

Diese Lösung kann jedoch noch insbesondere hinsichtlich der Herstellung des Wärmetauschers verbessert werden.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung haben einen Wärmeaustauscher zum Ziel, bei dem die Befestigung der Stäbe an den Grundplatten nicht individuell erfolgt, so daß die. Herstellung des Wärmetauschers erleichtert wird.

Gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Art ist jede Wärmeaustauschfläche .von einer Schar von Stäben gebildet, Vielehe zwei kontinuierliche oder diskontinuierliche Seitenbänder miteinander verbinden, die zur Befestigung der Wärmeaustauschfläche ah den beiden Grundplatten bestimmt sind.

Jeder Stab kann - im Querschnitt betrachtet - einen ebenen Abschnitt und einen gekrümmten Abschnitt umfassen, der sich aus der von den beiden Seitenbändern definierten Ebene heraus erstreckt. Ein jeder Stab kann jedoch auch - im Querschnitt betrachtet — einen Mittelabschnitt aufweisen, der von zwei gekrümmten Randabschnitten eingefaßt ist, die sich aus der von den beiden Seitenbändern definierten Eb-ene heraus erstrecken.

Bezüglich der Anordnung der Wärmeaüstauschflachen ist zu bemerken, daß einander benachbarte Wärmeaustauschflächen entweder so angeordnet sein können, daß ihre jeweiligen Stäbe miteinander fluchten oder daß die jeweiligen Stäbe gegeneinander versetzt sind.

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Hinsichtlich der Herstellungsweise ist es vorteilhaft, die Wärmeaustauschflächen jeweils aus einer ebenen Platte herzustellen, deren Mittelbereich zwischen den beiden Seitenbändern zwecks Bildung der Stäbe zunächst eingeschnitten wird, worauf das zwischen den Stäben liegende Material ausgebogen wird, ohne daß dabei Material entfernt wird oder wobei nur sehr wenig Material entfernt wird.

Bei diesen Ausführungsformen werden folgende zusätzliche Vorteile erreicht:

a) Die Befestigung der Stäbe mittels der Seitenbänder ermöglicht eine rasche, preiswerte und in weitem Urfange automatisierbare Herstellung,

b) der Wärmeaustausch wird noch durch eine Vergrößerung des Konvektionskoeffizienten bezüglich der Fläche der Grundplatten begünstigt, wobei diese Vergrößerung des Konvektionskoeffizienten durch eine höhere Turbulenz hervorgerufen wird,

c) das Abführen von Kondenswasser wird noch weiter erleichtert durch einen Saugeffekt nach unten, der von einer lokalen Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluides herrührt,

d) die Verwendung von gewalzten oder gezogenen Metallen oder Legierungen zur Herstellung der Wärmeaustauschflächen hat den Vorteil, daß diese Materialien bessere Wärraeleiteigenschaften besitzen als Gußmaterialien,

e) es können Metalle und Legierungen verwendet werden, die billiger sind als Metalle und Legierungen, die ein Ziehen des Materials ermöglichen,

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f) die Wärmeaustauschflächen können aus einem dicken Material hergestellt werden, so daß man Stäbe mit großem Querschnitt und damit Wärmeaustauscher mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften erhält; diese Eigenschaften erlauben es, einerseits Stapel von Wärmeaustauschexn erheblichen Druckkräften auszusetzen, ohne daß die Gefahr eines Einknickens der Stäbe besteht, und andererseits die Wärmeaustauschflächen mit Druckwasserstrahlen zu reinigen, ohne daß dadurch die Stäbe deformiert werden, und " _

g) die Herstellung der Wärmeaustauschflächen erfolgt ohne das Entfernen von Material und somit praktisch ohne Abfall.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Wärmetauscher auf einer seiner beiden Grundplatten ruht und einige der zylindrischen Stäbe zum besseren Verständnis dieser Figur weggebrochen sind,

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitfc durch eine thermoelektrische Einrichtung, die mit erfindungsgemäßen Wärmetauschern ausgerüstet ist,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt längs Linie III-III in Fig. 2,

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Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung, welche die elektrische Schaltung einer mit den erfindungsgemäßen Wärmetauschern versehenen thermoelektrischen Einrichtung zeigt,

Fig. 5 einen teilweise schematischen Schnitt durch einen Wärmetauscher gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Wärmetauscherfläche des in Fig. 5 dargestellten Wärmetauschers,

Fig. 7 einen Teilschnitt längs VII-VII in Fig. 5, und

Fig. 8 bis 10 der Darstellung in Fig. 7 entsprechende Teilschnitte in vergrößertem Maßstab, die drei verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt der Wärmetauscher im wesentlichen zwei Grundplatten 4, die parallel zueinander angeordnet und durch eine Vielzahl von zylindrischen Stäben 8 miteinander verbunden sind. Die massiven einstückigen Stäbe 8 sind beispielsweise in Zeilen und Spalten angeordnet. Die Befestigung der Gesamtheit der Stäbe 8 an den beiden Grundplatten 4 erfolgt vorzugsweise durch Kerb- oder Quetschverbindungen, Vernieten, Quetschverbindungen und Vernieten, Hartlöten oder Schweißen.

Diese Befestigungsverfahren erlauben eine einfache Herstellung des Wärmetauschers insbesondere durch eine Folge automatisierter Arbeitsschritte. Darüberhinaus ermöglichen diese Befestigungsarten eine gute Strom- und Wärmeleitung.

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Ferner ist es möglich, den Stäben 8 praktisch eine belie- bige Länge zu geben, womit Konvektions-Wärmeaustausch-Koeffizienten bezüglich der Oberfläche der beiden Grundplatten 4 erreicht werden, die besonders hoch sind und ^: in jedem Falle wesentlich höher liegen als die Konvektions-Wärmeaustauschkoeffizienten, die mit den Wärme- : "tauschern des klassischen Typs des Nadelwärmetauschers erreicht werden können, d.h. eines Wärmetauschers, der eine Mehrzahl von Armen aufweist, die von einem mit der Grundplatte verbundenen zentralen Bereich ausgehen.

Der so hergestellte Wärmetauscher ermöglicht eine gute .-. Übertragung des elektrischen Stromes und eine gute Wärmeübertragung durch Wärmeleitung zum einen dank der Art der Befestigung jedes Stabes 8 mit seinen beiden Enden an den beiden Grundplatten 4 und zum anderen wegen der einstückigen und homogenen Ausführung jedes Stabes 8, der beispielsweise von einem Abschnitt eines gezogenen Metalldrahtes gebildet sein kann. Darüberhinaus weist der so hergestellte Wärmetauscher einen außerordentlich hohen Widerstand gegen Druckkräfte auf, was es ermöglicht, jedes Thermoelemente einem wirksamen Druck auszusetzen.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ermöglicht ein bequemes Abfließen des zurückgehaltenen Kondenswassers, wenn die Grundplatten vertikal gestellt sind.

Das Fehlen jeglicher Unebenheiten an den Stäben sowie im Bereich der Verbindungsstellen ihrer Enden mit den Grundplatten und das Fehlen von Verbindungsrundungen an der Oberfläche der beiden Grundplatten begünstigt das Abfließen des Kondenswassers, begrenzt die Verschmutzung der Wärmeaustauschflächen und erlaubt ihre Reinigung mit Hilfe von Wasserstrahlen (insbesondere Heißwasserstrahlen),

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die in die Wärmetauscher unter einem ausreichenden Druck gerichtet werden.

Schließlich wird man bemerken, daß man durch eine entsprechende Rechnung auf einfache Weise zu einer Optimierung des Gewichtes jedes Wärmetauschers gelangen kann, wobei die sich aus der Rechnung ergebenden Abmessungen (insbesondere der Durchmesser, die Länge und der gegenseitige Abstand der Stäbe) im allgemeinen kein Hindernis für die Herstellung des Wärmetauschers darstellen.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Stäbe 8 bei vertikal stehenden Grundplatten derart angeordnet sind, daß die Schrittweite der aufeinanderfolgenden Stäbe, die in einer senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides gerichteten Ebene liegen, größer ist als die Schrittweite der aufeinanderfolgenden Stäbe, die in einer parallel zur Strömungsrichtung des Fluides gerichteten Ebene liegen.

Der Minimalabstand E der Stäbe ist derart gewählt, daß das Kondenswasser nicht durch Kapillarwirkung festgehalten werden kann. Der Maximalabstand E der Stäbe ist so gewählt, daß die Austauschfläche bei einem möglichst kleinen Druckabfall so groß wie möglich ist.

Die Berechnung und die Erfahrung zeigen, daß eine Anordnung von Stäben mit einem Durchmesser D = V E χ Ε ' hervorragende Resultate ergibt. So wurden, beispielsweise von dem Anmelder Wärmetauscher mit den folgenden Merkmalen hergestellt und erprobt:

- quadratische Grundplatten mit einer Kantenlänge von 58 mm

- Dicke jeder Grundplatte: 3 mm

- Mindestabstand der Stäbe: 2 mm

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. - Höchstabstand der Stäbe: _ 4,5 mm

— Durchmesser der Stäbe: 3 mm

- Länge der Stäbe: 60 mm. -... "

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte thermoelektrische ; Einrichtung-(gleiche Teile sind mit denselben Bezugs^zif fern versehen wie in Fig» T) umfaßt eine Aneinanderreihung mehrerer Wärmetauscher- der in der Fig. 1 dargestellten Art,, wobei die Grundplatten 4 in vertikaler Stellung angeordnet', sind. - .

Zwischen einander benachbarten Grundplatten 4 sind Thermoelemente 1 beispielsweise mit Hilfe eines zentralen Spannbolzens 10 eingespannt. Zwischen den von den Wärmetauschern gebildeten vertikalen Schichten sind geeignete Dichtungen 11 angeordnet. Die warmen und kalten Fluide können in der durch die Pfeile F angegebenen Richtung zirkulieren, d.h. daß die Strömungsrichtungen durch einander benachbarte Wärmetauscher im-wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, Selbstverständlich können jedoch auch andere"Strömungsrichtungen gewählt werden. .

In einer derartigen thermoelektrischen Einrichtung kann die elektrische Schaltung eine besonders einfache Form einnehmen, da die aufeinanderfolgenden Wärmetauscher jedes Stapels von Wärmetauschern in Reihe miteinander geschaltet sind, wobei Seitenanschlüsse 12 die Verbindung zwischen zwei Stapeln herstellen (Fig. 4).

In Fig. 5 wurde im Schnitt ein Wärmetauscher für eine thermoelektrische Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese thermoelektrische Einrichtung umfaßt Thermoelemente 1, die jeweils zwischen zwei Wärmeaustauschflächen, d.h. einer warmen Wand 2 und _

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einer kalten Wand 3 angeordnet sind.

Dieser Wärmetauscher tunfaßt wie die vorher bescfturiefoeme Ämsführungsforci zwei Grundplatten 4, die jeweils eine warrae Fläche 2 und eine kalte Fläche 3 der Elmrichtaamg bilden bzw. tragen. Die beiden Grundplatten 4 sind parallel zmeimaumder angeordnet und durch eine Vielzahl vom Wämearastaimsclifflachan

5 miteinander verbunden.

Jede Wämteaustauschf lache 5 umfaßt geraäS dem Darstellmmgen im den Fig. 5 bis 7 zwei kontinuierliche oder· diskomtiirimaierliche Seitenbänder 6, die zur Befestigung am dem Ibeidem Grundplatten 4 bestimmt sind, und eimern zentralem Bereich 7, der von flachen, in einer Ebene angeordnetem Stäbem 8 gebildet ist, welche die beiden Seitembämdeir S asuLfceibmamcler verbinden. Man erkennt, daß das Problem der Weichlmämms^ dar Stäbe 8 iait den Grundplatten nicht eielnur eim Problem der Befestigung der einzelnen Stäbe an dem Gromdplatteim ist» da die Befestigung der Stäbe über die beiden SeitemlsSimder

6 erfolgt. Mit der Befestigung dieser beiden SeitenÄämder S an der jeweiligen Grundplatte erreicht «am also dtanc&i zwei Bef es tigungs schritte das Anbringen so vieler Sifcälbe 8, wie im einer Wärmeaustausch^:lache 5 enthalten siümd» Die Befestigung der beiden Seitenbänder 6 kamm drannclk Eiümfailzeii, uand/oder Vernieten und/oder Hartlöten «imd/oder ScLweilem erfolgen.

Es ist ferner möglich, die beiden Seiteninämder © geradlinig auszubilden, wodurch ihre Befestigung an dem Gnoomdplatten erleichtert wird. Zu diesem Zweck kamm earn im Jeder Gmaindp-latte 4 Muten 9 ausbilden, die zur ÄGiffmataae deir Seitenbänder 6 bestimmt sind.

Aufgrund der Tatsache, daß die Befestigung der Stäbe 8 üäber die beiden Seitenbänder 6 erfolgt, kann ™z*m dem StaSiemi B unterschiedliche Formen geben. Die Fönen kömmem so «gewählt

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werden, daß der Wärmeaustausch begünstigt und/oder der Abfluß von Kondenswasser erleichtert wird.

Gemäß der Darstellung in.Fig. 8 weist jeder Stab 8 - im ; Querschnitt betrachtet - einen ebenen Abschnitt 8a und einen gekrümmten Abschnitt 8b auf, der sich aus der Ebene heraus erstreckt, die durch die beiden Seitenbänder 6 definiert wird. Relativ zur Strömungsrichtung des Fluides, dier" durch den Pfeil F angegeben wird, befindet sich der ebene Abschnitt 8a stromaufwärts des gekrümmten Abschnittes 8b.

Dank dieser Anordnung wird der Wärmeaustausch begünstigt, indem der Konvektionswärmeaustauschkoeffizient durch die Turbulenzen vergrößert wird, die durch die gekrümmten Abschnitte 8b der Stäbe 8 hervorgerufen werden.

Wenn der Wärmetauscher so angeordnet ist, daß seine beiden Grundplatten 4 vertikal stehen und die Wärmeaustauschflächen 5 horizontal liegen, sind die gekrümmten Abschnitte 8b vorzugsweise unterhalb der ebenen Abschnitte 8a angeordnet. Dadurch wird das Abführen von Kondenswasser erleichtert. Die gekrümmten Abschnitte 8b der Stäbe 8 bewirken nämlich eine lokale Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des den Wärmetauscher durchfließenden Fluides und damit einen Unterdruck, der die Wassertropfen nach unten zieht.

Gemäß den beiden in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen weist jeder Stab 8 - im Querschnitt betrachtet einen Mittelabschnitt 8c auf, der von zwei gekrümmten Abschnitten 8b eingefaßt ist. Diese erstrecken sich nach derselben Seite aus der Ebene heraus, die durch die beiden Seitenbänder 6 definiert wird. Bezüglich der Strömungsrichtung des Fluides, die durch den Pfeil F angezeigt wird,

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verhalten sich die so ausgebildeten Wärmeaustauschflächen bei einer Strömungsrichtung in Richtung des Pfeiles F und bei einer Strömungsrichtung entgegen der Richtung des Pfeiles F gleich.

Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform wird der Wärmeaustausch begünstigt, indem der Konvektionswärmeaustauschkoeffizient durch die Turbulenzen vergrößert wird, die von den gekrümmten Abschnitten 8d der Stäbe 8 hervorgerufen werden.

Wenn der Wärmeaustauscher mit vertikal stehenden Grundplatten 4 und horizontal liegenden Wärmeaustauschflächen 5 angeordnet ist, befinden sich die gekrümmten Abschnitte 8d vorzugsweise unterhalb des Mittelabschnittes 8c. Das Abführen von Kondenswasser wird damit durch die Schale erleichtert, die von zwei zueinander benachbarten Stäben 8 gehörenden gekrümmten Abschnitten 8d gebildet wird.

Bei der in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsform sind einander benachbarte Wärmeaustauschflächen so angeordnet, daß ihre Stäbe 8 jeweils miteinander fluchten. Bei der in der Fig. 10 dargestellten Ausführungsform dagegen sind einander benachbarte Wärmeaustauschflächen derart angeordnet, daß ihre Stäbe 8 jeweils versetzt zueinander liegen. Die Anordnung gemäß dieser Ausführungsform erleichtert das Abführen von Kondenswasser in einem noch höheren Maße, da das Wasser, das sich in der von zwei benachbarten Stäben gebildeten Schale angesammelt hat,- durch den unterhalb der Schale herrschenden Unterdruck abgezogen wird. Dieser Unterdruck wird durch die Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit in der Engstelle hervorgerufen, die durch den Mittelabschnitt 8c des unter der Schale liegenden Stabes gebildet wird.

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Bei der Herstellung der in den Fig. 8 bis 10 dargestellten Ausführungsformen der Wärmeaustauschflächen 5 geht man vorzugsweise so vor, daß die Stabe durch Stanzen und Biegen des zwischen zwei Stanzschnitten gelegenen Materials gebildet werden, ohne daß etwas von dem Material abgeschnitten wird. Auf diese Weise kann man Wärmetauscher zu einem relativ niedrigen Herstellungspreis erhalten, der sowohl durch die hohe Herstellungsgeschwindigkeit der Wärmeaustauschflachen 5 als auch durch die ökonomische Verwertung ■-, des zur Herstellung der Wärmeaustauschflächen 5 verwerteten Materials beeinflußt wird, da ein Material, das eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, relativ teuer ist.

Gemäß Fig. 6 kann man auch Wärmeaustauschflächen 5 verwenden ~r deren Stäbe 8 eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform aufweisen. In diesem Fälle können die Stäbe 8 durch Ausstanzen einer ebenen Platte hergestellt werden. - -

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Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Finckü Dipl.-Ing. F. A.Wi-xcKAiANjis, Dipl.-Ch£m, B. Huber Dr. Ing. H. Liska 292801-A PLBA -..-". 8000 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9S 3921/22 Patentansprüche

1. Wärmetauscher für thermoelektrische Einrichtungen, die ^v'—^/ zwischen einer warmen und einer kalten Wand angeordnete Thermoelemente aufweisen, umfassend zwei Grundplatten, welche die warme bzw. kalte Wand bilden oder tragen, und eine Mehrzahl von Wärmeaustauschflachen, die sich zwischen den Grundplatten erstrecken, dadurch ' gekennzeichnet , daß jede Wärmeaustauschfläche von einem homogenen und einstückigen Stab (8) gebildet ist. -

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (8) als zylindrische Stäbe mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt ausgebildet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Stäbe (8) an den beiden Grundplatten (4) jeweils durch eine Quetschverbindung, durch Vernieten, durch eine Quetschverbindung und Vernieten, Schweißen und/oder Hartlöten befestigt sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichn et , daß die Stäbe (8) derart

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angeordnet sind, daß der Abstand zwischen je zwei Stäben (8), die in einer senkrecht zur Strömungsrichtung des den Wärmetauscher durchströmenden Fluides gerichteten Ebene liegen, größer ist als der Abstand zwischen je zwei Stäben, die in einer parallel zur Strömungsrichtung des Fluides gerichteten Ebene liegen.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch g e k e η- η zeichnet , daß der Minimalabstand zwischen zwei . Stäben (8) so gewählt ist, daß Kondenswasser nicht durch Kapillarwirkung festgehalten wird, und daß der Maximalabstand zwischen je zwei Stäben (8) derart gewählt ist, daß die Wärmeaustauschfläche für einen möglichst geringen Druckabfall so groß wie möglich ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5_; dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der Stäbe (8) gleich der Quadratwurzel aus dem Produkt des Minimalabstandes und des Maximalabstandes zwischen den Stäben (8) ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Wärmeaustauschfläche (5) von einer flächigen Schar von Stäben (8) gebildet ist, welche zwei kontinuierliche oder diskontinuierliche Seitenbänder(6) miteinander verbinden, die zur Befestigung an den beiden Grundplatten (4) bestimmt sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch- gekennzeichnet ,daß die beiden Seitenbänder (6) an den beiden Grundplatten (4) durch eineKlemm- und/oder eine Quetschverbindung und/oder Hartlöten und/oder Schweißen befestigt sind.

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9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e-n η zeichnet, daß er in "der thermoelektrische]! "Einrichtung derart angeordnet ist, daß die beiden Grundplatten (4) vertikal und die Wärmeaustauschflächen (5) horizontal gerichtet sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß jeder Stab (8) - im Querschnitt betrachtet - einen ebenen Abschnitt (8a) und einen ge- -. krümmten Abschnitt (8b) umfaßt, der sich aus der durch die beiden Seitenbänder (6) definierten Ebene heraus erstreckt. _ " .

11. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch σ e k e η η zeichnet, daß jeder Stab (8) - in einem Querschnitt betrachtet - einen Mittelabschnitt (8c) und zwei gekrümmte Randabschnitte (8d) aufweist, die sich nach der gleichen Seite aus der von den beiden Seitenbändern

(6) definierten Ebene heraus erstrecken.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß einander benachbarte Wärmeaustauschflächen (5) relativ zueinander derart angeordnet sind, daß ihre Stäbe (8) miteinander fluchten.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einander benachbarte

_ Wärmeaustauschflächen (5) relativ zueinander derart angeordnet sind, daß ihre jeweiligen 'Stäbe (8) versetzt zueinander angeordnet sind.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß jede Wärmeaustauschfläche (5) aus einer ebenen Platte hergestellt ist, in

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der ein mittlerer Abschnitt zwischen den beiden Seitenbändern (6) einer Bearbeitung ausgesetzt wird, die darin besteht, daß die Stäbe (8) durch Einschneiden und Ausbiegen des zwischen zwei Stäben (8) liegenden Materials geformt werden, wobei kein oder nur sehr wenin- Material entfernt wird.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch g e k e η- η zeichnet, daß jeder Stab (8) - im Querschnitt betrachtet - eine quadratische oder rechteckige Form aufweist.

16· Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmeaustauschfläche (5) aus einer ebenen Platte hergestellt ist, in der ein mittlerer Abschnitt zwischen den beiden Seitenbändern (6) einem Stanzvorgang unterzogen wurde.

17. Thermoelektrische Einrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Vielzahl von Wärmetauschern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 umfaßt.

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