WO2011154175A2 - Wärmetauscher, sowie lötverfahren zur herstellung eines wärmetauschers - Google Patents
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- F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
Definitions
- Heat exchanger as well as soldering process for the production of a heat exchanger
- the invention relates to a heat exchanger and a soldering method for producing a heat exchanger according to the preamble of
- Heat exchangers are used in refrigerators, e.g. in ordinary
- Heat exchangers " which may also be referred to as” tube heat exchangers ", and on the other hand to” Minnichannel ",
- the laminated tube heat exchangers serve, like all types of heat exchangers, to transfer heat between two media, eg, but not only, to transfer from a cooling medium to air or vice versa, as is known, for example, from a classic household refrigerator in which over the
- Refrigerator is given off heat to the ambient air.
- the ambient medium outside of the heat exchanger eg water, oil or often simply the ambient air, for example, absorbs the heat or is transferred from the heat to the heat exchanger is either cooled or heated accordingly.
- the second medium may be, for example, a liquid refrigerant or heat transfer medium or an evaporating or condensing heat medium.
- heat medium is to be understood as meaning any fluid which can advantageously be used in a heat exchanger.
- the term “heat medium” thus includes both the conventional refrigerants known in the art as well as any other suitable heating means or coolant.
- the heating means in particular, may of course simply be water or oil which circulates as a coolant through the heat exchanger.
- the surrounding medium eg the air
- the second medium eg the coolant which circulates in the heat exchanger system. This is due to very different heat transfer surfaces for the two media
- Fig. 1 shows a simple example of such a known
- laminated heat exchanger 1 ' In the simplest case, such a laminated heat exchanger 1 'by a plurality of heat exchange fins 21' is formed, whereby the heat exchange surface 21 1 'can be massively increased.
- the heating means 5 ' In the operating state flows through the heat medium lines 4 'a heating means 5', so that the heating means 5 'mainly through the heat exchange fins 21' with the environment, usually with the ambient air L 'heat exchange by the ambient air L' as Transportfluidum U to transport the Heat is for example transported by means of a fan in the direction of the arrow L 'according to FIG. 1 through the heat exchanger 1'.
- the fin spacing d ' is for
- thermodynamically it should be as small as possible, but not so small that the air-side pressure loss is too large.
- An economic optimum is about 2 mm, which is a typical value for condenser and recooler.
- Heat exchange fins 21 ' are prepared with a press and a special tool and punched out according to a predetermined scheme and the punch-outs 31' provided for spacing with collar K '.
- Heat exchange blade 21 ' is formed.
- the individual heat transfer lines 4 ' are then interconnected by arches and manifold and manifold, often soldered together. For reasons of clarity, the collection and distribution pipes in Fig. 1 are not shown.
- FIG. 2 To illustrate the construction of the heat exchanger 41 'according to FIG. 1, a detail of a plan view from the direction R' to the heat exchanger 1 'is shown schematically in FIG. 2. Particularly important are the collar K ', through which the heat transfer lines 4' are guided, as this ensures that the heat exchange fins 21 "a defined distance d 'comply.
- the efficiency is essentially determined by the fact that the heat that is transferred between the fin surface and the air, must be transmitted through heat conduction through the fins to the pipe. This heat transfer is more effective, the higher the conductivity or the thickness of the lamella, but also the smaller the distance between the Pipes is. This is called the lamella efficiency.
- As a lamellar material is therefore nowadays predominantly aluminum used, which has a high thermal conductivity (about 220 W / mK) to economic conditions.
- the pipe pitch should be as small as possible, but this leads to the problem that you need many pipes.
- Many pipes mean high costs because the pipes (usually made of copper) are considerably more expensive than the thin aluminum fins.
- minichannel or microchannel heat exchangers have been developed, which are manufactured according to a completely different process and almost correspond to the ideal of a laminated heat exchanger: many small tubes with small spacings.
- microchannel heat exchanger employs extruded aluminum sections which have very many small channels with a diameter of e.g. about 1 mm.
- microchannel heat exchanger 1 Such a microchannel heat exchanger 1 ", also known per se, is shown schematically in Fig. 3.
- the microchannel heat exchanger 1" of Fig. 3 is formed by two extruded profiles 21 "
- Extruded profiles 21 "of FIG. 3 are preferably in thermal contact with a corrugated cooling fin 200", so that the heat medium 5 "carried by the microchannels 4" transfers its heat to the heat
- Transportfluidum L preferably air L
- Transportfluidum L preferably air L
- a non shown fan in the direction of arrows L "through the heat exchanger 1" is promoted can exchange better.
- extruded profiles may e.g. be made easily and in a variety of forms from a variety of materials in suitable extrusion.
- other methods of making microchannel heat exchangers are known, such as e.g. the
- Heat exchanger package is created. This package is then completely soldered in a soldering oven.
- Minichannelebenone were previously limited in size to be eligible. Many small modules would have to be connected consuming. In addition, the
- Aluminum use in the extruded sections is relatively high, so that hardly any cost advantage was expected from the use of materials.
- Laminated heat exchangers are especially for stationary applications, so for large
- Expander tool be widened mechanically, so on the one hand a good thermal contact is made to the heat exchange fins.
- soldering process which is also required in the Individual case is very complex in practice and often requires highly qualified specialists to carry out the soldering work.
- microchannel heat exchangers which ultimately represent an idealized laminated heat exchanger, on the other hand, can only be made of one material, for example aluminum and the various components such as inlet and outlet segments, which are often referred to as headers, the extruded profiles themselves and the cooling fins can first mechanical be put together and then in a single
- heat exchanger which combines the advantages of both types of heat exchangers and conceptually flexible so that in a limit case functionally in principle a new type of laminated heat exchanger is provided and in another limit case functional in principle a new type of microchannel heat exchanger is provided.
- the new type of heat exchanger is inexpensive and simple and essentially by a single, easy-to-use
- the invention thus relates to a heat exchanger comprising a
- the first heat exchanger fin and the second heat exchanger fin are arranged adjacent to each other in the disk pack in such a way that by means of a connection of the first feedthrough to the second feedthrough a heat transfer line for the passage of a heating medium is formed.
- the first passage and the second passage are sealingly connected to one another by means of a solder connection.
- the invention provides a completely new type of heat exchanger which combines the advantages of the classic laminated heat exchanger and those of the microchannel heat exchanger.
- Heat exchangers of the present invention are inexpensive and easy to manufacture, and can be substantially soldered together in a single operation in a brazing furnace by a single, easy-to-use brazing process.
- the invention provides a completely new heat exchanger, which is made for example only of a single material such as aluminum or other suitable material and can be soldered together in a single process step in a brazing furnace, but at the same time the functional properties has a classic laminated heat exchanger. Namely, without the known problems such as different thermal expansion, the formation of local chemical elements, problems with the solderability of various metals, etc., which are known to always occur in the simultaneous processing of various materials such as copper and aluminum.
- Heat transfer lines selected as in a microchannel heat exchanger so for example with a diameter of the order of one millimeter and a sufficiently large number of such heat transfer lines is provided in the heat exchange fins, creating a completely new type of heat exchanger, the functionally all the advantages of a known microchannel Heat exchanger has.
- a connecting means for example a connecting ring or a connecting collar, is formed on the first passage and the second passage is simultaneously configured such that the first passage is positively connected to the second passage via the connecting means.
- the connecting means may also be, for example
- Conduit to be which is formed by a stamping or forming process from the heat exchanger blade itself and thus is an integral part of the heat exchanger blade.
- a passage cross-section of the heat pipe can be simply circular as in a known laminated heat exchanger or it is also possible that a first passage cross-section of the
- Heat pipe is larger than a second passage cross-section, so that the heat transfer line, for example, has an oval cross-section or a rectangular cross section, as is the case of the microchannel
- the cross section of a heat pipe of a heat exchanger of the present invention may also have any other cross-sectional shape suitable for a particular application.
- the passage cross-section of the heat-conveying line in the disk set is configured such that the heat exchanger is at least partially functionally designed in the form of a microchannel heat exchanger, wherein preferably the entire heat exchanger is designed in this way. Also, the passage cross section of the heat transfer line in
- Disc set be configured such that the heat exchanger is at least partially functional in the form of a laminated heat exchanger.
- Heat exchangers are possible in which a part of the heat medium lines is designed with large diameters as in classic laminated heat exchangers and another part is equipped with very small diameter as in microchannel heat exchangers.
- an inlet segment that is to say an inlet header and for discharging the heating medium
- an outlet segment ie an outlet header, as is known per se from the known laminated and also from the microchannel heat exchangers for supplying the heat medium
- the invention further relates to a soldering method for producing a heat exchanger of the present invention, wherein soldering a disk set with a first heat exchange fin and a second
- Heat exchanger blade is provided and at the first
- Heat exchange blade a first passage and at the second
- Heat exchange fin a second passage is formed.
- the first heat exchanger fin and the second heat exchanger fin are in this case arranged adjacent to one another in the disk pack in such a way that the first feedthrough and the second feedthrough can be connected to one another in the form of a heat pipe for the passage of a heating medium.
- the first passage and the second passage are sealed together by means of a solder joint.
- a connecting means is formed on the first passage and the second passage is configured such that the first passage can be first positively connected via the connecting means with the second passage and then soldered in a form-fitting manner.
- an inlet segment is provided for supplying the heat medium to the heat exchanger, and an outlet segment for discharging the heat medium at the heat exchanger in a manner known per se for heat exchangers. Or it may be at an inventive
- Heat exchanger for the simultaneous supply discharge of the heating means to be provided an exchange segment, they fulfill the function of supply and discharge of the heating means, of course, via a separate supply and discharge line simultaneously.
- the passage and / or the passage and / or the connecting means is produced by punching the first heat exchange fin and / or the second heat exchange fin.
- Outlet segment includes, and / or at least the disc pack and the exchange segment comprises, assembled and the
- composite heat exchanger is in a brazing furnace in one
- Preferred materials for the production of heat exchangers according to the invention are in particular materials which are solderable, that is to say preferably copper or aluminum, but by no means exclusively copper or aluminum, but also all other suitable materials or combinations of suitable ones
- Fig. 1 is a known from the prior art laminated
- FIG. 2 shows the heat exchanger according to FIG. 1 in section
- Fig. 3 is a known from the prior art microchannel
- Fig. 4 shows a first embodiment of an inventive
- Fig. 5 shows a second embodiment with sections themselves
- Fig. 6 shows a third embodiment with continuously
- Fig. 7a heat exchanger with exchange segment and deflection segment
- FIG. 7b is a sectional view of the replacement segment according to FIG. 7a
- 7c shows a sectional view of the heat transfer lines according to FIG. 7a along the section line All from the direction of view A
- 7d shows a sectional view of the deflection segment according to FIG. 7a along the section line AMI from the direction of view A;
- FIG. 4 schematically shows a first exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention, which is provided with the reference number 1 in its entirety below.
- the heat exchanger 1 according to FIG. 4 comprises a plate pack 2 with a first heat exchanger lamination 21 and a second heat exchanger lamella 22, wherein a first passage 31 is provided on the first heat exchanger lamination 21 and a second passage 32 on the second heat exchanger lamella 22
- Heat exchange blade 22 are arranged adjacent to each other in the disk set 2 to each other, that by means of a compound of the first passage 31 to the second passage 32, a heat transfer line 4 for the passage of a heating means 5 is formed.
- the first passage 31 and the second passage 32 by means of a
- a connecting means 31 1, 31 10 is formed on the first passage 31 and the second passage 32 is configured such that the first passage 31 via the
- a passage cross-section 40 of the heat pipe 4 is selected to be circular in the example of FIG. 4, so that the heat exchanger 1 thus formed functionally corresponds more or less to a known laminated heat exchanger. It is understood that in the heat exchanger 1 of FIG. 4, a plurality of
- Heat transmission lines 4 are formed in the disk pack 2, wherein for reasons of clarity in Fig. 4 by way of example only one
- Heat transfer line 4 is shown schematically. Likewise, for reasons of clarity, FIG. 4 omitted the illustration of an inlet segment 7 for supplying the heating means 5, as well as the illustration of an outlet segment 8 for removing the heat medium from the heat exchanger 1.
- the heat exchanger of Fig. 4 was in accordance with a
- soldering process according to the invention produced in which soldering process, the disk set 2 was provided with the first heat exchange fin 21 and the second heat exchange fin 22, and at the first
- Heat exchange blade 21 the first passage 31 and at the second
- Heat exchange blade 22 including the
- Conduit 31 10 was punched out by a punching process. Then, the first heat exchange fin 21 and the second heat exchange fin 22 are arranged adjacent to each other in the disk pack 2 to each other that the first passage 31 and the second passage 32 in the form of a
- Heat transfer line 4 are connected to each other for the passage of the heating means 5.
- the first passage 31 and the second passage 32 i. in the present example, the entire disk set 2 including the not shown
- FIGS. 5 and 6 show two further exemplary embodiments
- Heat exchanger 1 according to the invention, wherein the second embodiment according to Figure 5 an embodiment with sections itself decreasing passage cross-section 40, 41, 42 and with reference to FIG. 6, a third embodiment with continuously decreasing
- Passage cross-section 40, 41, 42 is shown schematically. For reasons of clarity, only the passages 31, 32 are shown. The remaining components of the heat exchanger 1 are in principle in
- the heat exchanger 1 gem. Fig. 5 and Fig. 6 are composed of heat exchange fins 21, 22, in which the cross-sectional shape or the
- Embodiments also against the flow direction of the heating means 5 is adapted so that the heat transfer properties are adapted to the specific properties of the concrete heating means 5 used.
- passage cross-section 40, 41, 42 in the example of FIGS. 5 and 6 are changed in the flow direction of the heating means 5 according to a predeterminable scheme, in which case they are increasingly being increasingly reduced in size.
- the passage cross-section 40, 41, 42 increasingly increases in the flow direction of the heating means 5.
- Passage cross sections 40, 41, 42 Although equal, but larger than the
- Passage cross-sections 40, 41, 42 in the section A2 are all the same again, but in turn larger than the passage cross-sections 40, 41, 42 in section A3.
- the size decreases
- Passage cross section 40, 41, 42 in the sense of a quasi-continuous, that of a passage 31 to a respective adjacent in the flow direction of the heating means 5 second passage 32 of the
- Passage cross-section 40, 41, 42, the speed of the heating means 5 when flowing through the heat medium channels or the passages 31, 32 can be adapted to the changing density of the heating means 5, for example, that the flow rate can be changed, in particular increased to to improve a heat transfer.
- Heat exchanger 1 with exchange segment 9 and deflecting 91, between which the heat transfer lines 4 are arranged, are discussed.
- FIG. 7a For a better understanding of the geometric arrangement of the components of the heat exchanger 1 according to FIG. 7a, with reference to FIG.
- FIG. 7 a The embodiment of a heat exchanger 1 according to the invention according to FIG. 7 a comprises an exchange header 900 with exchange segment 9 and coupling element 901, a deflection header 910 with deflection segment 91 and a deflection coupler 91 1.
- the heat medium lines 4 are arranged between the coupling element 901 and the deflection coupler 91 1 such that the heating means 5 according to FIG. 7 b via an inlet segment 7 of the replacement segment 9 and the coupling element 901 into a first
- Heat medium line 4, 401 can be fed, via the deflection coupler 91 1 the deflecting segment 91 can be fed, and from there again on the
- Heat exchangers comprising, for example, the components described above, are put together and then completely soldered in a brazing furnace.
- Replacement segment 9 and coupling element 901 and / or the Umlenkheader 910 with Umlenksegment 91 and Umlenkkoppler 91 1 can be prefabricated from one piece.
- the heat pipes 4 do not lie between an exchange segment 9 and a Umlenksegment 91 are arranged, but that the
- Inlet segment 7 and the outlet segment 8 are arranged in a conventional manner in two different headers, an inlet header and an outlet header, between which the heat transfer lines 4 are provided.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) umfassend ein Lamellenpaket (2) mit einer ersten Wärmetauschlamelle (21) und einer zweiten Wärmetauschlamelle (22), wobei an der ersten Wärmetauschlamelle (21) eine erste Durchleitung (31) und an der zweiten Wärmetauschlamelle (22) eine zweite Durchleitung (32) ausgebildet ist. Die erste Wärmetauschlamelle (21) und die zweite Wärmetauschlamelle (22) sind dabei derart benachbart im Lamellenpaket (2) zueinander angeordnet, dass mittels einer Verbindung der ersten Durchleitung (31) mit der zweiten Durchleitung (32) eine Wärmemittelleitung (4) zur Durchleitung eines Wärmemittels (5) gebildet ist. Erfindungsgemäss sind die erste Durchleitung (31) und die zweite Durchleitung (32) mittels einer Lötverbindung (6) dichtend miteinander verbunden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lötverfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (1).
Description
Wärmetauscher, sowie Lötverfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher sowie ein Lötverfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäss dem Oberbegriff der
unabhängigen Ansprüche 1 und 1 1 .
Die Verwendung von Wärmetauschsystemen ist in einer kaum zu
überblickenden Zahl von Anwendungen aus dem Stand der Technik bekannt. Wärmetauscher werden in Kühlanlagen, wie z.B. in gewöhnlichen
Haushaltskühlschränken verwendet, in Klimaanlagen für Gebäude oder in Fahrzeugen aller Art, vor allem in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen, als Wasser- oder Ölkühler in Verbrennungsmotoren, als Kondensatoren oder Verdampfer in Kühlmittelkreisen, wie zum Beispiel in Wärmepumpen und in weiteren unzähligen verschiedenen Anwendungen, die dem Fachmann alle wohlbekannt sind.
Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten die Wärmetauscher aus ganz unterschiedlichen Anwendungen sinnvoll zu klassifizieren. Ein Versuch
besteht darin, eine Unterscheidung nach dem Aufbau bzw. der Herstellung der verschiedenen Typen von Wärmetauschern vorzunehmen.
So kann einerseits eine Einteilung nach sogenannten„Lamellierten
Wärmetauschern", die auch als„Röhrenwärmetauscher" bezeichnet werden können, und andererseits nach„Minnichannel-",
„Microchannelwärmetauscher" oder„Mikrokanalwärmetauschern"
vorgenommen werden.
Die seit sehr langer Zeit wohlbekannten lamellierten Röhrenwärmetauscher dienen, wie alle Typen von Wärmetauschern, zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Medien, z.B., aber nicht nur, zur Übertragung von einem Kühlmedium auf Luft oder umgekehrt, wie es zum Beispiel von einem klassischen Haushaltskühlschrank bekannt ist, bei dem über den
Wärmetauscher zur Erzeugung einer Kühlleistung im Inneren des
Kühlschranks Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Das Umgebungsmedium ausserhalb des Wärmetauschers, also z.B. Wasser, Öl oder häufig einfach die Umgebungsluft, die zum Beispiel die Wärme aufnimmt oder von dem Wärme auf den Wärmetauscher übertragen wird, wird dabei entweder entsprechend abgekühlt oder erwärmt. Das zweite Medium kann z.B. ein flüssiger Kälte- bzw. Wärmeträger sein oder ein verdampfendes bzw. kondensierendes Wärmemittel. Dabei ist im Rahmen dieser Anmeldung unter dem Begriff„Wärmemitte ' jedes Fluid zu verstehen, das vorteilhaft in einem Wärmetauscher verwendet werden kann. Der Begriff„Wärmemitte ' umfasst somit sowohl die in der Technik bekannten klassischen Kältemittel als auch jedes andere geeignete Wärmemittel bzw. Kühlmittel. Wenn in einer bestimmten Anwendung der Wärmetauscher z.B. ein einfacher Kühler ist, zum Beispiel ein Kühler in einer Brennkraftmaschine, so kann das Wärmemittel im Speziellen natürlich auch einfach Wasser oder Öl sein, das als Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkuliert.
In jedem Fall hat das Umgebungsmedium, also z.B. die Luft, einen wesentlich niedrigeren Wärmeübergangskoeffizienten als das zweite Medium, also z.B. das Kühlmittel, das im Wärmetauschersystem zirkuliert. Dies wird durch stark unterschiedliche Wärmeübertragungsflächen für die beiden Medien
ausgeglichen: Das Medium mit dem hohen Wärmeübergangskoeffizienten, also das Wärmemittel, strömt im Rohr, welches auf der Außenseite durch dünne Bleche (Rippen, Lamellen) eine stark vergrößerte Oberfläche aufweist, an der der Wärmeübergang z.B. mit der Luft stattfindet.
Fig. 1 zeigt ein einfaches Beispiel eines solchen an sich bekannten
lamellierten Wärmetauschers 1 '. Im einfachsten Fall ist ein solcher lamellierter Wärmetauscher 1 ' durch eine Vielzahl von Wärmetauschlamellen 21 ' gebildet, wodurch die Wärmeaustauschfläche 21 1 ' massiv erhöht werden kann. Im Betriebszustand fliesst durch die Wärmemittelleitungen 4' ein Wärmemittel 5', so dass das Wärmemittel 5' hauptsächlich über die Wärmetauschlamellen 21 ' mit der Umgebung, meist mit der Umgebungsluft L' Wärme austauschen kann, indem die Umgebungsluft L' als Transportfluidum U zum Transport der Wärme zum Beispiel mit Hilfe eines Lüfters in Richtung des Pfeils L' gemäss Fig. 1 durch den Wärmetauscher 1 ' transportiert wird.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Merkmale von bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik im Rahmen dieser Anmeldung mit einem bzw. mit zwei Hochkommata versehen werden, während Merkmale von erfindungsgemässen Ausführungsbeispielen kein Hochkomma tragen.
Das Verhältnis von Außenoberfläche zur Innenoberfläche hängt dabei von der Lamellengeometrie (= Rohrdurchmesser, Rohranordnung und Rohrabstand), sowie vom Lamellenabstand d' ab. Der Lamellenabstand d' wird für
unterschiedliche Anwendungen unterschiedlich gewählt. Rein
thermodynamisch sollte er jedoch möglichst klein sein, jedoch nicht so klein,
dass der Luftseitige Druckverlust zu groß ist. Ein wirtschaftliches Optimum liegt bei etwa 2 mm, was ein für Verflüssiger und Rückkühler typischer Wert ist.
Die Herstellung dieser sogenannten lamellierten Wärmetauscher 1 ' erfolgt nach einem seit langem bekannten standardisierten Prozess: Die
Wärmetauschlamellen 21 ' werden mit einer Presse und einem speziellen Werkzeug vorbereitet und nach einem vorgegeben Schema ausgestanzt und die Ausstanzungen 31 ' zur Abstandshaltungen mit Kragen K' versehen.
Sodann werden die Wärmetauschlamellen 21 ' in Pakete zueinander gelegt. Anschließend werden die als Wärmemittelleitungen 4' ausgestalteten Rohre 4', die später das Wärmemittel 5' transportieren sollen, in die Kragen K' und damit durch die Ausstanzungen 31 ' eingeschoben und entweder mechanisch oder hydraulisch aufgeweitet so dass ein sehr guter Kontakt und somit ein guter Wärmeübergang zwischen den Wärmemittelleitungen 4' und
Wärmetauschlamelle 21 ' entsteht. Die einzelnen Wärmemittelleitungen 4' werden dann durch Bögen und Sammel- und Verteilrohr miteinander verbunden, oft miteinander verlötet. Aus Übersichtsgründen sind die Sammel- und Verteilrohre in Fig. 1 nicht dargestellt.
Zur Verdeutlichung der Konstruktion des Wärmetauschers 41 ' gemäss Fig. 1 ist in Fig. 2 noch ein Ausschnitt einer Draufsicht aus Richtung R' auf den Wärmetauscher 1 ' schematisch dargestellt. Wichtig sind insbesondere die Kragen K', durch die die Wärmemittelleitungen 4' geführt werden, da dadurch gewährleistet wird, dass die Wärmetauschlamellen 21 " einen definierten Abstand d' einhalten.
Der Wirkungsgrad ist dabei wesentlich durch die Tatsache bestimmt, dass die Wärme, die zwischen der Lamellenoberfläche und der Luft übertragen wird, über Wärmeleitung durch die Lamellen zum Rohr übertragen werden muss. Diese Wärmeübertragung ist umso effektiver, je höher die Leitfähigkeit bzw. die Dicke der Lamelle ist, aber auch je kleiner der Abstand zwischen den
Rohren ist. Man spricht hier vom Lamellenwirkungsgrad. Als Lamellenmaterial kommt deshalb heutzutage überwiegend Aluminium zum Einsatz, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 220 W/mK) zu wirtschaftlichen Bedingungen aufweist. Der Rohrabstand sollte möglichst klein sein, was jedoch zu dem Problem führt, dass man viele Rohre benötigt. Viele Rohre bedeuten hohe Kosten, denn die Rohre (in der Regel aus Kupfer) sind erheblich teurer als die dünnen Aluminiumlamellen. Diese Materialkosten könnte man dadurch verringern, dass man den Rohrdurchmesser und die Wandstärke reduziert, d.h. man baut einen Wärmetauscher mit vielen kleinen Rohren anstatt mit wenigen großen Rohren. Thermodynamisch wäre diese Lösung optimal: Sehr viele Rohre in engem Abstand mit kleinen Durchmessern. Ein wesentlicher Kostenfaktor ist jedoch auch die Arbeitszeit zum Aufweiten und Verlöten der Rohre. Dieser würde bei einer solchen Geometrie extrem ansteigen.
Daher sind bereits vor einigen Jahren eine neue Klasse von Wärmetauschern, sogenannte Minichannel- oder auch Mircochannelwärmetauscher entwickelt worden, die nach einem völlig anderen Verfahren hergestellt werden und fast dem Idealbild eines lamellierten Wärmetauschers entsprechen: viele kleine Rohre mit kleinen Abständen.
Anstatt kleiner Rohre werden jedoch beim Microchannelwärmetauscher Aluminiumstrangpressprofile verwendet, die sehr viele kleine Kanäle mit einem Durchmesser von z.B. etwa 1 mm haben.
Ein solcher, ebenfalls an sich bekannter MicroChannel Wärmetauscher 1 " ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Der MicroChannel Wärmetauscher 1 " der Fig. 3 ist dabei durch zwei Strangpressprofile 21 " gebildet. Die beiden
Strangpressprofile 21 " der Fig. 3 sind bevorzugt mit einer wellenförmig ausgebildeten Kühllamelle 200" in Wärmekontakt, so dass das Wärmemittel 5", das durch die Mikrokanäle 4" befördert wird, seine Wärme mit dem
Transportfluidum L", bevorzugt Luft L", die zum Beispiel mit einem nicht
dargestellten Lüfter in Richtung der Pfeile L" durch den Wärmetauscher 1 " befördert wird, besser austauschen kann.
In der Praxis kann dabei ein Wärmetauscher 1 ", je nach geforderter
Wärmeleistung, bereits mit einem einzigen Strangpressprofil 21 " als zentrales Wärmeaustauschelement auskommen. Um höhere
Wärmeübertragungsleistungen zu erzielen können selbstverständlich in einem einzigen Wärmetauscher 1 " auch mehrere Strangpressprofile 21 " gleichzeitig vorgesehen werden, die in geeigneten Kombinationen zum Beispiel über zu und Ableitungen miteinander verbunden, z.B. miteinander verlötet werden, was aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 3 nicht dargestellt ist.
Solche Strangpressprofile können z.B. in geeigneten Extrudierverfahren einfach und in vielfältigen Formen aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Aber auch andere Herstellungsverfahren zur Herstellung von Microchannelwärmetauschern sind bekannt, wie z.B. das
Zusammensetzen geeignet geformter Profilbleche oder andere geeignete Verfahren.
Diese Profile kann man nicht, und braucht man auch nicht aufzuweiten und sie werden auch nicht in gestanzte Lamellenpakete eingeschoben.
Stattdessen werden zum Beispiel zwischen zwei eng aneinander liegenden Profilen (gängige Abstände beispielweise < 1 cm) wie bei Fig. 3 erläutert Blechstreifen, insbesondere Aluminiumblechstreifen gelegt, so dass durch abwechselndes aneinanderlegen von Blechstreifen und Profil ein
Wärmetauscherpaket entsteht. Dieses Paket wir dann in einem Lötofen komplett verlötet.
Durch die engen Abstände und die kleinen Kanaldurchmesser entsteht ein Wärmetauscher mit einem sehr hohen Lamellenwirkungsgrad und einem sehr
geringen Füllvolumen (Kanalinnenseite). Die weiteren Vorteile dieser Technik sind die Vermeidung von Materialpaarungen (Korrosion), das geringe Gewicht (kein Kupfer), die hohe Druckstabilität (ca. 100 bar) sowie die kompakte Bauform (typische Tiefe eines Wärmeaustauschers z.B. 20mm). Im mobilen Einsatz haben sich Microchannelwärmetauscher im Laufe der 90er Jahre etabliert. Das geringe Gewicht, die geringe Blocktiefe sowie die begrenzten Abmessungen, die hier benötigt werden, sind die idealen
Voraussetzungen dafür. Autokühler sowie Verflüssiger und Verdampfer für Autoklimaanlagen werden heute fast ausschließlich mit
Minichannelwärmeaustauschern realisiert.
Im stationären Bereich werden zum einen meist größere Wärmeaustauscher benötigt, zum anderen stehen hier weniger das Gewicht und die Kompaktheit im Vordergrund als vielmehr das optimale Preisleistungsverhältnis.
Minichannelwärmeaustauscher waren bisher in den Abmessungen zu begrenzt, um dafür in Frage zu kommen. Es hätten viele kleine Module aufwendig verbunden werden müssen. Hinzu kommt, dass der
Aluminiumeinsatz bei den Strangpressprofilen relativ hoch ist, so dass auch vom Materialeinsatz kaum ein Kostenvorteil zu erwarten war.
Aufgrund der hohen Stückzahlen im Automobilsektor haben sich die
Herstellprozesse für Minichannelwärmeaustauscher standardisiert und verbessert, so dass man diese Technologie heute als ausgereift bezeichnen kann. Auch die Lötofengröße ist mittlerweile gestiegen, so dass bereits Wärmetauscher in 6er Größe von etwa 1 x 2 m gefertigt werden können. Die anfänglichen Schwierigkeiten mit dem Anschlusssystem sind behoben. Es gibt mittlerweile mehrere patentierte Verfahren, wie die Versteif- und
Sammelrohre eingelötet werden können.
Vor allem der gegenüber Aluminium stark angestiegene Kupferpreis führt jedoch jetzt dazu, dass diese Technologie auch für den stationären Einsatz zunehmend interessant wird.
Dabei haben beide Typen von Wärmetauschern in der praktischen
Anwendung ihre Vor- und Nachteile. Lamellierte Wärmetauscher sind insbesondere für stationäre Anwendungen, also für grosse
Wärmeübertragungsleistungen immer noch weit verbreitet. Es brauchen keine Strangpressprofile hergestellt oder von Zuliefern teuer und aufwändig beschafft werden. Die Herstellungsprozesse sind seit langen etabliert und mechanisch einfach zu beherrschen und es besteht eine grosse Erfahrung in der Dimensionierung und konkreten Ausgestaltung der Wärmetauscher, auch für spezielle Anwendungen, so dass diese immer noch eine hohe Akzeptanz am Markt haben.
Der Nachteil ist, dass in der Regel zwei verschiedene Materialien verarbeitet werden müssen, in der Regel Aluminium für die Wärmetauschlamellen und das inzwischen sehr teure Kupfer für die Wärmemittelleitungen. Ausserdem kommen bei der Herstellung der bekannten lamellierten Wärmetauscher zwei völlig unterschiedliche Prozesse zu Einsatz: einmal müssen die
Wärmemittelleitungen, wie oben bereits erläutert, nach dem Einführen in die Kragen an den Ausstanzungen in den Wärmetauschlamellen mit einem
Aufweitwerkzeug mechanisch aufgeweitet werden, damit einerseits ein guter thermischer Kontakt zu den Wärmetauschlamellen hergestellt wird.
Andererseits wird damit auch die sichere mechanische Stabilität des zusammengefügten lamellierten Wärmetauschers erst hergestellt. Anderseits müssen die einzelnen Wärmemittelleitungen über Bögen und Sammel- und Verteilrohre miteinander verlötet werden, was einen
zusätzlichen Prozess, nämlich den Lötprozess erfordert, der zudem im
Einzelfall in der Praxis sehr aufwändig ist und oft hochqualifizierte Fachkräfte zur Durchführung der Lötarbeiten erfordert.
Die Mikrochannel Wärmetauscher, die letztlich einen idealisierten lamellierten Wärmetauscher darstellen, können dagegen nur aus einem Material, zum Beispiel Aluminium hergestellt werden und die verschiedenen Komponenten wie Einlass und Auslasssegmente, die häufig auch als Header bezeichnet werden, die Strangpressprofile selbst und die Kühllamellen können zunächst mechanisch zusammengesetzt werden und dann in einem einzigen
Lötprozess in einem Lötofen zusammengelötet werden. Nachteilig ist dagegen, dass die Strangpressprofile sehr spezielle Maschinen für deren Herstellung erfordern, so dass die Strangpressprofile extern zugekauft werden müssen, was die Herstellung natürlich insgesamt aus vielfältigen Gründen verteuert. Ausserdem gibt es durchaus Anwendungen, wo die klassischen lamellierten Wärmetauscher Vorteile gegenüber den Mikrokanal Wärmetauschern haben, insbesondere dann, wenn sehr schnell, also in kurzer Zeit grosse Durchflussmengen durch den Wärmetauscher realisiert werden müssen. Das ist bei Mikrokanal Wärmetauschern mit den sehr engen Mikrokanälen oft gar nicht möglich oder ist mit einem nicht akzeptabel hohen Druckabfall über dem Wärmetauscher verbunden. Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen völlig neuen Typ eines
Wärmetauschers vorzuschlagen, der die Vorteile beider Wärmetauschertypen vereinigt und gleichzeitig konzeptionell so flexibel ist, dass in einem Grenzfall funktionell im Prinzip ein neuer Typ eines lamellierten Wärmetauschers bereitgestellt wird und in einem anderen Grenzfall funktionelle im Prinzip ein neuer Typ eine Mikrokanal Wärmetauschers bereit gestellt wird.
Dabei soll der neue Typ eines Wärmtauschers kostengünstig und einfach und im Wesentlichen durch ein einziges, leicht zu handhabendes
Herstellungsverfahren zusammengesetzt werden.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 1 1 gekennzeichnet.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft somit einen Wärmetauscher umfassend ein
Lamellenpaket mit einer ersten Wärmetauschlamelle und einer zweiten Wärmetauschlamelle, wobei an der ersten Wärmetauschlamelle eine erste Durchleitung und an der zweiten Wärmetauschlamelle eine zweite
Durchleitung ausgebildet ist. Die erste Wärmetauschlamelle und die zweite Wärmetauschlamelle sind dabei derart benachbart im Lamellenpaket zueinander angeordnet, dass mittels einer Verbindung der ersten Durchleitung mit der zweiten Durchleitung eine Wärmemittelleitung zur Durchleitung eines Wärmemittels gebildet ist. Erfindungsgemäss sind die erste Durchleitung und die zweite Durchleitung mittels einer Lötverbindung dichtend miteinander verbunden.
Durch die Erfindung wird ein völlig neuer Typ eines Wärmtauschers bereitgestellt, der die Vorteile des klassischen lamellierten Wärmetauschers und diejenigen der Mikrokanal Wärmetauscher zusammenführt. Der
Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung ist kostengünstig und einfach herzustellen und kann im Wesentlichen durch ein einziges, leicht zu handhabendes Lötverfahren in einem einzigen Arbeitsschritt in einem Lötofen zusammengelötet werden.
Werden die Durchmesser der Wärmemittelleitungen und die Abstände von erster und zweiter Wärmetauschlamelle wie bei einem klassischen
lamellierten Wärmetauscher gewählt, so stellt die Erfindung einen völlig neuen Wärmetauscher zur Verfügung, der zum Beispiel nur aus einem einzigen Material wie Aluminium oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist und in einem einzigen Verfahrensschritt in einem Lötofen zusammengelötet werden kann, der aber gleichzeitig funktionell die Eigenschaften eines klassischen lamellierten Wärmetauschers hat. Und zwar ohne die bekannten Probleme wie unterschiedliche Wärmeausdehnung, die Bildung chemischer Lokalelemente, Probleme mit der Lötbarkeit verschiedener Metalle usw., die bekanntermassen beim gleichzeitigen Verarbeiten verschiedener Materialien wie zum Beispiel von Kupfer und Aluminium immer auftreten.
Werden die Durchleitungen und damit die Durchmesser der
Wärmemittelleitungen so wie bei einem Mikrokanal Wärmetauscher gewählt, also zum Beispiel mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von einem Millimeter und wird eine genügend grosse Zahl solcher Wärmemittelleitungen in den Wärmetauschlamellen vorgesehen, so entsteht ein völlig neuer Typ von Wärmetauscher, der funktionell alle Vorteile eines bekannten Mikrokanal Wärmetauschers hat.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Wärmetauschers ist an der ersten Durchleitung ein Verbindungsmittel, zum Beispiel ein Verbindungsring oder ein Verbindungskragen derart ausgebildet und die zweite Durchleitung gleichzeitig derart ausgestaltet ist, dass die erste Durchleitung über das Verbindungsmittel mit der zweiten Durchleitung formschlüssig verbunden ist.
Im Speziellen kann das Verbindungsmittel auch zum Beispiel ein
Leitungsstutzen sein, der durch einen Stanz- oder Umformprozess aus der Wärmetauschlamelle selbst gebildet ist und somit ein integraler Bestandteil der Wärmetauschlamelle ist.
Ein Durchleitungsquerschnitt der Wärmemittelleitung kann dabei wie bei einem bekannten lamellierten Wärmetauscher einfach kreisförmig sein oder aber es ist auch möglich, dass ein erster Durchleitungsquerschnitt der
Wärmemittelleitung grösser ist als ein zweiter Durchleitungsquerschnitt, so dass die Wärmemittelleitung zum Beispiel einen ovalen Querschnitt oder einen rechteckigen Querschnitt hat, wie es von den Mikrokanal
Wärmetauschern an sich bekannt ist. Dabei kann der Querschnitt einer Wärmemittelleitung eines Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung auch jede andere für eine spezielle Anwendung geeignete Querschnittsform haben. In einem für die Praxis wichtigen Ausführungsbeispiel ist, wie bereist erwähnt, der Durchleitungsquerschnitt der Wärmemittelleitung im Lamellenpaket derart ausgestaltet ist, dass der Wärmetauscher zumindest teilweise funktionell in Form eines Mikrokanalwärmetauschers ausgebildet ist, wobei bevorzugt der gesamte Wärmetauscher derart ausgebildet. Auch kann der Durchleitungsquerschnitt der Wärmemittelleitung im
Lamellenpaket derart ausgestaltet sein, dass der Wärmetauscher zumindest teilweise funktionell in Form eines lamellierten Wärmetauschers ausgebildet ist.
Es versteht sich, dass sogar Mischformen, also letztlich Hybrid
Wärmetauscher möglich sind, bei welchen ein Teil der Wärmemittelleitungen mit grossen Durchmessern wie bei klassischen lamellierten Wärmetauschern ausgestaltet ist und ein anderer Teil mit sehr kleinen Durchmesser wie bei Mikrokanal Wärmetauschern ausgestattet ist.
Es versteht sich dabei von selbst, dass in den meisten für die Praxis relevanten Ausführungsbeispielen im Lamellenpaket eine Mehrzahl von Wärmemittelleitungen ausgebildet sind.
In an sich bekannter Weise kann zur Zuführung des Wärmemittels der Wärmetauscher ein Einlasssegment, also einen Einlass Header und zur Abführung des Wärmemittels ein Auslasssegment, also einen Auslass Header umfassen, wie es an sich bereits von den bekannten lamellierten und auch von den Mikrokanal Wärmetauschern bekannt ist.
Dabei ist es auch möglich, dass der Wärmetauscher zur Zuführung des Wärmemittels und gleichzeitig zur Abführung des Wärmemittels ein
Austauschsegment umfasst. Also einen einzigen Header, an den der Zufluss des Wärmemittels zum Wärmetauscher und der Abfluss des Wärmemittels zum Wärmetauscher gleichzeitig bewerkstelligt wird.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Lötverfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung, bei welchem Lötverfahren ein Lamellenpaket mit einer erste Wärmetauschlamelle und einer zweiten
Wärmetauschlamelle bereitgestellt wird und an der ersten
Wärmetauschlamelle eine erste Durchleitung und an der zweiten
Wärmetauschlamelle eine zweite Durchleitung ausgebildet wird. Die erste Wärmetauschlamelle und die zweite Wärmetauschlamelle werden dabei derart benachbart im Lamellenpaket zueinander angeordnet, dass die erste Durchleitung und die zweite Durchleitung in Form einer Wärmemittelleitung zur Durchleitung eines Wärmemittels miteinander verbunden werden können. Erfindungsgemäss werden die erste Durchleitung und die zweite Durchleitung mittels einer Lötverbindung dichtend miteinander verbunden.
Bei einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel wird an der ersten Durchleitung ein Verbindungsmittel derart ausgebildet und die zweite Durchleitung wird derart ausgestaltet, dass die erste Durchleitung über das Verbindungsmittel mit der zweiten Durchleitung zunächst formschlüssig verbunden werden kann und anschliessend formschlüssig verlötet wird.
In der Regel wird zur Zuführung des Wärmemittels am Wärmetauscher ein Einlasssegment und zur Abführung des Wärmemittels am Wärmetauscher in für Wärmetauscher an sich bekannter Art und Weise ein Auslasssegment vorgesehen sein. Oder aber es kann an einem erfindungsgemässen
Wärmetauscher zur gleichzeitigen Zuführung Abführung des Wärmemittels ein Austauschsegment vorgesehen werden, das sie Funktion der Zuführung und Abführung des Wärmemittels, selbstverständlich über eine separate Zufuhr- und Abfuhrleitung gleichzeitig erfüllt.
Besonders bevorzugt wird die Durchleitung und / oder die Durchleitung und / oder das Verbindungsmittel durch Stanzen der ersten Wärmetauschlamelle und / oder der zweiten Wärmetauschlamelle hergestellt.
Das heisst, in der Praxis wird ein erfindungsgemässer Wärmetauscher, der zumindest das Lamellenpaket und das Einlasssegment und das
Auslasssegment unfasst, und / oder der zumindest das Lamellenpaket und das Austauschsegment umfasst, zusammengesetzt und der
zusammengesetzte Wärmetauscher wird in einem Lötofen in einem
Arbeitsschritt zusammengelötet. Als bevorzugte Materialien zur Herstellung erfindungsgemässer Wärmetauscher kommen dabei vor allem Materialien in Frage, die lötbar sind, also zwar bevorzugt Kupfer oder Aluminium, aber keineswegs auschliesslich nur Kupfer oder Aluminium, sondern auch alle anderen geeigneten Materialien oder Kombinationen von geeigneten
Materialien.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein aus dem Stand der Technik bekannter lamellierter
Wärmetauscher;
Fig. 2 der Wärmetauscher gemäss Fig. 1 im Schnitt;
Fig. 3 ein aus dem Stand der Technik bekannter Mikrokanal
Wärmetauscher;
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen
Wärmetauschers;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel mit abschnittsweise sich
verkleinerndem Durchleitungsquerschnitt;
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel mit kontinuierlich sich
verkleinerndem Durchleitungsquerschnitt; Fig. 7a Wärmetauscher mit Austauschsegment und Umlenksegment;
Fig. 7b Schnittdarstellung des Austauschsegments gemäss Fig. 7a
entlang der Schnittlinie AI aus Blickrichtung A;
Fig. 7c Schnittdarstellung der Wärmemittelleitungen gemäss Fig. 7a entlang der Schnittlinie All aus Blickrichtung A; Fig. 7d Schnittdarstellung des Umlenksegments gemäss Fig. 7a entlang der Schnittlinie AMI aus Blickrichtung A;
Die Fig. 1 bis 3, die zwei aus dem Stand der Technik bekannte
Wärmetauscher zeigen, wurden eingangs bereits ausführlich diskutiert und brauchen daher im folgenden nicht mehr gesondert betrachtet zu werden.
Zur Erinnerung sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Merkmale erfindungsgemässer Ausführungsbeispiele mit Bezugszeichen versehen sind, die kein Hochkomma tragen, während die Bezugzeichen in den Fig. 1 bis
Fig. 3, die bekannte Wärmetauscher zeigen, mit einem bzw.
Hochkommata versehen sind.
In Fig. 4 ist in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Wärmetauschers schematisch dargestellt, der im Folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist.
Der Wärmetauscher 1 gemäss Fig. 4 umfasst ein Lamellenpaket 2 mit einer ersten Wärmetauschlamelle 21 und einer zweiten Wärmetauschlamelle 22, wobei an der ersten Wärmetauschlamelle 21 eine erste Durchleitung 31 und an der zweiten Wärmetauschlamelle 22 eine zweite Durchleitung 32
ausgebildet ist, und die erste Wärmetauschlamelle 21 und die zweite
Wärmetauschlamelle 22 derart benachbart im Lamellenpaket 2 zueinander angeordnet sind, dass mittels einer Verbindung der ersten Durchleitung 31 mit der zweiten Durchleitung 32 eine Wärmemittelleitung 4 zur Durchleitung eines Wärmemittels 5 gebildet ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung sind die erste Durchleitung 31 und die zweite Durchleitung 32 mittels einer
Lötverbindung 6 dichtend miteinander verbunden.
Im speziellen Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist an der ersten Durchleitung 31 ein Verbindungsmittel 31 1 , 31 10 ausgebildet und die zweite Durchleitung 32 ist derart ausgestaltet, dass die erste Durchleitung 31 über das
Verbindungsmittel 31 1 , 31 10, das hier ein Leitungsstutzen 31 10 ist, mit der zweiten Durchleitung 32 formschlüssig verbunden und an der formschlüssigen Verbindung verlötet.
Ein Durchleitungsquerschnitt 40 der Wärmemittelleitung 4 ist im Beispiel der Fig. 4 kreisförmig gewählt, so der so gebildete Wärmetauscher 1 funktionell mehr oder weniger einem bekannten lamellierten Wärmetauscher entspricht.
Es versteht, dass im Wärmetauscher 1 der Fig. 4 eine Vielzahl von
Wärmemittelleitungen 4 im Lamellenpaket 2 ausgebildet sind, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 4 exemplarisch nur eine
Wärmemittelleitung 4 schematisch dargestellt ist. Ebenso aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in Fig. 4 auf die Darstellung eines Einlasssegment 7 zur Zuführung des Wärmemittels 5, sowie auf die Darstellung eines Auslasssegment 8 zur Abführung des Wärmemittels aus dem Wärmetauscher 1 verzichtet.
Der Wärmetauscher der Fig. 4 wurde dabei gemäss einem
erfindungsgemässen Lötverfahren hergestellt, bei welchem Lötverfahren das Lamellenpaket 2 mit der ersten Wärmetauschlamelle 21 und der zweiten Wärmetauschlamelle 22 bereitgestellt wurde, und an der ersten
Wärmetauschlamelle 21 die erste Durchleitung 31 und an der zweiten
Wärmetauschlamelle 22 die zweite Durchleitung 32 inklusive dem
Leitungsstutzen 31 10 durch einen Stanzvorgang ausgestanzt wurde. Sodann wurde die erste Wärmetauschlamelle 21 und die zweite Wärmetauschlamelle 22 derart benachbart im Lamellenpaket 2 zueinander angeordnet, dass die erste Durchleitung 31 und die zweite Durchleitung 32 in Form einer
Wärmemittelleitung 4 zur Durchleitung des Wärmemittels 5 miteinander verbunden sind. Gemäss der vorliegenden Erfindung wurde dann die erste Durchleitung 31 und die zweite Durchleitung 32, d.h. im vorliegenden Beispiel das gesamte Lamellenpaket 2 inklusive des nicht dargestellten
Einlasssegments und Auslasssegments in einem einzigen Lötvorgang in einem Lötofen mittels einer Lötverbindung 6 dichtend miteinander verbunden, also zusammengelötet.
Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele
erfindungsgemässer Wärmetauscher 1 , wobei das zweite Ausführungsbeispiel gemäss Fig.5 ein Ausführungsbeispiel mit abschnittsweise sich
verkleinerndem Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 ist und anhand der Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel mit kontinuierlich sich verkleinerndem
Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 schematsich dargestellt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur die Durchleitungen 31 , 32 dargestellt. Die übrigen Komponenten des Wärmetauschers 1 sind im Prinzip im
Wesentlichen identisch zu denen der zuvor beschriebenen, bzw. zu den übrigen Komponenten an sich bekannter Wärmetauscher.
Die Wärmetauscher 1 gem. Fig. 5 und Fig. 6 sind aus Wärmetauschlamellen 21 , 22 zusammengesetzt, bei welchen die Querschnittsform bzw. der
Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 der Durchleitungen 31 , 32 in
Strömungsrichtung, oder bei anderen, nicht explizit dargestellten
Ausführungsbeispielen, auch gegen die Strömungsrichtung des Wärmemittels 5 so angepasst ist, dass die Wärmeübertragungseigenschaften an die spezifischen Eigenschaften der konkret verwendeten Wärmemittel 5 angepasst sind.
Das ist dadurch realisiert, dass der Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 im Beispiel der Fig. 5 und Fig. 6 in Strömungsrichtung des Wärmemittels 5 nach einem vorgebbaren Schema verändert werden, hier konkret zunehmend verkleinert werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es je nach Erfordernis, zum Beispiel in Abhängigkeit von dem konkret zu verwendenden Wärmemittel 5 auch so sein, dass sich der Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 in Strömungsrichtung des Wärmemittels 5 zunehmend vergrössert.
Im Beispiel der Fig. 5 verkleinert sich der Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 abschnittsweise. Das heisst, im Abschnitt A1 sind alle
Durchleitungsquerschnitte 40, 41 , 42 zwar gleich, aber grösser als die
Durchleitungsquerschnitte 40, 41 , 42 im Abschnitt A2. Wobei die
Durchleitungsquerschnitte 40, 41 , 42 im Abschnitt A2 ihrerseits wieder alle gleich sind, aber wiederum grösser als die Durchleitungsquerschnitte 40, 41 , 42 im Abschnitt A3.
Im speziellen Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 verkleinert sich der
Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 in dem Sinne quasi kontinuierlich, dass sich von einer Durchleitung 31 zu einer jeweils in Strömungsrichtung des Wärmemittels 5 benachbarten zweiten Durchleitung 32 der
Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42 jeweils verkleinert.
Beispielsweise bedeutet das, dass durch diese Ausführungsformen mit sich zunehmend veränderndem, also hier sich verkleinerdem
Durchleitungsquerschnitt 40, 41 , 42, die Geschwindigkeit des Wärmemittels 5 beim Durchströmen der Wärmemittelkanäle bzw. der Durchleitungen 31 , 32 an die sich ändernde Dichte des Wärmemittels 5 angepasst werden kann, zum Beispiel, dass die Strömungsgeschwindigkeit verändert, im Speziellen erhöht werden kann, um einen Wärmeübergang zu verbessern.
Das trifft vor allem auf solche Fluide bzw. Wärmemittel 5 zu, die beim
Durchlaufen des Wärmetauschers 1 bestimmte spezifische Eigenschaften verändern. Hierzu gehören beispielsweise Wärmemittel 5 mit einem
Phasenwechsel von mindestens einem Zustand in einen anderen fest, flüssig, gasförmig, transkritisch. Aber auch Fluide bzw. Wärmemittel 5, die ihre
Eigenschaften auf Grund einer wie auch immer gearteten chemischen
Reaktion oder eines physikalischen Vorgangs verändern sind eingeschlossen. Anhand der Fig. 7a bis Fig. 7d soll schliesslich noch ein für die Praxis besonders wichtiges Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen
Wärmetauschers 1 mit Austauschsegment 9 und Umlenksegment 91 , zwischen denen die Wärmemittelleitungen 4 angeordnet sind, diskutiert werden. Zum besseren Verständnis der geometrischen Anordnung der Komponenten des Wärmetauschers 1 gemäss Fig. 7a sind anhand der Fig. 7b eine
Schnittdarstellung des Austauschsegments gemäss Fig. 7a entlang der Schnittlinie AI aus Blickrichtung A, anhand der Fig. 7c eine Schnittdarstellung
der Wärmemittelleitungen gemäss Fig. 7a entlang der Schnittlinie All aus Blickrichtung A und schliesslich anhand der Fig. 7d eine Schnittdarstellung des Umlenksegments gemäss Fig. 7a entlang der Schnittlinie AMI aus
Blickrichtung A in schematischer Weise dargestellt. Das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Wärmetauschers 1 gemäss Fig. 7a umfasst einen Austauschheader 900 mit Austauschsegment 9 und Koppelelement 901 , einen Umlenkheader 910 mit Umlenksegment 91 und einen Umlenkkoppler 91 1 . Die Wärmemittelleitungen 4 sind zwischen dem Koppelelement 901 und dem Umlenkkoppler 91 1 derart angeordnet, dass das Wärmemittel 5 gemäss Fig. 7b über ein Einlasssegment 7 des Austauschsegments 9 und das Koppelelement 901 in eine erste
Wärmemittelleitung 4, 401 einspeisbar ist, über den Umlenkkoppler 91 1 dem Umlenksegment 91 zuführbar ist, und von dort wieder über den
Umlenkkoppler 91 1 in eine zweite Wärmemittelleitung 4, 402 einspeisbar ist, und aus der zweiten Wärmemittelleitung 4, 402 über das Koppelelement 901 und das Auslasssegment 8 gemäss Fig. 7b wieder aus dem
Austauschsegment abführbar ist.
Gemäss der vorliegenden Erfindung kann dabei der komplette
Wärmetauscher, umfassend zum Beispiel die vorstehend beschriebenen Komponenten, zusammengesteckt werden und dann komplett in einem Lötöfen verlötet werden.
Es versteht sich dabei von selbst, dass der Austauschheader 900 mit
Austauschsegment 9 und Koppelelement 901 und / oder der Umlenkheader 910 mit Umlenksegment 91 und Umlenkkoppler 91 1 auch aus einem Stück vorgefertigt sein können.
Im Übrigen kann es bei einem anderen Ausführungsbeispiel natürlich auch so sein, dass die Wärmeleitungen 4 nicht zwischen einem Austauschsegment 9
und einem Umlenksegment 91 angeordnet sind, sondern, dass das
Einlasssegment 7 und das Auslasssegment 8 in an sich bekannter Weise in zwei verschiedenen Headern, einem Einlassheader und einem Auslassheader angeordnet sind, zwischen denen die Wärmemitteleitungen 4 vorgesehen werden.
Es versteht sich, dass die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich exemplarisch zu verstehend sind. Das heisst, die Erfindung ist nicht allein auf die beschriebenen speziellen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind alle geeigneten
Kombinationen der vorgestellten speziellen Ausführungsformen durch die Erfindung ebenfalls abgedeckt.
Claims
Patentansprüche
1 . Wärmetauscher umfassend ein Lamellenpaket (2) mit einer ersten
Wärmetauschlamelle (21 ) und einer zweiten Wärmetauschlamelle (22), wobei an der ersten Wärmetauschlamelle (21 ) eine erste Durchleitung (31 ) und an der zweiten Wärmetauschlamelle (22) eine zweite
Durchleitung (32) ausgebildet ist, und die erste Wärmetauschlamelle (21 ) und die zweite Wärmetauschlamelle (22) derart benachbart im
Lamellenpaket (2) zueinander angeordnet sind, dass mittels einer
Verbindung der ersten Durchleitung (31 ) mit der zweiten Durchleitung (32) eine Wärmemittelleitung (4) zur Durchleitung eines Wärmemittels (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Durchleitung (31 ) und die zweite Durchleitung (32) mittels einer Lötverbindung (6) dichtend miteinander verbunden sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei an der ersten Durchleitung (31 ) ein Verbindungsmittel (31 1 , 31 10, 31 1 1 ) derart ausgebildet ist und die zweite Durchleitung (32) derart ausgestaltet ist, dass die erste
Durchleitung (31 ) über das Verbindungsmittel (31 1 , 31 10, 31 1 1 ) mit der zweiten Durchleitung (32) formschlüssig verbunden ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei das Verbindungsmittel (31 1 ) ein Leitungsstutzen (31 10) ist.
4. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Durchleitungsquerschnitt (40, 41 , 42) der Wärmemittelleitung (4) kreisförmig ist.
5. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein erster Durchleitungsquerschnitt (41 ) der Wärmemittelleitung (4) grösser ist als ein zweiter Durchleitungsquerschnitt (42).
6. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Durchleitungsquerschnitt (40, 41 , 42) der Wärmemittelleitung (4) im Lamellenpaket (2) derart ausgestaltet ist, dass der Wärmetauscher zumindest teilweise in Form eines Mikrokanalwärmetauschers ausgebildet ist.
7. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Durchleitungsquerschnitt (40, 41 , 42) der Wärmemittelleitung (4) im Lamellenpaket (2) derart ausgestaltet ist, dass der Wärmetauscher zumindest teilweise in Form eines lamellierten Wärmetauschers
ausgebildet ist.
8. Wärmetauscher nach einer der vorangehenden Ansprüche, wobei im
Lamellenpaket (2) eine Mehrzahl von Wärmemittelleitungen (4)
ausgebildet sind.
9. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Zuführung des Wärmemittels (5) der Wärmetauscher ein Einlasssegment
(7) und zur Abführung des Wärmemittels (5) der Wärmetauscher ein Auslasssegment (8) umfasst.
10. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher zur Zuführung des Wärmemittels (5) und zur Abführung des Wärmemittels (5) ein Austauschsegment (9) und ein Umlenksegment (91 ) umfasst.
1 1 . Lötverfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem Lötverfahren ein Lamellenpaket (2) mit einer erste Wärmetauschlamelle (21 ) und einer zweiten
Wärmetauschlamelle (22) bereitgestellt wird, und an der ersten
Wärmetauschlamelle (21 ) eine erste Durchleitung (31 ) und an der zweiten Wärmetauschlamelle (22) eine zweite Durchleitung (32) ausgebildet wird,
und die erste Wärmetauschlamelle (21 ) und die zweite
Wärmetauschlamelle (22) derart benachbart im Lamellenpaket (2) zueinander angeordnet werden, dass die erste Durchleitung (31 ) und die zweite Durchleitung (32) in Form einer Wärmemittelleitung (4) zur
Durchleitung eines Wärmemittels (5) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Durchleitung (31 ) und die zweite Durchleitung (32) mittels einer Lötverbindung (6) dichtend miteinander verbunden werden.
Lötverfahren nach Anspruch 1 1 , wobei an der ersten Durchleitung (31 ) ein Verbindungsmittel (31 1 , 31 10, 31 1 1 ) derart ausgebildet und die zweite Durchleitung (32) derart ausgestaltet wird, dass die erste Durchleitung (31 ) über das Verbindungsmittel (31 1 , 31 10, 31 1 1 ) mit der zweiten Durchleitung (32) zunächst formschlüssig verbunden werden kann und anschliessend formschlüssig verlötet wird. 13. Lötverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei zur Zuführung des
Wärmemittels (5) am Wärmetauscher (1 ) ein Einlasssegment (7) und zur Abführung des Wärmemittels (5) am Wärmetauscher (1 ) ein
Auslasssegment (8) vorgesehen wird, oder wobei am Wärmetauscher (1 ) zur Zuführung des Wärmemittels (5) und zur Abführung des Wärmemittels (5) ein Austauschsegment (9) vorgesehen wird.
14. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die Durchleitung (31 ) und / oder die Durchleitung (32) und / oder das Verbindungsmittel (31 1 , 31 10, 31 1 1 ) durch Stanzen der ersten Wärmetauschlamelle (21 ) und / oder der zweiten Wärmetauschlamelle (22) hergestellt wird. 15. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei der
Wärmetauscher (1 ) zumindest umfassend das Lamellenpaket (2) und das Einlasssegment (7) und das Auslasssegment (8), und / oder umfassend
das Lamellenpaket (2) und das Austauschsegment (9) zusammengesetzt wird und der zusammengesetzte Wärmetauscher (1 ) in einem Lötofen zusammengelötet wird.
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