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EP2176615A1 - Wärmeaustauschsystem mit einem wärmetauscher, sowie ein verfahren zur herstellung eines wärmeaustauschsystems - Google Patents

Wärmeaustauschsystem mit einem wärmetauscher, sowie ein verfahren zur herstellung eines wärmeaustauschsystems

Info

Publication number
EP2176615A1
EP2176615A1 EP08759967A EP08759967A EP2176615A1 EP 2176615 A1 EP2176615 A1 EP 2176615A1 EP 08759967 A EP08759967 A EP 08759967A EP 08759967 A EP08759967 A EP 08759967A EP 2176615 A1 EP2176615 A1 EP 2176615A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
heat
heat exchange
exchange system
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08759967A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger König
Franz Summerer
Stanislav Perencevic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
A-Heat Allied Heat Exchange Technology AG Germany
Original Assignee
A-Heat Allied Heat Exchange Technology AG Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by A-Heat Allied Heat Exchange Technology AG Germany filed Critical A-Heat Allied Heat Exchange Technology AG Germany
Priority to EP08759967A priority Critical patent/EP2176615A1/de
Publication of EP2176615A1 publication Critical patent/EP2176615A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05375—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F28F9/262—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators for radiators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
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    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Definitions

  • the invention relates to a heat exchange system with a heat exchanger, and a method for producing a heat exchange system according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • Heat exchangers are used in refrigerators, e.g. in ordinary
  • the laminated heat exchangers serve, like all types of heat exchangers, to transfer heat between two media, for example, 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 heat is released to the ambient air via the heat exchanger for generating a cooling capacity in the interior of the refrigerator.
  • the ambient medium outside the heat exchanger e.g. Water, oil or often simply the ambient air, which absorbs heat or transfers heat to the heat exchanger, for example, is either cooled or heated accordingly.
  • the second medium may e.g. be a liquid refrigerant or heat transfer or a vaporizing or condensing refrigerant.
  • the surrounding medium e.g. the air has a much lower heat transfer coefficient than the second medium, e.g. the coolant used in the
  • Heat exchanger system circulates. This is compensated by greatly different heat transfer surfaces for the two media:
  • the medium with the high heat transfer coefficient flows in the tube, which on the outside by thin sheets (ribs, fins) has a greatly enlarged surface at which the heat transfer, for. takes place with the air.
  • Fig. 6 shows a simple example of such a known laminated heat exchanger.
  • the lamellar spacing is chosen differently for different applications. However, purely 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.
  • 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. This material costs could be reduced by reducing the pipe diameter and the wall thickness, ie you build a heat exchanger with many small pipes instead of few big pipes. Thermodynamically, this solution would be optimal: very many tubes in close proximity with small diameters. However, a significant cost factor is also the working time for expanding and soldering the pipes. This would increase extremely with such a geometry.
  • minichannel or microchannel heat exchangers have been developed, which are manufactured by a completely different process and almost correspond to the ideal of a laminated heat exchanger: many small tubes with small spacings.
  • profiles can not be widened and they are not pushed into stamped plate packs. Instead, for example, be placed between two closely spaced profiles (common distances, for example, ⁇ 1 cm) metal strips, especially aluminum sheet strips, so that by alternating juxtaposition of metal strips and profile a heat exchanger package is created. This package is then completely soldered in a soldering oven. Such a packet shows e.g. Fig. 3.
  • a disadvantage is the complicated manufacturing process that requires a soldering oven, the limited dimensions, which are predetermined by the soldering oven, the limited circuit option (pass number), but especially the complex connection system (distribution and manifold)
  • mini-channel heat exchangers In mobile use, mini-channel heat exchangers have established themselves during the 1990s. The low weight, the small block depth and the limited dimensions that are required here are the ideal conditions for this. Car coolers and condensers and evaporators for car air conditioning systems are today almost exclusively realized with mini-channel heat exchangers.
  • Aluminum use in the extruded sections is relatively high, so that hardly any cost advantage was expected from the use of materials.
  • hybrid coolers or hybrid dry coolers are known, such. are disclosed in WO90 / 15299 or EP 428647 B1, in which the gaseous or liquid medium to be cooled of the primary cooling circuit flows through a lamella heat exchanger, and deliver the dissipated heat through the cooling fins partly as sensitive and partly as latent heat to the air flow.
  • One or more fans promote the flow of air through the heat exchanger and advantageously have variable speed.
  • the dissipation of the latent heat is carried out by a liquid medium, preferably water, which is adapted to its specific values such as conductivity, hardness, content of carbonates and each is applied as a drop-forming liquid film on the air side heat transfer surface. Immediately below the heat exchanger elements, the excess water drips into one
  • Hybrid heat transfer is thus understood to mean the considerable improvement in the heat transfer of fin heat exchangers with pipes by targeted wetting or spraying of water.
  • it is especially necessary to regulate the air velocity in the disk pack in such a way that the water titration on the disk surface does not occur. This is advantageously achieved by a speed control of the fans or by other suitable measures.
  • the quality of the circulating or Besprühungswassers high demands are made in terms of pH, water hardness, chlorine content, conductivity, etc., to prevent on the one hand deposits on thickening on the lamella by evaporation, on the other hand too high Content of chemically reactive Form substances, which in turn can lead to corrosion together with the deposits.
  • a major disadvantage is that the cost of manufacturing and corrosion protection of the heat exchanger walls in hybrid operation is very expensive.
  • Another way of obtaining greater heat transfer performance is, in principle, by combining several individual heat exchange components, e.g. through the interconnection of AI-MCHX modules, attempts to achieve greater exchange rates.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved heat exchange system that overcomes the problems known from the prior art and with the particular high cooling performance with minimal wear and low cost, especially in large stationary systems, but also in mobile systems are reachable.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing such a heat exchange system.
  • the invention thus relates to a heat exchange system with a heat exchanger for exchanging heat between a fluid and an ambient atmosphere.
  • the heat exchanger in this case comprises an inlet channel, an outlet channel and a heat exchanger with a plurality of microchannels, wherein the inlet channel with an inlet segment of the heat exchanger, and the outlet channel with an outlet segment of the heat exchanger is flow-connected such that the fluid to
  • the heat exchange system comprises a compensating means for compensating for thermomechanical stresses.
  • the invention relates, inter alia, to a heat exchange system, in particular for refrigeration and air conditioning systems, and more specifically relates to brazed, especially but not exclusively, aluminum heat exchangers for hybrid or non-hybrid cooling of, for example, a liquid refrigerant medium or for liquefaction of Refrigerants, in a particular embodiment with a water-wettable or besprühbaren, air-side heat transfer surface over which a cooling medium can be circulated or completely evaporated.
  • a thermal expansion of the components resulting in the operating state in order to increase operational safety and leakage safety is compensated by suitable connection techniques.
  • the invention may be particularly advantageous in cold conditions, for example, are widely used below room temperature, for example at -30 0 C, or at even lower temperatures, including during operation of a heat exchanging system as an evaporator or air cooler in a cold store or to be cooled spaces and defrosting by the hot gas ,
  • the present invention proves when interconnecting several cooling modules to increase the cooling capacity.
  • the avoidance of thermo-mechanical stresses takes place according to the invention by compensators, which allow the individual modules, for example, in terms of the pipe connection point can compensate for stress.
  • in particular embodiments of the present invention in particular aluminum foils soldered to the modules are used.
  • Corrugated tubes, flexible hoses or other fasteners proposed that can compensate for thermo-mechanical stresses.
  • materials for example, in the case of corrugated pipes or in the case of similar solid bonding techniques, solderable aluminum alloys, for example, but not necessarily, with a small magnesium content in question.
  • solderable aluminum alloys for example, but not necessarily, with a small magnesium content in question.
  • These flexible connections can also be realized by appropriate distances between headers and connection points, possibly also in the form of U-bends.
  • V-shaped or W-shaped heat exchange systems for example, a central, located in the middle collection tube for a temperature compensation can be provided.
  • the present invention is particularly applicable when very large cooling capacities are required, and therefore where the interconnection of more than two, three or more than four modules must be provided.
  • the invention also relates to hybrid recoolers or condensers, i. Heat exchange systems in which a heat exchange surface is additionally provided with a cooling fluid, e.g. is wetted or sprinkled with water, oil or other fluid for heat exchange.
  • a cooling fluid e.g. is wetted or sprinkled with water, oil or other fluid for heat exchange.
  • the compensation means is a stretchable and / or a flexible connecting means, in particular a corrugated tube and / or a flexible hose, in particular a connecting plate and / or another suitable compensation means, preferably made of a metal or a metal alloy, but in particular also eg can be made of a plastic, a composite material or other suitable material.
  • At least two in a heat exchange system according to the invention Heat exchanger provided and / or the at least two heat exchangers are connected via a collecting inlet line and / or via a Sammelauslasstechnisch for supply and discharge of a cooling fluid.
  • the required heat transfer capacity can be adapted very flexibly, depending on the requirements, in a special case.
  • the heat exchange system may comprise a heat exchange body, so that from the heat exchange body and the heat exchanger
  • Heat exchanger package is formed.
  • the heat exchange body may e.g. a known per se cooling plate or a cooling fin or other suitable heat exchange body, as it is known per se from the prior art.
  • the heat exchange system includes a plurality of heat exchangers and / or a plurality of heat exchangers and / or a plurality of heat exchangers and / or a plurality of heat exchanger packages, and is particularly configured as a modular heat exchange system. It is particularly preferably designed as a modularly expandable and / or modularly reducible heat exchange system which is very flexible for changing requirements, e.g. It is easy and inexpensive to adapt to changing heat exchanger performance requirements, without having to replace the entire heat exchange system in a corresponding case.
  • the inventive compensation means may be provided between different components of the heat exchange system.
  • the compensation means between the heat exchanger and / or the inlet channel and / or the outlet channel may be provided.
  • / or the compensation means may be provided between the heat exchanger and / or the collection inlet line and / or the collection outlet line and / or be provided between the heat exchange body and the heat exchanger and / or between two heat exchanger packages.
  • two heat exchangers and / or two heat exchangers and / or two heat exchanger packages are arranged at a predeterminable angle to each other, in particular parallel and / or V-shaped and / or W-shaped arranged to each other.
  • inlet channel itself, and / or the outlet channel and / or the inlet segment and / or the outlet segment and / or the collection inlet line and / or the collection outlet line and / or the heat exchanger packet to be designed as compensating means, by eg are designed in the form of a corrugated tube or an elastic or stretchable tube or in any other suitable form as compensation means.
  • a heat exchange system may comprise a cooling device for cooling the heat exchanger, in particular, a fan for generating a gas flow in a conventional manner may be provided on the heat exchanger.
  • the heat exchange system may be formed as a hybrid system, and a sprinkler for sprinkling the heat exchanger with a cooling fluid, in particular with cooling water or cooling oil include, and / or there may be a mist eliminator, e.g. be provided in the form of a trough for the separation and collection of the cooling fluid.
  • the heat exchanger and / or the heat exchanger and / or the compensation means and / or the heat exchange body and / or the heat exchanger package in particular the entire Heat exchange system, made of a metal or a metal alloy, in particular of a single metal or a single metal alloy, in particular made of stainless steel, in particular made of aluminum or an aluminum alloy.
  • a so-called sacrificial metal may be provided, e.g. in a manner known to those skilled in an electrochemical corrosion process in favor, that is corroded while preserving another metallic component of the inventive heat exchange system.
  • Heat exchange system is at least partially provided with a protective layer, in particular with a corrosion protection layer, which may be, for example, a corrosion protective coating, a thermal spray coating, a galvanic layer or other suitable corrosion protection layer.
  • a corrosion protection layer which may be, for example, a corrosion protective coating, a thermal spray coating, a galvanic layer or other suitable corrosion protection layer.
  • the heat exchange system with a laminated heat exchanger withâlammelen may be formed as a combination heat exchanger.
  • a heat exchange system of the present invention may be advantageously used in a variety of technical fields.
  • the heat exchange system may be a radiator, in particular a radiator for a vehicle, in particular for a land vehicle, for an aircraft or for a watercraft, or a radiator, condenser or evaporator for a mobile or stationary heating system Cooling system or an air conditioner, in particular a cooler device for a machine or a building.
  • the invention further relates to a method for producing a heat exchange system according to the present invention, wherein preferably a soldering method and / or a welding method is used.
  • the heat exchange system is produced in a soldering furnace, wherein in particular the components of the heat exchange system are mechanically connected and then soldered in a soldering step.
  • the heat exchange system after soldering in a conventional manner at least partially provided with a protective layer, in particular with a corrosion protection layer and / or with a sacrificial metal.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows a heat exchanger with microchannels in section along the section line I-I according to FIG. 1;
  • Fig. 5 arranged a heat exchange system with V-shaped
  • Fig. 6 is a laminated heat exchanger for forming a
  • Fig. 7 heat exchange system as a hybrid system
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first simple
  • the inventive heat exchange system 1 of Fig. 1 has as an essential element a heat exchanger 2 for exchanging heat between a fluid 3, e.g. a cooling liquid 3 and a
  • the heat exchanger 2 comprises an inlet channel 4, an outlet channel 5 and a heat exchanger 6 with a multiplicity of microchannels 61.
  • the heat exchanger 6 is therefore a microchannel or mini-channel system 6 known per se.
  • the inlet channel 4 is connected to an inlet segment 62 of the heat exchanger 6 and the outlet channel 5 is fluidly connected to an outlet segment 63 of the heat exchanger 6 such that the fluid 3 exchanges heat with the ambient atmosphere from the inlet channel 4 via the inlet segment 62, through the plurality of microchannels 61 of the heat exchanger 6, and finally via the outlet segment 63 Outlet channel 5 can be fed. It is essential to the invention that the heat exchange system 1 of FIG.
  • FIG. 1 comprises a compensating means 7 for compensating for thermomechanical stresses, which in the present case is between the inlet channel 4 and the heat exchanger 6 or between the outlet channel 5 and the heat exchanger 6, so that between the Inlet channel 4 and / or the heat exchanger 6 and / or the outlet channel 5 occurring thermo-mechanical stresses can be compensated.
  • FIG. 2 schematically shows a heat exchanger 6 with microchannels 61 in section along the section line I-I according to FIG. Instead of small tubes, as already mentioned, mini-channel heat exchangers 6, for example, used extruded aluminum sections which have very many small channels 61 with a diameter of, for example, about 1 mm.
  • the heat exchanger according to FIG. 2 can be produced, for example, in a suitable extrusion method, simply and in a variety of forms from a multiplicity of materials.
  • the heat exchanger according to FIG. 2 can be produced in another embodiment variant not explicitly illustrated in FIG. 2, but also by other production methods such as, for example, the assembly of suitably shaped profile sheets or other suitable methods.
  • a heat exchange system 1 according to the present invention may also be formed by a plurality of heat exchange bodies 10 as a heat exchanger package 11, which may form a total heat exchange system 1 according to the invention.
  • the heat exchange bodies 10 are cooling plates 10, which are arranged in a manner known per se between two heat exchangers 6, e.g. are shown schematically in Figs. 1 and 2, are arranged in V- or W-shape.
  • FIGS. 4, 4 a and 4 b can be used particularly advantageously in practice, but not only then, when changing heat transfer capacities have to be expected.
  • a heat exchange system 1 according to the invention is used as a cooling system for cooling a large building complex or a machine park, the size of which must be redimensioned over the course of time, ie reduced or enlarged, so that a smaller or larger heat transfer capacity becomes necessary.
  • the heat exchanger 2 and the heat exchanger 6 for example, also V-shaped or partially in V-shaped arrangement according to Fig. 4a, or in planar parallel arrangement according to Fig. 4b or in any other suitable arrangement with respect to each other or in relation be arranged on the collecting inlet line 8 and / or the collecting outlet 9.
  • a heat exchange system 1 according to the invention can have a length L of up to 6 m, in particular between 6 m and 12 m, or even larger dimensions. It is understood that a heat exchange system according to the invention can also be significantly smaller than 6m, e.g. only 1 m or even smaller in size.
  • a heat exchange system of the present invention can be easily exposed even very large temperature differences or temperature fluctuations up to 120 0 C and more, without any damage or impairment of the function is to be feared. Thanks to the compensation means 7 according to the invention, which may be all or only partially flowed through by the fluid 3, the heat exchange system of the present invention also copes with large changes in length far into the percentage range relative to a length L of the heat exchange system 1. It is understood that under the length L of the heat exchange system 1 may be any linear extent L depending on the type of execution.
  • a heat exchanger 6 or a heat exchanger 2 can be easily removed or added in an inventive heat exchange system 1 according to FIG. 4, FIG. 4a or FIG. 4b, so that the heat exchange performance of the heat exchange system 1 can be adapted extremely flexibly to changing requirements.
  • Fig. 5 shows a heat exchange system 1 with V-shaped heat exchangers 2, as shown in Fig. 1 e.g. are shown in detail, wherein for improving the cooling capacity in addition a fan 12, 121 is provided for generating a gas flow.
  • Fig. 6 shows for clarity a known laminated heat exchanger 16 with cooling fins 161, as it can be used in very specific embodiments of the present invention, for example, to form a combination heat exchanger. That is, a heat exchange system 1 of the present invention may be used for very specific applications in addition to a heat exchanger 6 having a plurality of Micro channels 61 simultaneously include a heat exchanger 16 with cooling fins 161.
  • the heat exchange system 1 according to FIG. 7 can be designed as a hybrid system 1, 101.
  • a sprinkling device 13 is preferably provided for sprinkling the heat exchanger 6 with an external cooling fluid 14, in particular with cooling water 14 or cooling oil 14.
  • the particular embodiment of FIG. 7 additionally includes a droplet separator 15 in the form of a tray 15 for separating and collecting the external cooling fluid 14 so that the external cooling fluid 14 can be recirculated in an external cooling system 1000 for cooling the external cooling fluid 14 and for further cooling of the heat exchanger 2 this can be fed again via the sprinkler 13.
  • the present invention it is possible for the first time to get to greater heat transfer performance by greater interconnected services can be achieved by interconnecting several individual heat exchange components, eg by the interconnection of AI-MCHX modules, without having to fear that the heat exchange system thermomechanical stresses suffered damage. That is, the known from the prior art problem of temperature stresses in the modules or connection points, which often lead to damage or even destruction of the heat exchanger system, so that in practice so far in this way large enough amounts of heat were not interchangeable, is completely eliminated by the present invention.
  • Heat exchangers with hot gas or cooling medium flow temperatures of up to 120 0 C are observed to be reinforced, represent by using a heat exchange system according to the invention now no longer a problem.
  • the heat exchange system of the present invention can be used very advantageously.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschsystem (1) mit einem Wärmetauscher (2) zum Austausch von Wärme zwischen einem Fluid (3) und einer Umgebungsatmosphäre. Der Wärmetauscher (2) umfasst dabei einen Einlasskanal (4), einen Auslasskanal (5) und einen Wärmeübertrager (6) mit einer Vielzahl von Mikrokanälen (61), wobeider Einlasskanal (4) mit einem Einlasssegment (62) des Wärmeübertragers (6),und der Auslasskanal (5) mit einem Auslasssegment (63) des Wärmeübertragers (6) derart strömungsverbunden ist, dass das Fluid (3) zum Austausch von Wärme mit der Umgebungsatmosphäre vom Einlasskanal (4) über das Einlasssegment (62), durch die Vielzahl von Mikrokanälen (61) des Wärmeübertragers (6), und über das Auslasssegment (63) dem Auslasskanal (5) zuführbar ist. Erfindungsgemäss umfasst das Wärmeaustauschsystem (1) ein Kompensationsmittel (7) zum Ausgleich von thermomechanischen Spannungen. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystems (1).

Description

Wärmeaustauschsystenn mit einem Wärmetauscher, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschsystems
Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschsystem mit einem Wärmetauscher, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschsystems gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
Die Verwendung von Wärmetauschersystemen 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 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 eine Einteilung nach sogenannten „Lamellierten Wärmetauschern" einerseits, und „Minnichannel-" oder „Microchannelwärmetauscher" andererseits vorgenommen werden.
Die seit sehr langer Zeit wohlbekannten lamellierten Wärmetauscher 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 Kältemittel. 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 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. 6 zeigt ein einfaches Beispiel eines solchen an sich bekannten lamellierten Wärmeaustauschers. Das Verhältnis von Außenoberfläche zur Innenoberfläche hängt dabei von der Lamellengeomethe (= Rohrdurchmesser, Rohranordnung und Rohrabstand), sowie vom Lamellenabstand ab. Der Lamellenabstand 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 2mm, was ein für Verflüssiger und Rückkühler typischer Wert ist.
Die Herstellung dieser sogenannten lameliierten Wärmeaustauscher erfolgt nach einem seit langem bekannten standardisierten Prozess: Die Lamellen werden mit einer Presse und einem speziellen Werkzeug gestanzt und in
Pakete zueinander gelegt. Anschließend werden die Rohre eingeschoben und entweder mechanisch oder hydraulisch aufgeweitet so dass ein sehr guter Kontakt und somit ein guter Wärmeübergang zwischen Rohr und Lamelle entsteht. Die einzelnen Rohre werden dann durch Bögen und Sammel- und Verteilrohr miteinander verbunden.
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 Mircochannelwärmeaustauscher entwickelt worden, die nach einem völlig anderen Verfahren hergestellt werden und fast dem Idealbild eines lamellierten Wärmeaustauschers entsprechen: viele kleine Rohre mit kleinen Abständen.
Anstatt kleiner Rohre werden jedoch beim Minichannelwärmeaustauscher
Aluminiumstrangpressprofile verwendet, die sehr viele kleine Kanäle mit einem Durchmesser von z.B. etwa 1 mm haben. Ein solches, ebenfalls an sich bekanntes Strangpressprofil, ist z.B. in Fig. 2 schematisch dargestellt. Solche Profile 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 Minichannelwärmeaustauschern sind bekannt, wie z.B. das Zusammensetzen geeignet geformter Profilbleche oder andere geeignete Verfahren.
Diese Profile kann man nicht aufweiten und sie werden auch nicht in gestanzte Lamellenpakete eingeschoben. Statt dessen werden zum Beispiel zwischen zwei eng aneinander liegenden Profilen (gängige Abstände beispielweise < 1 cm) Blechstreifen, insbesondere Aluminiumblechstreifen gelegt, so dass durch abwechselndes aneinanderlegen von Blechstreifen und Profil ein Wärmetauscherpaket entsteht. Diese Paket wir dann in einem Lötofen komplett verlötet. Ein solches Paket zeigt z.B. Fig. 3.
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).
Nachteilig ist das komplizierte Herstellverfahren, dass einen Lötofen erfordert, die begrenzten Abmessungen, welche durch den Lötofen vorgegeben sind, die eingeschränkte Schaltungsmöglichkeit (Passzahl), vor allem aber das aufwendige Anschlusssystem (Verteil-und Sammelrohr)
Im mobilen Einsatz haben sich Minichannelwärmeaustauscher 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 sehr interessant wird.
Neben den einfachen Systemen, bei welchen dem Wärmetauscher zum Austausch von Wärme im wesentlichen nur ein Umgebungsmedium, wie z.B. Luft zur Verfügung steht, sind auch sogenannte hybride Kühler bzw. hybride Trockenkühler bekannt , wie z.B. in der WO90/15299 oder der EP 428647 B1 offenbart sind, bei denen das zu kühlende gasförmige oder flüssige Medium des primären Kühlkreislaufes einen Lamellenwärmeaustauscher durchströmt, und das die abzuführende Wärme über die Kühllamellen teils als sensible und teils als latente Wärme an den Luftstrom abgeben. Ein oder mehrere Ventilatoren fördern den Luftstrom durch den Wärmeaustauscher hindurch und haben vorteilhaft variable Drehzahl. Das Abführen der latenten Wärme erfolgt durch ein flüssiges Medium, vorzugsweise Wasser, welches von seinen spezifischen Werten wie Leitfähigkeit, Härte, Gehalt an Karbonaten angepasst ist und jeweils als tropfenbildender Flüssigkeitsfilm auf die luftseitige Wärmeübertragungsfläche aufgegeben wird. Unmittelbar unter den Wärmeaustauscherelementen tropft das überschüssige Wasser in eine
Sammelschale zurück. Auch sind besprühte Wärmetauscherkonzepte bekannt, wo Wasser auf die Lamellenwärmeaustauscher gesprüht wird und vollständig verdampft und dabei die Verdunstungsenergie zur Verbesserung der Wärmeübertragung ebenso wie bei der Benetzung zur energetischen Optimierung eingesetzt wird. Hier kann auch ohne Wasserüberschuss gefahren werden, allerdings muss eine Ablagerungsbildung verhindert werden, wofür z.B. VE-Wasser eingesetzt wird.
Es versteht sich, dass in speziellen Fällen ausser Wasser auch andere kühlende Fluide, wie z.B. Öl in Frage kommen. Die Betriebsweise der Benetzung oder Besprühung der Lamellen des Wärmeaustauschers führt zu erheblichen Energie- und Wassereinsparungen im Vergleich zu üblichen Verfahren, wie zum Beispiel bei offenen Kühltürmen. Nachteilig ist allerdings die Einschränkung der Werkstoffwahl des benetzten oder besprühten Wärmetauscherrohres in Verbindung mit der Lamelle, wo es in Verbindung mit einem Elektrolyt nicht zu Korrosion kommen darf.
Unter hybrider Wärmeübertragung wird somit die erhebliche Verbesserung der Wärmeübertragung von Lamellen-Wärmeübertragern mit Rohren durch gezielte Benetzung oder Besprühung von Wasser verstanden. Hierbei ist es vor allem erforderlich, die Luftgeschwindigkeit im Lamellenpaket so zu regeln, dass es nicht zum Wassermitriß auf der Lamellenoberfläche kommt. Dieses wird vorteilhaft durch eine Drehzahlregelung der Ventilatoren oder durch andere geeignete Maßnahmen erreicht.
Nachteilig ist dabei, dass das versprühte oder benetzende Wasser zusammen mit gelösten Ionen als Elektrolyt wirkt, was bei den üblicherweise eingesetzten
Werkstoffpaarungen Kupferrohr, und Aluminiumlamellen des Wärmetauschers zu zahlreichen Korrosionsproblemen führen kann.
Als ein geeigneter Oberflächenschutz für Wärmetauscher ist es dabei bekannt, z. B. die sogenannte kataphoretische Tauchlackierung zu verwenden. Weiterhin werden sowohl die Werkstoffpaarungen wie Kupferrohr und -lamelle, als auch
Aluminiumrohr und -lamelle sowie Edelstahlrohr und -lamelle eingesetzt, um die Problematik der Kontaktkorrosion zu beherrschen. Auch ist es bekannt, die Wärmetauscher komplett zu verzinken. An die Qualität des Umlauf- oder Besprühungswassers werden dabei hohe Anforderungen im Bezug auf die pH- Werte, Wasserhärte, Chlorgehalt, Leitfähigkeit usw. gestellt, um zu verhindern, dass sich einerseits Ablagerungen bei Eindickung auf der Lamelle durch Verdunstung, als auch andererseits zu hohe Gehalte an chemisch reaktiven Stoffen bilden, welche ihrerseits zusammen mit den Ablagerungen zu Korrosion führen können.
Ein entscheidender Nachteil ist dabei, dass der Aufwand für die Fertigung und den Korrosionsschutz der Wärmetauscherwände bei hybrider Betriebsweise sehr aufwendig ist.
Um höhere Wärmeübertragungsleistungen zu erzielen, als sie z.B. bei kleinen Wärmetauschern aus der Automobil- oder Haushaltstechnik bekannt sind, wurde bei grosseren Wärmeübertragungssystemen bisher versucht, auf die zuvor beschriebene Hybridtechnik zurückzugreifen.
Eine andere Möglichkeit zu grosseren Wärmeübertragungsleistungen zu gelangen besteht prinzipiell darin, dass man durch Zusammenschaltung mehrerer einzelner Wärmeaustauschkomponenten, z.B. durch die Verschaltung von AI-MCHX-Modulen, grossere Austauschleistungen zu erzielen versucht.
Dabei ergibt sich in der Praxis allerdings die Problematik, dass
Temperaturspannungen in den Modulen oder Anschlusspunkten auftreten können, die häufig zur Beschädigung oder gar zur Zerstörung des Wärmetauschersystems führen, so dass in der Praxis auf diese Art genügend grosse Wärmemengen bis heute nicht austauschbar sind.
Diese Temperaturspannungen treten in der Kältetechnik und Rückkühltechnik, sowie allgemein bei der Wärmeübertragung, z.B. bei außen aufgestellten Geräten im Winter, insbesondere bei sehr tiefen Aussentemperaturen, z.B. bei bis zu, oder unter -300C auf, und / oder auch im Betrieb der Wärmetauscher mit Heissgas- oder Kühlmediumvorlauftemperaturen von bis zu 1200C verstärkt auf. Somit ist das Problem der Temperaturspannungen keineswegs auf grosse, stationäre Wärmeaustauschsysteme begrenzt, sondern tritt vielmehr überall dort auf, wo grosse Temperaturunterschiede und / oder grosse Mengen an Wärme auszutauschen bzw. auszugleichen sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Wärmeaustauschsystem bereit zu stellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwindet und mit dem insbesondere hohe Kühlleistungen bei minimalem Verschleiss und zu geringen Kosten, insbesondere bei grossen stationären Anlagen, aber auch bei mobilen Anlagen erreichbar sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeaustauschsystems zur Verfügung zu stellen.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft somit ein Wärmeaustauschsystem mit einem Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen einem Fluid und einer Umgebungsatmosphäre. Der Wärmetauscher umfasst dabei einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Wärmeübertrager mit einer Vielzahl von Mikrokanälen, wobei der Einlasskanal mit einem Einlasssegment des Wärmeübertragers, und der Auslasskanal mit einem Auslasssegment des Wärmeübertragers derart strömungsverbunden ist, dass das Fluid zum
Austausch von Wärme mit der Umgebungsatmosphäre vom Einlasskanal über das Einlasssegment, durch die Vielzahl von Mikrokanälen des Wärmeübertragers, und über das Auslasssegment dem Auslasskanal zuführbar ist. Erfindungsgemäss umfasst das Wärmeaustauschsystem ein Kompensationsmittel zum Ausgleich von thermomechanischen Spannungen.
Die Erfindung betrifft unter anderem ein Wärmeaustauschsystem, insbesondere für Kälte- und Klimaanlagen und bezieht sich im Speziellen auf gelötete, besonders, aber nicht nur, auf Aluminium-Wärmeaustauscher für die hybride oder nicht-hybride Kühlung eines zum Beispiel flüssigen Kältemediums oder für die Verflüssigung von Kältemitteln, in einem besonderen Ausführungsbeispiel mit einer wasserbenetzbaren oder besprühbaren, luftseitigen Wärmeübertragungsfläche, über welche ein kühlendes Medium in einem Kreislauf geführt oder komplett verdunstet werden kann.
Erfindungsgemäss wird eine sich hierbei im Betriebszustand ergebende thermische Ausdehnung der Komponenten zur Erhöhung der Betriebssicherheit und Leckagesicherheit durch geeignete Verbindungstechniken kompensiert.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei kalten Bedingungen, z.B. weit unterhalb der Raumtemperatur, bei beispielweise -300C oder bei noch tieferen Temperaturen, unter anderem im Betrieb eines Wärmeaustauschsystems als Verdampfer oder Lüftkühler im Kühlhaus oder in zu kühlenden Räumen und Abtauung mittels Heissgases eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft erweist sich die vorliegende Erfindung bei Verschaltung von mehreren Kühlmodulen zur Erhöhung der Kühlleistung. Die Vermeidung thermomechanischer Spannungen erfolgt erfindungsgemäss durch Kompensatoren, die es erlauben, dass die Einzelmodule zum Beispiel in Bezug auf den Rohranbindungspunkt Spannungen ausgleichen können.
Als Kompensationsmittel werden in speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung insbesondere an die Module angelötete Aluminium- Wellrohre, flexible Schläuche oder andere Verbindungselemente vorgeschlagen, die thermomechanische Spannungen kompensieren können. Als Materialien kommen z.B. im Fall von Wellrohren oder im Fall ähnlicher fester Verbindungstechniken, lötbare Aluminium-Legierungen, z.B., aber nicht zwingend, mit kleinem Magnesium Anteil in Frage. Diese flexiblen Verbindungen können auch durch entsprechende Abstände zwischen Sammelrohren und Anschlusspunkten, ggf. auch in Form von U-Bögen realisiert werden. Bei V-förmig oder W-förmig aufgebauten Wärmeaustauschsystemen kann z.B. ein zentrales, in der Mitte befindliches Sammelrohr für eine Temperaturkompensation vorgesehen sein.
Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung dabei insbesondere auch dann einsetzbar, wenn sehr große Kühlleistungen verlangt sind, und wo daher die Verschaltung von mehr als zwei, drei oder mehr als vier Modulen vorgesehen werden muss.
Dabei betrifft die Erfindung neben einfachen Kühlsystemen auch hybride Rückkühler oder Verflüssiger, d.h. Wärmeaustauschsysteme, bei welchen eine Wärmeaustauscherfläche zusätzlich mit einem kühlenden Fluid, z.B. mit Wasser, Öl oder mit einem anderen Fluid zum Wärmeaustausch benetzt oder berieselt wird.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Kompensationsmittel ein dehnbares und / oder ein flexibles Verbindungsmittel, insbesondere ein Wellrohr und / oder ein flexibler Schlauch, im Speziellen ein Verbindungsblech und / oder ein anderes geeignetes Kompensationsmittel, das bevorzugt aus einem Metall oder einer Metalllegierung, im Speziellen aber auch z.B. aus einem Kunststoff, einem Verbundmaterial oder einem anderen geeigneten Material gefertigt sein kann.
In einem für die Praxis wichtigen Ausführungsbeispiel sind in einem erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystem mindestens zwei Wärmeübertrager vorgesehen und / oder die mindestens zwei Wärmeübertrager sind über eine Sammeleinlassleitung und / oder über eine Sammelauslassleitung zur Zu- bzw. Ableitung eines Kühlfluids verbunden. Durch das Zusammenschalten von mindestens zwei Wärmeübertragern in einem erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystem ist im speziellen Fall die benötigte Wärmeübertragungsleistung je nach Anforderung sehr flexibel anpassbar.
Zur weiteren Verbesserung der Wärmeaustauschleistung kann das Wärmeaustauschsystem einen Wärmeaustauschkörper umfassen, so dass aus dem Wärmeaustauschkörper und dem Wärmeübertrager ein
Wärmetauscherpaket gebildet ist. Der Wärmeaustauschkörper kann z.B. ein an sich bekanntes Kühlblech oder eine Kühlrippe oder ein anderer geeigneter Wärmeaustauschkörper sein, wie er an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In einem für die Praxis bedeutenden Ausführungsbeispiel umfasst ein das Wärmeaustauschsystem eine Mehrzahl von Wärmeübertragern und / oder eine Mehrzahl von Wärmetauschern und / oder eine Mehrzahl von Wärmeaustauschkörpern und / oder eine Mehrzahl Wärmetauscherpaketen, und ist insbesondere als modulares Wärmeaustauschsystem ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es als modular erweiterbares und / oder modular reduzierbares Wärmeaustauschsystem ausgebildet, das sehr flexible auf wechselnde Anforderungen, z.B. auf wechselnde Anforderungen an die Wärmeaustauschleistung einfach und kostengünstig anpassbar ist, ohne dass in einem entsprechenden Fall das komplette Wärmeaustauschsystem ausgewechselt werden muss.
Das erfindungsgemässe Kompensationsmittel kann dabei zwischen unterschiedlichen Komponenten des Wärmeaustauschsystems vorgesehen sein. So kann das Kompensationsmittel zwischen dem Wärmeübertrager und / oder dem Einlasskanal und / oder dem Auslasskanal vorgesehen sein.
Und / oder das Kompensationsmittel kann zwischen dem Wärmeübertrager und / oder der Sammeleinlassleitung und / oder der Sammelauslassleitung und / oder zwischen dem Wärmeaustausch körper und dem Wärmeübertrager und / oder zwischen zwei Wärmetauscherpaketen vorgesehen sein.
Bevorzugt, aber nicht notwendig, sind zwei Wärmeübertrager und / oder zwei Wärmetauscher und / oder zwei Wärmetauscherpakete unter einem vorgebbaren Winkel zueinander angeordnet, insbesondere parallel und / oder V-förmig und / oder W-förmig zueinander angeordnet.
Dabei muss als Kompensationsmittel zur Kompensation von thermomechanischen Spannungen nicht unbedingt ein separates Kompensationsmittel vorgesehen sein. In speziellen Fällen ist es auch möglich, dass der Einlasskanal selbst, und / oder der Auslasskanal und / oder das Einlasssegment und / oder das Auslasssegment und / oder die Sammeleinlassleitung und / oder die Sammelauslassleitung und / oder das Wärmetauscherpaket als Kompensationsmittel ausgebildet sind, indem sie z.B. in Form eines Wellrohres oder eines elastischen oder dehnbaren Schlauches oder in anderer geeigneter Form als Kompensationsmittel ausgeführt sind.
Insbesondere wenn besonders hohe Wärmeübertragungsleistungen gefordert sind, kann ein Wärmeaustauschsystem gemäss der vorliegenden Erfindung eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Wärmeübertragers umfassen, insbesondere kann ein Lüfter zur Erzeugung eines Gasstroms in an sich bekannter Weise am Wärmeübertrager vorgesehen sein.
Um eventuell noch grossere Wärmeübertragungsleistungen zu bewältigen, kann das Wärmeaustauschsystem als Hybridsystem ausgebildet sein, und eine Berieselungseinrichtung zur Berieselung des Wärmeübertragers mit einem Kühlfluid, insbesondere mit Kühlwasser oder Kühlöl, umfassen, und / oder es kann ein Tropfenabscheider, z.B. in Form einer Wanne zur Abscheidung und Sammlung des Kühlfluids vorgesehen sein.
Bevorzugt ist der Wärmeübertrager und / oder der Wärmetauscher und / oder das Kompensationsmittel und / oder der Wärmeaustauschkörper und / oder das Wärmetauscherpaket, im Speziellen das gesamte Wärmeaustauschsystenn, aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt ist, insbesondere aus einem einzigen Metall oder einer einzigen Metalllegierung, insbesondere aus Edelstahl, im Speziellen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
Dabei kann als Korrosionsschutz z.B. ein sogenanntes Opfermetall vorgesehen sein, dass z.B. in einer dem Fachmann bekannten Weise in einem elektrochemischen Korrosionsprozess zu Gunsten, das heisst unter Erhaltung einer anderen metallischen Komponente des erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystems korrodiert wird.
Dabei ist es auch alternativ oder zusätzlich möglich, dass das
Wärmeaustauschsystem zumindest teilweise mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist, die zum Beispiel ein Korrosionsschutzlack, eine thermische Spritzschicht, eine galvanische Schicht oder eine andere geeignete Korrosionsschutzschicht sein kann.
Für ganz spezielle Anwendungen, bei welchen gleichzeitig die vorteilhaften Eigenschaften eines lamellierten Wärmetauschers und eines Mikrokanalwärmetauschers gefordert sind, kann das Wärmeaustauschsystem mit einem lamellierten Wärmeaustauscher mit Kühllammelen als ein Kombinationswärmetauscher ausgebildet sein.
Ein Wärmeaustauschsystem der vorliegenden Erfindung kann dabei auf einer Vielzahl von technischen Gebieten vorteilhaft verwendbar sein. So kann das Wärmeaustauschsystem unter vielen anderen Anwendungsmöglichkeiten ein Kühler, insbesondere ein Kühler für ein Fahrzeug, im Speziellen für ein Landfahrzeug, für ein Luftfahrzeug oder für ein Wasserfahrzeug sein, oder ein Kühler, ein Kondensator oder ein Verdampfer für eine mobile oder stationäre Heizungsanlage, eine Kühlanlage oder eine Klimaanlage, insbesondere eine Kühlervorrichtung für eine Maschine oder ein Gebäude sein.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschsystems gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei bevorzugt ein Lötverfahren und / oder ein Schweissverfahren verwendet wird. Vorteilhaft wird das Wärmeaustauschsystem in einem Lötofen herstellt wird, wobei im Speziellen die Komponenten des Wärmeaustauschsystems mechanisch verbunden werden und anschliessend in einem Lötschritt verlötet werden.
Zum Schutz gegen korrosive oder andere schädliche Umwelteinflüsse kann das Wärmeaustauschsystem nach dem Verlöten in an sich bekannter Weise zumindest teilweise mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer Korrosionsschutzschicht und / oder mit einem Opfermetall versehen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen
Wärmeaustauschsystems;
Fig. 2 einen Wärmeübertrager mit Mikrokanälen im Schnitt entlang der Schnittlinie I - I gemäss Fig. 1 ;
Fig. 3 ein Wärmeaustauschsystem mit Wärmetauscherpaketen;
Fig. 4 ein modulares Wärmetauschsystem in paralleler Anordnung;
Fig. 4a ein weiteres modulares Wärmetauschsystem;
Fig. 4b ein drittes modulares Wärmetauschsystem;
Fig. 5 ein Wärmetauschsystem mit V-förmig angeordneten
Wärmetauschern; Fig. 6 ein lamellierter Wärmetauscher zur Bildung eines
Kombinationswärmetauschers;
Fig. 7 Wärmemaustauschsystem als Hybridsystem mit
Berieselungseinrichtung.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes einfaches
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystems, das im Folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist.
Das erfindungsgemässe Wärmeaustauschsystem 1 der Fig. 1 hat als wesentliches Element einen Wärmetauscher 2 zum Austausch von Wärme zwischen einem Fluid 3, z.B. einer Kühlflüssigkeit 3 und einer
Umgebungsatmosphäre, z.B. Luft. Der Wärmetauscher 2 umfasst einen Einlasskanal 4, einen Auslasskanal 5 und einen Wärmeübertrager 6 mit einer Vielzahl von Mikrokanälen 61. Der Wärmeübertrager 6 ist also z.B. ein an sich bekanntes Mikrokanal- oder Minikanalsystem 6. Der Einlasskanal 4 ist mit einem Einlasssegment 62 des Wärmeübertragers 6 und der Auslasskanal 5 ist mit einem Auslasssegment 63 des Wärmeübertragers 6 derart strömungsverbunden, dass das Fluid 3 zum Austausch von Wärme mit der Umgebungsatmosphäre vom Einlasskanal 4 über das Einlasssegment 62, durch die Vielzahl von Mikrokanälen 61 des Wärmeübertragers 6, und schliesslich über das Auslasssegment 63 dem Auslasskanal 5 zuführbar ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Wärmeaustauschsystem 1 der Fig. 1 ein Kompensationsmittel 7 zum Ausgleich von thermomechanischen Spannungen umfasst, die im vorliegenden Fall zwischen dem Einlasskanal 4 und dem Wärmeübertrager 6 bzw. zwischen dem Auslasskanal 5 und dem Wärmeübertrager 6 ist, so dass zwischen dem Einlasskanal 4 und / oder dem Wärmeübertrager 6 und / oder dem Auslasskanal 5 auftretenden thermomechanische Spannungen kompensierbar sind. In Fig. 2 ist schematisch ein Wärmeübertrager 6 mit Mikrokanälen 61 im Schnitt entlang der Schnittlinie I - I gemäss Fig. 1 dargestellt. Anstatt kleiner Rohre werden, wie bereits erwähnt wurde bei Minichannelwärmeübertrager 6 z.B. Aluminiumstrangpressprofile verwendet, die sehr viele kleine Kanäle 61 mit einem Durchmesser von z.B. etwa 1 mm haben. Der Wärmeübertrager 6 der Fig. 2 kann z.B. in einem geeigneten Extrudierverfahren einfach und in vielfältigen Formen aus einer Vielzahl Materialien hergestellt werden. Der Wärmetauscher gemäss Fig. 2 kann in einer anderen, in Fig. 2 nicht explizit dargestellten Ausführungsvariante, aber auch durch andere Herstellungsverfahren wie z.B. durch das Zusammensetzen geeignet geformter Profilbleche oder andere geeignete Verfahren hergestellt sein.
Zur Erhöhung und Verbesserung der Wärmeaustauschleistung, kann, wie exemplarisch in Fig. 3 dargestellt, ein Wärmeaustauschsystem 1 gemäss der vorliegenden Erfindung auch durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauschkörpern 10 als Wärmetauscherpaket 11 ausgebildet sein, die insgesamt ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschsystem 1 bilden können. Im vorliegenden Beispiel sind die Wärmeaustauschkörper 10 Kühlbleche 10, die in an sich bekannter Weise zwischen zwei Wärmeübertrager 6, die z.B. in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt sind, in V- bzw. W-Form angeordnet sind.
Die speziellen Ausführungsbeispiele der Fig. 4, Fig. 4a und Fig. 4b lassen sich vor allem dann, aber nicht nur dann, besonders vorteilhaft in der Praxis einsetzen, wenn mit sich ändernden Wärmeübertragungsleistungen gerechnet werden muss. Zum Beispiel, wenn ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschsystem 1 als Kühlsystem zur Kühlung eines grossen Gebäudekomplexes oder eines Maschinenparks verwendet wird, dessen Grosse im Laufe der Zeit redimensioniert werden muss, also z.B. verkleinert oder vergrössert werden muss, so dass eine kleinere oder grossere Wärmeübertragungsleistung notwendig wird. In diesem Fall bietet sich ein modulares Wärmeaustauschsystem 1 gemäss Fig. 4, Fig 4a oder Fig. 4b an, bei welchen wie z.B. in Fig. 4 in paralleler Anordnung mehrere Wärmeübertrager 6 zwischen einer Sammeleinlassleitung 8 und einer Sammelauslassleitung 9 vorgesehen sind. Dabei sind natürlich auch andere Arten der Anordnung der Wärmeübertrager 6 bzw. der Wärmetauscher 2 zwischen der Sammeleinlassleitung 8 und der Sammelauslassleitung 9 möglich, wie an zwei speziellen Beispielen anhand der Fig. 4a und Fig. 4b demonstriert wird. So können die Wärmetauscher 2 bzw. die Wärmeübertrager 6 beispielsweise auch V-förmiger oder teilweise in V- förmiger Anordnung gemäss Fig. 4a, oder auch in planar paralleler Anordnung gemäss Fig. 4b oder in jeder anderen geeigneten Anordnung in Bezug zueinander bzw. in Bezug auf die Sammeleinlassleitung 8 und / oder die Sammelauslassleitung 9 angeordnet sein.
Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschsystem 1 , wie es unter anderem in den Fig. 4, Fig. 4a und Fig. 4b schematisch dargestellt ist, kann dabei eine Länge L von bis zu 6m, im Speziellen zwischen 6m und 12m oder sogar noch grossere Dimensionen haben. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschsystem auch deutlich kleiner als 6m sein kann, z.B. nur 1 m oder sogar noch kleinere Abmessungen haben.
Dabei kann ein Wärmeaustauschsystem der vorliegenden Erfindung problemlos auch sehr grosse Temperaturdifferenzen bzw. Temperaturschwankungen bis zu 1200C und mehr ausgesetzt werden, ohne dass eine Beschädigung oder eine Beeinträchtigung der Funktion zu befürchten ist. Dank der erfindungsgemässen Kompensationsmittel 7, die alle oder auch nur teilweise von dem Fluid 3 durchflössen sein können, verkraftet das Wärmeaustauschsystem der vorliegenden Erfindung auch grosse Längenänderungen bis weit in den Prozentbereich bezogen auf eine Länge L des Wärmeaustauschsystem 1. Es versteht sich dabei, dass unter der Länge L des Wärmeaustauschsystems 1 je nach Art der Ausführung jede lineare Ausdehnung L gemeint sein kann.
In Versuchen konnten Längenänderungen z.B. bei Verwendung von Aluminium von bis zu 0.3% bzw. bei einem Wärmeaustauchsystem 1 aus Kupfer Längenänderungen von bis zu 0.2% kompensiert werden. In einem konkreten Fall konnten bei einem Wärmeaustauschsystem 1 aus Aluminium mit einer Länge 12.000mm ohne weiteres eine Längenänderung von bis zu 34mm kompensiert werden. Bei einem entsprechenden Wärmeaustauschsystem 1 aus Kupfer konnten Längenänderungen von bis zu 25mm kompensiert werden, wobei entsprechende Temperaturdifferenzen von bis zu 1200C eingestellt wurden.
Ein Wärmeübertrager 6 bzw. ein Wärmetauscher 2 lässt sich in einem erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystem 1 gemäss den Fig. 4, Fig. 4a oder Fig. 4b einfach entfernen oder hinzufügen, so dass sich die Wärmeaustauschleistung des Wärmeaustauschsystems 1 auserordentlich flexibel auf sich ändernde Anforderungen anpassen lässt.
Die Fig. 5 zeigt ein Wärmeaustauschsystem 1 mit V-förmig angeordneten Wärmetauschern 2, wie sie in Fig. 1 z.B. detailliert dargestellt sind, wobei zur Verbesserung der Kühlleistung zusätzlich ein Lüfter 12, 121 zur Erzeugung eines Gasstroms vorgesehen ist.
Die Fig. 6 zeigt zur Verdeutlichung einen an sich bekannten lamellierten Wärmetauscher 16 mit Kühllamellen 161 , wie er in ganz speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielweise zur Bildung eines Kombinationswärmetauschers verwendet werden kann. Das heisst, ein Wärmeaustauschsystem 1 der vorliegenden Erfindung kann für ganz spezielle Anwendungen neben einem Wärmeübertrager 6 mit einer Vielzahl von Mikrokanälen 61 gleichzeitig einen Wärmeaustauscher 16 mit Kühllamellen 161 umfassen.
Um eventuell noch grossere Wärmeübertragungsleistungen zu bewältigen, kann das Wärmeaustauschsystem 1 gemäss Fig. 7 als Hybridsystem 1 , 101 ausgebildet sein. In dem Fall ist bevorzugt eine Berieselungseinrichtung 13 zur Berieselung des Wärmeübertragers 6 mit einem externen Kühlfluid 14, insbesondere mit Kühlwasser 14 oder Kühlöl 14 vorgesehen. Das spezielle Ausführungsbeispiel der Fig. 7 umfasst zusätzliche einen Tropfenabscheider 15 in Form einer Wanne 15 zur Abscheidung und Sammlung des externen Kühlfluids 14, so dass das externe Kühlfluid 14 in einem externen Kühlsystem 1000, das der Kühlung des externen Kühlfluids 14 dient, rezierkulierbar ist und zur weiteren Kühlung des Wärmetauschers 2 diesem über die Berieselungseinrichtung 13 wieder zuführbar ist.
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.
Durch die vorliegende Erfindung ist es erstmals möglich, auch zu grosseren Wärmeübertragungsleistungen zu gelangen, indem durch Zusammenschaltung mehrerer einzelner Wärmeaustauschkomponenten, z.B. durch die Verschaltung von AI-MCHX-Modulen, grossere Austauschleistungen erzielt werden können, ohne dass befürchtet werden muss, dass das Wärmeaustauschsystem durch thermomechanische Spannungen Schaden erleidet. Das heisst, das aus dem Stand der Technik bekannte Problem der Temperaturspannungen in den Modulen oder Anschlusspunkten, die häufig zur Beschädigung oder gar zur Zerstörung des Wärmetauschersystems führen, so dass in der Praxis bisher auf diese Art genügend grosse Wärmemengen bis heute nicht austauschbar waren, wird durch die vorliegende Erfindung vollständig behoben.
Temperaturspannungen wie sie in der Kältetechnik und Rückkühltechnik, sowie allgemein bei der Wärmeübertragung, z.B. bei außen aufgestellten Geräten im Winter, insbesondere bei sehr tiefen Aussentemperaturen, z.B. bei bis zu, oder unter -300C auftreten, und / oder auch im Betrieb der
Wärmetauscher mit Heissgas- oder Kühlmediumvorlauftemperaturen von bis zu 1200C verstärkt zu beobachten sind, stellen durch Verwendung eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschsystems nunmehr kein Problem mehr dar.
Aber nicht nur die Probleme der Temperaturspannungen bei grossen, stationären Wärmeaustauschsysteme werden durch die vorliegende Erfindung behoben, sondern auch bei allen anderen, auch kleinen Wärmeaustauschsystemen, z.B. bei Systemen für Haushaltsgeräte oder Fahrzeuge, vor allem wo grosse Temperaturunterschiede und / oder grosse Mengen an Wärme auszutauschen bzw. auszugleichen sind, kann das Wärmeaustauschsystem der vorliegenden Erfindung sehr vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeaustauschsystem mit einem Wärmetauscher (2) zum Austausch von Wärme zwischen einem Fluid (3) und einer Umgebungsatmosphäre, wobei der Wärmetauscher (2) einen Einlasskanal (4), einen Auslasskanal (5) und einen Wärmeübertrager (6) mit einer Vielzahl von Mikrokanälen
(61 ) umfasst, und der Einlasskanal (4) mit einem Einlasssegment (62) des Wärmeübertragers (6) und der Auslasskanal (5) mit einem Auslasssegment (63) des Wärmeübertragers (6) derart strömungsverbunden ist, dass das Fluid (3) zum Austausch von Wärme mit der Umgebungsatmosphäre vom Einlasskanal (4) über das
Einlasssegment (62), durch die Vielzahl von Mikrokanälen (61 ) des Wärmeübertragers (6), und über das Auslasssegment (63) dem Auslasskanal (5) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschsystem (1 ) ein Kompensationsmittel (7) zum Ausgleich von thermomechanischen Spannungen umfasst.
2. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 1 , wobei das Kompensationsmittel (7) ein dehnbares und / oder ein flexibles Verbindungsmittel (7), insbesondere ein Wellrohr (7) und / oder ein flexibler Schlauch (7), im Speziellen ein Verbindungsblech (7) und / oder ein anderes geeignetes Kompensationsmittel (7) ist.
3. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens zwei Wärmeübertrager (6) vorgesehen sind und / oder die mindestens zwei Wärmeübertrager (6) über eine Sammeleinlassleitung (8) und / oder über eine Sammelauslassleitung (9) verbunden sind, und / oder wobei das Wärmeaustauschsystem (1 ) einen Wärmeaustauschkörper (10) umfasst, und aus dem Wärmeaustauschkörper (10) und dem Wärmeübertrager (6) ein Wärmetauscherpaket (11 ) gebildet ist, und / oder wobei das Wärmetauschsystem (1 ) eine Mehrzahl von Wärmeübertragern (6) und / oder Wärmetauschern (2) und / oder Wärmeaustauschkörpern (10) und / oder Wärmetauscherpaketen (11 ) umfasst, und insbesondere als modulares Wärmeaustauschsystem (1 ) ausgebildet ist, bevorzugt als modular erweiterbares und / oder modular reduzierbares Wärmeaustauschsystem (1 ) ausgebildet ist.
4. Wärmeaustauschsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kompensationsmittel (7) zwischen dem Wärmeübertrager (6) und / oder dem Einlasskanal (4) und / oder dem Auslasskanal (5) vorgesehen ist, und / oder wobei das Kompensationsmittel (7) zwischen dem Wärmeübertrager (6) und / oder der Sammeleinlassleitung (8) und / oder der Sammelauslassleitung (9) vorgesehen ist, und / oder wobei das Kompensationsmittel (7) zwischen dem Wärmeaustauschkörper (10) und dem Wärmeübertrager (6) vorgesehen ist, und / oder wobei das
Kompensationsmittel (7) zwischen zwei Wärmetauscherpaketen (11 ) vorgesehen ist, und / oder wobei zwei Wärmeübertrager (6) und / oder zwei Wärmetauscher (2) und / oder zwei Wärmetauscherpakete (11 ) unter einem vorgebbaren Winkel zueinander angeordnet sind, insbesondere parallel und / oder V-förmig zueinander angeordnet sind.
5. Wärmeaustauschsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlasskanal (4) und / oder der Auslasskanal (5) und / oder das Einlasssegment (61 ) und / oder das Auslasssegment (62) und / oder die Sammeleinlassleitung (8) und / oder die Sammelauslassleitung (9) und / oder das Wärmetauscherpaket (11 ) als Kompensationsmittel (7) ausgebildet sind.
6. Wärmeaustauschsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wärmeaustauschsystem (1 ) eine Kühleinrichtung (12) zur Kühlung des Wärmeübertragers (6) umfasst, insbesondere ein Lüfter (12, 121 ) zur Erzeugung eines Gasstroms vorgesehen ist, und / oder wobei das Wärmeaustauschsystem (1 ) als Hybridsystem (1 , 101 ) ausgebildet ist, und eine Berieselungseinrichtung (13) zur Berieselung des Wärmeübertragers (6) mit einem Kühlfluid (14), insbesondere mit Kühlwasser (14) umfasst, und / oder ein Tropfenabscheider (15) zur Abscheidung des Kühlfluids (14) vorgesehen ist.
7. Wärmeaustauschsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (6) und / oder der Wärmetauscher (2) und / oder das Kompensationsmittel (7) und / oder der Wärmeaustauschkörper (10) und / oder das Wärmetauscherpaket (11 ), im Speziellen das gesamte Wärmeaustauschsystem (1 ), aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt ist, insbesondere aus einem einzigen Metall oder einer einzigen Metalllegierung, insbesondere aus Edelstahl, im Speziellen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, und / oder wobei der Wärmeübertrager (6) und / oder der Wärmetauscher (2) und / oder das Kompensationsmittel (7) und / oder der Wärmeaustauschkörper (10) und / oder das Wärmetauscherpaket (11 ), im Speziellen das gesamte Wärmeaustauschsystem (1 ), aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt ist, wobei als Korrosionsschutz ein Opfermetall vorgesehen ist, und / oder wobei das Wärmeaustauschsystem zumindest teilweise mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist.
8. Wärmeaustauschsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, das Wärmeaustauschsystem mit einem lamellierten Wärmeaustauscher (16) mit Kühllammelen (161 ) einen Kombinationswärmetauscher bildet.
9. Wärmeaustauschsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wärmeaustauschsystem (1 ) ein Kühler (1 ) ist, insbesondere ein Kühler (1 ) für ein Fahrzeug, im Speziellen für ein Landfahrzeug, für ein Luftfahrzeug oder für ein Wasserfahrzeug, oder ein Kühler (1 ), ein Kondensator (1 ) oder ein Verdampfer (1 ) für eine mobile oder stationäre
Heizungsanlage, Kühlanlage oder Klimaanlage ist, insbesondere eine Kühlervorrichtung (1 ) für eine Maschine oder ein Gebäude ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschsystems (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Lötverfahren und / oder ein Schweissverfahren verwendet wird, und / oder wobei das
Wärmeaustauschsystem (1 ) in einem Lötofen herstellt wird, und / oder wobei die Komponenten des Wärmeaustauschsystems (1 ) mechanisch verbunden werden und anschliessend in einem Lötschhtt verlötet werden, und / oder wobei das Wärmeaustauschsystem (1 ) nach dem Verlöten zumindest teilweise mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer Korrosionsschutzschicht und / oder mit einem Opfermetall versehen wird.
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