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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER, AIR-CONDITIONING MACHINE, AND METHOD FOR CONDENSATION AND EVAPORATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/114802
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat exchanger (1) having at least one heat transfer surface (100), wherein the heat transfer surface (100) has first partial surfaces (101), which are provided with a storage structure (2), and second partial surfaces (102), which do not have a storage structure (2). The invention further relates to an air-conditioning machine having such a heat exchanger and to a method for the condensation and evaporation of a working medium.

Inventors:
WARLO, Alexander (Herrenstraße 3, Ehrenkirchen, 79238, DE)
SCHNABEL, Lena (Bauhöferstr. 154, Freiburg, 79115, DE)
VOLMER, Rahel (Jacobistraße 1, Freiburg, 79104, DE)
Application Number:
EP2017/083310
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 18, 2017
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. (Hansastraße 27c, München, 80686, DE)
International Classes:
F28D5/02; F24F5/00; F28B1/00; F28D5/00; F28F13/18
Foreign References:
FR2123629A51972-09-15
DE102009023659A12010-12-16
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
FRIESE GOEDEN PATENTANWÄLTE PARTGMBB (Widenmayerstraße 49, München, 80538, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Wärmeübertrager (1) mit zumindest einer Wärmeübertragungsfläche (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsfläche (100) erste Teilflächen (101) aufweist, welche mit einer Speicherstruktur (2) versehen sind und zweite Teilflächen (102) aufweist, welche keine Speicherstruktur (2) aufweist.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstruktur (2) Poren (21) zur kapillaren Speicherung eines Kondensats (5) enthält.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstruktur (2) Fasern und/oder Gestrick und/oder Vlies und/oder Gewebe und/oder Schaum enthält oder daraus besteht.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Teilflächen (102) mit einer hydrophoben Beschichtung (104) versehen sind oder eine hydrophobe Oberfläche durch mechanischen Material¬ abtrag oder chemische Prozesse erzeugt ist.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilfläche (102) mit zumindest einer Kondensatführungsstruktur (103) versehen ist .

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Teilflächen (101, 102) so angeordnet sind, dass bei Betrieb des Wärmeüber¬ tragers (1) Kondensat (5) schwerkraftgetrieben von der zweiten Teilfläche (102) abläuft und der ersten

Teilfläche (101) zuführbar ist.

7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

weiterhin enthaltend zumindest ein Rohr (10) mit einer Rohrwandung (120), welche einen Innenraum (105) von einem das Rohr umgebenden Außenraum (110) trennt, wobei die Rohrwandung (120) zumindest teilweise die Wärmeüber¬ tragungsfläche (100) bildet.

8. Klimamaschine mit einem Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Verfahren zur Kondensation und Verdampfung eines Arbeitsmediums, bei welchem das Arbeitsmedium an zumindest einer Wärmeübertragungsfläche (100) eines Wärmeübertragers (1) kondensiert und nachfolgend durch Wärmezufuhr wieder verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass

die Wärmeübertragungsfläche (100) erste Teilflächen (101) aufweist, welche mit einer Speicherstruktur (2) versehen sind und zweite Teilflächen (102) aufweist, welche keine Speicherstruktur (2) aufweisen, wobei das Arbeitsmedium an den zweiten Teilflächen (102) kondensiert und das Kondensat (5) den ersten Teilflächen (101) zugeführt wird .

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dass erste und zweite Teilflächen (101, 102) so ange¬ ordnet sind, dass das Kondensat (5) schwerkraftgetrieben von der zweiten Teilfläche (102) abläuft und der ersten Teilfläche (101) zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Teilflächen (102) mit einer hydrophoben Beschichtung (104) versehen sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstruktur (2) Poren (21) zur kapillaren Speicherung des Kondensats (5) enthält.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilfläche (102) mit zumindest einer Kondensatführungsstruktur (103) versehen ist, welche das Kondensat (5) der Speicherstruktur (2) zuführt .

Description:
Wärmeübertrager, Klimamaschine und Verfahren zur Kondensation und Verdampfung

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit zumindest einer Wärmeübertragungsfläche. Weiterhin betrifft die

Erfindung eine Klimamaschine mit einem solchen Wärmeübertrager sowie ein Verfahren zur Kondensation und Verdampfung eines Arbeitsmediums, bei welchem das Arbeitsmedium an zumindest einer Wärmeübertragungsfläche eines Wärmeüber ¬ tragers kondensiert und nachfolgend durch Wärmezufuhr wieder verdampft wird. Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können als Bauteil einer Adsorptionswärmepumpe oder einer Absorptionskältemaschine Verwendung finden.

Aus der Praxis sind Sorptionswärmepumpen bzw. -kälte- maschinen bekannt. Die vorliegende Beschreibung verwendet für beide Geräte zusammenfassend den Begriff Klimamaschine. Die Wirkung dieser Klimamaschinen beruht darauf, dass die Kondensationswärme und Sorptionswärme, welche bei der

Kondensation und Ad- oder Absorption eines gasförmigen

Arbeitsmediums frei wird, als Nutzwärme bereitgestellt wird oder aber die zur Verdampfung eines flüssigen Arbeitsmediums aufzubringende Wärme zur Kühlung eingesetzt wird.

Kondensation und Verdampfung können dabei kontinuierlich an dedizierten Wärmeübertragern ablaufen, welche als

Kondensator bzw. Verdampfer eingerichtet sind. In anderen Ausführungsformen kann die Verdampfung und Kondensation zyklisch an einem einzelnen Wärmeübertrager ablaufen.

Dabei besteht die Notwendigkeit, das flüssige Arbeitsmedium bis zur erneuten Verdampfung zu speichern. Dies kann bei bekannten Klimamaschinen in Speicherstrukturen erfolgen, welche auf der Oberfläche des Wärmeübertragers angeordnet sind und welche flüssiges Arbeitsmedium festhalten können, beispielsweise durch Kapillarkräfte.

Diese bekannten Wärmeübertrager weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Speicherstrukturen auf der Oberfläche der Wärmeübertrager vergleichsweise große Wärmekapazitäten und Wärmewiderstände darstellen, sodass die Kondensations- und Verdampfungsleistung solcher Wärmeübertrager vergleichsweise gering ist.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager bereitzustellen, welcher eine größere Kondensations- und/oder Verdampfungs ¬ leistung aufweist und gleichwohl Arbeitsmedium speichern kann .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Klimamaschine nach Anspruch 8 und ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Wärmeübertrager vorgeschlagen, welcher zumindest eine Wärmeübertragungsfläche aufweist. Der Wärmeübertrager kann in einigen Ausführungsformen der

Erfindung zumindest ein Rohr aufweisen, welches eine Rohrwandung besitzt. Die Rohrwandung trennt einen Innenraum des Rohres von einem das Rohr umgebenden Außenraum. Die Rohrwandung kann aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Kunststoffmaterial bestehen oder ein solches ent ¬ halten. Ein Kunststoff kann mit einem Füllstoff versehen sein, welcher die Wärmeleitfähigkeit erhöht bzw. den Wärme ¬ widerstand herabsetzt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Rohrwandung und/oder der Füllstoff

Aluminium, Edelstahl oder Kupfer enthalten oder daraus bestehen . Im Inneren des Rohres strömt ein Wärmeträgermedium,

beispielsweise ein Heiz- oder Kühlwasser, ein Thermoöl oder ein Gas. Hierdurch kann der Rohrwandung thermische Energie entzogen oder zugeführt werden.

Die Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers kann zumindest eine Teilfläche der Rohrwandung sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers dadurch erhöht werden, dass die Ober ¬ fläche der Rohrwandung durch an sich bekannte Maßnahmen vergrößert wird. Beispielsweise kann die Rohrwandung an Lamellen oder Wärmeleitbleche thermisch angebunden sein, sodass auch die Fläche der Lamellen zur Wärmeübertragung zusätzlich zur Verfügung steht und die Wärmeübertragungs ¬ fläche des Wärmeübertragers bei gleichem Bauraum vergrößert ist .

Das zumindest eine Rohr des Wärmeübertragers kann polygonal oder rund sein. Insbesondere kann der Wärmeübertrager

Flachrohre enthalten, deren Breite wesentlich größer ist als die Höhe. Der Wärmeübertrager kann eine Vielzahl von Rohren enthalten, welche gleich- oder gegensinnig vom Wärmeträger- medium durchströmt werden.

Die so gebildete Wärmeübertragungsfläche des Wärmeüber ¬ tragers weist erste Teilflächen auf, welche mit einer

Speicherstruktur versehen sind. Die Speicherstruktur kann Poren enthalten, welche zur kapillaren Speicherung eines Kondensats eingerichtet und bestimmt sind. Daneben weist die Wärmeübertragungsfläche zweite Teilflächen auf, welche keine Speicherstruktur aufweisen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Leistungsfähigkeit eines Wärmeübertragers

gesteigert werden kann, wenn zweite Teilflächen zur

Verfügung stehen, an welchen ein gasförmiges Arbeitsmedium mit geringem thermischen Widerstand effizient kondensiert werden kann. Da sich jedoch auf diese Weise nur dünne

Flüssigkeitsfilme auf den Wärmeübertragungsflächen speichern lassen, stehen zusätzlich erste Teilflächen zur Verfügung, welche mit den zweiten Teilflächen so in Verbindung stehen, dass das in den zweiten Teilflächen gebildete Kondensat den ersten Teilflächen und damit den dort angeordneten Speicherstrukturen zugeführt wird. Die auf diese Weise vom Kondensat befreiten zweiten Teilflächen können sodann wieder mit guter Effizienz gasförmiges Arbeitsmedium kondensieren, worauf auch dieses Kondensat wieder den Speicherstrukturen in den ersten Teilflächen der Wärmeübertragungsfläche zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann

Kondensat fortlaufend von den zweiten Teilflächen abgeführt und den Speicherstrukturen der ersten Teilflächen zugeführt werden .

Beim nachfolgenden Verdampfen des flüssigen Arbeitsmediums wird dem Wärmeübertrager durch das Wärmeträgermedium Wärme zugeführt. Dies führt einerseits zur Verdampfung des auf der zweiten Teilfläche verbliebenen Kondensatfilms. Darüber hinaus wird auch die auf der ersten Teilfläche befindliche Speicherstruktur erwärmt, sodass Arbeitsmedium unmittelbar aus der Speicherstruktur verdampfen kann. Schließlich kann die Speicherstruktur in einigen Ausführungsformen der

Erfindung dazu eingerichtet sein, flüssiges Arbeitsmedium durch Kapillarkräfte auf die zweiten Teilflächen zu

transportieren, sodass das Arbeitsmedium fortlaufend auch von den zweiten Teilflächen verdampft werden kann.

Das Arbeitsmedium ist so ausgewählt, dass dieses auf dem gewünschten Temperaturniveau und beim gewünschten

Arbeitsdruck einen gasförmig-flüssig-Phasenübergang

vollzieht. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Arbeitsmedium Wasser und/oder Ammoniak und/oder einen Alkohol und/oder einen Kohlenwasserstoff enthalten oder daraus bestehen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die

Speicherstruktur Fasern und/oder Gestrick und/oder Vlies und/oder Gewebe und/oder Schaum enthalten oder daraus bestehen. Die Speicherstruktur kann durch Löten, Kleben oder Drucken auf die Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen der

Erfindung kann die Speicherstruktur auch durch Aufrakeln oder Aufstreichen auf der Wärmeübertragungsfläche befestigt bzw. gebildet werden. Die Speicherstruktur kann durch

Sintern aus dem Rohrmaterial selbst, z.B. durch Fräsen, Ätzen (aus dem Vollmaterial) oder durch Angießen von

Schwämmen oder Schäumen an ein Rohr erhalten werden.

Zwischen einzelnen Fasern bzw. Drähten oder in den Poren eines offenporigen Schaumes bilden sich Hohlräume aus, welche eine kapillare Speicherung von Kondensat innerhalb der Speicherstruktur ermöglichen. Die Größe einzelner Poren innerhalb der Speicherstruktur kann dabei einheitlich sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können Poren unterschiedlicher Größe vorhanden sein, welche

unterschiedliche Aufgaben innerhalb der Speicherstruktur wahrnehmen. Beispielsweise können größere Poren dazu

vorgesehen sein, eine effektive 3-Phasen-Grenze zwischen dem Festkörper der Speicherstruktur, dem flüssigen Kondensat und dem gasförmigen Arbeitsmedium zu ermöglichen, wohingegen kleinere Poren zur kapillaren Speicherung und/oder zum kapillaren Transport des Kondensats vorhanden sein können.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die zweiten Teilflächen mit einer hydrophoben Beschichtung versehen sein. Eine hydrophobe Beschichtung kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ausgewählt sein aus

Polytetrafluorethylen oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Plasmapolymer. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine hydrophobe Oberfläche durch mechanischen

Materialabtrag, beispielsweise Aufrauen, Laserstrukturieren, Sandstrahlen, etc. oder chemische Prozesse wie

beispielsweise Ätzen, galvanisch, etc. erhalten werden. Die hydrophobe Beschichtung der zweiten Teilflächen der Wärmeübertragungsfläche vermeidet oder vermindert eine Filmkondensation, sodass die Kondensationsleistung des

Wärmeübertragers erhöht sein kann. Ziel ist die Erzeugung von Tropfen, die wiederum günstig für das Abfließen und erneute Freilegen der Oberfläche sind.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Teilfläche mit zumindest einer Kondensatführungsstruktur versehen sein. Eine Kondensatführungsstruktur kann

ausgewählt sein aus zumindest einer Rippe, einem Stift, einem Zapfen oder einer Rinne. Eine Rinne kann entlang ihrer Längserstreckung eine konstante Breite und/oder Tiefe aufweisen oder aber in der Tiefe und/oder Breite

schrittweise oder kontinuierlich veränderlich sein. Eine Kondensatführungsstruktur kann dazu verwendet werden, dass an der zweiten Teilfläche bei der Kondensation gebildete Kondensat der Speicherstruktur der ersten Teilfläche

zuzuführen. Hierdurch kann vermieden werden, dass das

Kondensat unkontrolliert von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers abläuft und dadurch dem Arbeitskreislauf der Klimamaschine verloren geht.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste und zweite Teilfläche relativ zueinander so angeordnet sein, dass bei Betrieb des Wärmeübertragers Kondensat

schwerkraftgetrieben von der zweiten Teilfläche abläuft und der ersten Teilfläche zuführbar ist. Hierdurch wird eine zuverlässige Speicherung des kondensierten Arbeitsmediums in der Speicherstruktur sichergestellt, ohne dass es zu

unkontrollierten Flüssigkeitsverlusten kommt und ohne dass weitere aktive Fördereinrichtungen benötigt werden, um das Kondensat in den Speicherstrukturen bis zur erneuten

Verdampfung zu speichern.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine eine Speicherstruktur aufweisende erste Teilfläche unterhalb einer zweiten Teilfläche angeordnet sein.

Hierdurch trifft von der zweiten Teilfläche abtropfendes Kondensat zwangsläufig auf die Speicherstruktur auf, sodass das Kondensat zuverlässig gespeichert wird.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne

Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Sorptions- Klimamaschine .

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer ersten Ausführungsform.

Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer zweiten Ausführungsform.

Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsform einer Kondensatführungsstruktur .

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Kondensat ¬ führungsstruktur .

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform einer hydrophoben

BeSchichtung .

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Klima ¬ maschine, welche sowohl als Sorptionswärmepumpe als auch als Sorptionskältemaschine verwendbar ist.

Die Klimamaschine enthält einen Wärmeübertrager 1. Dieser enthält ein Rohr oder ein Rohrsystem, in welchem ein Wärmeträgermedium zirkulierbar ist. Hierdurch kann dem Wärmeübertrager Wärme entnommen oder zugeführt werden.

Das zumindest eine Rohr des Wärmeübertragers 1 weist eine Rohrwandung 120 auf, welche einen Innenraum 105 des Rohres von einem das Rohr umgebenden Außenraum trennt. Die Rohr- wandung 120 oder ein Teil der Rohrwandung wird als Wärmeübertragungsfläche 100 verwendet. In anderen Ausführungs ¬ formen der Erfindung können zusätzlich oder alternativ nicht dargestellte Wärmeleitbleche oder andere Strukturen vor ¬ handen sein, welche die Wärmeübertragungsfläche 100 weiter vergrößern .

Die Wärmeübertragungsfläche 100 ist in erste Teilflächen 101 aufgeteilt, welche mit Speicherstrukturen 2 versehen sind. Weiterhin weist die Wärmeübertragungsfläche 100 zweite

Teilflächen 102 auf, welche keine Speicherstrukturen 2 aufweisen. Die Speicherstruktur 2 enthält Poren, welche eine kapillare Speicherung eines Kondensats ermöglichen. Daneben können weitere Poren mit größerem Durchmesser vorhanden sein, welche eine effektive Anbindung an den den Wärmeübertrager umgebenden Gasraum ermöglichen.

Bei einem Betrieb als Kältemaschine zirkuliert im Innenraum 105 des Rohres 10 des Wärmeübertragers 1 ein vergleichsweise warmes Wärmeträgermedium, welches den zweiten Teilflächen 101 und damit dem in den Speicherstrukturen 2 vorhandenen Kondensat einen Wärmestrom Q k zuführt. Hierdurch kühlt sich das Wärmeträgermedium ab, sodass beispielsweise bei der Verwendung als Kühlschrank oder Klimaanlage Wärme abgeführt werden kann.

Die Wärmezufuhr in den Wärmeübertrager 1 führt zur Verdampfung des Kondensats, welches als gasförmiges Arbeits ¬ medium 50 in den den Wärmeübertrager 1 umgebenden Außenraum 110 abgegeben wird.

Nachfolgend wird das gasförmige Arbeitsmedium 50 einem

Kompressor 30 zugeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein thermischer Kompressor 30 dargestellt.

Dieser arbeitet mit einem Adsorber, an welchem das

gasförmige Arbeitsmedium 50 adsorbiert wird. Dabei wird ein Wärmestrom Q A frei. Nachfolgend wird das gasförmige Arbeitsmedium 50 auf höherem Druckniveau wieder desorbiert, wozu eine Antriebsleistung notwendig ist, welche in Form eines Wärmestromes Q P zugeführt wird. Das vom thermischen Kompressor 30 freigesetzte gasförmige Arbeitsmedium 50 gelangt wieder zum Wärmeübertrager 1 und wird an dessen zweiten Teilflächen 102 kondensiert. Das kondensierte, flüssige Arbeitsmedium wird sodann den Speicherstrukturen 2 zugeführt und dort bis zur nächsten Verdampfung gespeichert. Die bei der Kondensation freiwerdende Wärme Q H kann als Heizwärme verwendet werden, wenn die dargestellte

Klimamaschine als Wärmepumpe eingesetzt wird. Im Fall einer Kältemaschine kann die Kondensationswärme Q H auch als Abwärme ungenutzt abgegeben werden.

Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungs ¬ gemäßen Wärmeübertragers, welcher beispielsweise in der in Figur 1 gezeigten Klimamaschine verwendbar ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung, sodass die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt ist.

Der in Figur 2 im Querschnitt dargestellte Wärmeübertrager zeigt beispielhaft drei Rohre 10a, 10b und 10c. Die Rohre 10 weisen eine größere Breite und eine im Vergleich dazu geringe Höhe auf, sodass der Querschnitt in etwa rechteckig ist. Die Rohre 10 gemäß Figur 2 können daher als Flachrohre bezeichnet werden. Die in Figur 2 gewählte Darstellung der Rohre 10 ist lediglich beispielhaft zu sehen. Die Rohre 10 können auch einen anderen polygonalen oder runden oder auch elliptischen Querschnitt aufweisen. Die Anzahl der Rohre 10 ist nicht auf exakt drei festgelegt. Vielmehr kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung die Anzahl der Rohre 10 auch größer oder geringer sein und beispielsweise

zwischen 2 und etwa 30 betragen.

Jedes Rohr 10 weist eine erste Teilfläche 101 und eine zweite Teilfläche 102 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Teilflächen auf der Oberseite des horizontal angeordneten Rohres 10 angeordnet und die zweiten Teilflächen 102 auf der gegenüberliegenden Unterseite des Rohres 10.

Wie aus Figur 2 weiter ersichtlich, sind auf der ersten Teilfläche 101 Speicherstrukturen 2 angeordnet. Die

Speicherstrukturen 2 können beispielsweise eine Vielzahl parallel angeordneter Drähte, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Vlies oder einen Schaum enthalten oder daraus bestehen. Die Speicherstrukturen 2 bilden dadurch Hohlräume bzw. Poren aus, in welchen ein flüssiges Arbeitsmedium bzw. Kondensat 5 gespeichert werden kann.

Demgegenüber weisen die zweiten Teilflächen 102 kein

Speichermedium 2 auf. Optional können die zweiten

Teilflächen 102 mit einer hydrophoben Beschichtung versehen sein, wie nachfolgend anhand von Figur 6 näher erläutert wird .

Die zweiten Teilflächen 102 sind in dieser Ausführungsform gegenüber einer zugeordneten ersten Teilfläche 101 des darunterliegenden Rohres 10 angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass von einer zweiten Teilfläche 102 abtropfendes Kondensat der Speicherstruktur 2 eines

darunterliegenden Rohres zugeführt wird. So wird beispiels ¬ weise das an der zweiten Teilfläche 102 des Rohres 10a kondensierende Arbeitsmedium als Kondensat 5 der

Speicherstruktur 2 des darunterliegenden Rohres 10b

zugeführt. Das an der zweiten Teilfläche 102 des Rohres 10b kondensierende Arbeitsmedium wird der Speicherstruktur 2 des darunter angeordneten Rohres 10c zugeführt. Für eine größere Anzahl von Rohren wird dies zyklisch fortgesetzt, bis zum Erreichen des letzten Rohres 10.

Bei der Zufuhr eines warmen Wärmeträgermediums in die Rohre 10a, 10b und 10c wird das in den Speicherstrukturen 2 gespeicherte Arbeitsmedium gasförmig ausgetrieben und steht für den nächsten Arbeitszyklus zur Verfügung, wie vorstehend anhand der Figur 1 beschrieben.

Anhand der Figur 3 wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers erläutert. Die zweite Aus ¬ führungsform zeigt ein Rundrohr 10 mit einer Rohrwandung 120. Die Rohrwandung 120 wird als Wärmeübertragungsfläche 100 verwendet. Das Rundrohr 10 ist im Wesentlichen vertikal angeordnet. Auf der Wärmeübertragungsfläche 100 sind erste Teilflächen 101 und zweite Teilflächen 102 abwechselnd ausgebildet. Somit kann in den zweiten Teilflächen 102 kondensiertes Arbeitsmedium der Schwerkraft folgend in die darunter angeordneten ersten Teilflächen 101 fließen. Die ersten Teilflächen 101 sind mit Speicherstrukturen 2

versehen, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Drähten enthalten bzw. daraus bestehen. Die Drähte können durch Löten oder Kleben an der Rohrwandung 120 befestigt sein, sodass sich zwischen benachbarten Drähten Poren bzw. Hohlräume 21 ausbilden, in welchen das Kondensat durch Kapillarkräfte festgehalten wird, ähnlich einem

Pinsel .

Da sich die Drähte im Wesentlichen radial von der Rohrwandung 120 weg erstrecken, nimmt deren Abstand in größerer Entfernung von der Wärmeübertragungsfläche 100 zu. Hierdurch kann eine effiziente Ankopplung der Speicherstrukturen 2 an den umgebenden Gasraum erfolgen, sodass gespeichertes

Arbeitsmedium auch mit gutem Wirkungsgrad bzw. hoher

Verdampfungsrate direkt aus den Speicherstrukturen 2 der ersten Teilflächen 101 heraus verdampft werden kann.

Das in Figur 3 dargestellte Element kann in anderen Aus ¬ führungsformen der Erfindung auch eine größere Länge

aufweisen, sodass sich eine größere Anzahl von ersten und zweiten Teilflächen entlang der Längserstreckung des Rohres 10 befinden. Darüber hinaus kann eine Vielzahl der in Figur 3 dargestellten Rohre 10 nebeneinander und hintereinander in einem Wärmeübertrager angeordnet sein, sodass die zur

Kondensation und Speicherung des Arbeitsmediums zur

Verfügung stehende Fläche mit der Anzahl der Rohre 10 steigt .

Figur 4 zeigt eine Wärmeübertragungsfläche 100 im Schnitt. Die in Figur 4 dargestellte Wärmeübertragungsfläche 100 weist wiederum eine erste Teilfläche 101 und eine

gegenüberliegende zweite Teilfläche 102 auf. Die erste

Teilfläche 101 ist mit Speicherstrukturen 2 versehen, wie vorstehend beschrieben.

Die zur Kondensation des Arbeitsmediums dienende zweite Teilfläche 102 kann mit zumindest einer Kondensatführungs ¬ struktur 103 versehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kondensatführungsstruktur 103 integraler Bestandteil der Rohrwandung bzw. der Wärmeübertragungsfläche 100. Die Kondensatführungsstruktur 103 kann eine über die zweite Teilfläche 102 hinausstehende Rippe oder auch ein einzelner Zapfen bzw. Stift sein. Die Kondensatführungs ¬ struktur 103 bewirkt, dass kondensiertes Arbeitsmedium an den Flanken der Struktur 103 entlangläuft und an deren

Spitze abtropft. Hierdurch kann das Kondensat gezielt zu einer Speicherstruktur 2 gelenkt werden, sodass Verluste an Arbeitsmedium aufgrund unkontrolliertem Abtropfens von der zweiten Teilfläche 102 vermieden werden.

Figur 5 zeigt Kondensatführungsstrukturen 103a und 103b in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Wärmeaustauschfläche 100 geneigt, wobei die zweite Teilfläche 102 oberhalb der ersten Teilfläche 101 angeordnet ist. In der zweiten Teilfläche 102 sind Nuten eingearbeitet, welche im Fall der Kondensat ¬ führungsstruktur 103a im Wesentlichen parallele Seitenwände aufweisen. Im Fall der Kondensatführungsstruktur 103b ist die Nut in größerem Abstand von der ersten Teilfläche 101 mit der Speicherstruktur 2 trichterförmig verbreitert.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Nut 103a oder 103b auch eine unterschiedliche Tiefe aufweisen und so das Kondensat effektiv sammeln und kanalisieren.

Auch die Nuten 103 gemäß Figur 5 bewirken, dass das

Kondensat auf der zweiten Teilfläche 102 nicht

unkontrolliert abläuft und dadurch den Speicherstrukturen 2 nur unvollständig zugeführt wird. Vielmehr wird das

Kondensat in den als Ablaufkanal wirkenden Nuten gesammelt und geführt und so effektiv in den Speicherstrukturen 2 eingelagert .

Figur 6 zeigt wiederum eine Wärmeaustauschfläche 100 mit einer ersten Teilfläche 101, auf welcher eine Speicher ¬ struktur 2 angeordnet ist. Auf der zweiten Teilfläche 102, welche zur Kondensation des Arbeitsmediums vorgesehen ist, befindet sich eine hydrophobe Beschichtung 104.

Die hydrophobe Beschichtung 104 kann beispielsweise ein Polymer enthalten oder daraus bestehen. Das Polymer kann ausgewählt sein aus Polytetrafluorethylen und/oder aus einem Plasmapolymer, welches aus einem Kohlenwasserstoff mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden werden kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine hydrophobe

Oberfläche durch mechanischen Materialabtrag, beispielsweise Aufrauen, Laserstrukturieren, Sandstrahlen, etc. oder chemische Prozesse wie beispielsweise Ätzen, galvanisch, etc. erhalten werden. Die hydrophobe Beschichtung 104 bewirkt, dass auf der zweiten Teilfläche 102 keine

Filmkondensation stattfindet, sondern das Arbeitsmedium in Form einzelner Tropfen kondensiert. Dies hat die Wirkung, dass das Arbeitsmedium leichter von der Teilfläche 102 abtropft bzw. abläuft und und beim Ablaufen weiteres

Kondensat abwaschen kann. Hierdurch wird der Wärmeübergangswiderstand verringert, sodass die Kondensations ¬ und/oder Verdampfungsleistung erhöht sein kann. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Be ¬ schreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Aus-führungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.