Wärmeübertrager und Verfahren zu dessen Verwendung

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit zumindest einer Wärmeübertragungsfläche, welche mit zumindest einer Wärmeleitstruktur verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit, bei welchem einer Flüssigkeit Wärme zugeführt wird. Schließ ^¬ lich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmeübertrag zwischen einem ersten Wärmeträgermedium und einem zweiten Wärmeträgermedium mittels eines Wärmeübertragers.

Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können vielfältig Verwendung finden, beispielsweise zur Entwärmung von Prozessanlagen oder Maschinen oder als

Bauteil von Wärmepumpen und Klimageräten.

Aus der Praxis sind Lamellenwärmeübertrager bekannt. Diese enthalten ein Lamellenpaket, wobei einzelne Lamellen aus einem Blech aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sind. Das Lamellenpaket kann beispielsweise Aluminium oder Kupfer enthalten. Im Lamellenpaket sind Bohrungen angebracht, durch welche Rohrleitungen geführt sind. Ein erstes Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder ein Thermoöl, durchströmt die Rohrleitungen. Ein zweites Wärmeträgermedium, beispielsweise Umgebungsluft, durchströmt das

Lamellenpaket. Dabei kann Wärme entweder vom ersten Wärme ^¬ trägermedium auf das zweite Wärmeträgermedium oder umgekehrt übertragen werden. Das Lamellenpaket ist dabei thermisch an die Rohrleitungen angebunden und führt dazu, dass die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert ist . Diese bekannten Lamellenwärmeübertrager weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Lamellen fertigungsbedingt einen gewissen Mindestabstand zueinander aufweisen müssen und die damit zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche begrenzt ist. Dies begrenzt gleichzeitig die Leistungsfähig ^¬ keit des Wärmeübertragers, d. h. die pro Zeiteinheit

übertragbare Wärmemenge.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager mit verbesserter Leistungsfähigkeit bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 14 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Wärmeübertrager mit zumindest einerWärmeübertragungsfläche vorgeschlagen. Der Wärmeüber ^¬ tragungsfläche kann Wärme zu- oder abgeführt werden, beispielsweise durch elektrische Heizwiderstände, Peltier- Elemente oder Abwärmenutzung. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeübertragungsfläche eine Rohr ^¬ wandung sein oder einen Teil einer Rohrwandung enthalten, welche einen Innenraum eines Rohres gegen den das Rohr umgebenden Außenraum begrenzt. In diesem Fall kann im Rohr ein Wärmeträger zirkulieren, welchem sensible und/oder latente Wärme zugeführt wird oder welchem sensible und/oder latente Wärme entnommen wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeübertragungsfläche Teil einer Behälterwandung sein, wobei der Behälter einen Latentwärmespeicher enthält.

Sofern die Wärmeübertragungsfläche eine Rohrwandung ist, kann der Querschnitt des Rohres polygonal oder rund sein. Die Querschnittsfläche kann dieselbe Breite wie Höhe

aufweisen, sodass der Rohrquerschnitt quadratisch oder kreisrund ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite des Rohres größer sein als dessen Höhe, sodass der Querschnitt rechteckig oder elliptisch ist. Ein Wärmetauscher, welcher eine Mehrzahl solcher Rohre aufweist, kann auch als Plattenwärmetauscher bezeichnet werden.

Die Wärmeübertragungsfläche kann ein Metall oder eine

Legierung aufweisen oder daraus bestehen. Die Wärmeübertragungsfläche kann in einigen Ausführungsformen der

Erfindung Aluminium und/oder Kupfer und/oder Edelstahl enthalten oder daraus bestehen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Wärmeübertragungsfläche zumindest einseitig mit einer Wärmeleitstruktur zu versehen. Die Wärmeleitstruktur ist thermisch an die Wärmeübertragungsfläche angekoppelt, sodass die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche gegenüber der reinen Wärmeübertragungsfläche vergrößert ist.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die Wärmeleit ^¬ struktur zumindest zwei Wärmeleitgitter enthält, welche Stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Wärmeleit ^¬ gitter können hierzu miteinander verlötet oder verschweißt oder gesintert werden. Die Wärmeleitgitter erlauben im

Gegensatz zu Lamellen aufgrund der im Gitter vorhandenen Öffnungen eine effiziente Durchströmung mit einem Wärmeträgermedium. Weiterhin weisen die Wärmeleitgitter aufgrund ihrer Öffnungen innenliegende Oberflächen auf, welche zur Vergrößerung der gesamten, zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Oberfläche beitragen. Aufgrund der stoff- schlüssigen Verbindung benachbarter Wärmeleitgitter

innerhalb der Wärmeleitstruktur wird der Abstand der Wärme ^¬ leitgitter gegenüber bekannten Lamellenpaketen reduziert. Hierdurch kann die Anzahl der Wärmeleitgitter vergrößert sein, wodurch die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche ansteigt. Gleichzeitig erhöht sich durch die Stoffschlüssige Verbindung benachbarter Wärmeleitgitter die mechanische Stabilität, sodass die Wärmeleitgitter eine geringere Materialstärke aufweisen können als übliche

Lamellen eines Lamellenwärmeübertragers. Da innerhalb der durch ein Wärmeleitgitter definierten Ebene gleichwohl eine durchgängige Materialstruktur vorhanden ist, kann die Wärme über die Wärmeleitgitter mit großer Effizienz von der Wärmeübertragungsfläche des zumindest einen Rohres des

Wärmeübertragers zu- oder abgeführt bzw. dem im Rohr

strömenden Wärmeträgermedium zugeführt werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest ein Wärmeleitgitter ausgewählt sein aus einer perforierten Materiallage und/oder einem Streckmetallgitter und/oder einem Geflecht. Die perforierte Materiallage kann

beispielsweise ein Blech bzw. eine Metallfolie aus einem Metall oder einer Legierung sein oder eine solche enthalten. Die Materiallage kann eben oder gekrümmt bzw. gewellt sein, um auf diese Weise Zwischenräume zwischen benachbarten

Wärmeleitgittern der Wärmeleitstruktur zu realisieren. Ein Streckmetallgitter bzw. ein Geflecht oder ein Gestrick kann in den beiden Raumrichtungen der durch das Flächengebilde des Streckmetallgitters definierten Ebene eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sodass die Wärmeleitfähigkeit orthogonal zur Wärmeübertragungsfläche größer sein kann als in einer Richtung parallel zur Wärmeübertragungsfläche.

Hierdurch kann Wärme effizient der Wärmeübertragungsfläche zu- bzw. abgeführt werden. Im Falle eines Streckmetall ^¬ gitters kann dies dadurch erfolgen, dass die im Gitter ausgebildeten Maschen nicht quadratisch sind, sondern eine größere Ausdehnung in einer Raumrichtung aufweisen als in einer dazu orthogonalen Raumrichtung. Im Falle eines

Geflechtes bzw. eines Gewebes kann die Anzahl bzw. Flächendichte der im Geflecht bzw. Gewebe vorhandenen Fäden in einer Raumrichtung größer sein als in einer hierzu orthogonalen Raumrichtung. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Wärmeleitgitter eine Materialstärke von weniger als etwa 200 ym oder weniger als etwa 150 ym oder weniger als etwa 60 ym aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Wärmeleitgitter eine

Materialstärke von mehr als etwa 20 ym oder mehr als etwa 30 ym oder mehr als etwa 90 ym aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Wärmeleitgitter eine Materialstärke von etwa 50 ym aufweisen. Die genannten

Materialstärken erlauben einerseits einen hinreichenden Wärmetransport innerhalb der durch das Wärmeleitgitter definierten Ebene und andererseits eine hinreichende

Packungsdichte, um hohe Leistungsdichten des erfindungs ^¬ gemäßen Wärmeübertragers zu erzielen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur so auf der Wärmeübertragungsfläche angeordnet sein, dass die Wärmeleitgitter mit dem Rohr bzw. der

Längsachse des Rohres einen Winkel von etwa 50° bis etwa 130° oder von etwa 70° bis etwa 110° oder von etwa 80° bis etwa 100° oder etwa 90° einschließen. Dies erlaubt

einerseits eine effiziente Durchströmung der Wärmeleit ^¬ struktur, beispielsweise in einem Querstromwärmetauscher. Andererseits ist die projizierte Fläche der Wärmeleit ^¬ struktur maximal, wenn diese etwa 90° zur Wärmeübertragungs ^¬ fläche und zur Strömung des Wärmeträgermediums angeordnet ist. Hierdurch können Strömungsverluste minimiert und die Wärmeübertragungsleistung maximiert werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur durch Sintern der Wärmeleitgitter hergestellt werden. Zum Sintern kann ein Stapel von Wärmeleitgittern in Schutzgasatmosphäre oder Vakuum auf eine vorgebbare Tempera ^¬ tur erwärmt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann diese Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur und über der halben Schmelztemperatur des für die Wärmeleitgitter verwendeten Materials gewählt sein. Hierdurch kommt es zum Verschweißen der Wärmeleitgitter bzw. zur Ausbildung von Sinterhälsen an einzelnen Berührungspunkten. Dies kann die mechanische Stabilität auch dünner Wärmeleitgitter soweit erhöhen, dass der Wärmeübertrager mechanisch robust ausgeführt werden kann. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch das Sintern einer Mehrzahl von Wärmeleitgittern eine Wärmeleitstruktur entsteht, deren Porosität nur unwesentlich geringer ist als die offene Fläche einzelner Wärmeleit ^¬ gitter. Somit kann die erfindungsgemäße Wärmeleitstruktur mit geringen Druckverlusten vom Wärmeträgermedium

durchströmt werden und beim Einsatz als Verdampfer kann sich in der Wärmeleitstruktur eine großflächige Dreiphasengrenze zwischen der Wärme übertragenden Fläche der Wärmeleitstruktur, der zu verdampfenden Flüssigkeit und dem Dampf ausbilden .

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur eine Höhe von etwa 1 mm bis etwa 10 mm oder etwa 1 mm bis etwa 5 mm oder etwa 1 mm bis etwa 3 mm

aufweisen. Wärmeleitstrukturen, welche ausgehend von der Oberfläche der Wärmeübertragungsfläche die angegebenen

Höhenmaße aufweisen, eignen sich insbesondere zur

Verdampfung einer Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitssumpf. Hierzu kann die Wärmeleitstruktur teilweise oder vollständig in den Flüssigkeitssumpf eintauchen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur eine Höhe von etwa 15 mm bis etwa 40 mm oder von etwa 20 mm bis etwa 30 mm aufweisen. Die Höhe erstreckt sich dabei von der Oberfläche der Rohrwand ausgehend

lotrecht bis zum höchsten Punkt der Wärmeleitstruktur.

Solche Wärmeleitstrukturen können von einem gasförmigen Wärmeträgermedium durchströmt und dabei als Wärmeübertrager zwischen zwei Wärmeträgermedien verwendet werden und

aufgrund der großen zur Verfügung stehenden Fläche auch große Leistungen übertragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur zwischen etwa 50 und etwa 2500 oder zwischen etwa 100 und etwa 1000 oder zwischen etwa 150 und etwa 500 oder zwischen etwa 200 und etwa 300 Wärmeleitgitter

enthalten oder daraus bestehen. Die Wärmeleitgitter können nach Zuschnitt und optionaler Umformung, beispielsweise durch Strukturwalzen, übereinandergelegt und durch Sintern, Kleben oder Löten miteinander verbunden werden. Insbesondere Sintern erlaubt ein einfaches Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Wärmeleitstruktur. Nach dem Sintern weist die Wärmeleitstruktur eine vergleichsweise große mechanische Stabilität und gleichzeitig eine hohe Porosität auf, welche eine effiziente Durchströmung mit einem insbesondere

gasförmigen Wärmeträgermedium erlaubt. Gleichzeitig kann die Wärmeleitstruktur in den einzelnen Ebenen der Wärmeleitgitter effizient Wärme leiten, wohingegen in Richtung des Normalenvektors der Wärmeleitgitter aufgrund der nur punktartigen Verbindung der einzelnen Wärmeleitgitter untereinander eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit gegeben ist .

Die aus einer Vielzahl von Wärmeleitgittern zusammengesetzte Wärmeleitstruktur kann nachfolgend auf das gewünschte Maß zugeschnitten und form- oder stoffschlüssig an die Wärme ^¬ übertragungsfläche eines Wärmeübertragers gefügt werden. Hierbei kann auch eine Mehrzahl von Wärmeleitstrukturen an einer Wärmeübertragungsfläche befestigt werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der

Normalenvektor der Wärmeleitgitter dem Normalenvektor der Wärmeübertragungsfläche einen Winkel zwischen etwa 30° und etwa 150° oder Zwischen etwa 45° und etwa 135° oder Zwischen etwa 70° und etwa 110° oder etwa 90° einschließen. Dadurch wird die Wärme entlang der Ebenen der Wärmeleitgitter von der Wärmeübertragungsfläche abgeführt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur eine Porosität von etwa 70 % bis etwa 90 % oder von etwa 80 % bis etwa 85 % aufweisen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass auch beim Aufeinanderlegen einer Vielzahl von Wärmeleitgittern die offene Fläche, welche den

Strömungswiderstand eines Wärmeträgermediums maßgeblich bestimmt, nur im geringen Umfang sinkt.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Maschengröße der einzelnen Maschen eines Wärmeleitgitters zwischen etwa 1,5 mm und etwa 3,5 mm betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite einer Masche größer sein als deren Höhe. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite einer Masche zwischen etwa 2,2 mm bis etwa 3,5 mm betragen. In diesen Ausführungsformen der Erfindung kann die Höhe einer Masche zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,5 mm betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Stegbreite des Wärmeleitgitters, d.h. die zwischen benachbarten Maschen verbleibende Materialdicke, zwischen etwa 180 ym und etwa 50 ym oder zwischen etwa

150 ym und etwa 80 ym betragen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Stegbreite zwischen etwa 120 ym und etwa 90 ym betragen. Somit erlaubt die vergleichsweise große Maschengröße die effiziente Durchströmung mit einem Wärme ^¬ trägermedium oder im Falle eines Verdampfers die effiziente Abführung eines gasförmigen Mediums, wohingegen die

verbleibende Stegbreite noch einen hinreichenden

Wärmetransport innerhalb der Wärmeleitstruktur sicherstellt.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitstruktur in Richtung des

Normalenvektors der durch die Wärmeleitgitter definierten Ebene um mehr als einen Faktor 7 oder mehr als einen Faktor 8 oder mehr als einen Faktor 10 geringer sein als in einer zum Normalenvektor orthogonalen Richtung. Dieses Verhalten ergibt sich daraus, dass innerhalb der durch die einzelnen Wärmeleitgitter definierten Ebene aufgrund der zusammen- hängenden Materiallage der Wärmeleitgitter eine vergleichs ^¬ weise große Querschnittsfläche zum Wärmetransport zur Ver ^¬ fügung steht. Andererseits sind benachbarte Wärmeleitgitter nur punktförmig durch Sinterhälse, Lötstellen oder Klebeverbindungen miteinander verbunden, sodass die Wärmeleitung in Richtung des Normalenvektors reduziert ist.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeübertrager weiterhin ein Sorptionsmittel enthalten, welches auf und/oder in der Wärmeleitstruktur angeordnet ist. Das Sorptionsmittel kann beispielsweise durch Plasmabeschichten, Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung aufgebracht werden. Dies erlaubt es, den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager als Sorber in einem thermischen Kompressor einer Sorptionswärmepumpe einzusetzen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeübertrager auch als Kondensator und/oder Verdampfer einer Wärmepumpe Verwendung finden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur plissiert sein.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärmeleitstruktur stoffschlüssig mit dem Rohr verbunden sein, beispielsweise durch Löten. Hierzu kann in einigen Aus ^¬ führungsformen der Erfindung eine Lotpaste verwendet werden, welche auf die Fügestelle aufgetragen und nachfolgend erwärmt wird.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft dies ein Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit, bei welchem die Wärmeleitstruktur eines Wärmeübertragers zumindest teilweise in einen Sumpf eintaucht und über zumindest ein Rohr des Wärmeübertragers ein Wärmeträgermedium mit erhöhter

Temperatur zugeführt wird.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird über die Wärmeleitstruktur des Wärmeübertragers von einer Wärmeenergiequelle Wärme auf eine Flüssigkeit übertragen, wodurch die Flüssig ^¬ keit verdampft wird. Die Flüssigkeit kann in einigen Aus ^¬ führungsformen über einen Sumpf zugeführt werden. Hierzu kann der Wärmeübertrager vollständig oder teilweise in den Sumpf eintauchen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Flüssigkeit dem Wärmeübertrager auch durch

Berieselung zugeführt werden. Schließlich kann die zu verdampfende Flüssigkeit auch vorher auf dem Wärmeübertrager kondensieren und dort zwischengespeichert werden.

Im Falle des Eintauchens in einen Sumpf kann ein Blasensieden in der Flüssigkeit erzeugt werden. Als Blasensieden wird die Entstehung von Gasphasen durch Erwärmung innerhalb der Flüssigkeit bezeichnet.

Bei Verdampfungsprozessen, insbesondere beim Blasensieden, treten hohe Wärmeübergangskoeffizienten innerhalb der Wärmeleitstruktur auf, welche durch die Dynamik der Blasenbildung, das Blasenwachstum sowie des Blasenabreißens bedingt sind. Für das Zustandekommen der Blasenbildung an einer Teilfläche der Wärmeleitstruktur sind dabei

Blasenkeimstellen und eine gegenüber der Sättigungstemperatur des zu verdampfenden Fluides erhöhte Wand ^¬ temperaturen notwendig. Es ist bekannt, dass vor allem an Ecken und Kanten einer Heizfläche Keimstellen für die

Bildung von Blasen entstehen. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist somit aufgrund der innerhalb der Wärmeleit ^¬ gitter durchgehenden Materialstruktur eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Aufgrund der Maschen innerhalb der Wärmeleit ^¬ gitter, welche jeweils durch Stege mit Kanten begrenzt sind, weist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager aber auch viele Keimstellen zur Blasenbildung und damit eine gegenüber an sich bekannten Lamellenwärmeübertragern verbesserte

Verdampfungsleistung beim Blasensieden auf. Auch die bei der Wärmebehandlung der Wärmeleitstruktur entstehenden

Kontaktbereiche zwischen einzelnen Wärmeleitgittern bilden zusätzliche Keimstellen für die Bildung von Blasen. Durch die erfindungsgemäß verwendeten Wärmeleitgitter mit geringer Materialstärke lassen sich viele Wärmeleitgitter auf

begrenztem Raum zusammenfügen. Die innerhalb dieser Wärmeleitgitter ausgebildeten kleinen Maschen führen zu vielen Kanten und Ecken und damit zu einer großen Anzahl von

Keimstellen für die Blasenbildung. Die Verdampfungsleistung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann somit

gegenüber bekannten Wärmeübertragern deutlich erhöht sein.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Wärmeübertrag zwischen einem ersten Wärmeträgermedium auf ein zweites Wärmeträgermedium mittels eines Wärmeübertragers. Dabei strömt ein Wärmeträgermedium im Inneren eines Rohres und ist durch die Rohrwandung vom

Außenraum getrennt, in welchem das andere Wärmeträgermedium strömt. Die zum Wärmeübergang zur Verfügung stehende Fläche kann durch Wärmeleitstrukturen vergrößert werden, welche einseitig oder beidseitig auf der Rohrwandung angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann insbesondere die Außenseite der Rohrwandung mit Wärmeleit ^¬ strukturen versehen sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit sein, beispielsweise ein Heizwasser, ein Kühlwasser oder ein Thermoöl. Das zweite Wärmeträgermedium kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung gasförmig sein, beispielsweise Umgebungsluft oder ein Abgasstrom. In diesem Fall strömt das gasförmige zweite Wärmeträgermedium durch die erfindungs ^¬ gemäße Wärmeleitstruktur. Da die Porosität, d. h. das

Volumen der sich aus den Maschen ergebenden Poren im

Verhältnis zum Gesamtvolumen der Wärmeleitstruktur

vergleichsweise groß ist, kann auch die aus einer Vielzahl von Wärmeleitgittern bestehende Wärmeleitstruktur von einem gasförmigen Medium durchströmt werden, so dass ein

effizienter Wärmeaustausch stattfinden kann. Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne

Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß

verwendeten Wärmeleitgitters.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wärmeleit ^¬ struktur in der Ansicht.

Figur 3 zeigt eine Wärmeleitstruktur im Querschnitt.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen

Wärmeübertrager in einer ersten Ausführungsform.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen

Wärmeübertrager in einer zweiten Ausführungsform.

Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch einen

Wärmeübertrager in einer zu Fig. 5 orthogonalen Richtung.

Figur 7 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers als Verdampfer.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Wärmeleitgitters gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Wärmeleitgitter gemäß Figur 1 besteht aus einem Streckmetall, welches durch Ein ^¬ bringen von Schlitzen in eine Metallfolie bzw. ein -blech und nachfolgendes Auseinanderziehen erhältlich ist. Hierdurch bilden sich Maschen 25, welche durch Stege 23

voneinander getrennt sind. Die Metallfolie bzw. das -blech kann Kupfer oder Aluminium enthalten oder daraus bestehen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die

Maschen 25 eine größere Breite a und eine geringere Höhe b aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Breite a zwischen etwa 2,5 und etwa 3 mm betragen, wohingegen die Höhe b zwischen etwa 1,5 mm und etwa 2,5 mm beträgt .

Die Stege 23 können in einigen Ausführungsformen der

Erfindung zwischen etwa 90 ym und etwa 100 ym breit sein.

Die Materialstärke des Streckmetallgitters kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 40 ym und etwa 60 ym betragen.

Aufgrund der Herstellungsweise des Wärmeleitgitters 20 als Streckmetallgitter ergibt sich innerhalb der durch das

Streckmetallgitter 20 definierten Ebene eine durchgehende metallische Struktur, sodass Wärme innerhalb der durch das Streckmetall definierten Ebene effizient geleitet werden kann. Sofern die Maschen 25 des Wärmeleitgitters 20 von einem beispielsweise gasförmigen Wärmeträgermedium

durchströmt werden, kann diese Wärme auch mit guter

Effizienz an das Wärmeträgermedium abgegeben bzw. aus dem Wärmeträgermedium aufgenommen werden.

In gleicher Weise wie vorstehend für ein Streckmeltall erläutert, kann ein Wärmeleitgitter 20 auch durch

Perforieren einer Metallfolie oder durch Flechten von

Drähten hergestellt werden.

Figur 2 zeigt eine Wärmeleitstruktur 2, welche aus einer Vielzahl von Wärmeleitgittern 20 zusammengesetzt ist. Hierzu werden etwa 50 bis etwa 400 der in Figur 1 gezeigten Wärmeleitgitter zugeschnitten und übereinandergelegt .

Das Fügen der Wärmeleitgitter kann beispielsweise durch Löten erfolgen. Hierzu kann eine Lötpaste, welche Lot und Flussmittel enthält, punktförmig oder flächig auf die Wärme ^¬ leitgitter 20 aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Wärmeleitgitter vor dem Löten oxidiert und die Kontaktstellen angeschliffen werden. Das kann vermeiden, dass die Wärmeleitstruktur beim Löten durch Kapillarwirkung das Lot aufsaugt.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die einzelnen Wärmeleitgitter 20 gesintert werden, indem ein Stapel aus einer Mehrzahl von Wärmeleitgittern 20 in

Schutzgasatmosphäre wärmebehandelt wird. Die

Schutzgasatmosphäre kann beispielsweise ein Edelgas,

Stickstoff oder Wasserstoff enthalten. Hierdurch werden die einzelnen Wärmeleitgitter 20 zur Wärmeleitstruktur 2

verbunden .

Die Wärmeleitstruktur 2 weist eine wesentlich höhere

mechanische Stabilität auf als ein einzelnes Wärmeleitgitter 20. Gleichzeitig steigt der zur Wärmeleitung zur Verfügung stehende Querschnitt innerhalb der durch die Wärmeleitgitter definierten Ebene linear mit der Anzahl der Wärmeleitgitter an. In Richtung des Normalenvektors der Wärmeleitgitter ist die Wärmeleitfähigkeit hingegen reduziert.

Das in Figur 2 gezeigte Halbzeug der Wärmeleitstruktur kann nachfolgend zugeschnitten und auf die Rohrwandung von zumindest einem Rohr oder einer anderen Wärmeübertragungs ^¬ fläche eines Wärmeübertragers aufgebracht werden, wie anhand der Figuren 4 bis 6 noch erläutert werden wird.

Figur 3 zeigt den Querschnitt durch eine Wärmeleitstruktur gemäß Figur 2. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus elf Wärme ^¬ leitgittern 20, welche übereinander angeordnet sind.

Erkennbar sind einzelne Stege 23, wohingegen die Maschen 25 im Querschnitt nicht sichtbar sind.

Wie aus Figur 3 erkennbar ist, berühren sich die einzelnen Stege 23 nur in einzelnen Punkten. Durch die Wärmebehandlung kommt es an diesen Stellen zur Ausbildung von Sinterhälsen 24. Die Sinterhälse 24 bewirken die Erhöhung der

mechanischen Stabilität der Wärmeleitstruktur 2 gegenüber der mechanischen Belastbarkeit eines einzelnen Wärmeleit ^¬ gitters 20. Durch die Sinterhälse 24 kann auch eine

Wärmeleitung zwischen einzelnen Wärmeleitgittern 20 und damit entlang des Normalenvektors der Wärmeleitstruktur 2 erfolgen. Aufgrund des geringeren Querschnittes ist diese Wärmeleitung jedoch um etwa eine Größenordnung geringer als entlang der einzelnen Ebenen der Wärmeleitgitter 20.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Wärmeübertrager 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Wärmeübertrager 1 enthält zumindest ein Rohr 10, welches eine Rohrwandung 100 aufweist. Die Rohrwandung 100 trennt einen Innenraum 105 von einem das Rohr 10 umgebenden Außenraum. Der Querschnitt des Rohres 10 kann polygonal oder rund sein. In einigen Aus ^¬ führungsformen der Erfindung kann das Rohr 10 einen

rechteckigen Querschnitt haben.

Bei Betrieb des Wärmeübertragers 1 zirkuliert im Innenraum 105 des Rohres 10 ein erstes Wärmeträgermedium 6. Das Wärme ^¬ trägermedium 6 kann in einigen Ausführungsformen der

Erfindung Kühl- oder Heizwasser oder ein Thermoöl sein. Das Wärmeträgermedium 6 kann in anderen Ausführungsformen das Arbeitsmedium einer Wärmepumpe oder einer Kältemaschine sein, beispielsweise Ammoniak, Wasser oder ein Kohlenwasserstoff. In diesem Fall kann das erste Wärmeträgermedium 6 im Rohr 10 kondensieren oder verdampfen.

Die Wärme wird dem Innenraum 105 des Rohres 10 über die Rohrwandung 100 zu- oder abgeführt. Zur Vergrößerung der für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche steht die Wärmeleitstruktur 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung. Die Wärmeleitstruktur 2 weist eine Vielzahl von Wärmeleitgittern 20 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 4 lediglich ein einzelnes Wärmeleitgitter 20 dargestellt. Das Wärmeleitgitter 20 weist längliche Maschen 25 auf, wie anhand von Figur 1 beschrieben. Die Wärmeleitstruktur 2 ist mit einer Vielzahl von

Fügestellen 110 Stoffschlüssig mit der Rohrwandung 100 gefügt. Dies kann beispielsweise durch Löten, Sintern, Schweißen oder Kleben erfolgen. Aufgrund der durchgehenden Materialstruktur des Wärmeleitgitters 20 kann Wärme durch den Querschnitt der Stege 23 geleitet werden. Die Wärmeleit ^¬ struktur 2 ist so orientiert, dass die kleinere Breite der Maschen 25 in etwa parallel zum Rohr 10 verläuft.

Die Maschen 25 können von einem zweiten Wärmeträgermedium 5 durchströmt werden. In der Zeichnung gemäß Figur 4 strömt das zweite Wärmeträgermedium 5 in die Zeichenebene hinein bzw. aus der Zeichenebene heraus und damit in etwa

orthogonal zur Strömungsrichtung des ersten Wärmeträgermediums 6. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strömungsrichtung der beiden Wärmeträgermedien selbstverständlich auch gleich- oder gegensinnig verlaufen. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung eines Kreuzstromwärme ^¬ übertragers als Lösungsprinzip. Aufgrund des vergleichsweise großen Flächenanteils der Maschen 25 an der Gesamtfläche der Wärmeleitgitter 20 von ca. 80 % bis ca. 90 % setzt die

Wärmeleitstruktur 2 der Strömung des zweiten Wärmeträgermediums 5 nur einen geringen Widerstand entgegen, sodass das Wärmeträgermedium mit geringem Druckabfall durch die Wärmeleitstruktur 2 strömen kann. Das zweite Wärmeträgermedium 5 kann gasfürmig sein und beispielsweise Umgebungsluft

enthalten oder daraus bestehen.

Die Höhe der Wärmeleitstruktur 2 zwischen der Fügestelle 110 und dem oberen Ende kann zwischen etwa 150 mm bis etwa

400 mm oder zwischen etwa 200 mm bis etwa 300 mm aufweisen.

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines

Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist die Wärmeleitstruktur 2 so orientiert, dass die größere Breite der Maschen 25 in etwa parallel zum Rohr 10 verläuft. Hierdurch können die Fügestellen 110 eine größere Fläche aufweisen als bei der anhand von Figur 4 erläuterten ersten Ausführungsform. Dies kann die Anbindung der Wärmeleitstruktur 2 an die Wandung 100 der Rohre 10 verbessern.

Figur 6 zeigt die Wärmetauscher gemäß Figur 4 und Figur 5 in einer zu diesen Figuren orthogonalen Schnittrichtung.

Dementsprechend strömt das erste Wärmeträgermedium 6 in die Zeichenebene hinein bzw. aus der Zeichenebene hinaus. Die Strömungsrichtung des zweiten Wärmeträgermediums 5 verläuft innerhalb der Zeichenebene.

Auch in Figur 6 sind gleiche Bestandteile der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die

Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränken kann. Figur 6 zeigt, dass sich die einzelnen Wärmeleitgitter 20 der Wärmeleitstruktur 2 im Wesentlichen senkrecht auf der Wärmeübertragungsfläche 100 befinden. Aus Gründen der

Übersichtlichkeit sind die einzelnen Wärmeleitgitter 20 in Figur 6 beabstandet dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass sich die Wärmeleitgitter 20 zumindest teilweise

berühren und teilweise durch Sinterhälse verbunden sind, wie anhand von Figur 3 erläutert wurde.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind auch lediglich sechs Wärmeleitgitter 20 in Figur 6 dargestellt. Tatsächlich kann eine Wärmeleitstruktur 2 zwischen etwa 50 und etwa 400 Wärmeleitgittern 20 enthalten. Auf einem Rohr 10 können zudem mehrere Wärmeleitstrukturen 2 angeordnet sein, sodass ein Wärmetauscher 1 gemäß der vorliegenden Erfindung viele tausend Wärmeleitgitter 20 enthalten kann.

Wie Figur 6 nochmals illustriert, strömt das zweite Wärme ^¬ trägermedium 5 in etwa entlang des Normalenvektors der Wärmeleitstruktur 2. Anders als bei bekannten Lamellenwärmetauschern strömt das Wärmeträgermedium 5 somit nicht an den einzelnen Flächenelementen entlang, sondern durch diese hindurch. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Strömungsrichtung jedoch auch in der Ebene der Wärmeübertragungsgitter verlaufen. Durch den hohen Anteil an Maschen 25 an der Gesamtfläche kann dies gleichwohl mit hinreichend geringem Druckverlust erfolgen. Gleichzeitig ist die zum Wärmeübertrag zur Verfügung stehende Fläche erhöht, so dass der erfindungsgemäße Wärmeübertrager eine bessere Leistungsfähigkeit aufweist.

Figur 7 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers als Verdampfer. Hierzu taucht ein Wärmeüber ^¬ trager 1 vollständig oder teilweise in einen Sumpf 7 ein, welcher mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit 70 gefüllt ist. Durch Wärmezufuhr wird die Flüssigkeit 70 verdampft und verlässt den Sumpf als Dampf 75. Der Verdampfer kann

Bestandteil einer Sorptionswärmepumpe sein.

Auch in Figur 7 sind gleiche Bestandteile der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die

Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.

Das im Rohr 10 zirkulierende Wärmeträgermedium führt die Verdampfung notwendige Wärme zu. Hierzu kann das Wärme ^¬ trägermedium von einer nicht dargestellten Wärmequelle erwärmt werden oder aber im Fall einer Kälteanlage die abzuführende Wärme transportieren .

Die Verdampfungswärme wird anschließend durch die

Rohrwandung der Wärmeleitstruktur 2 zugeführt. Die Höhe der Wärmeleitstruktur 2 zwischen der Fügestelle am Rohr 10 und dem oberen Ende kann in einigen Ausführungsformen der

Erfindung zwischen etwa 10 mm und etwa 100 mm oder zwischen etwa 10 mm und etwa 50 mm oder etwa zwischen 10 mm und etwa 30 mm betragen. Beim Blasensieden der Flüssigkeit 70 treten hohe Wärmeübergangskoeffizienten innerhalb der Wärmeleitstruktur 2 auf, welche durch die Dynamik der Blasenbildung, das Blasenwachstum sowie das Blasenabreißen bedingt sind. Für das Zustandekommen der Blasenbildung an einer Teilfläche der Wärmeleitstruktur sind dabei Blasenkeimstellen und eine gegenüber der Sättigungstemperatur des zu verdampfenden Fluides erhöhte Wandtemperaturen notwendig. Da vor allem an Ecken und Kanten einer Heizfläche Keimstellen für die

Bildung von Blasen entstehen, weist die erfindungsgemäße Wärmeleitstruktur 2 eine verbesserte Verdampfungsleistung auf, da an den Kanten der Stege 23 eine Vielzahl von

Keimstellen vorhanden sind. Entstehender Dampf kann die Wärmeleitstruktur 2 anschließend durch die Maschen 25 verlassen. Auch die bei der Wärmebehandlung der Wärmeleitstruktur entstehenden Sinterhälse 24 zwischen einzelnen Wärmeleitgittern bilden zusätzliche Keimstellen für die Bildung von Blasen. Die Verdampfungsleistung eines

erfindungsgemäßen Wärmeübertragers kann somit gegenüber bekannten Wärmeübertragern deutlich erhöht

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 Aus-führungsform 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.