DE102004056409B3

DE102004056409B3 - Flächenverdampfer

Info

Publication number: DE102004056409B3
Application number: DE200410056409
Authority: DE
Inventors: Bernhard Harter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flächendampfer oder Flächenkondensator, in dem das verdampfende oder kondensierende Medium in einer Struktur geführt wird, welche eine große Medienkontaktoberfläche beinhaltet, die im Vergleich zur Montagefläche groß ausfällt, wobei Leistung, Temperatur und Druck durch die Abstandsvariation unterschiedlich gestaltet werden.

Description

Gebräuchliche und bekannte Apparate mit denen Medien verdampft werden, sind Verdampfer. Apparate in denen Medien kondensieren, bezeichnet man als Kondensator (Verflüssiger). Es ist bekannt, daß mittels der Verdampfer oder Kondensatoren die Medien thermische Energie aufnehmen oder abgeben, wobei die Medien verdampfen oder kondensieren. Die gebräuchlichsten Verdampfer und Kondensatoren sind die, die durch Einwirkung von thermischer Energie stets unter Einwirkung von Energiezufuhr oder Energieentnahme.

Die häufigste Bauart sind Ein- oder Mehrrohrsysteme, aus einem Rohr oder mehreren Rohren oder ein- oder mehrfach geschichtete Plattensysteme aus einer oder mehreren Platten.

Die Anwendung und Nutzung der Systeme erfolgt unter Einwirkung von thermischer Energie, wobei im Rohr oder auf der Platte ein Medium verdampft oder kondensiert. Fließt oder strömt im Rohr das zu verdampfende oder kondensierende Medium, so wird die thermische Energie des Mediums auf das Rohr übertragen und von dort meist auf ein anderes Medium, welches das Rohr umspült, weitergegeben. Entsprechendes ist beim Plattenverdampfer oder Plattenkondensator gegeben. Das zu verdampfende oder zu kondensierende Medium fließt oder strömt über eine Platte. Dabei wird die thermische Energie auf die Platte übertragen, die diese ihrerseits auf ein weiteres Medium, das auf der gegenüberliegenden Seite der Platte fließt oder strömt, überführt.

Es liegt das Problem zu Grunde, daß die Verdampfungsvorgänge ungünstig verlaufen und somit eine unzureichende und unvollständige Medienzustandsänderung mit sich bringen, was einen ungünstigen thermischen Wirkungsgrad zur Folge hat.

Anderweitig liegt das Problem zu Grunde, daß bei Systemen, die auf dem Carnotischen - Kreisprozeß beruhen, insbesondere sind dies Kaltdampfprozesse wie Wärmepumpen, Kältegeräte und ähnliche, die Abstimmung des Verdichters zu den Peripherien wie Verdampfer, Kondensator (Verflüssiger) und andere gewahrt werden muß. Folglich gilt es, die Verdampfer oder die Kondensatoren dem Verdichter stets anzupassen, um einen günstigen Wirkungsgrad, hier als Leistungszahl bezeichnet, zu erhalten.

Des weiteren sind häufig plane Kühlflächen erforderlich um plane Aufbauten, wie in der Elektronik gegeben, zu montieren und diese in ausreichendem Maße durch die standardisierten Geräteteile wie Verdichter zu temperieren.

Des weiteren liegt das Problem zu Grunde, daß bei standardisierten und damit preisgünstigen Verdichtern eine Integration von beliebigen Flächenverdampfern nicht funktionell und die Leistungszahl ungenügend ist.

Um der Anforderung einer temperierten Fläche und einer Anpassung des Verdampfers oder des Kondensators an den Verdichter zu entsprechen, erfolgt häufig ein indirektes Temperieren durch Adaption eines Rohrs oder mehrerer Rohre auf oder in eine Platte.

Oft wird das Rohr oder die Rohre im Mäanderverlauf in gut leitende Materialien wie Aluminium aufgebracht oder das Rohr in eine im Material gegebene Nut eingepreßt. Anderweitig wird dieser Verlauf durch Bohrungen oder Fräsungen in der Platte nachgebildet und eingearbeitet.

Andere Anordnungen sind die, daß das Medium in einen Hohlraum, der mit einer Prallblende bestückt ist, gespritzt wird. Oft ist die Blende gleichzeitig die thermische Übertragungsebene, an der die Objekte montiert sind. Wieder andere Anordnungen sind von der Gestalt, daß das Medium wie Kältemittel über eine Ebene fließt oder strömt, wobei diese die Montageebene für bspw. elektronische Elemente darstellt.

Ausgehend vom obigen Stand der Technik liegt das Problem zugrunde, daß zum einen durch die indirekte Wärmeübertragung zusätzliche Wärmewiderstände auftreten und zum anderen wegen der sehr kurzen Streckenführung (Rohrführung), wie es bei kleinen Verdampfern oder Kondensatoren gegeben ist, ein unzureichendes Verdampfen oder Kondensieren erfolgt. Folglich ist die übertragene thermische Leistung ungünstig. Um den Anforderungen der hinreichenden Leistungsausbeute mit den vorhandenen Standard-Verdichtern gerecht zu werden, wird als Abhilfe oft die Verdampferfläche oder Kondensatfläche vergrößert, folglich wird auf eine größere Fläche thermische Energie übertragen. Die bezogene Leistungsdichte, Leistung pro Fläche fällt entsprechend gering aus, was für die zu temperierenden Objekte in der Regel insuffizient ist. Dies gilt gleichermaßen für Kondensator und Verdampfer.

Ungünstig wirkt sich auch die Wärmeleitung abseits zur Mäanderführung aus, da der Wärmewiderstand mit dem Abstand wächst und sich ungünstig auf die Temperaturverteilung der Ebene auswirkt.

Folglich sind ganzflächig temperierte Ebenen mit integrierten Verdampfern gefordert, die eine große Leistungsdichte aufweisen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Flächenverdampfer oder Flächenkondensator mit einer innenseitigen Struktur, die sowohl dem Expandieren beim Verdampfen und dem Implodieren beim Kondensieren Rechnung trägt, als auch durch die innere Struktur eine zusätzliche Vergrößerung der Medienkontaktoberfläche beinhaltet, wobei Leistung, Druck und die Temperatur durch die Variation des inneren Abstands steuerbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 8 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Verdampfer oder der Kondensator aus zwei Hauptteilen, dem Verdampferwirkteil und dem Medienführungsteil, wobei das Verdampferwirkteil oder Kondensatorwirkteil für den Anwender die Nutzfläche darstellt. Das Verdampferwirkteil ist so strukturiert, daß in seiner Innenseite konzentrisch angeordnet eine oder mehrere Vertiefungen verlaufen. Diese Struktur entspricht einem nach oben offenen Kanalsystem, wobei dieses über keinen Zu- und Abfluß verfügt. Ein ringsum verlaufender Hohlraum steht in Verbindung mit der äußersten Vertiefung durch einen ringsum nach innen offenen Schlitz. Bevorzugt wird dieser Hohlraum unter der Dichtungsfläche plaziert, um eine Vergrößerung der Strukturoberfläche zu erwirken. Die Struktur des zweiten Verdampfer- oder Kondensatorteils, das die Aufgabe hat, die Medienführung innerhalb des Verdampferwirkteils zu erzwingen, das Medienführungsteil, ist aus thermisch ungünstig leitendem Material und bildet das passende Gegenstück. Es verfügt über Erhebungen, deren Anordnung und Abstände denen der Vertiefungen im Verdampferwirkteil entsprechen und enthält keinen Hohlraum. Das Medienführungsteil ist mit dem Verdampferwirkteil komplettiert, wobei die Erhebungen in die Vertiefungen eingeführt und im Abstand gehalten werden. Eine Dichtung umschließt die Struktur und dichtet nach außen ab, wobei außerhalb der Dichtung die Teile aufliegen. Mittels einer auf dem Medienführungsteil außen aufliegenden Platte und mehrerer Schrauben werden die Platte und das Medienführungs teil auf dem Verdampferwirkteil fixiert und verspannt. Das Verdampferwirkteil oder das Medienführungsteil verfügen über eine oder mehrere Medienzuführungen und Medienabführungen oder die Zu- und Abführungen werden auf dem Verdampferwirkteil und Medienführungsteil aufgeteilt.

Die Struktur eines Verdampferwirkteils oder Kondensatorwirkteils und eines Medienführungsteils ist parallel beliebig oft aneinanderreihbar, und stellt dann einen Verbund dar.

Durch eine leicht nach innen gewölbte Platte, einer Druckplatte, ist der innere Abstand von der dem Medienführungsteil, der Decke zum gegenüberliegenden Verdampferwirkteil, dem Boden einstellbar. Anderweitig wird der innere Abstand der Vertiefungen zu den Erhebungen mittels einer Mechanik variiert, wobei ein verbundener Stempel, der durch die Platte durchgeführt ist und auf dem darunterliegenden Medienführungsteil aufliegt, hier Kraft ausübt. Wieder anderweitig erfolgt die Variation des Abstands, in dem eine Platte und das Medienführungsteil eine Druckdose bilden. Die Druckdose verfügt über einen oder mehrere Ein- und oder Auslaßnippel, wobei eine umschließende Dichtung, die zwischen Medienführungsteil und Platte zu liegen kommt, nach außen abdichtet. Durch den oder die Ein- und oder Auslaßnippel wird ein Medium wie Gas (Druckluft) ein- und oder ausgeleitet.

Während die Medienzuflüsse beim Verdampfer mittig in das System eingelassen werden, erfolgen beim Kondensator die Medienzuflüsse von außen. Die Medienabflüsse erfolgen jeweils umgekehrt.

Erfindungsgemäß ist von Vorteil, daß bei der gegebenen Anordnung das verdampfende Medium, welches von innen nach außen geleitet und entsprechend umgekehrt ein kondensierendes Medium, welches von außen nach innen geleitet wird, eine stetige Flächenerweiterung und in diskreten Abständen, wobei diese bevorzugt äquidistant sind, eine Volumenerweiterung erfährt und beim Kondensieren entsprechend umgekehrt. Dem verdampfenden oder kondensierenden Medium wird Volumina begünstigend Rechnung getragen.

Ein weiterer und wesentlicher erfinderischer Vorteil ist, daß durch die Abstandsvariation der Medienfluß variabel bestimmt wird, indem der innere Abstand im Zwischenraum von dem Medienführungsteil – der Decke – zu dem Verdampferwirkteil – dem Boden – variiert wird, wodurch Leistung, Druck und Temperatur im Verdampfer nach den Erfordernissen einstellbar sind.

Ein weiterer durch die Erfindung erzielter Vorteil ist, daß der Apparat sowohl für das Verdampfen als auch für das Kondensieren von Medien nutzbar ist.

Erfindungsgemäß ist durch die Struktur des Verdampferwirkteils, den Vertiefungen eine Vergrößerung der Medienkontaktoberfläche gegeben, was die Wärmeübergangsfläche vergrößert.

Ein erfinderischer Vorteil ist die Kleinhaltung der inneren Wandabstände, die sich zwischen den Erhebungswänden des Medienführungsteils und den Vertiefungswänden des Verdampferwirkteils befinden. Der Wärmeübergang vom Medium auf die Strukturoberfläche des Verdampferwirkteils und damit das Ableiten thermischer Energie des fließenden oder strömenden Medienfilms auf die Oberfläche wird verbessert.

Ein weiterer und signifikanter erfinderischer Vorteil ist, daß in Bezug zur Montagefläche die mediale Kontaktfläche wesentlich größer ist, wobei die mediale Kontaktierungsfläche direkt der Montagefläche gegenüber liegt und somit eine kurze thermische Ableitung zur Montagefläche gegeben ist.

Ein erfinderischer Vorteil ist des weiteren, daß der Medienfluß beim Verdampfen in zentrischer Richtung und beim Kondensieren in umgekehrter zentrischer Richtung erfolgt und daß ein Medienfluß entlang der umliegenden Dichtung verhindert ist.

Erfindungsgemäß besteht das Medienführungsteil aus thermisch ungünstig leitendem Material.

Erfinderischer Vorteil ist, daß die Abstandsvariation mittels einer gewölbten Druckplatte oder einer Mechanik mit einem oder mehreren verbundenen Stempeln oder mit einer Druckdose, erzielbar ist.

Erfinderischer Vorteil ist, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Nutzerebene vorherrscht.

Durch die Erfindung ist eine sehr flache und sehr kleine Bauform gegeben bei der die Verdampfungs- und Kondensierungvorgänge äußerst günstig ablaufen.

Eine weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung und Anwendung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß ein doppelseitiger Aufbau Verwendung findet, wobei das Verdampferwirkteil beidseitig zwei gleiche oder unterschiedliche Strukturen beinhaltet, die jeweils durch die Medienführungsteile abgedeckt werden.

Der durch diese erfinderische Ausgestaltung erzielte Vorteil ist, daß ein Medium auf einer Seite des Verdampferwirkteils verdampft und ein Medium auf der anderen Seite des Verdampferwirkteils kondensiert.

Anwendungen und Einsatzgebiete findet die oben benannte Erfindung bzw. deren Ausgestaltungen in den Bereichen der Verdampfungs- und Kondensierunssysteme wie Destillationsapparaten, Wärmepumpen, Kaltdampf-Kältemaschinen, Kältegeräten und anderen. Systemen, die auf den Gebieten Heizen oder Kühlen bspw. von elektronischen Bauteilen, als Heiz-, und/oder Kühltische oder bei Kondensierung bspw. Trocknen von Gasen, Filtern von feuchten Luft- oder Gasgemischen, Fraktionierung von Medien, oder in der Klimatechnik und ähnlichem angewandt werden.

Insbesondere ist der Verdampfer für die Optoelektronik anwendbar, für das Ableiten von thermischer Energie (Wärme), die sich durch die planen LED's entwickelt.

Die Erfindungen werden im folgenden in Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen Flächenverdampfer in Explosionsdarstellung (Flächenkondensator), der aus zwei Hauptteilen, dem Verdampferwirkteil und dem Medienführungsteil besteht, wobei das Medienführungsteil mit einer Druckdose versehen ist und
2 die Innenseite des Medienführungsteils in Perspektive.
1 zeigt das Verdampferwirkteil 1, in welchem in der Innenseite und von der Mitte ausgehend konzentrisch angeordnete offene Vertiefungen 2, 3 eingearbeitet sind. Ein ringsum verlaufender Hohlraum, der durch die Bohrungen 4, 5, die mit Stopfen 6, 7 verschlossen sind, gebildet ist, steht durch einen nach innen offenen Schlitz in Verbindung mit der äußeren Vertiefung 3. Eine Dichtung 8 ist über dem Hohlraum plaziert.
Die im Medienführungsteil 9 eingearbeiteten Hohlzylinder bilden den Hauptzufluß 10 und den Hauptabfluß 11, wobei sich diese im Medienführungsteil 9 nicht schneiden. Während der Hauptzufluß 10 mittig in Richtung Verdampferwirkteil 1 eine Öffnung aufweist, hat der Hauptabfluß 11 in Richtung Verdampferwirkteil 1 Verbindung zur Außenseite der äußersten Vertiefung 3 und zum umschließenden Hohlraum. Eine umschließende Dichtung 12 kommt zwischen Medienführungsteil 9 und aufliegender Platte 13 zu liegen und dichtet nach außen ab. In der Platte 13 ist ein Einlaßnippel 14 angebracht. Die Platte 13 und das Medienführungsteil 9 sind mittels der Verbindungsschrauben 15 auf dem Verdampferwirkteil 1 fixiert und verspannt.
2 zeigt perspektivisch die Innenseite des Medienführungsteils 9 mit seinen von der Mitte ausgehenden konzentrisch angeordneten Erhebungen 16, 17. Die Zuflußöffnung 18 ist mittig angeordnet, und mit dem Hauptzufluß 10 verbunden. Der ringsum verlaufende Abflußkanal 19 weist Verbindungen zu dem Hauptabfluß 11 auf.

Claims

Flächenverdampfer zum Verdampfen von Medien zum Kühlen von Geräten oder Medien, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Verdampfer, der aus zwei Hauptteilen besteht, ein Teil, der Verdampferwirkteil (1), so strukturiert ist, daß in der Innenseite konzentrisch angeordnet eine oder mehrere Vertiefungen (2, 3) verlaufen, die einem nach oben offenen Kanalsystem entsprechen, das über keinen Zu- und Abfluß verfügt, und wobei ein ringsum verlaufender Hohlraum in Verbindung steht mit der äußersten Vertiefung (3) durch einen nach innen offenen Schlitz, wobei dieser Hohlraum unter der für die Dichtung (8) vorgesehenen Fläche plaziert wird, und wobei das passende, thermisch ungünstig leitende Gegenstück, der Medienführungsteil (9), so strukturiert ist, daß es in den Vertiefungen entsprechenden Abständen über umschließende Erhebungen (16, 17) aber keinen Hohlraum verfügt, beide Teile so aufeinander aufliegen, daß die Erhebungen (16, 17) in die Vertiefungen (2, 3) eingeführt und im Abstand gehalten werden und die Dichtung (8) die Struktur nach außen abdichtet, wobei Verdampferwirkteil (1) und Medienführungsteil (9) außerhalb dieser Dichtung (8) aufeinander aufliegen, wobei das Medienführungsteil über einen oder mehrere Zu- oder Abflüsse verfügt, wobei eine Platte (13) auf dem Medienführungsteil (9) aufliegt und wobei diese drei Teile mit Verbindungsschrauben (15) im Verdampferwirkteil (1) aufeinander fixiert und verspannt sind.
Flächenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampferwirkteil (1) einen doppelseitigen Aufbau beinhaltet, wobei gleiche oder unterschiedliche Strukturen vorhanden sind, die mit passenden Gegenstücken, den Medienführungsteilen bestückt sind.
Flächenverdampfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur von Verdampferwirkteil (1) und Medienführungsteil (9) parallel mehrere Male aneinander reihbar sind.
Flächenverdampfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Verbindungsschrauben (15) und einer minimal nach innen gewölbten Platte (13) eine stellbare Kraft auf das Medienführungsteil (9) ausgeübt wird, die den Abstand im Zwischenraum von Medienführungsteil (9) – der Decke – und Verdampferwirkteil (1) – des Bodens – bestimmt.
Flächenverdampfer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckdose in der Weise gebildet ist, daß im Zwischenraum von Medienführungsteil (9) und Platte (13) eine Dichtung (12) zu liegen kommt, welche die Mitte umschließt, und wobei die Platte (13) über einen Einlaßnippel (14) verfügt, über den Medium zu- oder abgeführt wird, und somit der Abstand im Zwischenraum zwischen Verdampferwirkteil (1) und Medienferführungsteil (9) variiert wird.
Flächenverdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Platte (13) und Medienführungsteil (9) liegende Dichtung entfällt und über eine oder mehrere in der Platte (13) liegende Öffnungen ein mit einer Mechanik verbundener Stempel durchgeführt wird, der Kraft auf das Medienführungsteil (9) ausübt und so den Abstand im Zwischenraum zwischen Medienführungsteil (9) und Verdampferwirkteil (1) verändert.
Flächenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabstand zwischen den Erhebungen (16, 17) des Medienführungsteils (9) und den Vertiefungen (2, 3) des Verdampferwirkteils (1) klein gehalten wird.
Flächenverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenverdampfer als Flächenkondensator fungiert und zum Heizen von Geräten oder Medien Verwendung findet.