DE102007056995B4

DE102007056995B4 - Fluidverteilungselement für eine fluidführende Vorrichtung, insbesondere für ineinander verschachtelte mehrkanalartige Fluidführungsapparate

Info

Publication number: DE102007056995B4
Application number: DE102007056995A
Authority: DE
Inventors: Dr. Sicre Benoit; Dipl.-Ing. Oltersdorf Thore; Dr. Hermann Michael
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: DE102007056995A1; EP2220451B1; US20100288380A1; ATE543065T1; WO2009068245A1; EP2220451A1

Abstract

Fluidverteilungselement für eine fluidführende Vorrichtung, insbesondere für einen Wärmetauscher oder eine Vorrichtung zum Austausch von Stoffen zwischen Fluidströmen, aufweisend mehrere übereinander gestapelt angeordnete Einzellagen, wobei zumindest ein Teilbereich der Oberfläche jeder der mehreren Einzellagen angrenzend an zumindest einen Teilbereich der Oberfläche einer anderen Einzellage der mehreren Einzellagen angeordnet ist und wobei mindestens in einer ersten Einzellage (1) der mehreren Einzellagen eine erste, senkrecht zur Lagenebene (L) ausgewölbte Kanalstruktur (1S) und in einer zweiten, zur ersten Einzellage benachbarten Einzellage (2) der mehreren Einzellagen eine zweite, senkrecht zur Lagerebene ausgewölbte Kanalstruktur (2S) ausgebildet ist, und wobei die beiden Kanalstrukturen (1S, 2S) in Kanallängsrichtung (K) gesehen • zunächst in einem Anschlussbereich (A-A', B-B', C-C', AB) zwei in der Lagenebene seitlich versetzt zueinander und beabstandet voneinander separat verlaufende erste Kanalteilstücke (erstes Innenkanalteilstück I1, erstes Außenkanalteilstück A1) eines zum Fluidtransport ausgebildeten Innenkanals (I) und eines zum Fluidtransport ausgebildeten Außenkanals (A) ausformen,...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluidverteilungselement für fluidführende Vorrichtungen, insbesondere für Vorrichtungen, welche Mehrkanalrohre aufweisen. Das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement wird nachfolgend alternativ auch als Verteilerverbindungsstück, Fluidverteilungseinrichtung oder Fluidsammeleinrichtung bezeichnet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüberhinaus auf eine Anordnung aus solchen Fluidverteilungselementen sowie auf Herstellungsverfahren zur Herstellung solcher Fluidverteilungselemente.
Fluidverteilungselemente sind insbesondere von Interesse, wenn ein Wärme- oder Stofftransport zwischen mehreren Trägern (Fluiden) zeitgleich erfolgen soll. Ein Beispiel stellen Rohr-in-Rohr-Wärmeüberträger in Klimaanlagen in der Automobilindustrie dar, welche als innere Wärmeüberträger für den Kältekreis dienen. Wesentlich hierbei ist insbesondere die Erfüllung von Anforderungen betreffs des Raumbedarfs und der Gewichtsreduzierung sowie betreffs der Kostensenkung. Ein weiteres Beispiel, in welchem Fluidverteilungselemente eingesetzt werden können, sind sog. Kombinationsverdampfer (auch kurz: Kombiverdampfer) für Wärmepumpen, wie sie beispielsweise in der Patentschrift WO 2004/094921 A1 beschrieben werden.
Dabei sind Herstellungsverfahren für Rohr-in-Rohr-Anordnungen beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bekannt, wo die Verbindung zu der Zuleitung bzw. zum Sammelstrang über eine Durchdringung des überstehenden Kanals erfolgt (siehe z. B. DD 269205 A1 ). Ein solches Herstellungsverfahren ist jedoch mehrstufig und nicht vollautomatisierbar: Es erfordert u. a. das Dichten des durchdrungenen Kanals, in der Regel durch ein Lötmittel, dessen thermisches Ausdehnverhalten unterschiedlich zu dem des Kanalmaterials ist. Bei hoher thermischer Belastung kann dies zur Rissbildung führen. Hierdurch entsteht die Notwendigkeit eines umfassenderen, zeitlich und personell aufwendigen Leckagetests.
Aus dem Stand der Technik sind darüberhinaus Konstruktionsprinzipien für Wärmeüberträger zum Kühlen oder Erwärmen von Flüssigkeiten oder von Gasen, welche aus mehreren miteinander walzgepressten Metallblechen ausgebildet sind, bekannt, wobei Kanäle aufgebläht werden. Hierbei dienen dann Platten zur Trennung der Fluide (beispielsweise DE 30 03 137 A1 ). Hierbei wird ein sog. Walzenverbinden bzw. englisch Roll-Bonding vorgenommen, wodurch eine Verbindung zweier oder mehrerer relativ dünner Bahnen, Bleche oder Tafeln zustande kommt, was durch Walzendruck geschieht. Eine solche Verbindung kann ggf. auch durch Erwärmung oder durch Verklebung realisiert werden. Zwischenbleche können hierbei Wellen aufweisen, um die Wärmeübertragung zu intensivieren.
Wärmeüberträger bzw. Wärmetauscher werden ihrer Grundform nach unterteilt in Röhrbündel-, Platten-, Koaxial- und Spiralwärmeüberträger. Ein Plattenwärmeüberträger lässt sich im Verhältnis zu den anderen Ausführungsformen sehr kompakt bauen. Er ist dadurch aufgrund seines Materialbedarfs und des Gesamtvolumens grundsätzlich überall dort vorzuziehen, wo die Forderungen nach geringen Materialkosten und der Kompaktheit für kleine Anlagen die Korrosions- und Druckbeständigkeit überwiegen. Dies ist beispielsweise für im Bereich der Kältetechnik eingesetzte Verdampfer der Fall. Im Bereich der Wärmepumpen gilt, dass sich neben den Kosten für die Anlage selbst erhöhte Anschaffungskosten durch die notwendige Erschließung einer Wärmequelle ergeben. Aus diesem Grund sind Außenluftwärmepumpen wirtschaftlich gesehen von Vorteil. Üblicherweise werden in Kaltekreisen dieser Anlagen für diesen Zweck Lamellenrohr-Wärmeüberträger eingesetzt. Allerdings ist die Effizienz einer solchen Wärmepumpe geringer, weil die Wärmequelle viel stärkeren saisonal bedingten Temperaturschwankungen unterliegt. Durch die Unterstützung dieser primären Wärmequelle durch eine sekundäre Wärmequelle lassen sich Zugewinne bei der Verdampferleistung und eine geringere Frostbildung am Verdampfer einer Außenluftwärmepumpe realisieren. Hierzu wurden beispielsweise Kombiverdampfersysteme entwickelt (siehe WO 2004/094921 A1 ). In all solchen genannten Systemen kann das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement als Bauteil eingesetzt werden: Wie nachfolgend noch ausführlich beschrieben, bietet dies den Vorteil, dass, beispielsweise beim Kombiverdampfer, Anordnungen konzentrisch ineinander eingeführter Rohre, bei denen die Geometrie Zuleitungen mit Durchdringungen aufweist, vermieden werden können. Solche Zuleitungen mit Durchdringungen sind im Stand der Technik notwendig, wenn Fluide in direktem thermischen Kontakt zueinander stehen sollen. Hierzu sind aus dem Stand der Technik die beiden folgenden Realisierungsmöglichkeiten bekannt:

1. Zwei Rohre unterschiedlichen Durchmessers werden ineinander angeordnet und das Volumen des Ringspalts und das des Innenrohrs werden mit Sand verpresst. In diesem Zustand lässt sich eine typische mäanderförmige Rohranordnung (Rohrregister im Lamellenkörper) realisieren. Dieses Verfahren ist technisch sehr aufwendig und nicht voll automatisierbar.
2. Das Außenrohr wird bereits vorgeformt mit Lamellen bezogen. Das Rohrregister ist dann bereits in dem Lamellenkörper angeordnet. In dieses Rohrregister wird nun das Innenrohr eingebracht, wobei dieses das Rohrregister im Bereich der Rohrkrümmer außerhalb des Lamellenkörpers durchdringt. Hierdurch ergeben sich insbesondere Problemstellen bei einer automatisierten Fertigung aufgrund der komplexen Geometrie der durchdrungenen Bereiche der Rohrwandung in den Rohrkrümmern.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fluidverteilungselement (bzw. eine Anordnung von Fluidverteilungselementen) zur Verfügung zu stellen, mit welchem auf konstruktiv einfache und preisgünstige Art und Weise sowie auf über eine lange Lebensdauer hinweg gesehen zuverlässige Art und Weise eine Fluidverteilung innerhalb einer fluidführenden Vorrichtung, insbesondere innerhalb eines Wärmetauschers oder innerhalb einer Vorrichtung zum Austausch von Stoffen zwischen Fluidströmen, realisiert werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüberhinaus, entsprechende Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung wird durch ein Fluidverteilungselement nach Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung von solchen Fluidverteilungselementen nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Fluidverteilungselemente bzw. Anordnungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen. Erfindungsgemäße Verfahren lassen sich den Ansprüchen 17 bis 19 entnehmen. Erfindungsgemäße Verwendungen werden durch Anspruch 20 beschrieben.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement (sowie eine entsprechende Anordnung) zunächst allgemein beschrieben. Hieran schließen sich konkrete Ausführungsbeispiele an. Die einzelnen konkreten Konstruktionsmerkmale, wie sie sich sowohl der allgemeinen Beschreibung, wie auch den sich anschließenden speziellen Ausführungsbeispielen entnehmen lassen, können hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich durch den Fachmann mittels seiner Fachkenntnisse auch konstruktiv abgewandelt werden bzw. in einer beliebigen anderen, nicht gezeigten Kombination eingesetzt werden, ohne hierdurch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, welcher allein durch die Patentansprüche gegeben ist, zu verlassen.
Erfindungsgemäß wird ein Fluidverteilungselement bzw. eine Fluidverteilungseinrichtung/Fluidsammeleinrichtung, insbesondere aus Metall oder Kunststoff, zur Verfügung gestellt, welche(s) sich insbesondere zum Anschluss an ineinander verschachtelte oder sich überlagernde mehrkanalartige Leitungen (Mehrfachkanalrohre) eignet. Der Zweck von solchen Mehrfachkanalrohren besteht darin, in einer platzsparenden Bauweise ein oder mehrere unterschiedliche Fluide in getrennter Weise unabhängig voneinander zu führen und die Möglichkeit der kontrollierten Wärmeübertragung bzw. der kontrollierten Stoffübertragung zu nutzen. Hierbei bieten beispielsweise Mehrfachkanal-Rohr-Wärmeüberträger den Vorteil, dass sie in einem reduzierten Raum den Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Wärmeträgermedien (beispielsweise aus zwei unterschiedlichen Wärmequellen mit unterschiedlichem Temperaturniveau und mit unterschiedlicher Wärmeträgerzusammensetzung und einer Wärmesenke) ermöglichen. Mehrfachkanalrohre bieten u. a. den Vorteil, dass sie in einem reduzierten Raum beispielsweise mittels des Diffusions-, des Osmose- oder des Siebprinzips den kontrollierten Stoffübergang zwischen mehr als zwei Fluiden ermöglichen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Fluidverteilungselement bzw. ein Verteilerverbindungsstück zur Verfügung, dessen Zweck das Verbinden von einerseits Einrohr-Zuleitungen mit andererseits einem Mehrfachkanalrohr ist, ohne dass sich die Kanäle durchdringen müssen. Der erfindungsgemäße Ansatz besteht darin, dass die einzelnen Zuleitungskanäle sich in Teilkanäle öffnen und sich diese Teilkanäle kreuzen und überlappen, so dass eine Kontaktfläche zwecks Wärme- und/oder Stoffaustausch entsteht. Das Fluidverteilungselement bzw. Verbindungsstück kann vorteilhafterweise aus Metall oder Kunststoff und mit unterschiedlichen kostengünstigen Verfahren (beispielsweise Pressschweißen, Kleben und/oder Löten) hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement hat einen sehr geringen Raumbedarf und vereinfacht die verkettete Anbindung von Mehrkanalrohren zum Zweck des Aufbaus eines kompakten Aggregats zur Wärmeübertragung. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement auf konstruktiv einfache Art und Weise so herstellbar, ohne dass wie beim Stand der Technik an den Durchdringungsstellen eine erhöhte Gefahr für Leckage besteht. Um mögliche Druckverluste zusätzlich zu verhindern, kann der Aufbau der fluidführenden Vorrichtung mittels der Fluidverteilungselemente vorteilhafterweise so erfolgen, dass bionische Ansätze bei der Trasse des Kanals verfolgt werden.
Wie nachfolgend anhand der speziellen Ausführungsbeispiele noch ausführlich dargestellt, weist das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement mehrere übereinander gestapelt angeordnete Einzellagen auf (beispielsweise flache Metalllagen oder Kunststofflagen), welche jeweils mit Teilen ihrer Oberflächen miteinander verbunden werden. Zwischen solchen Verbindungsbereichen werden (beispielsweise durch Aufblähen von Teilbereichen der Oberflächen, welche mit einem Trennmittel versehen wurden oder auch durch Vorformung) senkrecht zur Lagenebene Auswölbungen bzw. Erhebungen realisiert, welche dann Zwischenräume zwischen den einzelnen Lagen ausbilden, mittels derer Fluidführungskanäle realisiert werden. Vorteilhafterweise handelt es sich um eine Stapelanordnung aus drei, beispielsweise druckgepressten Materiallagen, besonders vorteilhaft (siehe auch nachfolgendes Ausführungsbeispiel) werden vier Materiallagen verwendet.
Hierbei werden, wie bereits erwähnt, entlang bestimmter Pfade auf den Trennflächen zwischen zwei Einzellagen, beispielsweise durch das Anbringen eines Trennmittels, diese Areale nicht gefügt, sondern über ein Druckfluid ausgeweitet (dies kann mit Hilfe des bekannten Roll-Bond-Verfahrens zur Kanalbildung geschehen, vgl. DE 30 03 137 A1 ). Hierdurch entstehen Kanäle zwischen den verschiedenen Lagen, welche so geführt sind, dass sie in den Randbereichen des Körpers auf der einen Stirnseite separate Anschlüsse für Ein-Rohr-Zuleitungen bilden, sich im Verlauf des Körpers annähern, bis sie sich kreuzen und überdecken, so dass ineinander verschachtelte oder sich überlagernde Kanäle entstehen, an die dann auf der anderen Stirnseite des Körpers ein Mehrfachkanalrohr angeschlossen werden kann.
Neben der kostengünstigen Herstellung mit Hilfe des beschriebenen Roll-Bond-Verfahrens mit Metallblechen kann ein solches erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement auch mittels Verkleben von vorgeformten Kunststoff- oder Metallteilen, in welchen Halbkanäle bereits vorgeformt sind, kostengünstig und vollautomatisiert hergestellt werden.
Ein erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement ist somit im einfachsten Fall eine Struktur mit im wesentlichen kreisförmigen oder halbkreisförmigen Strömungsquerschnitten (Rohren), die in flache Körper (die Einzellagen) vorgeprägt werden welche bei dieser Variante mit anderen flachen Körpern geklebt oder gelötet werden. In den Randbereichen bzw. an den Stirnseiten dieser flachen Körper verlaufen die Anschlussrohrstücke, die mit den Zuleitungen schlüssig verbunden werden. Im Bereich des Anschlusses der Einzelrohrleitungen überlagern sich die Kanäle in den bzw. zwischen den einzelnen Schichten nicht.
Für das vorbeschriebene Roll-Bond-Verfahren (bzw. das autogene Walzschweißen) werden Einzellagen aus Metall verwendet. Es wird ein geeignetes Trennmittel an den Stellen der zu bildenden Kanäle aufgetragen und die Bleche werden durch Walzen miteinander kalt verschweißt. Das Trennmittel lässt nicht verfügte Bereiche bestehen, welche mit einem Fluid, insbesondere Luft, druckbeaufschlagt zu Rohren aufgeweitet werden können. Für die Reihenfolge der Expansion der nicht verfügten Bereiche gibt es erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten: Beispielsweise wird zuerst der Raum zwischen den inneren, mittig liegenden Einzelschichten bzw. Einzellagen aufgeweitet, danach der Raum zwischen weiter außen liegenden Einzellagen. Um die Kanalstruktur bereits aufgeblähter Kanäle zu erhalten, ist es möglich, diese unter Druck zu belassen, wenn weitere Kanäle aufgebläht werden. Leicht lassen sich so die Einzellagen des Fluidverteilungselements bzw. Verteilerverbindungsstückes miteinander verbinden und anschließend einzelne Fluidverteilungselemente bzw. Verteilerverbindungsstücke senkrecht zur Lagenebene aufstapeln und an Zuleitungen anschließen, so dass ein Stack (Anordnung) aus verfügten, aufgeschichteten und mit Fluidführungskanälen versehenen Fluidverteilungselementen entsteht. Die Bauform einer solchen Anordnung von erfindungsgemäßen Fluidverteilungselementen kann dann ähnlich wie bei einem Lamellenwärmeüberträger ausgebildet sein, bei dem die Rohre mit den Lamellen einen geschlossenen Körper bilden. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß eine Anordnung von Fluidverteilungselementen bzw. ein mehrzügiges Fluidführungsaggregat unter Nutzung mehrerer Fluide gebildet werden, wobei zwischen den einzelnen (aus Einzellagen beschichteten) Fluidverteilungselementen bzw. um die im Stapel beabstandet voneinander angeordneten einzelnen Fluidverteilungselementen, die nun als Lamellen dienen, ein beispielsweise gasförmiges Fluid strömen kann. Zwischen benachbarten einzelnen Fluidverteilungselementen bzw. Plattenkörpern können dabei Abstandshalter angeordnet werden, die so gewählt sein können, dass ausreichend Fluid zwischen einzelnen Fluidverteilungselementen hindurchströmen bzw. vorbeiströmen kann. Hierbei können auf den äußeren Oberflächen der erfindungsgemäßen Fluidverteilungselemente Oberflächenstrukturen, wie Grate oder Rippen, aufgebracht sein, welche eine turbulenzsteigernde Wirkung aufweisen. Dies führt zu einer verbesserten Wärmeübertragung zwischen einem in einem erfindungsgemäßen Fluidverteilungselement strömenden Fluid und dem zwischen diesen und einem benachbarten Fluidverteilungselement hindurchströmenden Fluid.
Die vorbeschriebene Art der Herstellung für die einzelnen Fluidverteilungselemente bzw. das gesamte, die Anordnung von Fluidverteilungselementen aufweisende Fluidführungsaggregat bringt neben dem Vorteil, dass keine Löt- oder Schweißarbeiten notwendig sind, auch den Vorteil mit sich, dass sie bzw. es mit denselben konventionellen kostengünstigen Metallen oder Kunststoffen, wie die anzuschließenden Mehrfachkanalrohre selbst erzeugt werden können bzw. kann. Die Anschlüsse auf der Stirnseite der Einzelrohr-Zuleitungen werden vorteilhafterweise mit kreisförmigem Querschnitt geformt und mit standardisierter Innenweite gewählt, so dass ein Anschluss mit konventionellen Leitungen und Überwurfstücken problemlos erfolgen kann. Der Querschnitt der Kanäle kann entlang der Strecke konstant bleiben, so dass Druck oder Durchfluss konstant bleiben, oder variiert werden, so dass physikalische Phänomene, wie z. B. das Verdampfen oder die Verdichtung gezielt begünstigt werden können. Das erfindungsgemäße Verteilerverbindungsstück bzw. Fluidverteilungselement ist somit durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Herstellung sowie durch geringe Materialkosten gekennzeichnet. Die Form der Platten kann (in der Lagenebene gesehen) beliebig sein, beispielsweise in Rechteckform oder auch in Polygonform.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement in einem Kombinationsverdampfer eingesetzt werden: Hierbei wird dann der gesamte Kombiverdampfer nicht konventionell als Lamellenrohr-Wärmeüberträger aus Aluminiumlamellen und Rohrregistern aus Kupfer gefertigt, sondern es wird ein mehrlagiger Körper aus mindestens vier Einzellagen realisiert (beispielsweise mit dem vorbeschriebenen Roll-Bond-Verfahren). Je nach Herstellungsverfahren (Löten, Roll-Bonden bzw. Walzen, Schweißen oder Kleben) können mit Hilfe von Trennmitteln oder Aussparungen bestimmte Bereiche in den Zwischenschichten bzw. zwischen den Einzellagen von einer fügenden Verbindungen ausgenommen bleiben, die sich nach der Verfügung der anderen Bereiche aufblähen lassen oder die beim Verfügen bereits vorgeprägt sind und somit Bereiche zwischen den einzelnen Lagen für die Durchströmung von Fluiden (also Kanäle) bilden. Ausnahme ist hier die Herstellung durch Extrudieren, wobei sich Strukturen ohne Verzweigungen und Rückläufe aus einem Stück fertigen lassen. Sei den anderen Herstellungsverfahren können die durchströmten Bereiche in den Zwischenschichten auch komplexere Strukturen, wie Verzweigungen und Rückläufe, beinhalten.
Wie bereits vorbeschrieben, wird auch beim Einsatz des erfindungsgemäßen Fluidverteilungselements im Kombiverdampfer der Aufbau so vereinfacht, dass Zuleitungen nicht mehr komplexe Formen mit Durchdringungen sind, sondern dass das Problem der Durchdringung auf den mehrlagigen Körper verlagert wird. Auf der Seite des mehrlagigen Körpers handelt es sich bei den durchströmten Körpern dann um rohrartige Kanäle bzw. um kanalartige Rohre. Die mehrschichtigen Platten werden so ausgeformt, dass eine dem Kombiverdampfer analoge Funktionalität erreicht wird, was man erreicht, indem ein Körper mit vorteilhafterweise vier Schichten an Platten beispielsweise in der Roll-Bond-Technik miteinander kalt verschweißt wird. Hierdurch entstehen insgesamt drei Zwischenschichten bzw. Bereiche zwischen zwei benachbarten Einzellagen, welche entweder durch Trennmittel oder durch die Verwendung von vorgeprägten Strukturen für die Fluidführung zur Verfügung stehen. Die einzelnen Lagen können jedoch auch verlötet oder verklebt werden, wobei dann Kanalführungen ausgesparte Bereiche darstellen. Die obere und die untere Schicht dieses mehrlagigen Körpers können dann für die Herstellung eines sich in den Strömungsfäden überlagernden Kanalsystems verwendet werden. Diese äußeren Kanalsysteme können hierbei noch durch zwei weitere Platten voneinander getrennt werden, was notwendig sein kann, da während der späteren Fortführung dieser Kanäle der Kanal in der mittleren Zwischenschicht in die äußeren Kanäle seitlich eindringt. Dieser Vorgang des seitlichen Eindringens entspricht der Durchdringung bei der bisherigen Herstellung von Zuleitungen oder Verteilerleitungen.
Nach dem gleichen Prinzip wie vorbeschrieben können auch Y-förmige Verzweigungen hergestellt werden. Ein solches Y-förmiges Verzweigungsstück, welches in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Fluidverteilungselement eingesetzt werden kann bzw. an dieses angeschlossen werden kann, findet Anwendung, wenn beispielsweise ein Mehrkanalrohr in zwei parallele Mehrkanalrohre aufgeteilt werden muss (beispielsweise zwecks der Druckabfallreduzierung bei gleicher Übertragungsfläche in Kombiverdampfern). Um ein solches Y-förmiges Element herzustellen, kann beispielsweise ein Trennmedium auf den Lagenebenen gemäß der Form und Anordnung der Verzweigung aufgetragen werden. Wie bei dem erfindungsgemäßen Verbindungsstück können dann die beispielsweise vier Einzellagen walzengepresst und die Kanäle anschließend aufgebläht werden.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verteilerverbindungsstück aus Metall oder Kunststoff für ineinander verschachtelte bzw. überlagerte mehrkanalartige Fluidführungsapparate zur Verfügung, welches im Wesentlichen aus separaten Zuleitungen auf der einen Seite (erste Stirnseite) und aus ineinander verschachtelten Kanälen auf der anderen Seite (zweite, der ersten Stirnseite gegenüberliegende Stirnseite) besteht, wobei sich die Kanäle nicht durchdringen, sondern sich in separate Teilkanäle (schließend an das Mehrkanalrohr) öffnen, wobei sich diese Teilkanäle kreuzen und zum Teil oder komplett überlagern, so dass eine Kontaktfläche für Wärme- oder Stofftransport über eine zwischenliegende Kanalwand entsteht. Hierbei kann die Zu- oder Abfuhr der Fluide zu bzw. aus dem Wärmeüberträger in getrennten, nicht überlagerten Kanälen erfolgen, damit die Zuleitung auf einer Seite mit konventionellen Einrohrleitungen angeschlossen werden kann. Das erfindungsgemäße Element kann durch Roll-Bonding bzw. Pressschweißen aus mehreren Einzellagen (vorteilhafterweise mindestens drei oder vier Einzellagen) hergestellt werden. Die kanalartigen Strukturen können durch Aufblähen erzeugt werden. Die kanalartigen Strukturen können alternativ jedoch auch durch vorgeprägte Kanalstrukturen in den einzelnen Lagen zur Verfügung gestellt werden. Die einzelnen Lagen können auch gegossen werden oder durch Kleben miteinander verbunden werden. Mehrere erfindungsgemäße Fluidverteilungselemente lassen sich, bevorzugt senkrecht zur Lagenebene übereinander und beabstandet zueinander aufstapeln, wodurch ein Wärmeüberträger mit mehreren Mehrfachkanalrohren bzw. mehreren Zügen innerhalb des Fluidführungsaggregats entsteht. Zwischen jedem einzelnen Fluidverteilungselement eines solchen Fluidführungsaggregats kann dann ein weiteres Fluid durch entsprechende fluidführende Strukturen fließen. Bei der Festlegung des Kanalwegs der einzelnen Kanäle im Fluidführungsaggregat können dann bionische Ansätze (beispielsweise Harfenform) zwecks Druckverlustminderung realisiert werden. Mit den beschriebenen Herstellungsverfahren lassen sich auch Rohrverzweigungen (z. B. Y-förmige Verzweigungen) realisieren. Im Falle eines Phasenwechsels können die Querschnitte von ineinander geführten Kanälen zum Zweck eines konstanten Volumenstroms aneinander angepasst werden.
Nachfolgend wird nun die vorliegende Erfindung anhand einzelner Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigen
1 ein erstes erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement in Aufsicht auf die Lagenebene L (1a) und in Schnittansicht senkrecht zur Lagenebene L (1b).
2 eine isometrische Ansicht des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Fluidverteilungselements.
3 ein zweites erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement, welches analog zu dem in 1 gezeigten aufgebaut ist, jedoch einen verzweigten Innenkanal ausbildet.
4 eine Anordnung von mehreren übereinander gestapelten erfindungsgemäßen Fluidverteilungselementen.
5 ein Y-förmiges Fluidverteilungsstück, welches an ein erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement angeschlossen werden kann.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidverteilungselements. 1a zeigt eine Aufsicht auf die Lagenebene L des Fluidverteilungselements, 1b zeigt verschiedene Schnittansichten senkrecht zur Lagenebene und im Wesentlichen senkrecht zur Kanallängsrichtung K (vgl. 2). Die Kanallängsachsrichtung ist hierbei diejenige Richtung in der Lagenebene L, welche im Wesentlichen der Strömungsrichtung des Fluids durch den Innenkanal I bzw. den Außenkanal A entspricht.
Das Fluidverteilungselement besteht aus vier einzelnen Lagen bzw. Einzellagen 1 bis 4, welche jeweils aus flächigen Metallkörpern, hier Zinkblechen oder Alublechen, bestehen. Die einzelnen Alublechlagen oder Zinkblechlagen 1 bis 4 sind senkrecht zur Lagenebene L übereinander gestapelt. Teile der Oberflächen bzw. der Oberseiten und/oder Unterseiten der einzelnen Lagen 1 bis 4 sind jeweils durch das vorbeschriebene Roll-Bonding-Verfahren bzw. Walzenpressen mit Teilen der gegenüberliegenden Oberflächen benachbarter Einzellagen druckdicht verbunden. Zwischen diesen verbundenen Teilflächenbereichen zweier Lagen sind jeweils, wie nachfolgend noch näher beschrieben, nicht verbundene Bereiche ausgebildet, in welchen durch Aufwölbung einer oder beider der benachbarten Einzellagen Hohlräume entstehen, welche dann als Fluidführungskanäle (Innenkanal I und Außenkanäle A, A_SP, siehe nachfolgend) ausgebildet sind.
Wie 1 zeigt, ist in der obersten Einzellage 1 eine erste in Richtung senkrecht zur Lagenebene L nach oben (vgl. 1b) ausgewölbte Kanalstruktur 1S ausgeformt. In der benachbart zur obersten Lage 1 angeordneten ersten Zwischenlage (obere Zwischenlage 2) ist eine weitere, senkrecht zur Lagenebene L nach oben ausgewölbte Kanalstruktur, die zweite Kanalstruktur 2S ausgeformt. In Richtung der Kanallängsrichtung K gesehen (in 1a die Richtung von unten nach oben, vgl. 2) sind nun die beiden Kanalstrukturen 1S und 2S in unterschiedlichen Bereichen der Einzellagen, wie nachfolgend noch näher beschrieben, so ausgebildet, dass sich zunächst zwei separat verlaufende Kanäle, der Innenkanal I und der Außenkanal A, ausbilden, welche sich in Kanallängsrichtung K gesehen zunehmend annähern, schließlich kreuzen und teilweise überlappen und schließlich im wesentlichen parallel zueinander und vollständig übereinander überlappend zueinander verlaufen.
1a links unten zeigt hierzu den Anschlussbereich AB, an dessen außenseitiger Stirnseite (die in 1a unten gezeigte Seite) der Innenkanal I und der Außenkanal A vollständig separat zueinander und seitlich versetzt zueinander verlaufen, so dass an dieser Stirnseite zwei getrennte Einzelrohre an den erfindungsgemäßen Fluidverteiler angeschlossen werden können. Wie die Schnittansicht A-A' (1b rechts unten) zeigt, ist an der außenseitigen Stirnseite des Anschlussbereichs AB die Kanalstruktur 1S der obersten Lage 1 in Form von zwei seitlich versetzt zueinander gebildeten Auswölbungen ausgeformt. Im Bereich der einen Auswölbung (die in 1b ganz unten links gezeigte Auswölbung) weist die darunterliegende Einzellage 2 ebenfalls eine Auswölbung (welche die Kanalstruktur 2S ausbildet) auf, welche so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie sich formschlüssig in die Auswölbung 1S der ersten Lage 1 einschmiegt. Im Bereich des zweiten Auswölbungsteils der Kanalstruktur 1S (1b ganz unten rechts) weist die darunterliegende Einzellage 2 jedoch keine Auswölbung auf, sondern ist als ebene Fläche ausgebildet: Hierdurch wird zwischen den Einzellagen 1 und 2 ein im gezeigten Querschnitt trapezförmiger, sich nach oben verjüngender Hohlraum ausgebildet, welcher als erstes Außenkanalteilstück A1 eines zum Fluidtransport ausgebildeten Außenkanals A ausgeformt ist.
Die angrenzend an die zweite Einzellage 2 und unterhalb derselben angeordnete dritte Einzellage 3 ist nun in Bezug auf die Lagenebene L gesehen spiegelsymmetrisch zur zweiten Einzellage 2 ausgeformt. Die vierte Einzellage, welche angrenzend an diese dritte Einzellage 3 und unterhalb derselben angeordnet ist, ist spiegelsymmetrisch (in Bezug auf die Lagenebene L gesehen) zur obersten Einzellage 1 ausgeformt. Aufgrund dieser spiegelsymmetrischen Ausformung (und einer entsprechenden spiegelsymmetrischen Anordnung) entsteht im Anschlussbereich AB durch die ausgewölbte Kanalstruktur 2S der zweiten Einzellage 2 und durch ihr Ebenbild in der dritten Einzellage 3 ein im Querschnitt annähern doppeltrapezförmiger Hohlraum zwischen der zweiten Einzellage 2 und der dritten Einzellage 3, welcher als Innenkanal I (im Bereich AB als erstes Innenkanalteilstück I1) ebenfalls zur Fluidführung ausgebildet ist. Aufgrund der vorbeschriebenen symmetrischen Ausgestaltung ergibt sich darüberhinaus in Bezug auf die Lagenebene L gesehen gegenüberliegend des ersten Außenkanalteilstücks A1 des Außenkanals A zwischen der vierten Lage und der dritten Lage ein ebenfalls im Querschnitt annähern trapezförmiger Hohlraum, welcher als weiterer Außenkanal A_SP (SP steht hierbei für spiegelsymmetrisch) ausgebildet ist.
Wie nun die weiteren Querschnitte B-B' und C-C', welche beabstandet vom Querschnitt A-A' in Kanallängsrichtung K gesehen aufgenommen wurden, zeigen, verringert sich in Kanallängsrichtung K gesehen der Abstand der Kanalmitten des ersten Innenkanalteilstücks I1 und des ersten Außenkanalteilstücks A1 des Innenkanals I bzw. des Außenkanals A sukzessive, so dass sich die beiden Kanäle I und A (bzw. A_SP) sukzessive annähern, bis sie in dem sich an den Anschlussbereich AB in Kanallängsrichtung K anschließenden Kreuzungsbereich KB beginnen, sich zu kreuzen.
Im Kreuzungsbereich KB sind nun die erste Kanalstruktur 1S der obersten Lage und die zweite Kanalstruktur 2S der oberen Mittellage 2 so ausgebildet (dies gilt ebenso für die ihnen spiegelsymmetrisch gegenüberliegenden dritten Kanalstrukturen 3S und 4S der unteren Mittellage 3 und der unteren Lage 4), dass sich der Überlappungsbereich zwischen der ersten Kanalstruktur 1S und der zweiten Kanalstruktur 2S zunehmend vergrößert, und zwar solange, bis (aufgrund der größeren Breite der Kanalstruktur 1S im Vergleich zur Kanalstruktur 2S; die Breite ist hierbei die Ausdehnung senkrecht zur Richtung K in der Lagenebene L) die erste Kanalstruktur 1S die zweite Kanalstruktur 2S vollständig überlappt. Im Kreuzungsbereich KB schiebt sich somit in Kanallängsachsrichtung K nach oben (vgl. 1a) gesehen die erste Kanalstruktur 1S sukzessive über die zweite Kanalstruktur 2S, so dass sich sukzessive übereinanderschiebende zweite Kanalteilstücke (Teilstück A2 des Außenkanals A und Teilstück I2 des Innenkanals) ausbilden. Am oberen Rand des Kreuzungsbereichs KB überdeckt die erste Kanalstruktur 1S die zweite Kanalstruktur 2S vollständig. Einen Schnitt im Bereich einer noch teilweisen Überlappung zeigt die Schnittansicht D-D'.
Am oberen Ende des Kreuzungsbereichs KB schließt sich dann der Überlappungsbereich ÜB an, in dem dritte Kanalteilstücke (drittes Innenkanalteilstück I3 und drittes Außenkanalteilstück A3) so ausgebildet sind, dass der Innenkanal I bzw. die zweite Kanalstruktur 2S vollständig vom Außenkanal A bzw. von der ersten Kanalstruktur 1S überlappt wird bzw. überdeckt ist. Am oberen Rand des Überlappungsbereichs ÜB (obere Stirnseite des Fluidverteilungselements) überlappt die erste Kanalstruktur 1S die zweite Kanalstruktur 2S beidseitig symmetrisch, so dass der Innenkanal I, I3 mittig unterhalb des Außenkanals A, A3 verläuft bzw. von diesem halbseitig umschlossen ist. Eben solches gilt natürlich entsprechend für den symmetrisch dazu angeordneten weiteren Außenkanal A_SP.
An der oberen Stirnseite weist das gezeigte Fluidverteilungselement somit einen im wesentlichen konzentrisch innerhalb zweier Außenkanäle A, A_SP laufenden Innenkanal I auf, so dass auf einfache Art und Weise an dieser oberen Anschlussseite ein entsprechend ausgebildetes Mehrfachkanalrohr angeschlossen werden kann (vgl. auch Schnittansicht F-F').
Wie dem Fachmann klar ist, lässt sich das gezeigte Ausführungsbeispiel eines Fluidverteilungselements auf vielgestaltige Art und Weise im Rahmen der vorliegenden Erfindung variieren: So kann im Bereich der oberen Anschlussseite statt der Ausbildung eines Anschlussstücks für ein Mehrfachkanalrohr das Fluidverteilungselement integriert mit einem solchen Mehrkanalrohr ausgebildet sein bzw. weitergeführt werden. Verschiedendste Fluidführungsstrukturen können zusätzlich in das gezeigte Fluidverteilungselement integriert werden, so z. B. ein Y-förmiges Verzweigungselement (vgl. auch 5), bei dem sich der konzentrisch innerhalb der beiden Außenkanäle A, A_SP geführte Innenkanal I samt der ihn umgebenden Außenkanäle in zwei separate Stränge verzweigt.
Ebenso ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement aus lediglich drei Einzellagen 1 bis 3 auszugestalten, so dass sich lediglich ein Außenkanal A und ein Innenkanal I ergeben (Wegfall des zweiten Außenkanals A_SP). Die weiteren Lagenelemente 3 und 4 müssen auch nicht symmetrisch zu den Lagenelementen 1 und 2 ausgeformt sein, sondern können auch als ebene Flachplatten ausgeführt sein. In diesem Fall ergibt sich dann lediglich ein hier im Beispiel einfach trapezförmiger (es sind im allgemeinen jedoch auch andere Formen möglich) Innenkanal I und ein Außenkanal A.
Alternativ zur Ausbildung aus mehreren ursprünglich getrennten Elementen können die Einzellagen (beispielsweise durch ein Extrudierverfahren) auch gleich einstückig ausgebildet sein. Dies muss nicht alle Einzellagen betreffen, sondern kann auch nur einzelne der gezeigten Einzellagen betreffen (so könnten beispielsweise unter Verzicht auf die Einzellage 4 die beiden Einzellagen 2 und 3 als einstückiger, extrudierter Formkörper hergestellt sein, welchem eine weitere Lage (oberste Lage 1) überlagert wird).
Im gezeigten Beispiel bildet somit die Unterseite der obersten Lage 1 sowie die Oberseite der oberen Mittellage 2 die Wandung des Außenkanals A, die Unterseite des Lagenelementes 2 sowie die Oberseite des Lagenelementes 3 die Außenwandung des Innenkanals I sowie die Unterseite des Lagenelementes 3 sowie die Oberseite des Lagenelementes 4 die Wandung des unteren Außenkanals A_SP.
2 zeigt eine isometrische Ansicht des in 1 dargestellten Fluidverteilungselementes. Im entenseitig gezeigtem vorderen Schnitt sind deutlich die beiden getrennten Außenkanäle A und A_SP (halbkreisförmig) sowie der Innenkanal I (kreisförmig) zu erkennen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Fluidverteilungselement (hier nur die Aufsicht auf die Lagenebene L gezeigt). Dieses ist grundsätzlich ebenso aufgebaut wie das in 1 gezeigte Lagenelement, so dass hier nur die Unterschiede beschrieben werden. Im in 3 gezeigten Beispiel sind die beiden Kanalstrukturen 1S und 2S so ausgebildet, dass im Anschlussbereich AB und im Kreuzungsbereich KB der Innenkanal I sich in zwei separate Innenkanalteilstücke auftrennt: Im Anschlussbereich AB werden somit zwei separate, versetzt zueinander und versetzt zum Außenkanal A, A1 ausgebildete erste Innenkanalteilstücke I1a und I1b ausgebildet, welche an der außenseitigen Stirnseite den Anschluss von zwei separaten Einzelrohr-Zufuhrleitungen für den Innenkanal I erlauben. Die beiden separaten Innenkanalteilstücke kreuzen sich im Kreuzungsbereich KB somit beiderseits des Außenkanals A und unterhalb desselben in diesen ein, was durch eine entsprechende Konstruktion, wie sie bereits zu 1 beschrieben worden ist, realisiert werden kann. Wie in 1 gezeigtem Fall verlaufen im Überlappungsbereich ÜB dann der Innenkanal I, I3 und der Außenkanal A, A3 übereinander überlappend.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung aus mehreren (hier drei) Fluidverteilungselementen F1 bis F3. Die drei Fluidverteilungselemente F1 bis F3 sind hierbei senkrecht zur Lagenebene bzw. in Stapelrichtung S beabstandet voneinander und übereinander angeordnet. Die Lagenebenen L der einzelnen Fluidverteilungselemente verlaufen hierbei parallel zueinander. Die einzelnen Fluidverteilungselemente werden durch Abstandshalter Abs voneinander beabstandet gehalten. Vorderseitig in 4 gezeigt ist die Anschlussseite für die Einzelrohr-Zuleitungen für die Fluidverteilungselemente. Die einzelnen Rohrzuleitungen sind hier so realisiert, dass von einer ersten, in Stapelrichtung S angeordneten Anschlussleitung 3 auf Höhe der einzelnen Fluidverteilungselemente jeweils Einzelrohrkanäle abzweigen, welche dann jeweils mit einem Innenkanal I eines Fluidverteilungselementes verbunden sind. Parallel zur ersten Anschlussleitung 3 und seitlich versetzt davon ist ebenfalls in Stapelrichtung S eine zweite Anschlussleitung 4 angeordnet, aus welcher ebenfalls auf Höhe der einzelnen Fluidverteilungselemente Einzelrohrkanäle abzweigen, welche dann jeweils mit den einzelnen Einzelrohranschlüssen der Außenkanäle A der Fluidverteilungselemente verbunden sind.
Die gezeigte Anordnung ist hier aufgrund des durch die Abstandshalter Abs realisierten Abstandes der einzelnen Fluidverteilungselemente F1 bis F3 so realisiert, dass zwischen zwei benachbarten Fluidverteilungselementen ein Volumen entsteht, welches ebenfalls durch ein Fluid (drittes Fluid außerhalb der Innenkanäle I und der Außenkanäle A) durchströmt werden kann. Um hier eine optimale Wärmeübertragung zwischen diesem dritten Fluid und dem durch die Innen- und die Außenkanäle durchströmenden Fluiden zu gewährleisten, ist die äußere Oberfläche (Oberseite der Einzellagen 1 und Unterseite der Einzellagen 4) mit einer Vielzahl von einzelnen, parallel zueinander und versetzt zueinander verlaufenden Rippenstrukturen 5 versehen. Diese Rippenstrukturen sind sowohl seitlich neben den Kanalstrukturen 1S bzw. 4S, als auch außenseitig auf diesen angeordnet und sorgen für eine Verwirbelung des durch die Zwischenräume zwischen den Fluidverteilungselementen hindurch strömenden dritten Fluids, wodurch der Wärmeaustausch optimiert wird.
5 skizziert schließlich ein aus den Einzellagen 1 bis 4 beispielsweise durch Rollbonding hergestelltes Y-Verzweigungsstück, welches in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Fluidverteilungselement eingesetzt werden kann, um den Fluidstrom des Innenkanals I und des Außenkanals A jeweils in zwei separate Fluidströme aufzuspalten (das gezeigte Y-Verzweigungsstück kann beispielsweise an der oberen Stirnseite des Überlappungsbereiches B des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Fluidverteilungselementes, siehe dort Schnittansicht F-F') angedockt werden.

Claims

Fluidverteilungselement für eine fluidführende Vorrichtung, insbesondere für einen Wärmetauscher oder eine Vorrichtung zum Austausch von Stoffen zwischen Fluidströmen, aufweisend mehrere übereinander gestapelt angeordnete Einzellagen, wobei zumindest ein Teilbereich der Oberfläche jeder der mehreren Einzellagen angrenzend an zumindest einen Teilbereich der Oberfläche einer anderen Einzellage der mehreren Einzellagen angeordnet ist und wobei mindestens in einer ersten Einzellage (1) der mehreren Einzellagen eine erste, senkrecht zur Lagenebene (L) ausgewölbte Kanalstruktur (1S) und in einer zweiten, zur ersten Einzellage benachbarten Einzellage (2) der mehreren Einzellagen eine zweite, senkrecht zur Lagerebene ausgewölbte Kanalstruktur (2S) ausgebildet ist, und wobei die beiden Kanalstrukturen (1S, 2S) in Kanallängsrichtung (K) gesehen • zunächst in einem Anschlussbereich (A-A', B-B', C-C', AB) zwei in der Lagenebene seitlich versetzt zueinander und beabstandet voneinander separat verlaufende erste Kanalteilstücke (erstes Innenkanalteilstück I1, erstes Außenkanalteilstück A1) eines zum Fluidtransport ausgebildeten Innenkanals (I) und eines zum Fluidtransport ausgebildeten Außenkanals (A) ausformen, • anschließend in einem sich an den Anschlussbereich anschließenden Kreuzungsbereich (D-D', KB) zwei sich in der Lagenebene kreuzende und zunehmend übereinander schiebende zweite, mit den ersten Kanalteilstücken verbundene Kanalteilstücke (zweites Innenkanalteilstück I2, zweites Außenkanalteilstück A2) des Innenkanals (I) und des Außenkanals (A) ausformen und • schließlich in einem sich an den Kreuzungsbereich anschließenden Überlappungsbereich (E-E', F-F', ÜB) zwei in der Lagenebene im wesentlichen parallel zueinander verlaufende dritte, mit den zweiten Kanalteilstücken verbundene Kanalteilstücke (drittes Innenkanalteilstück I3, drittes Außenkanalteilstück A3) des Innenkanals (I) und des Außenkanals (A) ausformen, wobei im Überlapppungsbereich das dritte Innenkanalteilstück (I3) vom dritten Außenkanalteilstück (A3) überlappend überdeckt ist.
Fluidverteilungselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Teil des Anschlussbereichs die erste Kanalstruktur (1S) einen Teil der Wandung des Außenkanals (A) und einen einen Teil der Wandung des Innenkanals (I) umhüllenden Abschnitt ausbildet und/oder dass in zumindest einem Teil des Anschlussbereichs die zweite Kanalstruktur (2S) einen Teil der Wandung des Innenkanals (I) ausbildet.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Teil des Kreuzungsbereichs die erste Kanalstruktur (1S) einen Teil der Wandung des Außenkanals (A) und einen einen Teil der Wandung des Innenkanals (I) umhüllenden Abschnitt ausbildet und/oder dass in zumindest einem Teil des Kreuzungsbereichs die zweite Kanalstruktur (2S) einen Teil der Wandung des Innenkanals (I) und einen Teil der Wandung des Außenkanals (A) ausbildet.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Teil des Überlappungsbereichs die erste Kanalstruktur (1S) einen Teil der Wandung des Außenkanals (A) ausbildet und/oder dass in zumindest einem Teil des Überlappungsbereichs die zweite Kanalstruktur (2S) einen Teil der Wandung des Innenkanals (I) und einen Teil der Wandung des Außenkanals (A) ausbildet.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens drei, bevorzugt genau drei übereinander angeordnete Einzellagen, wobei die erste Einzellage (1) als oberste Lage, die zumindest teilweise daran angrenzend angeordnete zweite Einzellage (2) als mittlere Lage und eine auf der gegenüberliegenden Seite der obersten Lage zumindest teilweise angrenzend an die mittlere Lage als untere Lage, bevorzugt als unterste Lage angeordnete dritte Einzellage (3), in welcher bevorzugt eine dritte, senkrecht zur Lagenebene ausgewölbte Kanalstruktur (3S) ausgebildet ist.
Fluidverteilungselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einzellage (3) in Bezug auf eine Ebene parallel zur Lagenebene gesehen im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur zweiten Einzellage (2) ausgeformt und/oder angeordnet ist.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens vier, bevorzugt genau vier Einzellagen, wobei die erste Einzellage (1) als oberste Lage, die zumindest teilweise daran angrenzend angeordnete zweite Einzellage (2) als erste mittlere Lage, eine auf der gegenüberliegenden Seite der obersten Lage zumindest teilweise angrenzend an die erste mittlere Lage als zweite mittlere Lage angeordnete dritte Einzellage (3) und eine auf der gegenüberliegenden Seite der ersten mittleren Lage (2) zumindest teilweise angrenzend an die zweite mittlere Lage (3) als untere Lage, bevorzugt als unterste Lage angeordnete vierte Einzellage (4), in welcher bevorzugt eine vierte, senkrecht zur Lagenebene ausgewölbte Kanalstruktur (4S) ausgebildet ist.
Fluidverteilungselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Einzellage (4) in Bezug auf eine Ebene parallel zur Lagenebene gesehen im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur ersten Einzellage (1) ausgeformt und/oder angeordnet ist.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kanalstrukturen (1S, 2S) im Anschlussbereich mehrere in der Lagenebene seitlich versetzt zueinander und zum ersten Außenkanalteilstück (A1) des Außenkanals (A) und beabstandet voneinander und vom ersten Außenkanalteilstück (A1) des Außenkanals (A) separat verlaufende erste Innenkanalteilstücke (I1a, I1b) des Innenkanals (I) ausformen, wobei sich die mehreren ersten Innenkanalteilstücke (I1a, I1b) im sich anschließenden Kreuzungsbereich in das zweite Innenkanalteilstück I2 vereinigen.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilabschnitt einer durch die erste und/oder die zweite Kanalstruktur (1S, 2S) ausgebildeten Wandung selektiv stoffdurchlässig ausgebildet ist zum Stoffaustausch zwischen dem Innen- und dem Außenkanal und/oder zum Stoffaustausch zwischen dem Innen- und/oder dem Außenkanal und der Umgebung.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle der Einzellagen einstückig, insbesondere als einstückiger Formkörper, ausgebildet sind.
Fluidverteilungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Einzellagen zumindest teilweise aus Metall ausgebildet ist oder dieses diesen aufweist und/oder dass mindestens eine der Einzellagen zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet ist oder dieses aufweist.
Anordnung aus mehreren im Wesentlichen senkrecht zur Lagenebene übereinander gestapelten Fluidverteilungselementen (F1, F2, ...) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine erste Anschlussleitung (3), welche jeweils im Anschlussbereich mit mehreren ersten Innenkanalteilstücken von Innenkanälen unterschiedlicher Fluidverteilungselemente (F1, F2, ...) verbunden ist und/oder eine zweite Anschlussleitung (4), welche jeweils im Anschlussbereich mit mehreren ersten Außenkanalteilstücken von Außenkanälen unterschiedlicher Fluidverteilungselemente (F1, F2, ...) verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Anordnungsansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Mehrkanalrohr, welches im Überlappungsbereich mindestens eines Fluidverteilungselementes (F1, F2, ...) mit dessen Außenkanal und dessen Innenkanal verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Anordnungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine äußere Oberfläche mindestens eines der Fluidverteilungselementes (F1, F2, ...) zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstrukturierung (5), welche bevorzugt rippen- und/oder gratförmig ausgebildet ist, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Fluidverteilungselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere übereinander zu stapelnde Einzellagen des Fluidverteilungselements durch Druckpressung mittels Walzen (Rollbonden) miteinander verschweißt werden dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Innenkanal (I) und mindestens ein Außenkanal (A) des Fluidverteilungselements durch Druckanwendung, insbesondere mittels Druckluft, aufgebläht wird oder dass mindestens ein Innenkanal (I) des Fluidverteilungselements durch Druckanwendung, insbesondere mittels Druckluft, aufgebläht wird und dass zur Ausbildung mindestens eines Außenkanals (A) mindestens eine mit einer vorgefertigten Kanalstruktur versehene Einzellage eingesetzt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mindestens ein Innenkanal aufgebläht wird bevor anschließend zumindest ein Außenkanal aufgebläht wird oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bereits aufgeblähter Innenkanal und/oder ein bereits aufgeblähter Außenkanal unter Druck belassen wird, während ein weiterer Innenkanal und/oder Außenkanal aufgebläht wird.
Verwendung eines Fluidverteilungselements oder einer Anordnung aus mehreren Fluidverteilungselementen nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche in einem Wärmetauscher oder in einer Vorrichtung zum Austausch von Stoffen zwischen Fluidströmen.