DE102009024080A1

DE102009024080A1 - Heat exchanger assembly and Stirling chiller

Info

Publication number: DE102009024080A1
Application number: DE102009024080A
Authority: DE
Inventors: Stig K. Andersen; Snorri J. Jonsson; Klaus Reinwand
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-09
Also published as: WO2010139329A2; WO2010139329A3

Abstract

Es wird eine Wärmetauscheranordnung (1) angegeben mit einem Gehäuse, das eine rohrförmige Wand (2) aufweist, und einer Vielzahl von Strömungskanälen (3) im Inneren des Gehäuses. Man möchte bei einfacher Herstellung einen guten Wärmeübergang zwischen einem Fluid in den Strömungskanälen und der Außenseite des Gehäuses erreichen. Hierzu ist vorgesehen, dass die Strömungskanäle (3) zwischen Segmenten (4) ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung gestapelt sind und aneinander anliegen, wobei die Segmente (4) durch die rohrförmige Wand (2) zusammengespannt sind.There is provided a heat exchanger assembly (1) comprising a housing having a tubular wall (2) and a plurality of flow channels (3) inside the housing. One would like to achieve a good heat transfer between a fluid in the flow channels and the outside of the housing with simple production. For this purpose, it is provided that the flow channels (3) between segments (4) are formed, which are stacked in the circumferential direction and abut each other, wherein the segments (4) are clamped together by the tubular wall (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung mit einem Gehäuse, das eine röhrförmige Wand aufweist, und einer Vielzahl von Strömungskanälen im Inneren des Gehäuses.The The invention relates to a heat exchanger assembly with a Housing having a tubular wall, and a variety of flow channels inside of the housing.

Ferner betrifft die Erfindung eine Stirling-Kältemaschine mit einer Verdrängereinheit, die ein Gehäuse mit einem Verdichtungsraum und einem Expansionsraum aufweist, wobei zwischen dem Verdichtungsraum und dem Expansionsraum ein Regenerator angeordnet ist und das Gehäuse eine rohrförmige Wand aufweist.Further the invention relates to a Stirling refrigerator with a displacer unit comprising a housing with a Compression space and an expansion space, wherein between arranged a regeneration of the compression space and the expansion space is and the housing has a tubular wall.

Eine Wärmetauscheranordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus EP 1 208 343 B1 bekannt. Die Strömungskanäle sind hier zwischen sich radial erstreckenden Lamellen ausgebildet, die dadurch gebildet werden, dass ein dünner Kupferstreifen wellenförmig gebo gen wird. Diese Wärmetauscheranordnung wird in einer Stirling-Kältemaschine eingesetzt.A heat exchanger arrangement of the type mentioned is, for example EP 1 208 343 B1 known. The flow channels are formed here between radially extending blades, which are formed by a thin copper strip is wavy gebo conditions. This heat exchanger assembly is used in a Stirling refrigerator.

Bei Maschinen, die mit Hilfe von Kompression und Expansion von Gasen Wärme von einem Bereich in einen anderen Bereich transportieren, kommt der Gestaltung einer Wärmetauscheranordnung eine gewisse Bedeutung im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Maschine zu. Im Idealfall hat der Konstrukteur eine große Freiheit bei der Gestaltung von Strömungskanälen in dem Wärmetauscher, d. h. er kann die Durchflusslänge, den Durchflussquerschnitt, den hydraulischen Querschnitt und den Wärmeübergang zwischen einzelnen Bestandteilen der Wärmetauscheranordnung und der Wärmequelle und der Wärmesenke frei wählen. In der Realität hat der Konstrukteur jedoch gewisse Beschränkungen zu beachten, von denen einige durch die Möglichkeit der Herstellung und die Herstellungskosten vorgegeben sind.at Machines using compression and expansion of gases Transport heat from one area to another, the design of a heat exchanger arrangement is a certain Importance with regard to the efficiency of the machine too. Ideally the designer has a great deal of freedom in the design flow channels in the heat exchanger, d. H. he can measure the flow length, the flow area, the hydraulic cross section and the heat transfer between individual components of the heat exchanger assembly and the heat source and the heat sink choose freely. In reality, however, the designer has certain limitations some of which are due to the possibility of Production and the production costs are given.

Wärmetauscher sind in vielen Ausführungsformen bekannt. So zeigt beispielsweise DE 33 10 002 A1 eine einen rotierenden Wärmetauscher mit einer radial inneren und einer radial äußeren Wand, zwischen denen eine Vielzahl von Strömungskanälen ausgebildet sind, die alle einen konstanten hydraulischen Durchmesser von weniger als 5 mm aufweisen. Die Strömungskanäle werden durch wellenförmig, dreieckförmig oder rechteckförmig gewellte Platten gebildet, die zwischen den radialen Wänden angeordnet sind.Heat exchangers are known in many embodiments. So shows, for example DE 33 10 002 A1 a rotating heat exchanger with a radially inner and a radially outer wall, between which a plurality of flow channels are formed, all of which have a constant hydraulic diameter of less than 5 mm. The flow channels are formed by undulating, triangular or rectangular corrugated plates, which are arranged between the radial walls.

DE 10 2007 044 980 A1 , DE 27 47 846 A1 und WO 2007/125118 A1 zeigen Wärmetauscher mit zwei Rohrelementen, von denen eines in das andere eingesteckt ist. Zwischen den Rohrelementen sind in Radialrichtung verlaufende und von den Rohrwänden abstehende Rippen und Stege ausgebildet. Dabei können stranggepresste Aluminiumprofile verwendet werden. Als hydraulische Durchmesser werden 4 bis 13 mm angegeben. DE 10 2007 044 980 A1 . DE 27 47 846 A1 and WO 2007/125118 A1 show heat exchanger with two pipe elements, one of which is plugged into the other. Between the tubular elements extending in the radial direction and projecting from the tube walls ribs and webs are formed. In this case, extruded aluminum profiles can be used. The hydraulic diameters are 4 to 13 mm.

US 7 243 498 B1 zeigt eine Wärmetauscheranordnung, bei der die Strömungskanäle durch wellenförmig gebogene Lamellen gebildet sind, die zwischen Ringen ausgebildet sind. Die Lamellen können noch radial verlaufende Schlitze aufweisen. US Pat. No. 7,243,498 B1 shows a heat exchanger assembly in which the flow channels are formed by undulating curved lamellae formed between rings. The slats may still have radially extending slots.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einfacher Herstellung einen guten Wärmeübergang zwischen einem Fluid in den Strömungskanälen und der Außenseite des Gehäuses zu erzielen.Of the Invention is based on the object with a simple production a good heat transfer between a fluid in the flow channels and the outside to achieve the housing.

Diese Aufgabe wird bei einer Wärmetauscheranordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Strömungskanäle zwischen Segmenten ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung gestapelt sind und aneinander anliegen, wobei die Segmente durch die rohrförmige Wand zusammengespannt sind.These Task is in a heat exchanger assembly of the above mentioned type solved in that the flow channels are formed between segments which are stacked in the circumferential direction are and abut each other, with the segments through the tubular Wall are clamped together.

Mit dieser Ausgestaltung erreicht man einen guten Wärmeübergang von einem Fluid, das durch die Strömungskanäle strömt, und der Außenseite des Gehäuses. Dies ergibt sich zum einen daraus, das die Segmente einen guten Kontakt mit der rohrförmigen Wand aufweisen. Sie liegen mit einer gewissen Spannung von Innen an der rohrförmigen Wand an. Zum anderen kann man sicherstellen, dass eine Wärmeleitung durch die Segmente über die gesamte radiale Erstreckung der Segmente gegeben ist.With This configuration achieves a good heat transfer from a fluid passing through the flow channels flows, and the outside of the housing. This results, on the one hand, from the fact that the segments have a good one Having contact with the tubular wall. they lay with a certain tension from the inside to the tubular Wall on. On the other hand, one can ensure that a heat conduction through the segments over the entire radial extent given the segments.

Unabhängig davon, an welcher radialen Position das Fluid das jeweilige Segment kontaktiert, wird die vom Fluid mitgeführte Wärme zumindest teilweise an das Segment abgegeben und fließt dann durch das Segment zur rohrförmigen Wand und von dort nach außen, so dass die Wärme gut abtransportiert werden kann. Das gleiche gilt natürlich auch dann, wenn die Wärme von außen auf das Fluid übertragen werden soll, das durch die Strömungskanäle fließt.Independently of which at which radial position the fluid the respective segment contacted, the heat carried by the fluid at least partially delivered to the segment and flows then through the segment to the tubular wall and from there to the outside, so that the heat is transported well can be. The same applies of course even if transfer the heat from outside to the fluid to be, which flows through the flow channels.

Vorzugsweise weisen die Segmente einen keilförmigen Querschnitt auf. Wenn man den Winkel des Keils richtig wählt, dann können die einzelnen Segmente flächig aneinander anliegen. Dadurch ergibt sich zumindest am radialen Außenrand ein umlaufender massiver Ring, der eine hohe mechanische Stabilität sicherstellt.Preferably the segments have a wedge-shaped cross-section. If you choose the angle of the wedge correctly, then you can the individual segments lie flat against each other. Thereby At least at the radial outer edge results in a circumferential solid ring, which ensures a high mechanical stability.

Bevorzugterweise sind die Strömungskanäle durch sich axial über die Länge der Segmente erstreckende Einprägungen gebildet. Die Einprägungen bilden also eine Art Nuten. Einprägungen lassen sich relativ einfach herstellen. So kann man beispielsweise die Segmente aus Bandmaterial herstellen, wobei bei Präge- und Stanzverfahren mit sehr genauen Toleranzen gearbeitet werden kann.Preferably, the flow channels are formed by axially extending over the length of the segments indentations. The imprints thus form a kind of grooves. Impressions can be produced relatively easily. For example, you can make the segments of strip material, and in stamping and stamping with very accurate To leranzen can be worked.

Bevorzugterweise weisen die Segmente radial außerhalb und/oder radial innerhalb der Einprägung einen Anlagebereich auf, mit dem sie an einem benachbarten Segment anliegen. Bei dieser Ausgestaltung sind dann zwei massive Ringe vorgesehen, die umlaufen, wobei der äußere Ring von innen an der Wand des Rohres anliegt. Dadurch wird ein hervorragender Wärmeübergang sichergestellt.preferably, have the segments radially outside and / or radially inside imprinting an investment area, with which they abut an adjacent segment. In this embodiment are then provided two massive rings that revolve, with the outer one Ring from the inside rests against the wall of the tube. This will be a excellent heat transfer ensured.

Gleichzeitig ergibt sich eine hohe mechanische Stabilität, weil die Segmente sozusagen vollflächig aneinander abgestützt sind und nur die Bereiche der Einprägungen von der Abstützung ausgenommen sind, weil sie die Strömungskanäle bilden.simultaneously results in a high mechanical stability, because the Segments, so to speak, fully supported on each other are and only the areas of the impressions of the support are excluded because they are the flow channels form.

Vorzugsweise sind in Radialrichtung mindestens zwei Einprägungen vorgesehen. Damit lassen sich die Segmente zwischen dem radial äußeren Ende und dem radial inneren Ende noch einmal aneinander abstützen, was eine weiter verbesserte Stabilität gibt. Darüber kann der Trennsteg zwischen den beiden Einprägungen die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Fluid, das durch die Strömungskanäle fließt, und dem Segment vergrößern, wenn beispielsweise seine Höhe größer ist als die halbe Breite.Preferably At least two impressions are provided in the radial direction. This allows the segments between the radially outer end and the radially inner end again abut each other, which gives a further improved stability. About that can the divider between the two impressions the Heat transfer surface between the fluid, that flows through the flow channels, and enlarge the segment if, for example its height is greater than half the width.

Bevorzugterweise weisen die Segmente an einem in Umfangsrichtung dicksten Abschnitt eine Dicke im Bereich von 200 bis 500 μm auf. Die einzelnen Segmente sind also relativ dünn. Dementsprechend kann man sie aus einem relativ dünnen Bandmaterial durch Präge- und Stanzverfahren bilden.preferably, have the segments at a circumferentially thickest section a thickness in the range of 200 to 500 microns. The single ones Segments are so relatively thin. Accordingly one can they are made of a relatively thin strip material by embossing and punching form.

Vorzugsweise weisen die Einprägungen eine Tiefe im Bereich von 50 bis 100 μm auf. Wenn beispielsweise die Dicke der Segmente an der dicksten Stelle 200 μm beträgt, dann beträgt die Tiefe der Einprägung etwa 60 μm. Insgesamt kann man dafür sorgen, dass die Einprägung etwa 1/3 bis 1/2 der Dicke der Segmente tief ist.Preferably the impressions have a depth in the range of 50 to 100 μm. For example, if the thickness of the segments at the thickest point is 200 microns, then amounts to the depth of the imprint about 60 microns. All in all you can make sure that the impression is about 1/3 to 1/2 of the thickness of the segments is deep.

Bevorzugterweise weisen die Segmente eine radiale Erstreckung im Bereich von 3 bis 15 mm auf. Damit lassen sich ausreichend große Strömungskanäle schaffen.preferably, the segments have a radial extent in the range of 3 to 15 mm up. This allows sufficiently large flow channels create.

Vorzugsweise ist an der radialen Innenseite der Segmente ein Innenrohr angeordnet. Das Innenrohr kann verwendet werden, um die Segmente mechanisch abzustützen. Es kann auch verwendet werden, um eine druckfeste Wand nach radial innen zu bilden.Preferably is arranged on the radial inner side of the segments, an inner tube. The inner tube can be used to mechanically secure the segments support. It can also be used to a flameproof Wall to form radially inward.

Bevorzugterweise weist jedes Segment eine radial von innen nach außen durchgehende Wand auf. Damit wird ein guter Wärmefluss möglich, d. h. die Strecke von radial innen nach radial außen wird so kurz wie möglich gehalten.preferably, Each segment has a radially from inside to outside Wall up. This allows a good heat flow, d. H. the distance from radially inward to radially outward becomes so kept short as possible.

Bevorzugterweise sind die Segmente in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Dies ist eine Möglichkeit, um die Fertigung zu erleichtern. Wenn die Segmente nicht miteinander verbunden sind, dann kann man sie zu einem Ring zusammensetzen und dann unter Druck in die rohrförmige Wand des Gehäuses einpressen. Man kann sie aber auch schon vor dem Einführen in die rohrförmige Wand miteinander verbinden, beispielsweise durch Kleben oder Löten. Auch eine rein formschlüssige Verbindung, beispielsweise durch ein Feder-Nut-System, kann vorgesehen werden.preferably, the segments are interconnected in the circumferential direction. This is one way to make the manufacturing easier. If the segments are not connected, then you can put them together to form a ring and then press into the tubular one Press in the wall of the housing. But you can already do it before insertion into the tubular wall with each other connect, for example by gluing or soldering. Also a purely positive connection, for example by a tongue and groove system can be provided.

Die Aufgabe wird bei einer Stirling-Kältemaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Verdichtungsraum und/oder im Expansionsraum eine Anordnung von Segmenten angeordnet ist, zwischen denen Strömungskanäle ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung gestapelt sind und aneinander anliegen, wobei die Segmente durch die rohrförmige Wand zusammengespannt sind. Die Wärme, die beim Verdichten eines Gases entsteht und das Gas erhitzt, kann dann, wenn das Gas durch die Strömungskanäle strömt, leicht radial nach außen abgegeben werden. Im anderen Fall kann das Gas nach der Expansion Wärme aufnehmen, die von außen durch den Wärmetauscher zugeführt wird. Für beide Zwecke ist die Wärmetauscheranordnung gut geeignet.The Task is at a Stirling refrigerator of the beginning mentioned type solved that in the compression space and / or an arrangement of segments is arranged in the expansion space, between which flow channels are formed, which are stacked in the circumferential direction and abut each other, wherein the segments clamped together by the tubular wall are. The heat that arises when compressing a gas and the gas is heated when the gas passes through the flow channels flows, easily discharged radially outward. In the other case, the gas can absorb heat after expansion, which are supplied from the outside through the heat exchanger becomes. For both purposes, the heat exchanger assembly well suited.

Bevorzugterweise sind die Segmente so ausgebildet, wie dies oben beschrieben worden ist.preferably, the segments are formed as described above is.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anordnung von Segmenten dem Regenerator benachbart ist. In diesem Fall strömt das Gas zunächst durch den Wärmetauscher und dann unmittelbar durch den Regenerator oder umgekehrt.In An advantageous embodiment provides that the arrangement of segments adjacent to the regenerator. In this case, that flows Gas first through the heat exchanger and then directly through the regenerator or vice versa.

Bevorzugterweise weisen die Strömungskanäle zusammen einen hydraulischen Durchmesser auf, der dem hydraulischen Durchmesser des Regenerators entspricht. Damit werden die Strömungswiderstände aneinander angeglichen, so dass eine relativ störungsfreie Strömung des Gases möglich ist. Wegen der relativ flachen Ausgestaltung der Strömungskanäle entspricht der hydraulische Durchmesser jedes einzelnen Strömungskanals etwa der doppelten Einprägetiefe.preferably, the flow channels together have a hydraulic Diameter up, the hydraulic diameter of the regenerator equivalent. This will be the flow resistance matched to each other, so that a relatively trouble-free Flow of the gas is possible. Because of the relative flat configuration of the flow channels corresponds the hydraulic diameter of each individual flow channel about twice the embossing depth.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment described in conjunction with the drawing. Herein show:

1 einen schematischen Schnitt durch eine Wärmetauscheranordnung, 1 a schematic section through a heat exchanger assembly,

2 ein Segment und 2 a segment and

3 eine Verdrängereinheit einer Stirling-Kältemaschine. 3 a displacer unit of a Stirling refrigerator.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Wärmetauscheranordnung 1 mit einem Gehäuse, das eine rohrförmige Wand 2 aufweist, die hier eine Außenwand bildet, und einer Vielzahl von Strömungskanälen 3 im Innern des Gehäuses, durch die ein Fluid, insbesondere ein Gas, strömen kann. Dabei soll im Fluid enthaltene Wärme nach außen abgegeben werden können oder das Fluid soll Wärme von außen aufnehmen können. 1 shows a schematic representation of a heat exchanger assembly 1 with a housing that has a tubular wall 2 which forms an outer wall here, and a plurality of flow channels 3 in the interior of the housing, through which a fluid, in particular a gas, can flow. In this case, heat contained in the fluid should be discharged to the outside or the fluid should be able to absorb heat from the outside.

Zu diesem Zweck sind die Strömungskanäle zwischen benachbarten Segmenten 4 ausgebildet, von denen eines in 2 näher dargestellt ist. Die Segmente sind in Umfangsrichtung gestapelt und liegen aneinander an, wobei sie durch die Wand 2 zusammengespannt sind. Die Wand 2 weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Segmente 4 liegen mit einer gewissen Spannung von innen an der Wand 2 an, so dass sich ein guter Wärmeübergang zwischen den Segmenten 4 und der Wand 2 ergibt. Die Wand 2 sorgt darüber hinaus dafür, dass zwischen den einzelnen Segmenten 4 ein gewisser Kontaktdruck vorhanden ist, so dass die Segmente entsprechend zusammengedrückt werden.For this purpose, the flow channels are between adjacent segments 4 trained, one of which in 2 is shown in more detail. The segments are stacked in the circumferential direction and abut each other, passing through the wall 2 are clamped together. The wall 2 preferably has a circular cross-section. The segments 4 lie with a certain tension from the inside to the wall 2 so that there is a good heat transfer between the segments 4 and the wall 2 results. The wall 2 In addition, ensures that between each segment 4 a certain contact pressure is present, so that the segments are compressed accordingly.

Die Segmente 4, sind, wie dies aus 2 zu erkennen ist, mit einem keilförmigen Querschnitt ausgebildet. Eine Seite (in 2 die Oberseite) weist zwei Einprägungen 5, 6 auf, die die Strömungskanäle 3 bilden. Die se Einprägungen 5, 6 sind dann, wenn die Segmente 4 in Umfangsrichtung gestapelt sind, jeweils von einer Rückseite 7 des benachbarten Segments abgedeckt, so dass sich die Strömungskanäle 3 ergeben. Die Einprägungen 5, 6 bilden nutenartige Vertiefungen.The segments 4 , are like this 2 can be seen formed with a wedge-shaped cross section. One page (in 2 the top) has two imprints 5 . 6 on top of the flow channels 3 form. The impressions 5 . 6 are when the segments 4 are stacked in the circumferential direction, each from a rear side 7 covered by the adjacent segment, so that the flow channels 3 result. The imprints 5 . 6 form groove-like depressions.

Am radial äußeren Rand weist jedes Segment einen Anlagebereich 8 auf. Am radial inneren Ende weist jedes Segment einen Anlagebereich 9 auf. Die beiden Einprägungen 5, 6 sind durch einen Steg 10 voneinander getrennt, der einen weiteren Anlagebereich bildet, an dem das benachbarte Segment 4 anliegt. Die Rückseite 7 ist an einer radial von innen nach außen durchgehenden Wand 11 ausgebildet.At the radially outer edge, each segment has a contact area 8th on. At the radially inner end, each segment has a contact area 9 on. The two impressions 5 . 6 are through a jetty 10 separated from each other, which forms a further investment area, where the adjacent segment 4 is applied. The backside 7 is at a radially from inside to outside continuous wall 11 educated.

Das Segment 4 ist, wie oben erwähnt, keilförmig ausgebildet, d. h. es ist an seiner radial äußeren Seite dicker als an seiner radial inneren Seite. Radial außen weist das Segment 4 eine Dicke d im Bereich von 200 bis 500 μm auf, beispielsweise 350 μm. Das Segment 4 kann hier mit sehr geringen Toleranzen aus Bandmaterial durch Präge- und Stanzverfahren gebildet werden. Beim Prägen können nicht nur die Einprägungen 5, 6 gebildet werden, sondern es kann auch die Keilform erzeugt werden.The segment 4 is, as mentioned above, wedge-shaped, ie it is thicker on its radially outer side than on its radially inner side. The segment is radially outward 4 a thickness d in the range of 200 to 500 μm, for example 350 μm. The segment 4 can be formed here with very small tolerances of strip material by embossing and stamping. When embossing can not only the impressions 5 . 6 can be formed, but it can also be generated the wedge shape.

Die Einprägungen 5, 6 haben eine Tiefe in der Größenordnung von 50 bis 100 μm. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Einprägungen 5, 6 eine Tiefe von etwa 60 μm, also etwa einem Drittel der Dicke d.The imprints 5 . 6 have a depth in the order of 50 to 100 microns. In the present embodiment, the impressions 5 . 6 a depth of about 60 microns, about one third of the thickness d.

Das Segment 4 weist eine Länge, d. h. eine Erstreckung in axialer Richtung, auf, die sich nach dem gewünschten Wärmeübergang richtet. Das Segment 4 weist eine Breite, d. h. eine Erstreckung in radialer Richtung auf, die sich ebenfalls nach dem gewünschten Einsatzzweck richtet. Im vorliegenden Fall soll die Wärmetauscheranordnung 1 in einer Verdrängereinheit 12 (3) einer nicht näher dargestellten Stirling-Kältemaschine eingesetzt werden. Hier hat das Segment 4 eine radiale Erstreckung von etwa 6 mm.The segment 4 has a length, ie an extension in the axial direction, which depends on the desired heat transfer. The segment 4 has a width, ie an extension in the radial direction, which also depends on the desired application. In the present case, the heat exchanger assembly 1 in a displacer unit 12 ( 3 ) of a Stirling refrigerator, not shown. Here is the segment 4 a radial extent of about 6 mm.

Die Segmente 4 werden in der benötigten Anzahl ringförmig zusammengestapelt und dann in die rohrförmige Wand 2 eingepresst. Die rohrförmige Wand 2 hält dann die Segmente 4 mit der gewünschten Spannung zusammen. An der radialen Innenseite kann noch ein Rohr 13 vorgesehen sein. Dies ist zwar für den Stapel von Segmenten 4 nicht unbedingt erforderlich, kann eventuell aber im Betrieb den Druck auf die Außenwand erhöhen.The segments 4 are stacked in the required number annular and then in the tubular wall 2 pressed. The tubular wall 2 then hold the segments 4 together with the desired tension. On the radial inside can still have a pipe 13 be provided. This is true for the stack of segments 4 Not essential, but may increase the pressure on the outside wall during operation.

Um die Montage zu erleichtern, kann man den Stapel der Segmente 4 schon als Ring vorfertigen, beispielsweise dadurch, dass man die einzelnen Segmente 4 vor dem Einsetzen in die rohrförmige Wand 2 miteinander verbindet. Die Verbindungsarten reichen von Kleben oder Löten bis zu einer rein formschlüssigen Verbindung, beispielsweise durch ein Feder-Nut-System. Auch ein Sintern wäre möglich.To facilitate the assembly, one can see the stack of segments 4 already prefabricated as a ring, for example, by having the individual segments 4 before insertion into the tubular wall 2 connects with each other. The types of connection range from gluing or soldering to a purely positive connection, for example by a tongue and groove system. Also a sintering would be possible.

Die Segmente 4 sind aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Dort, wo die Anlagebereiche 8, 9 der Segmente 4 jeweils am Nachbarsegment 4 anliegen, ergibt sich ein umlaufender massiver Ring. Mit dem radial äußeren Ring 14 liegt der Stapel von Segmenten 4 mit einem gewissen Druck von innen an der Rohrförmigen Wand 2 an, so dass hier ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.The segments 4 are made of a highly thermally conductive material, such as copper or aluminum. Where the investment areas 8th . 9 the segments 4 each at the neighboring segment 4 abut, results in a circumferential solid ring. With the radially outer ring 14 lies the stack of segments 4 with a certain pressure from the inside to the tubular wall 2 on, so that a good heat transfer is guaranteed here.

3 zeigt stark schematisiert eine Verdrängereinheit 12 einer nicht näher dargestellten Stirling-Kühleinrichtung. Die Verdrängereinheit 12 weist einen Kolben 16 auf, der in einem Zylinder bewegbar ist, der durch das Rohr 13 gebildet ist. Die Verdrängereinheit 12 weist einen Expansionsraum 17 und einen Verdichtungsraum 18 auf. Zwischen dem Expansionsraum 17 und dem Verdichtungsraum 18 ist ein Regenerator 19 angeordnet. Im Expansionsraum 17 ist eine erste Wärmetauscheranordnung 1a angeordnet, und zwar unmittelbar anschließend an den Regenerator 19. Im Verdichtungsraum 18 ist eine zweite Wärmetauscheranordnung 1b angeordnet, und zwar ebenfalls anschließend an den Regenerator 19. Der hydraulische Durchmesser beider Wärmetauscheranordnungen 1a, 1b entspricht im Wesentlichen dem hydraulischen Durchmesser des Regenerators 19. 3 shows very schematically a displacer unit 12 a Stirling cooling device, not shown. The displacer unit 12 has a piston 16 which is movable in a cylinder passing through the pipe 13 is formed. The displacer unit 12 has an expansion area 17 and a compression room 18 on. Between the expansion room 17 and the compression room 18 is a regenerator 19 arranged. In the expansion room 17 is a first heat exchanger arrangement 1a arranged, immediately after the regenerator 19 , In the compression room 18 is a second heat exchanger arrangement 1b arranged, and indeed also next to the regenerator 19 , The hydraulic diameter of both heat exchanger arrangements 1a . 1b essentially corresponds to the hydraulic diameter of the regenerator 19 ,

Die Vielzahl der Strömungskanäle 3 ergibt eine große Wärmeübergangsfläche zu den Segmenten 4, eine gute Leitung in radialer Richtung durch die Wand 11 der Segmente 4 und einen guten Wärmeübergang in die rohrförmige Wand 2 durch den intensiven ganzflächigen Kontakt mit der Innenseite der rohrförmigen Wand 2.The variety of flow channels 3 gives a large heat transfer area to the segments 4 , a good line in the radial direction through the wall 11 the segments 4 and a good heat transfer into the tubular wall 2 by the intensive contact over the whole surface with the inside of the tubular wall 2 ,

Die Herstellung ist relativ einfach, da die Form der einzelnen Segmente 4 mit sehr genauen Toleranzen aus Bandmaterial durch Präge- und Stanzverfahren gebildet werden kann.The production is relatively simple, given the shape of the individual segments 4 can be formed with very accurate tolerances of strip material by embossing and stamping.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1208343 B1 [0003]
- DE 3310002 A1 [0005]
- DE 102007044980 A1 [0006]
- DE 2747846 A1 [0006]
WO 2007/125118 A1 [0006]
US 7243498 B1 [0007]

Claims

Heat exchanger assembly comprising a housing having a tubular wall and a plurality of flow channels in the interior of the housing, characterized in that the flow channels ( 3 ) between segments ( 4 are formed, which are stacked in the circumferential direction and abut each other, wherein the segments ( 4 ) through the tubular wall ( 2 ) are clamped together.

Heat exchanger arrangement according to claim 1, characterized in that the segments ( 4 ) have a wedge-shaped cross-section.

Heat exchanger arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the flow channels ( 3 ) by axially over the length of the segments ( 4 ) extending impressions ( 5 . 6 ) are formed.

Heat exchanger arrangement according to claim 3, characterized in that the segments ( 4 ) radially outwardly and / or radially within the indentation ( 5 . 6 ) an investment area ( 8th . 9 ), with which they are attached to an adjacent segment ( 4 ) issue.

Heat exchanger arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that in the radial direction at least two impressions ( 5 . 6 ) are provided.

Heat exchanger arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that the segments ( 4 ) at a circumferentially thickest portion have a thickness (d) in the range of 200 to 500 microns.

Heat exchanger assembly according to claim 6, characterized characterized in that the imprints have a depth in the range from 50 to 100 microns.

Heat exchanger arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the segments ( 4 ) have a radial extent in the range of 3 to 15 mm.

Heat exchanger arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the radial inner side of the segments ( 4 ) an inner tube ( 13 ) is arranged.

Heat exchanger arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that each segment ( 4 ) a radially from inside to outside continuous wall ( 11 ) having.

Heat exchanger arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the segments ( 4 ) are interconnected in the circumferential direction.

Stirling refrigerator with a displacer unit comprising a housing with a compression space and an expansion space, wherein between the compression space and the expansion space, a regenerator is arranged and the housing has a tubular wall, characterized in that in the compression space ( 17 ) and / or in the expansion area ( 18 ) an array of segments ( 4 ) is arranged, between which flow channels ( 3 are formed, which are stacked in the circumferential direction and abut each other, wherein the segments ( 4 ) through the tubular wall ( 2 ) are clamped together.

Stirling refrigerator according to claim 12, characterized in that the segments ( 4 ), as indicated in claims 2 to 11.

Stirling refrigerator according to claim 12 or 13, characterized in that the arrangement of segments ( 4 ) the regenerator ( 19 ) is adjacent.

Stirling refrigerator according to claim 14, characterized in that the flow channels ( 3 ) together have a hydraulic diameter corresponding to the hydraulic diameter of the regenerator ( 19 ) corresponds.